Đề tài: Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ được nghiên cứu với mục đích đánh giá thực trạng hệ thống đê biển Nam Bộ; xác định quy luật diễn biến của dải ven biển Nam Bộ; xác định được các thông số kỹ thuật, giải pháp thi công đê biển Nam Bộ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết tài liệu.
MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Là một quốc gia với chiều dài bờ biển khoảng 3260 km, Việt Nam có một lợi thế rất lớn trong việc phát triển kinh tế biển và khai thác nguồn lợi từ vùng bãi ven bờ. Nhưng bên cạnh đó, chúng ta cũng phải gánh chịu những thiệt hại hết sức nặng nề do thiên tai từ biển mang lại. Hàng năm, những cơn bão liên tiếp đổ bộ từ biển vào đất liền đã mang đi một khối lượng lớn về tài sản, tính mạng con người đồng thời để lại những thảm họa khơng nhỏ về mơi trường mà nhiều năm sau con người vẫn chưa khắc phục được Trong những năm gần đây sự khai thác q mức tài ngun thiên nhiên của con người làm cho khí hậu tồn cầu thay đổi. Nhiệt độ trái đất ngày càng nóng lên là vấn đề thời sự tạo ra mối quan tâm đặc biệt cho tất cả các quốc gia trên thế giới. Hậu quả của hiện tượng này là mực nước biển ngày càng dâng cao kéo theo những thảm họa như bão biển, sóng thần, động đất … Một trong những biện pháp khắc phục những thiên tai đó được các nước trên thế giới và Việt Nam áp dụng đã mang lại những hiệu quả rất thiết thực là xây dựng hệ thống đê biển để phịng chống thiên tai, bảo vệ tính mạng và tài sản của cư dân vùng ven biển Vùng ven biển Nam Bộ từ Bà Rịa Vũng Tàu đến Kiên Giang là vùng đa dạng về sinh thái, có vai trị lớn trong sự phát triển kinh tế của của miền Nam cũng như của cả nước. Dù vậy, tiềm năng kinh tế đa dạng của vùng này vẫn chưa được khai thác tương xứng, kém ổn định, vẫn cịn tiềm ẩn nhiều rủi ro do thiên tai. Một trong những ngun nhân là hệ thống đê biển được hình thành qua nhiều thế hệ với quy mơ, nhiệm vụ, chức năng ở từng thời kỳ khác nhau, việc xây dựng mang tính chắp vá, hiện tại chưa đủ khả năng chống triều cường, nước biển dâng, để bảo vệ sản xuất và đời sống của nhân dân Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ Vì vậy, việc xây dựng hệ thống đê biển, đê ngăn mặn cửa sơng Nam Bộ hồn chỉnh, đồng bộ với quy mơ cơng trình có khả năng giảm nhẹ thiên tai là một nhu cầu cấp thiết nhằm ứng phó với những thay đổi về khí hậu tồn cầu, bảo vệ sự phát triển bền vững cho sản xuất và ổn định đời sống nhân dân trong vùng. Để hệ thống đê biển làm việc ổn định, an tồn và phát huy hiệu quả phịng chống thiên tai đồng thời tiết kiệm kinh phí đầu tư xây dựng cần phải nghiên cứu các giải pháp xây dựng dựa trên các căn cứ khoa học 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Đánh giá thực trạng hệ thống đê biển Nam Bộ; Xác định quy luật diễn biến của dải ven biển Nam Bộ; Xác định được các thơng số kỹ thuật, giải pháp thi cơng đê biển Nam Bộ 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Tồn bộ tuyến đê biển từ Bà Rịa – Vũng Tàu đến Kiên Giang, trong đó tập trung nghiên cứu một số đoạn điển hình, đại diện cho từng khu vực 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Điều tra, thu thập, hệ thống hóa các tài liệu cơ bản phục vụ nghiên cứu; Kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây; Nghiên cứu lý thuyết cơ bản; Sử dụng các phần mềm tin học hiện đại 5. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC Đưa ra được bức tranh tồn cảnh về thực trạng hệ thống đê biển Nam Bộ Kiến nghị vị trí tuyến, quy mơ cơng trình và các thơng số kỹ thuật đê biển Nam Bộ Đề xuất kỹ thuật xây dựng đê biển Nam Bộ qua từng thời kỳ Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. VAI TRỊ CỦA HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN 1.1.1. Đê biển và giảm nhẹ thiên tai Trong vài thập niên gần đây khí hậu tồn cầu có sự biến đổi mạnh khiến cho ngày càng có nhiều tác động bất lợi đến mơi trường sinh thái của trái đất Một trong những hậu quả của sự thay đổi khí hậu tồn cầu đó là hiện tượng nước biển dâng. Ngun nhân chính của hiện tượng này là do ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính dẫn đến sự nóng dần lên của Trái đất, khiến cho các dải băng ở Bắc Cực tan nhanh hơn, nhiều nơi dải băng tan tới hơn 1 mét mỗi tháng; ngịai ra việc khai thác nước ngầm đang ngày càng gia tăng, đặc biệt tại các đơ thị lớn, làm mặt đất bị sụt lún. Theo cảnh báo của Liên hiệp quốc thì Việt Nam có thể chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của hiện tượng tan băng [15] Theo tính tốn, nếu mực nước biển tồn cầu tăng thêm 1 mét, Việt Nam sẽ phải đối mặt với mức thiệt hại lên tới 17 tỷ USD/năm; 1/5 dân số sẽ mất nhà cửa và 12,3% diện tích đất trồng trọt của cả nước sẽ biến mất; 40.000 km² diện tích đồng bằng và 17 km² diện tích bờ biển khu vực các tỉnh lưu vực sơng Mêkơng sẽ chịu tác động của những trận lũ ở mức độ khơng thể dự đốn được. Theo các nhà khoa học, tại Việt Nam trong năm thập niên gần đây, hiện tượng Enso (hiện tượng nhiễu động nhiệt độ của nước biển vùng xích đạo Thái Bình Dương) ngày càng có tác động mạnh mẽ đến chế độ thời tiết và đặc trưng khí hậu trên nhiều khu vực. Dự báo nhiệt độ sẽ tăng tại các tỉnh miền Nam từ 0,1 ÷ 0,50C vào năm 2010, từ 0,4 ÷ 30C (năm 2070) và tại miền Bắc từ 0,3 ÷ 0,70C (năm 2010) và từ 1,2÷4,50C (năm 2070). Mực nước biển dự báo sẽ dâng cao thêm 3÷15cm (năm 2010) và từ 15÷90cm (năm 2070) Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ Hình 1.1: Bản đồ dự báo các vùng ảnh hưởng nước biển dâng ở Đồng bằng Sơng Cửu Long (Nguồn: ICEM) Cũng liên quan đến sự thay đổi khí hậu tồn cầu đã khiến cho ngày càng có nhiều dạng thiên tai xảy ra như: bão, động đất, sóng thần, sạt lở , với tần suất xuất hiện nhiều, cường độ lớn cũng như diễn biến khó lường, khơng tn theo quy luật nào. Do vậy thiệt hại do thiên tai gây ra là rất lớn, theo thống kê chưa đầy đủ trong những năm gần đây chúng ta đã phải chứng kiến các thảm họa như: cơn bão Linda (bão số 5) tháng 11/1997 đổ bộ vào Nam Bộ làm 445 người chết, 3.409 người bị mất tích, 857 người bị thương, 3.783 tàu thuyền bị chìm, 22.000 ngơi nhà bị phá hủy, tổng thiệt hại về vật chất lên tới 5.569 tỷ đồng. Đợt sóng thần xảy ra vào cuối năm 2004 vùng Nam Á và Đơng Nam Á, làm chết hơn 200.000 người, 2 triệu người mất nhà cửa, tổng thiệt hại lên tới nhiều tỷ USD Trận bão Katrina đổ bộ vào nước Mỹ cuối tháng 8/2005 với sức gió mạnh nhất Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ lên tới 240 km/h đã cướp đi mạng sống của hàng trăm người, đã gây thiệt hại về vật chất lên tới 100 tỷ USD. Năm 2005 được xem là mốc quan trọng của Việt Nam trong cơng tác phịng chống thiên tai từ phía biển. Liên tiếp các cơn bão số 2, 4, và 6 đổ bộ vào các tỉnh miền Bắc trong vịng 3 tháng đã làm suy yếu đáng kể sức chống đỡ của tồn hệ thống đê biển. Tiếp theo đó, cơn bão số 7 (Damrey) tháng 9/2005 đổ bộ vào các tỉnh từ Quảng Ninh đến Nghệ An, nước dâng kết hợp với triều cường và sóng lớn đã gây vỡ đê và ngập lụt tại nhiều nơi thuộc các tỉnh Hải Phịng, Nam Định và Thanh Hóa, gây ra hậu quả nặng nề về kinh tế của tồn vùng. Gần đây nhất là cơn bão Durian (số 9) được hình thành ở ổ bão Bắc Thái Bình Dương vào ngày 26112006 và kết thúc Vịnh Thái Lan ngày 512 2006. Bão Durian với quỹ đạo đường di chuyển bất thường, khơng tn theo quy luật nào đã gây thiệt hại lớn cho các tỉnh Nam Trung Bộ và Nam Bộ, khiến cho hàng trăm km đê biển bị hư hỏng, mùa màng bị thiệt hại, hàng ngàn căn nhà bị sập và tốc mái, nhiều cơng trình cơng cộng như: đường giao thơng, đường điện, trụ sở, trường học bị tàn phá. Ước tính thiệt hại do cơn bão số 9 gây ra lên đến hàng trăm tỷ đồng [3] Tất cả những thiệt hại do thiên tai gây ra nói trên đối với Việt Nam đều có thể giảm nhẹ nếu như chúng ta có hệ thống đê biển vững chắc, với quy mơ, kích thước cơng trình đủ lớn để đủ sức chống chọi với thiên tai. Nhận thức được vai trị quan trọng của hệ thống đê biển, qua nhiều thế hệ, cha ơng chúng ta đã xây dựng, củng cố, nâng cấp hệ thống đê biển từ những năm xa xưa cho đến ngày này. Chính vì vậy mà các thảm họa nêu trên đã được giảm thiểu, đã được ngăn chặn nhiều nơi, khơng cho nước biển tràn vào tàn phá nhà cửa, đất đai, hoa màu và cơ sở hạ tầng vùng ven biển. Để đối mặt với những ảnh hưởng bất lợi của thời tiết và các hiện tượng tự nhiên bất thường có thể xảy ra, trong những năm tới nước ta cần phải tiếp tục chú ý hơn nữa đến cơng tác đê điều và phịng chống lụt bão, thơng qua việc nâng cấp duy tu và bảo trì hệ thống đê hiện có, nghiên cứu làm mới các hệ thống đê cần thiết tại những khu vực xung yếu cần Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ bảo vệ. Việc tiến hành nâng cấp và xây mới hệ thống đê biển cần được tiến hành trên cơ sở các nghiên cứu chuyên ngành cụ thể về tiêu chuẩn an tồn, tính khả thi, tính thực tiễn liên quan đến các khía cạnh kinh tế và kỹ thuật, gắn liền với chiến lược phát triển chung của từng vùng, từng khu vực và tồn quốc 1.1.2. Đê biển và “Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020” Vừa qua tại Hội nghị lần thứ 4 Ban Chấp hành Trung ương Đảng (Khố X) cũng đã đưa ra nghị quyết về “Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020”. Trong Chiến lược Biển Việt Nam đến năm 2020, phải phấn đấu để nước ta trở thành một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền quốc gia trên biển, góp phần giữ vững ổn định và phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ giữa phát triển kinh tế xã hội với đảm bảo quốc phịng, an ninh và bảo vệ mơi trường; có chính sách hấp dẫn nhằm thu hút mọi nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng các trung tâm kinh tế lớn vùng dun hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với sự phát triển của cả nước Phấn đấu đến năm 2020, kinh tế biển đóng góp khoảng 5355% GDP, 5560% kim ngạch xuất khẩu của cả nước, giải quyết tốt các vấn đề xã hội, cải thiện một bước đáng kể đời sống của nhân dân vùng biển và ven biển. Để đạt được những mục tiêu này, cần thấy rõ nhiệm vụ của hệ thống đê biển trong tương lai + Hệ thống đê biển là tiền đề để hình thành và phát triển các đơ thị ven biển, các trung tâm phát triển kinh tế biển. Trước hết, cần phải khai thác lợi thế và phát triển du lịch biển trên hàng nghìn kilơmét bờ biển, ngành cơng nghiệp sạch mà thiên nhiên đã ban tặng tiềm năng cho Việt Nam, một lợi thế khơng nhỏ so với các nước trong khu vực. Tuy nhiên cơ sở hạ tầng phục vụ cho phát triển du lịch hiện nay cịn yếu kém, đặc biệt là giao thơng. Do vậy cần xây dựng một hệ thống đê biển vững chắc, vừa kết hợp làm đường giao thơng, vừa làm lá chắn chống ngập lụt, bảo vệ dân cư và cơ sở hạ tầng các trung tâm du lịch, các đơ thị ven biển trong tương lai. Hệ thống đê biển này sẽ trở thành con đường huyết Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ mạch, liên lạc giữa các đơ thị ven biển, đồng thời là tuyến phịng thủ bảo đảm an ninh quốc phịng + Hệ thống đê biển khép kín sẽ bảo vệ an tồn cho dải ven biển của các địa phương, phục vụ chuyển đổi cơ cấu kinh tế, nhất là kinh tế nơng nghiệp và ni trồng thủy sản. Các cơng trình thủy lợi dưới đê biển (như cống, âu thuyền …) sẽ đảm nhiệm chức năng chủ động điều tiết nước ngọt, mặn phù hợp với từng giai đọan phát triển kinh tế nơng nghiệp và thủy sản, góp phần xóa đói, giảm nghèo và phát triển kinh tế bền vững cho các địa phương. Nhận thức được tầm quan trọng của cơng tác bảo vệ bờ biển và phịng chống lũ từ phía biển, Chính phủ đã quyết định lập kế hoạch đầu tư một chương trình cấp quốc gia về xây dựng và củng cố hệ thống đê biển (“Chương trình Nhà nước về xây dựng và nâng cấp hệ thống đê biển”). Theo đó, từ 2005 đến năm 2020 Nhà nước đầu tư trên 10 nghìn tỉ đồng cho việc xây dựng nâng cấp và làm mới các tuyến đê biển. Để việc xây dựng hệ thống đê biển có đủ căn cứ khoa học, Nhà nước đã giao cho Bộ NN&PTNT chủ trì thực hiện một chương trình nghiên cứu phục vụ xây dựng hệ thống đê biển, bao gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Chương trình khoa học cơng nghệ phục vụ xây dựng đê biển và cơng trình thủy lợi vùng cửa sơng ven biển; Phạm vi thực hiện của giai đoạn 1 bao gồm các địa phương có đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam; Giai đoạn 2: Chương trình củng cố, nâng cấp và xây dựng mới đê biển các tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang; Các đề tài của giai đoạn 1 đã và đang được thực hiện, các đề tài của giai đoạn 2 mới trong giai đoạn đề xuất Do những vai trị to lớn đã nêu trên, việc đầu tư xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ đúng u cầu kỹ thuật, đáp ứng được mục đích đặt ra, tạo tiền đề để phát triển bền vững và ổn định đời sống của nhân dân vùng ven biển nói riêng và cả nước nói chung là rất cấp thiết Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 10 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 1.2.1. Tình hình xây dựng đê biển trên thế giới Tổ hợp đê và các hạng mục khác trong hệ thống cơng trình phịng chống các hiểm họa do thiên tai gây ra từ biển được các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia có biển quan tâm. Tuy nhiên, tùy thuộc vào đặc điểm tự nhiên, khí hậu, địa hình và trình độ phát triển của mỗi quốc gia mà các hệ thống này được phát triển ở mức độ khác nhau Hà Lan là một đất nước có đến 2/3 diện tích thấp hơn mực nước biển, vì vậy sự bền vững của các hệ thống đê biển là vấn đề sống cịn đối với người Hà Lan. Chính vì lẽ đó họ đã bằng mọi cách bảo vệ vững chắc hệ thống đê trước tác động của thiên nhiên. Sau thảm họa đê biển năm 1953, chính phủ Hà Lan đã có những chính sách quan tâm đặc biệt tới hệ thống này như đê là cơng trình có cấp đặc biệt cao; Với đê sơng thơng thường, tần suất thiết kế là (1:1.250); hệ thống đê biển được thiết kế với tần suất thấp hơn (1:10.000), thậm chí thấp hơn nữa. Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 11 Hình 1.2: Bản đồ phân vùng tần suất thiết kế đê biển Hà Lan Đê biển được xây dựng sao cho khơng cho phép nước tràn dưới tác động của sóng bão; kết cấu của đê được đặc biệt quan tâm và được kiểm sốt rất chặt chẽ về chất lượng trong q trình xây dựng thơng qua một ủy ban riêng thuộc Nhà nước. Đê thường có cả cơ ngồi và cơ trong kết hợp giao thơng. Tùy theo mức độ quan trọng mà kết cấu của đê cũng khác nhau. Chẳng hạn đê không trực diện với biển thường là đê đất với lõi đất hoặc lõi cát bảo vệ bằng đất sét, ngoài Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 12 trồng cỏ cả mái trong và mái ngoài, tần suất thiết kế cũng thấp hơn. Đối với những đê trực diện với biển thì lõi khơng khác so với những đê khác, nhưng nền đê được xử lý và gia cố rất cẩn thận, lớp bảo vệ khá đặc biệt. Đó là các khối bảo vệ 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. Kết cấu của đê có xu thế mở rộng với việc bố trí cơ ngồi đủ lớn để chiết giảm tối đa năng lượng sóng leo và sóng tràn đỉnh, đồng thời đó cũng là đường giao thơng kết hợp đường sửa chữa, bảo dưỡng đê khi cần thiết. Việc bảo vệ mái ngồi và chân đê cũng được xem là đặc biệt quan trọng trong xây dựng đê biển. Tại những vùng có tác động sóng lớn, bảo vệ mái ngồi đê và chân đê thường được tăng cường bằng lớp vỏ hợp bởi các cấu kiện bê tơng đúc sẵn, có thể theo hình thức loại kết cấu tự chèn khối hình lập phương (ví dụ như: Tetrapod, Accrepod, Xblock hay Cube), với khối lượng từ vài tấn đến vài chục tấn thả phía bãi trước để triệt tiêu bớt năng lượng sóng trước khi sóng vào đến đê. Hình 1.3: Đê biển kết hợp giao thơng ở Hà Lan Hệ thống đê biển của Mỹ đa dạng hơn do địa hình nước này khơng giống Hà Lan. Chính vì vậy chiến lược phịng chống thiên tai của Mỹ cũng khác dẫn tới kết cấu của đê cũng khác. Ngồi những thành phố quan trọng ven biển thì dải bờ biển rộng lớn của nước Mỹ là những khu vực khơng q đơng dân cư, đất lại rộng nên chiến lược đối với các vùng này là xây dựng một cơ sở hạ tầng rất tốt với hệ thống đường giao thơng rộng, nhiều làn, nhiều kiểu để nếu rủi ro xảy ra thì sơ tán ra khỏi vùng nguy hiểm rất nhanh. Vì vậy, kết cấu đê biển khơng q kiên cố như ở Hà Lan. Xu thế “tự nhiên” tác động ít nhất tới mơi trường cũng là quan điểm phát triển của Mỹ Các nước gần chúng ta thì Nhật Bản có hệ thống đê biển khá đặc biệt. Là quốc gia có bốn mặt là biển, thường xun bị động đất, sóng thần đe dọa với nguy cơ phá hoại hệ thống đê điều rất lớn nên Nhật Bản cũng đặc biệt quan tâm Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ Trị số góc lệch 124 xác định theo cơng thức sau [13]: M sin = ( 1 – 2) / [( 1 + 2+ 2 (z + hm + hc)] (4.11) M Trong đó : , 2: ứng suất chính ở điểm khảo sát trong đất nền ( 1 = µp; 2 = p; m và n : hệ số phụ thuộc z/b và y/b, được tra bảng; p : ứng suất gây lún trung bình phân bố dươi đáy móng). hoặc có xác định theo các thành phần ứng suất z; y và M sin M = [( z – y)2 + 4 xy như sau : xy ] / [( z + y+ 2 (z + hm + hc)²] (4.12) Trong đó : ; y và z xy : thành phần ứng suất theo phương thẳng đứng, phương ngang và ứng suất tiếp ở điểm khảo sát ( z = kzp; y = kyp và xy = yz = ktp – các hệ số kz, ky, và kt phụ thuộc z/b và y/b, được tra bảng [13]) : trọng lượng thể tích nền z, hm : chiều sâu điểm khảo sát và chiều sâu đặt móng hc = c / tg (c : lực dính đơn vị đất nền, : góc ma sát trong đất nền) Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều rộng bệ phản áp bằng 2 lần chiều rộng vùng biến dạng dẻo. Theo kinh nghiệm của Trung Quốc [6]: chiều cao h > 1/3H, chiều rộng L = (2/3 ÷ 3/4) chiều dài trồi đất b L bệphả n p m h H m vù ng biế n dạng dẻ o M> Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 125 Hình 3.8 – Mặt cắt ngang bệ phản áp Tuy nhiên, muốn cho bệ phản áp phát huy được hiệu quả để có thể xây dựng nền đắp một giai đoạn thì khối lượng của nó rất lớn. Vì vậy giải pháp đắp bệ phản áp chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp rẻ và phạm vi đất đắp khơng bị hạn chế Các giải pháp nêu trên (đệm cát, đệm đất, vải địa kỹ thuật, bè cây, bệ phản áp) đều nhằm mục đích cải tạo sự phân bố ứng suất và biến dạng của nền đất yếu. Chỉ nên áp dụng cho các trường hợp khi lớp đất nền yếu có chiều dày khơng lớn (≤ 3.0m) nằm trực tiếp dưới đáy móng đê để làm tăng khả năng chịu lực và hạn chế biến dạng, đặc biệt là biến dạng khơng đều của đất nền dưới tác dụng của tải trọng cơng trình Các giải pháp trên bị hạn chế khi chiều dày lớp đất yếu lớn (> 3.0m), hoặc trong lớp đất yếu có nước áp lực cao b. Cải tạo bản thân đất nền – làm tăng độ chặt của đất nền Trong những trường hợp các giải pháp trên khơng đạt u cầu, khi chiều dày lớp đất yếu lớn (> 3.0m), các nền đất có độ rỗng lớn, đất ở trạng thái rời, bão hồ nước có tính nén lún lớn hay đất có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng khi cịn nhỏ, thì giải pháp làm tăng độ chặt đất nền như như cọc cát, cọc đất, giếng cát, nén trước bằng tải trọng tĩnh, nén chặt trên mặt và dưới sâu là hợp lý nhất. Trong các giải pháp đó thì giải pháp xử lý nền đê bằng cọc cát làm tăng độ chặt của đất nền để nâng cao sức chịu tải của đất nền và tốc độ thi cơng đê ở Nam Bộ là thích hợp Phạm vi áp dụng: các tuyến đê đi qua vùng mà đất nền có sức chịu tải nhỏ, độ lún lớn và có khả năng gây ra biến dạng khơng đồng đều; các tuyến đê có chiều cao đắp lớn, các tuyến đê có kết hợp làm đường giao thơng. Với những cơng trình có tầm quan trọng và thời gian cho thi cơng gấp rút thì nén chặt đất bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả làm cho nước trong lỗ rỗng thốt Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 126 ra nhanh để tăng tốc độ cố kết của đất nền, khi đó nền đất mềm yếu được cọc cát làm nhiệm vụ là các thiết bị thốt nước dưới dạng đường thấm thẳng đứng Khi dùng cọc cát, trị số mơđun biến dạng ở trong cọc cát cũng như vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm. Vì vậy, sự phân bố ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên nhiên Mặt khác, cọc cát làm cho q trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn so với nền đất thiên nhiên. Phần lớn độ lún của nền đất có cọc cát thường thường kết thúc trong q trình thi cơng, do đó tạo điều kiện cho cơng trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định Tuy nhiên khơng nên dùng cọc cát trong các trường hợp đất q nhão (khi hệ số rỗng nén chặt > 1) lúc đó cọc cát khơng thể lèn chặt đất được và trong những trường hợp khi lớp đất yếu dưới móng đê mỏng ≤ 3.0m * Thiết kế cọc cát : Khi dùng cọc cát nền đất được nén chặt lại, tuy nhiên đất khơng có thể nén chặt đến độ chặt tùy ý, hệ số rỗng của đất cát sau khi được nén chặt bằng nc cọc cát có thể lấy tương ứng với độ chặt tương đối D vào khoảng 0,7 ÷ 0,8 và được xác định theo cơng thức sau : nc = max – D ( max ) (4.13) Trong đó : max , : hệ số rỗng của cát trạng thái rời nhất và chặt nhất được xác định bằng thí nghiệm Diện tích nền được nén chặt thường lấy lớn hơn diện tích đế móng để đảm bảo nền đất được ổn định dưới tác dụng của tải trọng cơng trình. Diện tích Fnc của nền được nén chặt có thể tính theo cơng thức sau đây : Fnc = 1,4 b ( a + 0,4 b ) Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ (4.14) 127 Trong đó : b: chiều ngang đê cần gia cố; a: chiều dài đê cần gia cố Tỷ lệ diện tích tiết diện các cọc cát Fc đối với diện tích nền được nén chặt Fnc sẽ xác định như sau : Fc/Fn = = ( 0 – nc)/(1+ 0) (4.15) Trong đó : : hệ số rỗng của đất nền trước khi nén chặt bằng cọc cát Từ cơng thức ( 4.15) ta xác định số lượng cọc cát cần thiết : n = Fn / fc (4.16) Trong đó : fc: diện tích tiết diện cọc cát dùng khi thi cơng Cọc cát thường bố trí theo đỉnh lưới hình tam giác đều. Đó là sơ đồ bố trí hợp lý nhất đảm bảo đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc. Khoảng cách giữa các cọc có thể xác định bằng tính tốn và dựa vào những giả thiết cơ bản sau : Độ ẩm của đất trong q trình nén chặt là khơng đổi Đất được nén chặt đều trong khoảng cách các cọc cát Thể tích của đất được nén chặt giới hạn trên bề mặt tam giác đều ABC giữa các trục của cọc cát, sau khi nén chặt sẽ giảm một thể tích bằng ½ thể tích cọc cát Thể tích của các hạt đất trước và sau khi nén chặt xem như khơng đổi, nếu bỏ qua tính nén bản thân của các hạt Tìm khoảng cách L giữa các cọc : trong diện tích tam giác đều có cạnh là L có chứa ba hình quạt của tiết diện cọc với tổng diện tích bằng ½ tiết diện cọc F= pd²/8. Diện tích ABC là : F = (L² 3)/4 Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 128 L B Cọc cá t C d A Hình 3.9 – Sơ đồ tính khoảng cách cọc cát Trong diện tích ABC khi đất được lèn chặt bằng cọc cát thì đất các phần hình quạt của tiết diện cọc bị ép vào phần cịn lại của ABC. Có nghĩa là thể tích hạt của đất trong lăng trụ chiều cao một đơn vị, đáy F (trước khi xử lý) Vkxl = (L² 3)/4(1+ 0) và F F (sau khi xử lý) Vxl = (2L² 3 d² )/8(1+ nc) là không đổi. Cân bằng hai biểu thức Vkxl và Vxl ta tìm được cơng thức xác định khoảng cách giữa các cọc L phụ thuộc hệ số rỗng : L = 0.952d ((1+ nc)/( 0 – nc)) (4.17) Hoặc phụ thuộc trọng lượng đơn vị : L = 0.952d ( tk /( tk – 0)) (4.18) Trong đó : kxl ; xl : trọng lượng đơn vị của đất nền trước và sau khi xử lý lèn chặt Chiều sâu nén chặt Hnc của cọc cát có thể lấy bằng chiều sâu vùng nén H ở dưới đế móng. Chiều sâu vùng chịu nén được xác định xuất phát từ điều kiện ứng suất nén ở độ sâu ấy nhỏ hơn một giới hạn nhất định. Đối với cơng trình thủy lợi, chiều sâu vùng chịu nén H đựơc xác định từ điều kiện sao cho ứng suất z ở đáy không lớn hơn 0,5 lần áp lực bản thân của đất nền zđ , tức là : z 0,5 zđ Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ (4.19) 129 b Lớ p lọc Lớ p đấ t yế u Hnc Hđ Đê m m Cọc cá t (L 3)/2 (L 3)/2 Hình 3.10 : Mặt cắt ngang đê xử lý nền đê bằng cọc cát Theo kinh nghiệm [8], sức chịu tải tính tốn của đất nền sau khi được nén chặt bằng cọc cát có thể lấy lớn hơn từ 2 ÷ 3 lần sức chịu tải của đất nền tự nhiên khi chưa có gia cố. Đối với đất nền sét hoặc đất bùn, khi nén chặt bằng cọc cát, sức chịu tải tính tốn của đất nền có thể lấy trong phạm vi (2 ÷ 3) kg/cm² 4.2.2.2. Trường hợp có thể kéo dài thời gian thi cơng Với đặc điểm thi cơng đê Nam Bộ, chiều cao khơng lớn, thời gian thi cơng có thể kéo dài thì dùng biện pháp đắp đê theo nhiều giai đoạn để nâng cao sức chịu tải của nền là giải pháp thi vừa cơng đơn giản vừa hiệu quả Khi cường độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đê ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần cường độ của nó bằng cách đắp đất từng lớp một, chờ cho đất nền cố kết, sức chống cắt tăng lên, có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn thì mới đắp lớp đất tiếp theo Thực chất của giải pháp này là dưới tác dụng của chiều cao lớp đất thứ nhất, đất nền chưa bị phá hoại, nhưng đựơc nén chặt, sức chống cắt của nền tăng lên do nén cố kết. Sau đó đắp tăng cao lớp thứ hai, khi đó nền đã đủ khả năng chịu tải Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 130 I II III Thờ i gian Lực dính Chiề u cao đắ p H cuố i Kiể m tra 100 Kiể m tra Độcốkế t (%) Thờ i gian Hình 4.17: Sơ đồ phân đoạn đắp đê theo chiều cao Về nguyên tắc, giải pháp này cũng dựa vào sự tăng cao sức chống cắt của nền đất yếu dưới tác dụng của lớp đất đầu tiên để đắp tiên để đắp tiếp lớp đất tiếp theo. Sức chống cắt = tg + C của đất dính mềm yếu phụ thuộc vào trạng thái độ chặt, độ ẩm của nó Khi tác dụng áp lực nén chưa vượt q khả năng chịu tải của đất nền, nước lỗ rỗng của đất thốt ra làm giảm độ ẩm (W), giảm tỉ số kẽ rỗng ( ), và tăng dung trọng khơ ( c ) của đất (tức là đất nền được cố kết). Trong q trình cố kết, sức chống cắt của đất = tg + C (góc ma sát trong và lực dính C) sẽ tăng lớn, khả năng chịu tải của nền cũng tăng. Sự gia tăng này phụ thuộc vào mức độ cố kết của đất nền dưới tải trọng tác dụng lên nó. Dựa vào đặc điểm trên, ta phân đoạn đê theo chiều cao và đắp đất trong nhiều thời đoạn khác nhau nhằm nâng cao dần sức chịu tải của đất nền cho phù hợp với chiều cao khối đất đắp Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ Ứ ng suấ t 131 ắp átđ a Đ Cốkế t Cốkế t ng å t to sua g n Ứ Ứ ng suấ t hiệ u qủ a yê u cầ u ắp átđ a Đ Á p lực nướ c kẽrỗ ng Chiề u cao đắ p Hình 4.18: Ap lực lỗ rỗng và q trình đắp đất Trình tự tính tốn như sau : Trước hết xác định chiều cao cho phép của lớp đất đắp đầu tiên H, lúc bấy sức chống cắt của đất yếu là Cu1 (lực dính xác định bằng thí nghiệm khơng cố kết, khơng thốt nước). Có thể bỏ qua phần sức chống cắt do ma sát vì áp lực có hiệu quả truyền lên hạt đất xem như khơng đáng kể. Chiều cao H 1 tính từ cơng thức MandelSelen on [6]: H1 = Nc. Cu1/ F (4.20) Trong đó : F: hệ số an tồn, F lấy bằng 1,5; Nc: hệ số tra (biểu đồ 3.29 [6] phụ thuộc tỷ số B/h, với B là chiều rộng trung bình của nền đắp, h là chiều dày đất yếu). Chờ cho đất cố kết hồn tồn dưới tác dụng của tải trọng H1, khi đó sức chống cắt của nền đất yếu tại độ sâu z sẽ tăng thêm (hình 4.19): Cu = Trong đó z tg z cu = H1.tg cu (4.21) : độ tăng ứng suất có hiệu thẳng đứng trong nền đất yếu ở độ sâu z do tải trọng đất đắp H1 gây ra Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 132 Nếu khơng chờ cố kết hồn tồn mà chỉ cố kết U% thì độ tăng của sức chống cắt là : Cu = H1.U.tg (4.22) cu Thực tế cơng thức này cho độ tăng sức chống cắt ở dưới tim của nền đê, cịn Cu sẽ gần bằng 0 ở chân đê. Vì vậy ta lấy độ tăng trung bình gần đúng theo cung trượt là : Cu = 1/2 H1.U.tg (4.23) cu Như vậy ta sẽ có một sức chống cắt (lực dính) mới là C u2 = Cu1 + Cu cho phép ta đắp nền đường đến chiều cao H2 và cứ tiếp tục như vậy cho lớp H3 … Cu Cu1 cu2 cu Cu2 z z1 z2 z Hình 4.19 : Sức chống cắt của đất nền tăng thêm Có thể kiểm tra trạng thái cố kết của đất yếu dưới nền đắp bằng các biện pháp : Đo áp lực lỗ rỗng Đo độ lún của lớp đất yếu Xác định độ tăng thêm của lực dính Cu bằng thí nghiệm cắt cánh Tuy nhiên với đặc điểm thi cơng đê Nam Bộ thì chỉ nên thi cơng đắp đê trong 2 giai đoạn vì thời gian cố kết của đất diễn ra rất chậm sẽ kéo dài tiến độ hồn thành đê. Trong trường hợp thời gian giữa các giai đoạn thi cơng q dài thì có thể kết hợp với biện pháp cọc cát Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 133 4.2.2.3. Bố trí thiết bị thi cơng Với những đặc điểm địa hình, địa chất nêu trên, thiết bị dùng để đắp đê ở Nam Bộ nên dùng là máy đào gầu sấp dung tích 0.7m³, xáng ngoạm, xáng thổi. Thiết bị đầm nén có thể là bánh xích hoặc đầm chân dê có trọng lượng nhỏ để thích hợp với nền đất yếu. Đặc điểm của đầm chân dê là tạo ra ứng suất lên bề mặt của đất đầm rất lớn và lớn hơn cường độ giới hạn của đất. Vì vậy, sử dụng loại đần này đối với loại đất dính ở dạng cục thì rất hiệu quả Những trường hợp thời gian thi cơng ngắn, tuyến đê đi qua những vùng trũng hoặc qua các bãi lầy ven biển, khơng nên thi cơng đắp đê bằng biện pháp thủ cơng (bằng các thỏi đất đấu) bởi những hạn chế sau: đê đắp bằng các thỏi đất đấu khơng thể đầm chặt, đắp trên nền đất bão hịa nước nếu khơng có lớp đất thốt nước tốt ở giữa nên tốc độ cố kết rất chậm 4.3. KẾT LUẬN Trên cơ sở phân tích sự ổn định và những ngun nhân gây ra sự cố cho đê trong những năm qua. Dựa trên những giải pháp tiên tiến của các nước, trên cơ sở lý luận hiện đại cùng với những giải pháp truyền thống nhưng cịn có hiệu của nước ta về xử lý nền đất yếu. Luận văn đã đề xuất các giải pháp thi cơng đê phù hợp với hồn cảnh và đặc điểm riêng của dải ven biển Nam Bộ Trong trường hợp có thể kéo dài thời gian thi cơng thì giải pháp thiết kế và thi cơng theo từng giai đoạn là phù hợp nhất về mặt kỹ thuật và kinh tế. Khi mà tiến độ thi cơng địi hỏi nhanh, nếu khơng có biện pháp xử lý nền thì giải pháp đắp bệ phản áp sẽ có hiệu quả hơn giải pháp làm thoải mái dốc đê. Đối với nền đê có chiều dày lớp đất yếu phía trên khơng lớn (