Practical experiences in design and execution of dike using dredgers

It is not like a skyscraper or huge bridges, sea dykes is thousands kilometer long, use billions cubic meter of construction materials. By saving a little unit cost of cross section, those can save huge money. In almost cases, local soil does not meet technical requirements to fill dyke body, as well as loading capacity of foundation. In some places, the height of dyke can not bigger 2m. That’s why apply advanced technologies in design and execution are very important to make a strong sea dyke in the manner of technique and financial.

Practical experiences in design and execution of dike using dredgers Nguyen Quoc Dzung1, Khong Trung Duan2 Abstract: It is not like a skyscraper or huge bridges, sea dykes is thousands kilometer long, use billions cubic meter of construction materials By saving a little unit cost of cross section, those can save huge money In almost cases, local soil does not meet technical requirements to fill dyke body, as well as loading capacity of foundation In some places, the height of dyke can not bigger 2m That’s why apply advanced technologies in design and execution are very important to make a strong sea dyke in the manner of technique and financial The paper presents some experiences related to investigation, design and execution of sea dykes using local soil, which are implemented by author’s team Keywords: sea dyke, dredger, geotextile, construction Kinh nghiệm thiết kế, thi công đê tàu hút bùn qua số cơng trình thực tế Nguyễn Quốc Dũng1, Khổng Trung Dn2 Tóm tắt: Đê biển khơng cao nhà chọc trời, không đồ sộ cầu vượt sơng cơng trình dài hàng trăm, hàng nghìn km với khối lượng vật liệu xây dựng phải tính đến số hàng tỷ mét khối Bớt chi phí chút cho mét dài đê biển tiết kiệm khoản tiền khổng lồ Trong thực tế, nhiều nơi đất khai thác chỗ không đáp ứng u cầu khối đắp khơng có biện pháp xử lý; mặt khác sức chịu tải đê kém, khơng nơi xây dựng đê cao khơng q 2m Vì vậy, việc ứng dụng TBKT thiết kế, thi công đê biển sử dụng vật liệu chỗ cần thiết, có ý nghĩa kinh tế lớn Bài báo thảo luận số kinh nghiệm khảo sát, thiết kế thi công đê biển sử dụng vật liệu chỗ qua dự án nhóm nghiên cứu thực Từ khố: đê biển, tàu hút bùn, vải địa kỹ thuật, thi công, vật liệu địa phương Lựa chọn phương pháp khảo sát địa chất Kết khảo sát địa chất có vai trò quan trọng việc đề xuất phương án kết cấu công nghệ xử lý Khó khăn cơng tác khảo sát đất yếu cơng tác lấy mẫu ngun dạng để làm thí thí nghiệm phòng Vì vậy, thiết kế đê biển nên sử dụng thiết bị khảo sát trường cắt cánh, SPT, CPT, Bảng định hướng giúp cho người lập phê duyệt đề cương khảo sát địa chất sử dụng phương pháp khảo sát thí nghiệm phù hợp với đất yếu đáp ứng yêu cầu người thiết kế A/Prof., Dr.; Vietnam Academy for Water Resources Vietnam Academy for Water Resources 257 Bảng Lựa chọn phương pháp thiết bị khảo sát theo loại đất Phương pháp khảo sát Phương pháp khoan Xoay thổi rửa Khoan đập cáp Bùn, sét mềm yếu x Bùn, than bùn Phương pháp lấy mẫu ngun dạng Đơn Đơi Đóng ống mẫu xx 0 xx x x 0 xx - X xx Sét cứng vừa x xx x x x x X xx x Sét cứng xx x x xx x x x xx Bụi (sét pha cát) xx x 0 - - x xx x Cát chảy, bão hoà xx x 0 0 x xx x Cát chặt xx x 0 0 xx xx xx Cát lẫn sạn xx - 0 0 xx x xx Cuội, tảng xx - - 0 xx x Đá phong hoá xx xx x - x xx Đá tươi xx x xx 0 0 x Vật liệu cứng rời xx 0 0 x x Loại đất Xoay ống mẫu lồng Phương pháp thí nghiệm trường Nén mẫu Pitông Xuyên CPT Nén ngang PMT Cắt cánh VST SPT - X - xx Ghi chú: (xx): Phương pháp hiệu kiến nghị sử dụng; (x): Phương pháp sử dụng được; (-): Phương pháp hiệu quả, thận trọng sử dụng số liệu; (0): Phương pháp không ý nghĩa áp dụng Lựa chọn biện pháp xử lý đất yếu Khi gặp đất yếu, người thiết kế phải lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp với loại đất, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật điều kiện khác (như tiến độ, khả tài chính) dự án Nói chung, người thiết kế phải đưa vài phương án khả dĩ, sau định phương án chọn dựa so sánh kinh tế - kỹ thuật tính khả thi vật liệu thiết bị thi công Bảng trình bày tổng hợp giải pháp cơng nghệ có phạm vi ứng dụng với loại đất Bảng Lựa chọn giải pháp xử lý đất đắp Phương pháp Phạm vi áp dụng Ghi Đắp nhiều năm, theo đợt Với đê thấp, tiến độ cho phép kéo dài, Cần kết hợp giải pháp đắp phản áp; chờ cố kết điều kiện kinh tế hạn hẹp; Cần xem xét đến khả đất bào mòn sau đợt dừng thi công; Gia cố cành cây, rơm rạ, Các đê nhỏ, dân tự làm vật liệu phế thải Không có tiêu chuẩn để tính tốn lún ổn định Thay đất (đào bỏ lớp Chỉ áp dụng với tầng đất yếu mỏng < Thường sử dụng cát để lót đất đồi yếu thay vào đất tốt) 2,0m (tùy vào điều kiện cụ thể) Đào rãnh nước để khơ Khi có khả tiêu tự chảy; Cần sử dụng thêm biện pháp cày xới trước đắp; Hàm lượng hạt sét khơng q cao (nên đất để đất chóng khơ 30%); Sử dụng giếng cát Sử dụng nhựa (PVD) Nền đất sét, sét Thường phải có kết hợp gia tải trước; Cần ý khả phá hỏng đất yếu kích thước giếng cát lớn 258 Phương pháp Phạm vi áp dụng Ghi Cần kiểm tra toán thấm Sử dụng nhựa giếng Khi có yêu cầu tiến độ khả Cần xem xét đến tính khả thi thiết bị thi cát kết hợp với gia tải tài cho phép cơng; Gia tải trước khơng có Đối với cơng trình cho phép lún Cần kiểm tra ổn định gia tải nhựa giếng cát kéo dài; hút chân không Khối đắp gia tải thường cát; Đầm chặt đất cát, cát bụi Cát rời, cát pha Phải có lượng cát bù sau gây chấn động đầm rung biện pháp rung, đầm rời nặng Cột xi măng trộn sâu Khi tầng đất yếu dày, đê đắp cao (trên Chỉ làm tăng sức chịu tải nền; Phần 7m); thân đê nên sử dụng cốt vải ĐKT đắp Đê cứng (BT, đá xây,…) vật liệu đất tốt; Đất có cốt, vải địa kỹ thuật Chủ yếu sử dụng thân đê Phải có mơ hình tính tốt, sử dụng lưới địa kỹ thuật lớp phân cách thân đê đê; phần mềm trợ giúp; Khi tầng đất yếu không dày, đê Bảo vệ vải thi công; không cao Thích hợp đắp tàu hút bùn Lựa chọn biện pháp thi công Trước năm 1975, đê biển chủ yếu thi công thủ công, đắp nhiều năm Ngày nay, lao động thủ công giá thành cao nên chủ yếu để làm việc tu sửa nhỏ Việc sử dụng thiết bị giới (máy đào xúc thủy lực, đào gầu dây) tạo suất lao động cao chất lượng đảm bảo Tuy nhiên, nhiều trường hợp không lấy đất ven đê, vật liệu đắp phải lấy từ xa (từ mỏ vật liệu cách chân đê hàng trăm mét) mặt thi cơng hạn chế (lầy lội, khơng có đường vào, ) giải pháp đắp tàu hút bùn (cơ giới thủy) tỏ có hiệu Giải pháp giới thuỷ tỏ có lợi việc bồi đắp đất ven biển khơng phải làm đường thi cơng, khai thác cát ngồi biển giảm tác động tới mơi trường khơng làm ảnh hưởng tới sản xuất đất liền Nó giới hoá tất khâu đào, vận chuyển đắp, khơng phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết, chất lượng đất đắp có độ chặt thành phần hạt phân bố tương đối đồng theo mặt cắt đê Ở Hà lan, người ta hút cát biển cách xa hàng trăm km để đắp đê Tại Việt Nam, khu công nghiệp ven biển nhiều nơi (đặc biệt phía nam) sử dụng cát biển để san Sở dĩ công nghệ thi cơng ngày ưa dùng ngun nhân sau đây:  Thiết bị đại: cánh cắt đất chế tạo đặc biệt để có suất đào đất cao; cánh bơm có khả chống mài mòn, khả bơm xa mà phải bơm trung chuyển;  Kết hợp sử dụng túi vải ĐKT để làm “băng két” (bờ bao ô chứa), cho phép chống tác động sóng biển trình thi cơng;  Khơng phí làm đường thi công, đền bù giải tỏa (để làm đường vào), tác động đến môi trường vận chuyển đất đá đường, mua vật liệu trả phí tài nguyên, ;  Sử dụng nhân lực công trường 259 Tuy nhiên, thiết kế đê biển nay, đơn vị tư vấn ngành chưa có nhiều kinh nghiệm việc thiết kế đắp đê tàu hút bùn Dưới trình bày số kinh nghiệm rút qua dự án Viện Thủy công thiết kế thi công Đắp đê biển tàu hút bùn Trong ngành thủy lợi sử dụng tàu hút bùn đê đắp bờ bao chống lũ cho vùng đồng sông Cửu Long Tuy nhiên, đê biển khác với với cơng trình làm cơng trình có chiều dài lớn, chiều cao nói chung lớn khu san phải kết hợp gia cố nước tốt q trình thi cơng Dưới trình bày dự án nhóm nghiên cứu thực rút kinh nghiệm bước đầu 4.1 Đê biển Bình Minh III - tỉnh Ninh Bình Dự án đê biển Bình Minh III có chiều dài khoảng 15km Nhiệm vụ tuyến đê lấn biển mở rộng khoảng 1450ha diện tích bãi bồi để ni trồng thuỷ hải sản Vị trí dự án thử nghiệm có quy mơ: chiều dài 150m, chiều cao H=3,5m, bề rộng mặt đê B=5,0m a Mục tiêu thử nghiệm Sử dụng vật liệu chỗ có hàm lượng cát cao để đắp đê; Giảm tối đa hệ số mái dốc để so sánh với phương án truyền thống (đang thiết kế mTL=4,0, mhl=3,0); Tăng nhanh tiến độ thi công (phương án truyền thống phải đắp - 4năm) b Giải pháp kết cấu Sử dụng lớp VĐKT có cường độ kéo cao kết hợp cát có góc ma sát hệ số thấm lớn để gia cố khối đất Giải pháp giải vấn đề kỹ thuật: tăng cường độ đất đắp, tăng tốc độ thoát nước làm cố kết khối đắp nhanh, mặt cắt thu nhỏ, tăng tốc độ thi công, c Phương pháp thi công Sử dụng tàu hút bùn khai thác đất phía ngồi biển để đắp đê d Phân tích tính tốn lựa chọn giải pháp + Trong thiết kế xét phương án cốt: lớp cốt liên tục Vải ĐKT; lớp cốt liên tục (lớp 1, từ lên) lớp cốt rời cát thô dầy15 cm; lớp cốt liên tục (lớp 3) lớp cốt rời (lớp 4) cát thô dầy lớp 15 cm Với phương án lại xem xét loại cốt liên tục PEC75 MAX + Mặt cắt hợp lý lựa chọn thiết kế: chiều cao đê trung bình: Htb = 3,5m; Bề rộng mái đỉnh đê (theo yêu cầu kết hợp giao thông): b=5,0m; Mái dốc phía biển: m1 = 1,5; mái dốc phía đồng: m2 = 1,0 Cốt: sử dụng lớp cốt liên tục loại Pec 75, có cường độ kéo T=75KN/m; hai lớp cốt rời - cát thô dày 15 cm xen kẹp hai lớp cốt liên tục e Kết tính tốn thiết kế - Ổn định thấm: q = 1,3910-5 m3/s/m; jra = 0,15; - Ổn định trượt mái hạ lưu: Kminmin = 2,10; - Ổn định biến dạng: u = 376mm  [u] = 10%Htb 260 6.00 mặt cắt đê KCT2 thiết kế theo công nghệ đề tài 5.00 4.00 Cát đắp thân đê ,00 =1 2.00 Trồng cỏ mái hạ lưu m 3.00 Đá lát khan dày 25cm Đá dăm dày 10cm Vải chống thâm ,5 =1 m Đường mặt đất tự nhiên 1.00 02 líp cèt V§KT - Pec75 Mss= 02 líp cèt rời, dày 15cm Cao độ TN (m) K/c lẻ (m) K/c céng dån (m) Hình Mặt cắt đê biển Bình Minh III - tỉnh Ninh Bình f Kết thử nghiệm  Về giá thành: giảm 20% so với cách làm thực (chủ yếu mặt cắt đê nhỏ hơn);  Về thời gian lún ổn định: sau tháng đê đạt độ lún ổn định; so với đê đối chứng phải đắp năm đạt cao trình thiết kế;  Về khả chống chịu sõng bão: đoạn đê thử nghiệm đứng vững qua bão số (2005), đoạn bên cạnh bị hư hỏng nghiêm trọng; 4.2 Đê biển Đầm Nại - tỉnh Ninh Thuận Dự án đê biển Đầm Nại có chiều dài 6140 m Nhiệm vụ dự án bảo vệ để phục vụ sản xuất ổn định vùng dự án bên có diện tích khoảng 1300ha a Quy mơ tuyến đê biển thiết kế Chiều dài 6km, chiều cao H=3,10m, bề rộng mặt đê B=5,0m b Giải pháp thiết kế thi công Ban đầu tư vấn đề xuất lấy đất cách 15 km chở đắp Tuy nhiên, với khối lượng đất đắp dự kiến khoảng triệu m³ phải làm giải tỏa làm đường thi công, chưa kể ảnh hưởng đến sản xuất vùng; Phương án duyệt:  Giai đoạn 1: sử dụng tàu hút bùn khai thác đất đầm đổ vào ô chứa vừa làm đê, vừa nơi chứa đất để đắp cho bờ kênh phía  Giai đoạn 2: sau đất chứa nước, sử dụng thiết bị giới đào đất ô chứa vận chuyển đắp bờ kênh phí  Giai đoạn 3: hoàn thiện mặt cắt đê theo thiết kế c Miêu tả kỹ thuật sử dụng + Mặt cắt Chiều cao đê trung bình: Htb=3,1m Bề rộng mái đỉnh đê (theo yêu cầu kết hợp giao thông): b=5,0m Mái dốc phía biển: m1 = 2,5; mái dốc phía đồng: m2 = 2,0 261 + Giải pháp để ổn định: sử dụng kết hợp giải pháp truyền thống (đắp theo thời gian để cải thiện tiêu lý đất) khối đắp phản áp hạ lưu b=5,0m, h=1,50m (để tăng cường độ ổn định); sử dụng thêm lớp VĐKT để gia cố lớp móng có cường độ kéo T=50KN/m + Phân đoạn thi cơng: đắp lớp dày 0,9m thời gian chờ đắp hai lp lin l thỏng Mặt cắt điển hình phía đồng Phía biển Hỡnh Mt ct biển Đầm Nại - tỉnh Ninh Thuận d Kết tính tốn - Ổn định trượt mái hạ lưu lần đắp hệ số ổn định tổng thể sau xây dựng xong: K1 = 1,770, K2 = 1,650, K3 = 1,540 Kt=1,350 - Thời gian chờ đắp lớp: ti = 3,0 tháng; thời gian thi cơng hồn thiện đê cố kết đạt U = 90% T=28 tháng - Ổn định biến dạng: u = 450mm  [u] = 10%Htb e Hiệu kinh tế Giảm 20.000 đ/m³ đất so với phải vận chuyển từ xa, chưa kể chi phí cho việc làm đường, đền bù giải tỏa, chủ động thuận lợi bố trí mặt thi cơng gói thầu Tính chung cho toàn dự án giảm 27% giá thành 4.3 Bài học kinh nghiệm thiết kế Hai tuyến đê biển nằm đất yếu (dung trọng khô k=1,09 T/m³, lực dính c=0,035 kg/cm2, góc ma sát =4o, ) Đất yếu nên sử dụng tính tốn thiết kế theo tiêu chuẩn hành không cho kết tin cậy Mặt thi công lầy lội, bán ngập triều, khơng có đường vào, phương pháp thi cơng thủ cơng giới khó khăn Sử dụng vật liệu đất chỗ để đắp đê biển giải pháp kinh tế tìm giải pháp kết cấu thân để sử dụng thiên nhiên mà xử lý Trong trình thiết kế cần nghiên cứu so sánh nhiều phương án, từ giải pháp đơn giản, dễ làm, rẻ tiền trước Đặc biệt kết hợp cách làm truyền thống (đắp chờ cố kết) với đại (gia cố vải ĐKT) để bảo đảm ổn định cho khối đắp Cần so sánh kinh tế kỹ thuật tính khả thi thiết bị cơng nghệ, bố trí mặt tổ chức thi công yếu tố khách quan khác 262 Để cho kết tính tốn tin cậy phải có phương pháp khảo sát trường phù hợp, đặc biệt phải làm thí nghiệm cố kết Nếu điều kiện cho phép, tốt đắp thử trường để có số liệu tin cậy Kết luận Để hoàn thành xây dựng tuyến đê biển từ Quảng Ninh đến Kiên Giang, chương trình khoa học công nghệ đê biển phải giải nhiều vấn đề, có đề tài nghiên cứu giải pháp KHCN để xây dựng đê biển vật liệu chỗ, đặc biệt đê biển đất yếu Đây vấn đề khoa học có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật Những ý kiến thảo luận nêu rút từ kết nghiên cứu thực nghiệm đề tài bước đầu, cần tiếp tục theo dõi tổng kết Tài liệu tham khảo [1] Vũ Đình Hùng (2006): Nghiên cứu công nghệ xây dựng đê biển vật liệu chỗ có hàm lượng cát cao miền Bắc Việt Nam Báo cáo đề tài cấp Bộ năm 2006, Hà Nội, Việt Nam [2] Nguyễn Hữu Phúc (2006): Đê biển Việt Nam, tồn định hướng nâng cấp, sửa chữa Báo cáo hội nghị tổng kết ngành NN&PTNT, Hà Nội, Việt Nam [3] Nguyễn Ngọc Lâm (2004): Nghiên cứu công nghệ mới: Cơ giới thuỷ lực để xây dựng đê, đập vùng đồng sông Cửu Long Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội,Việt Nam [4] Viện Khoa học Thủy lợi (2006): Hồ sơ thiết kế kỹ thuật – thi công dự án “ Đầu tư xây dựng hệ thống thủy lợi cấp thoát nước phục vụ nuôi trồng thủy sản khu vực Đầm Nại, tỉnh Ninh Thuận” [5] Bergado D T., Chai J C., Alfaro M C., Balasubramaniam A S., (1996): Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng Nhà xuất giáo dục Hà Nội, Việt Nam [6] Bộ NN & PTNT (2003): Tiêu chuẩn thiết kế đê biển 14TCN130-2002 263 ... thi cơng Dưới trình bày dự án nhóm nghiên cứu thực rút kinh nghiệm bước đầu 4.1 Đê biển Bình Minh III - tỉnh Ninh Bình Dự án đê biển Bình Minh III có chiều dài khoảng 15km Nhiệm vụ tuyến đê lấn... nhiên, thiết kế đê biển nay, đơn vị tư vấn ngành chưa có nhiều kinh nghiệm việc thiết kế đắp đê tàu hút bùn Dưới trình bày số kinh nghiệm rút qua dự án Viện Thủy công thiết kế thi công Đắp đê... tính tốn thiết kế - Ổn định thấm: q = 1,3910-5 m3/s/m; jra = 0,15; - Ổn định trượt mái hạ lưu: Kminmin = 2,10; - Ổn định biến dạng: u = 376mm  [u] = 10%Htb 260 6.00 mặt cắt đê KCT2 thiết kế theo