Nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu thành công và sử dụng rất phổ biến vật liệu cát, đá và bitum bảo vệ mái đê biển. So với các vật liệu gia cố chúng ta thường dùng trước đây là bê tông hoặc bê tông cốt thép thì vật liệu hỗn hợp bitum, cát, đá có những tính năng ưu việt hơn hẳn, đó là: khả năng chống xâm thực trong môi trường nước biển tốt hơn nhiều, khả năng biến dạng, đàn hồi tốt, có thể thích ứng một cách mềm dẻo với những biến dạng, lún sụt của nền đê và thân đê, hạn chế được những lún sụt, xói lở cục bộ của đê biển, độ bền và tuổi thọ cao hơn nhiều, v.v… tuy nhiên để có thể chuyển giao ứng dụng rộng rãi vào thực tế của Việt Nam đòi hỏi phải có nghiên cứu bài bản, toàn diện để hoàn thiện các công đoạn từ thiết kế thành phần cấp phối vật liệu vữa bitum, nghiên cứu quy định yêu cầu kỹ thuật đối với các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu hỗn hợp asphalt, quy trình công nghệ tính toán thiết kế, thi công, quản lý vận hành, duy tu, bảo dưỡng đến việc đánh giá tác động đến môi trường phù hợp với điều kiện tự nhiên, trình độ công nghệ của Việt Nam, nghiên cứu xây dựng định mức, dự toán xây dựng, tiến tới ban hành các tiêu chuẩn quốc gia, định mức kỹ thuật về các vấn đề nêu trên. Thuyết minh trình bày biện pháp thi công lớp gia cố mái đê phía biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt và xây dựng quy trình sản xuất vật liệu, tính toán thiết kế, thi công, kiểm tra chất lượng, quản lý bào trì đối với 3 đối tượng chính đó là bê tông asphalt (asphaltic concrete), vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc (fully grouted stone asphalt), asphalt độn nhiều đá (open stone asphalt) để bảo vệ đê biển trong điều kiện Việt Nam. Mô hình ứng dụng thử nghiệm chỉ sử dụng dạng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc để thi công sửa chữa cho mái đê phía biển của một đoạn 50m đê biển Cồn Tròn – Hải Hậu – Nam Định để kiểm chứng và hoàn thiện các quy trình công nghệ đối với loại vật liệu này
Báo cáo thuyết minh PHẦN THUYẾT MINH KỸ THUẬT Giới thiệu chung 1.1 Tính cấp thiết Nước ta có 3200km bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam với hệ thống đê biển hình thành, củng cố qua nhiều thời kỳ Hệ thống đê biển tài sản quý Quốc Gia, hạ tầng sở quan trọng phát triển ổn định kinh tế, xã hội, quốc phòng an ninh cho nước nói chung nhân dân vùsng ven biển nói riêng Với đường bờ biển dài, thuận lợi lớn việc phát triển kinh tế khu vực ven biển, nơi đánh giá khu vực động, giàu tiềm năng, có nhiều thuận lợi phát triển kinh tế xã hội tập trung dân cư với mật độ cao Mục tiêu đến năm 2020, kinh tế biển đóng góp khoảng 53-55% GDP, 55-60% kim ngạch xuất nước, giải tốt vấn đề xã hội, cải thiện bước đáng kể đời sống nhân dân vùng biển ven biển Trong giai đoạn này, ảnh hưởng biến đổi khí hậu, nước biển dâng, nước ta đánh giá nước chịu ảnh hưởng nặng nề Chính hệ thống cơng trình ven biển nước ta có, có đê biển, khó ổn định bền vững lâu dài Thực tế cho thấy năm 2005 vùng ven biển nước ta liên tiếp chịu ảnh hưởng trực tiếp nhiều bão mạnh vượt mức thiết kế, đặc biệt bão số 2, số 6, số với sức gió mạnh cấp 11, cấp 12, giật cấp 12 lại đổ vào thời điểm mực nước triều cao, thời gian bão kéo dài gây sóng leo tràn qua mặt đê gây sạt lở mái đê phía đồng phía biển với chiều dài 54km thuộc Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình, Thanh Hố vỡ số đoạn thuộc tuyến đê biển Cát Hải (Hải Phòng), đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ (Nam Định) với tổng chiều dài 1.465m, gây thiệt hại nghiêm trọng hoa màu, thủy sản, làm nhiễm mặn hàng trăm đất nơng nghiệp, Vì vậy, nghiên cứu giải pháp KHCN để đê biển ổn định bền vững nhiệm vụ cần thiết cấp bách việc bảo vệ phần đất thấp tỉnh ven biển Trong năm qua đầu tư xây dựng nhiều đoạn đê biển có gia cố mái với nhiều hình thức khác vật liệu đá bê tông Trong thực tế, bão lớn với triều cường làm hư hỏng tràn qua nhiều đoạn đê, gây thiệt hại lớn (Hình 1) Báo cáo thuyết minh Hình 1- Sạt lở đê biển Nam Định sau bão số năm 2005 Hiện đê biển Việt Nam chưa thể nói ổn định lý sau: - Đê biển thiết kế giữ với bão từ cấp 10 trở xuống mực nước triều tần xuất 5%, thực tế năm gần bão xảy cấp 11, 12 vượt tần suất thiết kế gây thiệt hại người kinh tế xã hội - Bão mạnh thường kèm theo nước dâng bão, đồng thời với triều cường làm cho sóng đánh trực tiếp vào đê biển tràn qua đê gây xói lở vỡ đê, làm ngập lụt diện rộng thiệt hại lớn cho vùng ven biển - Dưới tác động sóng biển thường làm cho đê biển ổn định bị phá hoại với ngun nhânchính sau đây: + Sóng biển phá hoại lớp gia cố mái phía biển, ăn mòn lớp gia cố mái đê bê tơng cách nhanh chóng gây sạt lở mái thân đê; + Sóng tràn qua đê làm phá hoại mái hạ lưu đê gây xói làm trượt mái phía đồng, gây ổn định thân đê Trên sở nhận dạng, tìm hiểu nguyên nhân làm hư hỏng đê biển, đặc biệt đê bị sóng tràn qua, loạt giải pháp công nghệ nghiên cứu khác giải tồn nêu hệ thống đê biển Viện Nam Đó là: nghiên cứu dạng kết cấu mặt cặt đê hợp lý cho nước tràn qua áp dụng cho khu vực miền Trung; xử lý đất yếu cơng nghệ cọc đất – xi măng tăng cao tính ổn định cho mái đê; giải pháp cố kết đất phụ gia consolid, neo đất, chống xói lở mái đê phía đồng Báo cáo thuyết minh giải pháp lát mái, trồng cỏ; giải pháp công nghệ trồng chắn sóng vùng đê biển có bãi trồng nhằm giảm tác động sóng, gió lên đê biển; nghiên cứu bảo vệ cồn cát ven biển để bảo vệ đê; xây dựng tiêu chuẩn thiết kế đê biển cho phụ hợp với công nghệ điều kiện mới, v.v… Nhiều nước giới, có Hà Lan, nghiên cứu thành công sử dụng phổ biến vật liệu cát, đá bitumen để bảo vệ mái đê biển từ năm 1960 bền vững So với vật liệu gia cố mái đê biển thường dùng trước nước ta bê tơng bê tơng cốt thép vật liệu hỗn hợp nhựa đường, cát, đá có tính ưu việt hẳn, là: khả chống thấm tốt hơn, khả chống xâm thực môi trường nước biển tốt hơn, khả biến dạng, đàn hồi tốt, thích ứng cách mềm dẻo với biến dạng đê thân đê, hạn chế lún sụt, xói lở cục đê biển, độ bền tuổi thọ cao nhiều, v.v… Hiện nay, nước sử dụng công nghệ để xây dựng tuyến đê biển xung yếu (hình 2) Hình Ứng dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn đá hộc thi công đê biển Hà Lan năm 2013 Báo cáo thuyết minh Ở nước ta, vấn đề Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam nghiên cứu bước đầu có kết tốt Việc nghiên cứu triển khai ứng dụng thực tế cần thiết để có luận khoa học so sánh ý nghĩa khoa học thực tiễn sử dụng loại vật liệu với vật liệu truyền thống sử dụng, tiến tới ứng dụng thành tựu khoa học vào điều kiện cụ thể nước ta, nhằm đảm bảo ổn định bền vững cho đê biển Bitumen sản phẩm cơng nghiệp hóa dầu, loại vật liệu tai nhập sử dụng rộng rãi xây dựng cơng trình giao thơng, thời gian tới nhà máy lọc dầu nước ta vào hoạt động, sản lượng nhựa đường cung cấp nhiều nên sử dụng với vật liệu địa phương cát, đá để chế tạo, xây lắp loại lớp gia cố cho hàng trăm km đê biển có tính khả thi 1.2 Vị trí cơng trình Huyện Hải Hậu gồm có thị trấn 32 xã - Phía Đơng giáp huyện Giao Thủy; - Phía Tây giáp huyện Trực Ninh; - Phía Nam giáp biển Đơng; - Phía Bắc giáp huyện Xn Trường Trên sở tìm hiểu, thực địa tuyến đê biển, đáp ứng mục tiêu nghiên cứu, nhóm nghiên cứu cán địa phương định chọn vị trí vẽ (Hình ) Hình 3- Hiện trạng đoạn đê thử nghiệm công nghệ nghiên cứu Báo cáo thuyết minh Sự cần thiết phải đầu tư - Căn thuyết minh đề cương dự toán đề tài nghiên cứu phê duyệt, ứng dụng thử nghiệm vật liệu hỗn hợp dạng asphalt chèn đá hộc để gia cố mái đê phía biển Được đồng ý Sở NN& PTNT, Chi cục Đê điều PCLB tỉnh Nam Định chọn đoạn đê huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định để thử nghiệm công nghệ - Yêu cầu lớp gia cố thay phải khơng bị phá hoại sóng, dòng, khơng bị trượt, khơng bị đẩy nổi, có độ bền cao theo yêu cầu nêu tiêu chuẩn thiết kế hành - Căn trạng hư hỏng đoạn đê 50 m bị hư hỏng số chỗ (hình 3); quy trình thiết kế sản phẩm đề tài nghiên cứu có, chọn vật liệu hỗn hợp asphalt chèn đá hộc để sửa chữa đoạn kè Kinh phí xây dựng dự tốn đề tài NCKH phê duyệt 2.1 Tình trạng hư hỏng Tình trạng hư hỏng đoạn đê nêu hư hỏng thể hình Theo điều tra quan sát: lớp gia cố bị bong, xơ, vật liệu mái kè bị sóng lơi ngồi, cấu kiện bị sóng vật liệu chân mài mòn gây hư hại đến kết cấu lớp gia cố gây ổn định mái đê, không sửa chữa kịp thời ổn định đê a) Tháng 4/2014 b) Tháng 11/2014 Hình Hư hỏng đê Cồn Tròn - Hải Hậu – Nam Định 2.2 Yêu cầu sửa chữa phạm vi thay lớp gia cố Trên sở trạng hư hỏng đoạn đê trên, nhóm nghiên cứu đề xuất phương án sửa chữa sau: Báo cáo thuyết minh - Thay lớp cấu kiện bê tông lục giác mái đê phía biển bị hư hỏng lớp gia cố sử dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn đá hộc Phạm vi từ K21+003 – K21+058, từ cao trình -0,5 đến +2,1m - Phần mái đê phía cao trình +2,1m mặt đê chất lượng tốt, khơng cần thay thế, sửa chữa - Phần mái đê phía cần đắp đất gia cố lại chỗ hư hỏng trồng lại cỏ bảo vệ mái đê để đảm bảo khơng xói có sóng tràn qua với lưu lượng