3 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Là quốc gia với chiều dài bờ biển khoảng 3260 km, Việt Nam có lợi lớn việc phát triển kinh tế biển khai thác nguồn lợi từ vùng bãi ven bờ Nhưng bên cạnh đó, phải gánh chịu thiệt hại nặng nề thiên tai từ biển mang lại Hàng năm, bão liên tiếp đổ từ biển vào đất liền mang khối lượng lớn tài sản, tính mạng người đồng thời để lại thảm họa khơng nhỏ mơi trường mà nhiều năm sau người chưa khắc phục Trong năm gần khai thác q mức tài ngun thiên nhiên người làm cho khí hậu tồn cầu thay đổi Nhiệt độ trái đất ngày nóng lên vấn đề thời tạo mối quan tâm đặc biệt cho tất quốc gia giới Hậu tượng mực nước biển ngày dâng cao kéo theo thảm họa bão biển, sóng thần, động đất … Một biện pháp khắc phục thiên tai nước giới Việt Nam áp dụng mang lại hiệu thiết thực xây dựng hệ thống đê biển để phòng chống thiên tai, bảo vệ tính mạng tài sản cư dân vùng ven biển Vùng ven biển Nam Bộ từ Bà Rịa - Vũng Tàu đến Kiên Giang vùng đa dạng sinh thái, có vai trò lớn phát triển kinh tế của miền Nam nước Dù vậy, tiềm kinh tế đa dạng vùng chưa khai thác tương xứng, ổn định, tiềm ẩn nhiều rủi ro thiên tai Một ngun nhân hệ thống đê biển hình thành qua nhiều hệ với quy mơ, nhiệm vụ, chức thời kỳ khác nhau, việc xây dựng mang tính chắp vá, chưa đủ khả chống triều cường, nước biển dâng, để bảo vệ sản xuất đời sống nhân dân Vì vậy, việc xây dựng hệ thống đê biển, đê ngăn mặn cửa sơng Nam Bộ hồn chỉnh, đồng với quy mơ cơng trình có khả giảm nhẹ thiên tai nhu Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ cầu cấp thiết nhằm ứng phó với thay đổi khí hậu tồn cầu, bảo vệ phát triển bền vững cho sản xuất ổn định đời sống nhân dân vùng Để hệ thống đê biển làm việc ổn định, an tồn phát huy hiệu phòng chống thiên tai đồng thời tiết kiệm kinh phí đầu tư xây dựng cần phải nghiên cứu giải pháp xây dựng dựa khoa học MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Đánh giá thực trạng hệ thống đê biển Nam Bộ; - Xác định quy luật diễn biến dải ven biển Nam Bộ; - Xác định thơng số kỹ thuật, giải pháp thi cơng đê biển Nam Bộ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Tồn tuyến đê biển từ Bà Rịa – Vũng Tàu đến Kiên Giang, tập trung nghiên cứu số đoạn điển hình, đại diện cho khu vực PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Điều tra, thu thập, hệ thống hóa tài liệu phục vụ nghiên cứu; - Kế thừa kết nghiên cứu trước đây; - Nghiên cứu lý thuyết bản; - Sử dụng phần mềm tin học đại KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC - Đưa tranh tồn cảnh thực trạng hệ thống đê biển Nam Bộ - Kiến nghị vị trí tuyến, quy mơ cơng trình thơng số kỹ thuật đê biển Nam Bộ - Đề xuất kỹ thuật xây dựng đê biển Nam Bộ qua 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 giảm nhẹ thiên tai Trong vài thập niên gần khí hậu tồn cầu có biến đổi mạnh khiến cho ngày có nhiều tác động bất lợi đến mơi trường sinh thái trái đất Một hậu thay đổi khí hậu tồn cầu tượng nước biển dâng Ngun nhân tượng ảnh hưởng hiệu ứng nhà kính dẫn đến nóng dần lên Trái đất, khiến cho dải băng Bắc Cực tan nhanh hơn, nhiều nơi dải băng tan tới mét tháng; ngòai việc khai thác nước ngầm ngày gia tăng, đặc biệt thị lớn, làm mặt đất bị sụt lún Theo cảnh báo Liên hiệp quốc Việt Nam chịu ảnh hưởng nghiêm trọng tượng tan băng [15] Theo tính tốn, mực nước biển tồn cầu tăng thêm mét, Việt Nam phải đối mặt với mức thiệt hại lên tới 17 tỷ USD/năm; 1/5 dân số nhà cửa 12,3% diện tích đất trồng trọt nước biến mất; 40.000 km² diện tích đồng 17 km² diện tích bờ biển khu vực tỉnh lưu vực sơng Mêkơng chịu tác động trận lũ mức độ khơng thể dự đốn Theo nhà khoa học, Việt Nam năm thập niên gần đây, tượng Enso (hiện tượng nhiễu động nhiệt độ nước biển vùng xích đạo Thái Bình Dương) ngày có tác động mạnh mẽ đến chế độ thời tiết đặc trưng khí hậu nhiều khu vực Dự báo nhiệt độ tăng tỉnh miền Nam từ 0,1 ÷ 0,5 0C vào năm 2010, từ 0,4 ÷ 30C (năm 2070) miền Bắc từ 0,3 ÷ 0,7 0C (năm 2010) từ 1,2÷4,5 0C (năm 2070) Mực nước biển dự báo dâng cao thêm 3÷15cm (năm 2010) từ 15÷90cm (năm 2070) Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ Hình 1.1: Bản đồ dự báo vùng ảnh hưởng nước biển dâng Đồng Sơng Cửu Long (Nguồn: ICEM) Cũng liên quan đến thay đổi khí hậu tồn cầu khiến cho ngày có nhiều dạng thiên tai xảy như: bão, động đất, sóng thần, sạt lở , với tần suất xuất nhiều, cường độ lớn diễn biến khó lường, khơng tn theo quy luật Do thiệt hại thiên tai gây lớn, theo thống kê chưa đầy đủ năm gần phải chứng kiến thảm họa như: bão Linda (bão số 5) tháng 11/1997 đổ vào Nam Bộ làm 445 người chết, 3.409 người bị tích, 857 người bị thương, 3.783 tàu thuyền bị chìm, 22.000 ngơi nhà bị phá hủy, tổng thiệt hại vật chất lên tới 5.569 tỷ đồng Đợt sóng thần xảy vào cuối năm 2004 vùng Nam Á Đơng Nam Á, làm chết 200.000 người, triệu người nhà cửa, tổng thiệt hại lên tới nhiều tỷ USD Trận bão Katrina đổ vào nước Mỹ cuối tháng 8/2005 với sức gió mạnh lên tới 240 km/h cướp mạng sống hàng trăm người, gây thiệt hại vật chất lên tới 100 tỷ USD Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ Năm 2005 xem mốc quan trọng Việt Nam cơng tác phòng chống thiên tai từ phía biển Liên tiếp bão số 2, 4, đổ vào tỉnh miền Bắc vòng tháng làm suy yếu đáng kể sức chống đỡ tồn hệ thống đê biển Tiếp theo đó, bão số (Damrey) tháng 9/2005 đổ vào tỉnh từ Quảng Ninh đến Nghệ An, nước dâng kết hợp với triều cường sóng lớn gây vỡ đê ngập lụt nhiều nơi thuộc tỉnh Hải Phòng, Nam Định Thanh Hóa, gây hậu nặng nề kinh tế tồn vùng Gần bão Durian (số 9) hình thành ổ bão Bắc Thái Bình Dương vào ngày 26-11-2006 kết thúc Vịnh Thái Lan ngày 5-12-2006 Bão Durian với quỹ đạo đường di chuyển bất thường, khơng tn theo quy luật gây thiệt hại lớn cho tỉnh Nam Trung Bộ Nam Bộ, khiến cho hàng trăm km đê biển bị hư hỏng, mùa màng bị thiệt hại, hàng ngàn nhà bị sập tốc mái, nhiều cơng trình cơng cộng như: đường giao thơng, đường điện, trụ sở, trường học bị tàn phá Ước tính thiệt hại bão số gây lên đến hàng trăm tỷ đồng [3] Tất thiệt hại thiên tai gây nói Việt Nam giảm nhẹ 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 vai trò quan trọng hệ thống đê biển, qua nhiều hệ, cha ơng xây dựng, củng cố, nâng cấp hệ thống đê biển từ năm xa xưa ngày Chính mà thảm họa nêu giảm thiểu, ngăn chặn nhiều nơi, khơng cho nước biển tràn vào tàn phá nhà cửa, đất đai, hoa màu sở hạ tầng vùng ven biển Để đối mặt với ảnh hưởng bất lợi thời tiết tượng tự nhiên bất thường xảy ra, năm tới nước ta cần phải tiếp tục ý đến cơng tác đê điều phòng chống lụt bão, thơng qua việc nâng cấp tu bảo trì hệ thống đê có, nghiên cứu làm hệ thống đê cần thiết khu vực xung yếu cần bảo vệ Việc tiến hành nâng cấp xây hệ thống đê biển cần tiến hành sở nghiên cứu chun ngành cụ thể tiêu chuẩn an tồn, tính khả thi, tính thực tiễn liên quan đến khía cạnh Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ kinh tế kỹ thuật, gắn liền với chiến lược phát triển chung vùng, khu vực tồn quốc 1.1.2 Đê biển “Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020” Vừa qua Hội nghị lần thứ Ban Chấp hành Trung ương Đảng (Khố X) đưa nghị “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 quốc gia mạnh biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chủ quyền quốc gia biển, góp phần giữ vững ổn định phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ phát triển kinh tế - xã hội với đảm bảo quốc phòng, an ninh bảo vệ mơi trường; có sách hấp dẫn nhằm thu hút nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; xây dựng trung tâm kinh tế lớn vùng dun hải gắn với hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng phát triển nước Phấn đấu 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 Để đạt mục tiêu này, cần thấy rõ nhiệm vụ hệ thống đê biển tương lai + Hệ thống đê biển tiền đề để hình thành phát triển thị ven biển, trung tâm phát triển kinh tế biển Trước hết, cần phải khai thác lợi phát triển du lịch biển hàng nghìn ki-lơ-mét bờ biển, ngành cơng nghiệp mà thiên nhiên ban tặng tiềm cho Việt Nam, lợi khơng nhỏ so với nước khu vực Tuy nhiên sở hạ tầng phục vụ cho phát triển du lịch yếu kém, đặc biệt giao thơng Do cần xây dựng hệ thống đê biển vững chắc, vừa kết hợp làm đường giao thơng, vừa làm chắn chống ngập lụt, bảo vệ dân cư sở hạ tầng trung tâm du lịch, thị ven biển tương lai Hệ thống đê biển trở thành đường huyết mạch, liên lạc thị ven biển, đồng thời tuyến phòng thủ bảo đảm an ninh quốc phòng + Hệ thống đê biển khép kín bảo vệ an tồn cho dải ven biển địa phương, phục vụ chuyển đổi cấu kinh tế, kinh tế nơng nghiệp ni trồng thủy sản Các cơng trình thủy lợi đê biển (như cống, âu thuyền …) Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ đảm nhiệm chức chủ động điều tiết nước ngọt, mặn phù hợp với giai đọan phát triển kinh tế nơng nghiệp thủy sản, góp phần xóa đói, giảm nghèo phát triển kinh tế bền vững cho địa phương Nhận thức tầm quan trọng cơng tác bảo vệ bờ biển phòng chống lũ từ phía biển, Chính phủ định lập kế hoạch đầu tư chương trình cấp quốc gia xây dựng củng cố hệ thống đê biển (“Chương trình Nhà nước xây dựng nâng cấp hệ thống đê biển”) Theo đó, từ 2005 đến năm 2020 Nhà nước đầu tư 10 nghìn tỉ đồng cho việc xây dựng nâng cấp làm tuyến đê biển Để việc xây dựng hệ thống đê biển có đủ khoa học, Nhà nước giao cho Bộ NN&PTNT chủ trì thực chương trình nghiên cứu phục vụ xây dựng hệ thống đê biển, bao gồm giai đoạn: Giai đoạn 1: Chương trình khoa học cơng nghệ phục vụ xây dựng đê biển cơng trình thủy lợi vùng cửa sơng ven biển; Phạm vi thực giai đoạn bao gồm địa phương có đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam; Giai đoạn 2: Chương trình củng cố, nâng cấp xây dựng đê biển tỉnh từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang; Các đề tài giai đoạn thực hiện, đề tài giai đoạn giai đoạn đề xuất Do vai trò to lớn nêu trên, việc đầu tư xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ u cầu kỹ thuật, đáp ứng mục đích đặt ra, tạo tiền đề để phát triển bền vững ổn định đời sống nhân dân vùng ven biển nói riêng nước nói chung cấp thiết 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 1.2.1 Tình hình xây dựng đê biển giới Tổ hợp đê hạng mục khác hệ thống cơng trình phòng chống hiểm họa thiên tai gây từ biển quốc gia giới, đặc biệt quốc gia có biển quan tâm Tuy nhiên, tùy thuộc vào đặc điểm tự nhiên, khí hậu, địa Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 10 hình trình độ phát triển quốc gia mà hệ thống phát triển mức độ khác Hà Lan đất nước có đến 2/3 diện tích thấp mực nước biển, bền vững hệ thống đê biển vấn đề sống người Hà Lan Chính lẽ họ cách bảo vệ vững hệ thống đê trước tác động thiên nhiên Sau thảm họa đê biển năm 1953, phủ Hà Lan có sách quan tâm đặc biệt tới hệ thống đê cơng trình có cấp đặc biệt cao; Với đê sơng thơng thường, tần suất thiết kế (1:1.250); hệ thống đê biển thiết kế với tần suất thấp (1:10.000), chí thấp Hình 1.2: Bản đồ phân vùng tần suất thiết kế đê biển Hà Lan Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 11 Đê biển xây dựng cho khơng cho phép nước tràn tác động sóng bão; kết cấu đê đặc biệt quan tâm kiểm sốt chặt chẽ chất lượng q trình xây dựng thơng qua ủy ban riêng thuộc Nhà nước Đê thường có ngồi kết hợp giao thơng Tùy theo mức độ quan trọng mà kết cấu đê khác Chẳng hạn đê khơng trực diện với biển thường đê đất với lõi đất lõi cát bảo vệ đất sét, ngồi trồng cỏ mái mái ngồi, tần suất thiết kế thấp Đối với đê trực diện với biển lõi khơng khác so với đê khác, đê xử lý gia cố cẩn thận, lớp bảo vệ đặc biệt Đó khối bảo vệ có xu hướng chuyển từ dạng “bản” sử dụng phổ biến sang dạng cột để tăng ổn định dễ sửa chữa có cố Kết cấu đê có xu mở rộng với việc bố trí ngồi đủ lớn để chiết giảm tối đa lượng sóng leo sóng tràn đỉnh, đồng thời đường giao thơng kết hợp đường sửa chữa, bảo dưỡng đê cần thiết Việc bảo vệ mái ngồi chân đê xem đặc biệt quan trọng xây dựng đê biển Tại vùng có tác động sóng lớn, bảo vệ mái ngồi đê chân đê thường tăng cường lớp vỏ hợp cấu kiện bê tơng đúc sẵn, 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 đến vài chục thả phía bãi trước để triệt tiêu bớt lượng sóng trước sóng vào đến đê Hình 1.3: Đê biển kết hợp giao thơng Hà Lan Hệ thống đê biển Mỹ đa dạng địa hình nước khơng giống Hà Lan Chính chiến lược phòng chống thiên tai Mỹ khác dẫn tới kết cấu đê khác Ngồi thành phố quan trọng ven biển dải bờ biển rộng lớn nước Mỹ khu vực khơng q đơng dân cư, đất lại rộng nên Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 12 chiến lược vùng xây dựng sở hạ tầng tốt với hệ thống đường giao thơng rộng, nhiều làn, nhiều kiểu để rủi ro xảy sơ tán khỏi vùng nguy hiểm nhanh Vì vậy, kết cấu đê biển khơng q kiên cố Hà Lan Xu “tự nhiên” tác động tới mơi trường quan điểm phát triển Mỹ Các nước gần Nhật Bản có hệ thống đê biển đặc biệt Là quốc gia có bốn mặt biển, thường xun bị động đất, sóng thần đe dọa với nguy phá hoại hệ thống đê điều lớn nên Nhật Bản đặc biệt quan tâm tới đê cửa sơng đê biển đất đai Nhật Bản hầu hết cao mực nước biển Ở đất nước này, qui định thiết kế với loại đê theo cấp cơng trình giám sát chặt chẽ Đê cơng trình đa mục tiêu, vấn đề giao thơng ưu tiên hàng đầu, đê biển Nhật Bản chỉnh thể Một đặc điểm quan trọng hệ thống đê biển nước phát triển cơng nghệ xây dựng tiên tiến; qui trình cơng nghệ đảm bảo Máy móc áp dụng khâu q trình từ khảo sát, thiết kế, xây dựng, vận hành bảo dưỡng nên hỏng hóc nhỏ điều kiện bình thường xảy ra, trừ cố thiên tai lớn mà thơi Ở nước như: Hà Lan, Đức, Bỉ, Anh, Đan Mạch, Mỹ, Nhật Bản Ngồi việc tăng cường hệ thống đê biển việc trì bãi trước giải pháp khơng giúp tăng an tồn cho đê mà chiến lược phát triển du lịch biển, vậy, người ta quan tâm đến giải pháp mềm như: ni bãi, trồng rừng ngập mặn v.v Các đội tàu hút cát hoạt động thường xun làm rộng bãi tắm, tạo thêm cảnh quan, dải đất ven biển trồng chắn sóng, tốn phát triển bền vững mơi trường sinh thái biển ln đặt dự án phát triển 1.2.2 Tình hình xây dựng đê biển nước Đường bờ biển nước ta trải dài từ Bắc tới Nam qua nhiều vùng với điều kiện địa chất, thủy văn khí hậu khác nhau, mà hệ thống đê biển vùng có đặc thù riêng quy mơ, kiến trúc, mức độ quan trọng Đê biển Việt Nam bao gồm hệ thống sau: Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 111 * Đắp đê có bệ phản áp : Phạm vi áp dụng: Các tuyến đê qua ao hồ vùng bùn lầy, chiều dày lớp đất yếu ≥ 3.0m Khi cường độ chống cắt đất yếu khơng đủ để thi cơng đê theo giai đoạn thời gian cố kết q dài so với thời hạn thi cơng áp dụng giải pháp So với việc làm thoải độ dốc mái đê, việc đắp bệ phản áp (cơ đê) với khối lượng đất đắp có lợi giảm mơmen lực trượt (do xuất vùng biến dạng dẻo đất yếu) nhờ tập trung tải trọng phía chân mái đê Bệ phản áp làm tăng độ ổn định, giảm khả làm trồi đất hai bên, mặt khác có tác dụng phòng lũ, chống sóng chống thấm cho thân đê… Xác định kích thước bệ phản áp vấn đề mấu chốt tính tốn thiết kế bệ phản áp Hiện có nhiều phương pháp tính tốn kích thước bệ phản áp dựa vào giả thiết khác phương pháp gần Đối với cơng trình đắp đê phương pháp tính tốn kích thước bệ phản áp dựa vào phát triển vùng biến dạng dẻo hai bên đê theo lý luận cân giới hạn để xác định mặt trượt trạng thái giới hạn đất nền, theo điều kiện khống chế ứng suất ngang… áp dụng nhiều nước ta Với cơng trình đắp đê, tải trọng phân bố dạng hình thang vùng biến dạng dẻo đê có dạng hình trái xoan lõm Vùng biến dạng dẻo cho phép phát triển nửa khoảng cách hai mép ngồi bệ phản áp Chiều rộng vùng biến dạng dẻo xác định theo lưới đường cong góc lệch θM có trị số Trị số góc lệch θM xác định theo cơng thức sau [13]: sinθM = (σ1 – σ2) / [(σ1 + σ2+ 2γ(z + hm + hc)] (4.11) Trong : σ 1, σ 2: ứng suất điểm khảo sát đất (σ = µp; σ = νp; m n : hệ số phụ thuộc z/b y/b, tra bảng; p : ứng suất gây lún trung bình phân bố dươi đáy móng) Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 112 θM có xác định theo thành phần ứng suất σz; σy τxy sau : sinθM = [(σz – σy)2 + τ2xy] / [(σz + σy+ 2γ(z + hm + hc)²] (4.12) Trong : σz; σy τxy: thành phần ứng suất theo phương thẳng đứng, phương ngang ứng suất tiếp điểm khảo sát (σz = kzp; σy = kyp τxy = τyz = ktp – hệ số kz, ky, kt phụ thuộc z/b y/b, tra bảng [13]) γ : trọng lượng thể tích z, hm : chiều sâu điểm khảo sát chiều sâu đặt móng hc = c / γtgϕ (c : lực dính đơn vị đất nền, ϕ: góc ma sát đất nền) Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều rộng bệ phản áp lần chiều rộng vùng biến dạng dẻo Theo kinh nghiệm Trung Quốc [6]: chiều cao h > 1/3H, chiều rộng L = (2/3 ÷ 3/4) chiều dài trồi đất L m bệ phản áp m h H b vùng biến dạng dẻo θM > ϕ Hình 3.8 – Mặt cắt ngang bệ phản áp Tuy nhiên, muốn cho bệ phản áp phát huy hiệu để xây dựng đắp giai đoạn khối lượng lớn Vì giải pháp đắp bệ phản áp thích hợp vật liệu đắp rẻ phạm vi đất đắp khơng bị hạn chế Các giải pháp nêu (đệm cát, đệm đất, vải địa kỹ thuật, bè cây, bệ phản áp) nhằm mục đích cải tạo phân bố ứng suất biến dạng đất yếu Chỉ nên áp dụng cho trường hợp lớp đất yếu có chiều dày khơng lớn (≤ Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 113 3.0m) nằm trực tiếp đáy móng đê để làm tăng khả chịu lực hạn chế biến dạng, đặc biệt biến dạng khơng đất tác dụng tải trọng cơng trình Các giải pháp bị hạn chế chiều dày lớp đất yếu lớn (> 3.0m), lớp đất yếu có nước áp lực cao b Cải tạo thân đất – làm tăng độ chặt đất Trong trường hợp giải pháp khơng đạt u cầu, chiều dày lớp đất yếu lớn (> 3.0m), đất có độ rỗng lớn, đất trạng thái rời, bão hồ nước có tính nén lún lớn hay đất có kết cấu dễ bị phá hoại ổn định tác dụng tải trọng nhỏ, giải pháp làm tăng độ chặt đất như cọc cát, cọc đất, giếng cát, nén trước tải trọng tĩnh, nén chặt mặt sâu hợp lý Trong giải pháp giải pháp xử lý đê cọc cát làm tăng độ chặt đất để nâng cao sức chịu tải đất tốc độ thi cơng đê Nam Bộ thích hợp Phạm vi áp dụng: tuyến đê qua vùng mà đất có sức chịu tải nhỏ, độ lún lớn có khả gây biến dạng khơng đồng đều; tuyến đê có chiều cao đắp lớn, tuyến đê có kết hợp làm đường giao thơng Với cơng trình có tầm quan trọng thời gian cho thi cơng gấp rút nén chặt đất cọc cát phương pháp có hiệu làm cho nước lỗ rỗng nhanh để tăng tốc độ cố kết đất nền, đất mềm yếu cọc cát làm nhiệm vụ thiết bị nước dạng đường thấm thẳng đứng Khi dùng cọc cát, trị số mơđun biến dạng cọc cát vùng đất nén chặt xung quanh giống điểm Vì vậy, phân bố ứng suất đất nén chặt cọc cát xem thiên nhiên Mặt khác, cọc cát làm cho q trình cố kết đất diễn biến nhanh so với đất thiên nhiên Phần lớn độ lún đất có cọc cát thường thường kết thúc q trình thi cơng, tạo điều kiện cho cơng trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 114 Tuy nhiên khơng nên dùng cọc cát trường hợp đất q nhão (khi hệ số rỗng nén chặt ε > 1) lúc cọc cát khơng thể lèn chặt đất trường hợp lớp đất yếu móng đê mỏng ≤ 3.0m * Thiết kế cọc cát : Khi dùng cọc cát đất nén chặt lại, nhiên đất khơng nén chặt đến độ chặt tùy ý, hệ số rỗng εnc đất cát sau nén chặt cọc cát lấy tương ứng với độ chặt tương đối D vào khoảng 0,7 ÷ 0,8 xác định theo cơng thức sau : εnc = εmax – D (εmax - εmin ) (4.13) Trong : εmax, εmin : hệ số rỗng cát trạng thái rời chặt xác định thí nghiệm Diện tích nén chặt thường lấy lớn diện tích đế móng để đảm bảo đất ổn định tác dụng tải trọng cơng trình Diện tích F nc nén chặt tính theo cơng thức sau : Fnc = 1,4 b ( a + 0,4 b ) (4.14) Trong : b: chiều ngang đê cần gia cố; a: chiều dài đê cần gia cố Tỷ lệ diện tích tiết diện cọc cát F c diện tích nén chặt F nc xác định sau : Fc/Fn = Ω = (ε0 – εnc)/(1+ε0) (4.15) Trong : ε0: hệ số rỗng đất trước nén chặt cọc cát Từ cơng thức ( 4.15) ta xác định số lượng cọc cát cần thiết : n = ΩFn / fc Trong : Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ (4.16) 115 fc: diện tích tiết diện cọc cát dùng thi cơng Cọc cát thường bố trí theo đỉnh lưới hình tam giác Đó sơ đồ bố trí hợp lý đảm bảo đất nén chặt khoảng cách cọc Khoảng cách cọc xác định tính tốn dựa vào giả thiết sau : - Độ ẩm đất q trình nén chặt khơng đổi - Đất nén chặt khoảng cách cọc cát - Thể tích đất nén chặt giới hạn bề mặt tam giác ABC trục cọc cát, sau nén chặt giảm thể tích ½ thể tích cọc cát - Thể tích hạt đất trước sau nén chặt xem khơng đổi, bỏ qua tính nén thân hạt Tìm khoảng cách L cọc : diện tích tam giác có cạnh L có chứa ba hình quạt tiết diện cọc với tổng diện tích ½ tiết diện cọc ∆F= pd²/8 Diện tích ∆ABC : F = (L²√3)/4 L B Cọc cát C d A Hình 3.9 – Sơ đồ tính khoảng cách cọc cát Trong diện tích ∆ABC đất lèn chặt cọc cát đất phần hình quạt tiết diện cọc bị ép vào phần lại ∆ABC Có nghĩa thể tích hạt đất lăng trụ chiều cao đơn vị, đáy F (trước xử lý) Vkxl = (L²√3)/4(1+ ε0) F - ∆F (sau xử lý) Vxl = (2L²√3 - πd² )/8(1+ εnc) khơng đổi Cân hai biểu thức V kxl Vxl ta tìm cơng thức xác định khoảng cách cọc L phụ thuộc hệ số rỗng : Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 116 L = 0.952d√((1+ εnc)/(ε0 – εnc)) (4.17) Hoặc phụ thuộc trọng lượng đơn vị : L = 0.952d√(γtk/( γtk – γ0)) (4.18) Trong : γkxl ; γxl : trọng lượng đơn vị đất trước sau xử lý lèn chặt Chiều sâu nén chặt Hnc cọc cát lấy chiều sâu vùng nén H đế móng Chiều sâu vùng chịu nén xác định xuất phát từ điều kiện ứng suất nén độ sâu nhỏ giới hạn định Đối với cơng trình thủy lợi, chiều sâu vùng chịu nén H đựơc xác định từ điều kiện cho ứng suất σz đáy khơng lớn 0,5 lần áp lực thân đất σzđ, tức : σz ≤ 0,5σzđ (4.19) b Đê m2 Hđ m1 Lớp lọc Hnc Lớp đất yếu Cọc cát (L√ 3)/2 (L√ 3)/2 Hình 3.10 : Mặt cắt ngang đê xử lý đê cọc cát Theo kinh nghiệm [8], sức chịu tải tính tốn đất sau nén chặt cọc cát lấy lớn từ ÷ lần sức chịu tải đất tự nhiên chưa có gia cố Đối với đất sét đất bùn, nén chặt cọc cát, sức chịu tải tính tốn đất lấy phạm vi (2 ÷ 3) kg/cm² 4.2.2.2 Trường hợp kéo dài thời gian thi cơng Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 117 Với đặc điểm thi cơng đê Nam Bộ, chiều cao khơng lớn, thời gian thi cơng kéo dài dùng biện pháp đắp đê theo nhiều giai đoạn để nâng cao sức chịu tải giải pháp thi vừa cơng đơn giản vừa hiệu Khi cường độ ban đầu đất yếu thấp, để đảm bảo cho đê ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần cường độ cách đắp đất lớp một, chờ cho đất cố kết, sức chống cắt tăng lên, có khả chịu tải trọng lớn đắp lớp đất Thực chất giải pháp tác dụng chiều cao lớp đất thứ nhất, đất chưa bị phá hoại, đựơc nén chặt, sức chống cắt tăng lên nén cố kết Sau đắp tăng cao lớp thứ hai, đủ khả chịu tải Chiều cao đắp Lực dính H cuối I II III Thời gian Độ cố kết (%) Thời gian Kiểm tra Kiểm tra 100 Hình 4.17: Sơ đồ phân đoạn đắp đê theo chiều cao Về ngun tắc, giải pháp dựa vào tăng cao sức chống cắt đất yếu tác dụng lớp đất để đắp tiên để đắp tiếp lớp đất Sức chống cắt τ = σtgϕ + C đất dính mềm yếu phụ thuộc vào trạng thái độ chặt, độ ẩm Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 118 Khi tác dụng áp lực nén chưa vượt q khả chịu tải đất nền, nước lỗ rỗng đất làm giảm độ ẩm (W), giảm tỉ số kẽ rỗng (ε), tăng dung trọng khơ (γc ) đất (tức đất cố kết) Trong q trình cố kết, sức chống cắt đất τ = σtgϕ + C (góc ma sát ϕ lực dính C) tăng lớn, khả chịu tải tăng Sự gia tăng phụ thuộc vào mức độ cố kết đất tải trọng tác dụng lên Dựa vào đặc điểm trên, ta phân đoạn đê theo chiều cao đắp đất nhiều thời đoạn khác nhằm nâng cao dần sức chịu tải đất cho phù hợp với Ứng suất chiều cao khối đất đắp át Đa å ất to ng Ứng suất hiệu qủa yêu cầu ép đa Cố kết Cố kết su Ứng át Đa ép đa Áp lực nước kẽ rỗng Chiều cao đắp Hình 4.18: Ap lực lỗ rỗng q trình đắp đất Trình tự tính tốn sau : Trước hết xác định chiều cao cho phép lớp đất đắp H, lúc sức chống cắt đất yếu C u1 (lực dính xác định thí nghiệm khơng cố kết, khơng nước) Có thể bỏ qua phần sức chống cắt ma sát áp lực có hiệu truyền lên hạt đất xem khơng đáng kể Chiều cao H tính từ cơng thức Mandel-SelenΗon [6]: H1 = Nc Cu1/γF Trong : Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ (4.20) 119 - F: hệ số an tồn, F lấy 1,5; N c: hệ số tra (biểu đồ 3.29 [6] phụ thuộc tỷ số B/h, với B chiều rộng trung bình đắp, h chiều dày đất yếu) Chờ cho đất cố kết hồn tồn tác dụng tải trọng γH1, sức chống cắt đất yếu độ sâu z tăng thêm (hình 4.19): ∆Cu = ∆σztgϕcu = γ.H1.tgϕcu (4.21) Trong ∆σz: độ tăng ứng suất có hiệu thẳng đứng đất yếu độ sâu z tải trọng đất đắp γH1 gây Nếu khơng chờ cố kết hồn tồn mà cố kết U% độ tăng sức chống cắt : ∆Cu = γ.H1.U.tgϕcu (4.22) Thực tế cơng thức cho độ tăng sức chống cắt tim đê, ∆Cu gần chân đê Vì ta lấy độ tăng trung bình gần theo cung trượt : ∆Cu = 1/2 γ.H1.U.tgϕcu (4.23) Như ta có sức chống cắt (lực dính) C u2 = Cu1 + ∆Cu cho phép ta đắp đường đến chiều cao H2 tiếp tục cho lớp H3 … Cu1 ∆cu2 Cu2 ϕcu Cu ∆σz σz1 σz2 σz Hình 4.19 : Sức chống cắt đất tăng thêm Có thể kiểm tra trạng thái cố kết đất yếu đắp biện pháp : - Đo áp lực lỗ rỗng - Đo độ lún lớp đất yếu Nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ thống đê biển Nam Bộ 120 - Xác định độ tăng thêm lực dính Cu thí nghiệm cắt cánh Tuy nhiên với đặc điểm thi cơng đê Nam Bộ nên thi cơng đắp đê giai đoạn thời gian cố kết đất diễn chậm kéo dài tiến độ hồn thành đê Trong trường hợp thời gian giai đoạn thi cơng q dài kết hợp với biện pháp cọc cát 4.2.2.3 Bố trí thiết bị thi cơng Với đặc điểm địa hình, địa chất nêu trên, thiết bị dùng để đắp đê Nam Bộ nên dùng máy đào gầu sấp dung tích ≤ 0.7m³, xáng ngoạm, xáng thổi Thiết bị đầm nén bánh xích đầm chân dê có trọng lượng nhỏ để thích hợp với đất yếu Đặc điểm đầm chân dê tạo ứng suất lên bề mặt đất đầm lớn lớn cường độ giới hạn đất Vì vậy, sử dụng loại đần loại đất dính dạng cục hiệu Những trường hợp thời gian thi cơng ngắn, tuyến đê qua vùng trũng qua bãi lầy ven biển, khơng nên thi cơng đắp đê biện pháp thủ cơng (bằng thỏi đất đấu) hạn chế sau: đê đắp thỏi đất đấu khơng thể đầm chặt, đắp đất bão hòa nước khơng có lớp đất nước tốt nên tốc độ cố kết chậm 4.3 KẾT LUẬN Trên sở phân tích ổn định ngun nhân gây cố cho đê năm qua Dựa giải pháp tiên tiến nước, sở lý luận đại với giải pháp truyền thống có hiệu nước ta xử lý đất yếu Luận văn đề xuất giải pháp thi cơng đê phù hợp với hồn cảnh đặc điểm riêng dải ven biển Nam Bộ Trong trường hợp kéo dài thời gian thi cơng giải pháp thiết kế thi cơng theo giai đoạn phù hợp mặt kỹ thuật kinh tế Khi mà tiến độ thi cơng đòi hỏi nhanh, khơng có biện pháp xử lý giải pháp đắp bệ phản áp có hiệu giải pháp làm thoải mái dốc đê Đối với đê có chiều dày lớp đất yếu phía khơng lớn (