đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm

bộ khoa học và công nghệ
học viện kỹ thuật quân sự
_____________________________________________________________







báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nớc


nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình
của nền san hô ở một số vùng trọng điểm
và các giải pháp thích hợp cho xây dựng
các công trình biển phục vụ phát triển
kinh tế và quốc phòng

Mã số KC 09.08




Chủ nhiệm đề tài
GS, TS Hoàng Xuân Lợng

Hà Nội, 10-2004



Báo cáo tổng hợp đề tài kc.09.08

Tên đề tài:
"Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng
trọng điểm và các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình biển
phục vụ phát triển kinh tế và Quốc phòng"

Chủ nhiệm đề tài: gs.ts Hoàng Xuân Lợng
Cơ quan chủ trì: Học viện Kỹ thuật Quân sự

Thời gian thực hiện: 36 tháng:
Từ 1/10/2001 đến 30/9/2004

Những cơ quan tham gia chính:
Học viện kỹ thuật quân sự
Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
Quân chủng Hải quân
Viện Cơ học Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam
Trung tâm Khoa học kỹ thuật và Công nghệ Quân sự

3

Danh sách các cán bộ tham gia đề tài

GS.TS Hoàng Xuân Lợng
GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh
GS.TSKH Nguyễn Văn Hợi
GS.TSKH Lê Đức An
GS.TSKH Phạm Văn Tỵ
GS.TS Trần Nghi
PGS.TS Nguyễn Ngọc
GS.TSKH Nguyễn Đông Anh
PGS.TSKH Nguyễn Tiến Khiêm
PGS.TS Nguyễn Minh Tuấn
KS Trần Đình Dần
KS Nguyễn Ngọc Thuận
TS Vũ Quốc Trụ
TS Phạm Tiến Đạt

TS Phan Anh Tuấn
PGS.TS Nguyễn Thanh Bình
PGS.TS Vũ Uyển Dĩnh
TS Thái Doãn Hoa
ThS Nguyễn Minh Khôi
ThS Đặng Văn Mấn
TS Nguyễn Tơng Lai
ThS Nguyễn Thái Chung
KS Nguyễn Xuân Bàng
KS Phan Văn Chơng
KS Đặng Hồng Triển




4
tóm tắt đề tài
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nớc Nghiên cứu đặc điểm địa chất
công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp
cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và quốc phòng mã
số KC.09.08 thuộc Chơng trình Điều tra cơ bản và nghiên cứu ứng dụng công
nghệ biển. Đề tài do GS.TS Hoàng Xuân Lợng làm chủ nhiệm, cơ quan chủ trì là
Học viện KTQS. Để thực hiện, ban chủ nhiệm đề tài đã tập hợp đợc một số lợng
lớn các cán bộ khoa học thuộc nhiều cơ quan khoa học, nh: Học viện KTQS,
Trờng ĐH Mỏ - Địa chất, Quân chủng Hải quân, Viện Cơ học Viện Khoa học và
Công nghệ Việt Nam, Trung tâm KHKT và CN Quân sự.
Với đặc thù của vùng biển và thềm lục địa Việt nam, vùng trọng điểm trong đề
tài đợc xác định là quần đảo Trờng Sa và khu vực DKI. Mục tiêu của đề tài
KC.09.08 là: Xác định đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng
trọng điểm (khu vực quần đảo Trờng Sa và khu vực thềm lục địa ngoài khơi phía

nam nơi có các công trình DKI), nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô và
các đặc trng động học của nền san hô phục vụ xây dựng công trình; đề xuất các
giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp dụng trực tiếp
cho công trình trên các đảo của quần đảo Trờng Sa và các công trình tại khu vực
DKI.
Trong thời gian thực hiện, đề tài đã tổ chức 5 đoàn đi khảo sát thực địa thực
hiện các công việc: đo vẽ địa hình; khoan thăm dò địa chất; thực hiện một số thí
nghiệm xác định các đặc trng cơ lý và các đặc trng động của nền san hô ngoài
đảo; thực hiện một số thí nghiệm và đo đạc phục vụ cho việc đánh giá khả năng làm
việc và tuổi thọ của công trình DKI; đánh giá chất lợng công trình đã xây dựng. Để
thực hiện các mục tiêu đặt ra, các phơng pháp nghiên cứu đợc áp dụng là: khảo
sát đo đạc, khoan thăm dò địa chất, lấy mẫu đất đá san hô; thực hiện các thí nghiệm
ngoài hiện trờng và trong phòng thí nghiệm; xây dựng các bản đồ địa hình địa chất
ở dạng bản đồ số; sử dụng các phần mềm phân tích, xử lý số liệu để xác định các
đặc trng cơ lý của san hô; tính toán lý thuyết và xây dựng mô hình tính để xác định
các chỉ tiêu kỹ thuật cho công trình và lựa chọn các giải pháp công trình.


5
Đề tài đã đạt đợc kết quả theo các nội dung sau:
1. Hoàn thiện bộ số liệu về địa hình, địa mạo, địa chất công trình tại 5 đảo thuộc
quần đảo Trờng Sa. Thu thập các bản đồ địa hình, các tài liệu địa chất khu vực
quần đảo Trờng Sa và khu vực xây dựng DKI.
2. Xác định đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo thạch học của
các đảo vùng quần đảo Trờng Sa và khu vực DKI. Đã thiết lập đợc bản đồ địa
hình, địa mạo, địa chất công trình cho 5 đảo, thực hiện một lỗ khoan sâu 51,2m
tại đảo Song Tử Tây.
3. Xác định tính chất cơ lý và các đặc điểm khác của san hô và nền san hô thuộc
vùng nghiên cứu, bao gồm: xây dựng mô hình thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm tại
thực địa và trong phòng thí nghiệm, xử lý kết quả, đề xuất các chỉ tiêu phục vụ

thiết kế và nghiên cứu.
4. Xây dựng đợc chơng trình quản lý cơ sở dữ liệu về địa hình, địa mạo, tính
chất cơ lý san hô, địa chất công trình tại vùng nghiên cứu.
5. Tính toán, xác định các chỉ tiêu kỹ thuật cho các công trình trên nền móng san
hô.
6. Đa ra các giải pháp thích hợp cho xây dựng công trình trên nền san hô bao
gồm: giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế và thi công.

7. Các kết quả nghiên cứu đã đợc áp dụng thiết kế sửa chữa các công trình DKI,
xây dựng các công trình chống xói lở đảo tại quần đảo Trờng Sa.

Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đề tài, một số kết quả nghiên cứu của đề tài
đã đợc áp dụng trong xây dựng công trình kè chống xói lở tại hai đảo Song Tử Tây
và Trờng Sa và trong gia cố các công trình DKI. Qua nghiệm thu, các công trình
nêu trên đều đợc đánh giá là bớc đầu có hiệu quả tốt.
Kết quả của đề tài đã đáp ứng đầy đủ mục tiêu, nội dung nghiên cứu đặt ra, sản
phẩm của đề tài phản ánh một cách toàn diện về mặt địa chất công trình khu vực
nghiên cứu. Đề tài đã hoàn thành đầy đủ các nội dung nghiên cứu theo thuyết minh,
thu đợc các kết quả nghiên cứu có độ tin cậy, đáp ứng các yêu cầu khoa học và chỉ
tiêu cơ bản của các sản phẩm khoa học công nghệ:
- Có đợc những số liệu về điều tra cơ bản, nh địa hình, địa mạo, địa chất của
một số đảo khu vực quần đảo Trờng sa, khu vực DKI.

6
- Lần đầu tiên có đợc hệ thống số liệu cơ bản về tính chất cơ lý của san hô và
thông số động lực học của nền san hô ở một số khu vực trọng điểm.
- Có các giải pháp công trình thích hợp, tính toán và ứng dụng vào gia cố một
số công trình DKI, công trình chống xói lở bờ đảo.
- Đề tài đã kết hợp đợc việc thực hiện mục tiêu đề tài với việc đào tạo và
nghiên cứu cơ bản (đã đào tạo đợc 03 Tiến sĩ, 03 Thạc sĩ, viết đợc 12 bài báo

đăng ở các Tạp chí Khoa học và Tuyển tập ở các Hội nghị Khoa học). Tập hợp đợc
một lực lợng Khoa học có trình độ ở nhiều Trờng, nhiều Viện. Nhóm đề tài đã có
tác dụng tốt trong công tác bồi dỡng giáo viên vừa tham gia giảng dạy, vừa nghiên
cứu phục vụ sản xuất và an ninh quốc phòng.
Về mặt kinh phí: Kinh phí đợc sử dụng đúng mục tiêu và nội dung công việc,
công việc thanh quyết toán đúng kế hoạch đúng mục.
Đề tài xin chân thành cảm ơn Bộ khoa học - Công nghệ, Bộ tài chính, Ban chủ
nhiệm Chơng trình KC.09, Học viện Kỹ thuật quân sự, Công binh Hải quân, các cơ
quan đơn vị và các cá nhân đã tích cực hợp tác giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho
đề tài hoàn thành tốt nhiệm vụ nghiên cứu.











7
Mục lục

Trang
Báo cáo tổng hợp đề tài kc.09.08 3
Danh sách các cán bộ tham gia đề tài 4
Tóm tắt đề tài 5
Mục lục 8
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt 16

Phần 1. giới thiệu chung 18
Mở đầu 19
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc 20
lựa chọn đề tài 23
Phần 2. đặc điểm địa chất và cấu tạo thạch học
Của san hô vùng trờng sa và dki 27
Chơng 1. khái quát Vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu
địa chất của khu vực 28
1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm chung địa hình các đảo 28
1.2. Đặc điểm khí tợng - hải văn 28
1.3. Đặc điểm địa chất 30
1.3.1. Cấu trúc địa chất và bối cảnh kiến tạo liên quan 30
1.3.2. Lịch sử phát triển địa chất quần đảo san hô Trờng Sa trong
mối quan hệ với chuyển động kiến tạo và sự thay đổi mực nớc biển 33
1.4. Kết luận 37
Chơng 2. đặc điểm phân bố san hô, địa hình và địa chất
khu vực trờng sa và dki 38
2.1. Mở đầu 38
2.1.1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 38

8
2.1.2. Phơng pháp thực hiện 38
2.2. Đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất các đảo thuộc quần đảo Trờng Sa 40
2.2.1. Giới thiệu quần đảo 40
2.2.2. Đặc điểm phân bố san hô 40
2.2.3. Đặc điểm địa hình các đảo thuộc quần đảo Trờng Sa 42
2.2.4. Đặc điểm địa chất các đảo thuộc quần đảo Trờng Sa 46
2.2.5. Nhận xét 48
2.3. Đặc điểm phân bố san hô, địa hình và địa chất khu vực DKI 49
2.3.1. Giới thiệu chung 49

2.3.2. Đặc điểm phân bố và địa hình khu vực DKI 50
2.3.3. Đặc điểm địa chất khu vực DKI 53
2.3.4. Nhận xét 60
Kết luận chơng 2 61
Chơng 3. đặc điểm địa mạo, cấu trúc địa chất
và thạch học các đảo san hô 63
3.1. Mở đầu 63
3.1.1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 63
3.1.2. Phơng pháp nghiên cứu 63
3.1.3. Nguồn tài liệu 64
3.2. Đặc điểm địa mạo 64
3.2.1. Các kiểu nguồn gốc hình thái và một số yếu tố địa hình đặc trng 64
3.2.2. Đặc điểm địa hình các cao nguyên ám tiêu san hô 69
3.2.3. Lịch sử phát triển địa hình khu vực và phân vùng địa mạo 76
3.3. Quá trình hình thành và phát triển các rạn san hô 82
3.3.1. Một số khái niệm chung về rạn san hô và sinh vật tạo rạn 82
3.3.2. San hô-vật liệu tạo rạn chính 82
3.3.3. Quá trình hình thành và phát triển các rạn san hô 86

9
3.3.4. Lịch sử phát triển các rạn san hô 105
3.4. Đặc điểm thạch học san hô 114
3.4.1. Phân loại thạch học san hô 114
3.4.2. Các đặc điểm thạch học và quá trình hình thành chúng 120
3.4.3. Quan hệ thạch học san hô với chu kỳ trầm tích 121
3.4.4. Tuổi san hô và mối quan hệ với lịch sử tiến hoá địa chất
biển Đông trong Đệ tứ 123
3.5. Đánh giá địa chất công trình khối đá san hô 124
3.5.1. Quan niệm về khối đá 124
3.5.2. Đặc điểm cấu trúc của khối đá san hô 126

3.5.3. Quan hệ giữa đặc điểm thạch học với đặc tính địa chất công trình
của các mẫu đá san hô 127
3.5.4. Phân tích độ bền của khối đá san hô 127
Kết luận chơng 3 129
Phần 3. Tính chất cơ lý của san hô và nền san hô 132
Mở đầu 133
chơng 4. tính chất cơ lý của san hô 135
4.1. Mục đích nghiên cứu 135
4.2. Các chỉ tiêu cơ lý cần xác định 135
4.3. Nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu 135
4.3.1. Nhiệm vụ 135
4.3.2. Phơng pháp nghiên cứu 136
4.4. Nội dung nghiên cứu 136
4.4.1. Khoan lấy mẫu thí nghiệm 136
4.4.2. Công tác thí nghiệm trong phòng 137
4.4.3. Tính chất cơ lý theo chiều sâu của lỗ khoan 51,2m 152
4.4.4. Đánh giá kết quả và kết luận 157

10
Chơng 5. từ biến của san hô 159
5.1. Mở đầu 159
5.2. Cơ sở khoa học của việc thí nghiệm từ biến san hô 159
5.2.1. Mục đích quá trình thí nghiệm 159
5.2.2. Nội dung quá trình thí nghiệm 160
5.3. Quá trình thí nghiệm và kết quả đạt đợc 163
5.4. Kết luận 172
Chơng 6. Các đặc trng động lực học của nền San Hô 173
6.1. Mở đầu 173
6.2. Cơ sở lý thuyết 173
6.2.1. Các dạng sóng chấn động lan truyền trong môi trờng đất 173

6.2.2. Các đặc trng động lực học của môi trờng đất 173
6.3. Tổng quan một số phơng pháp thí nghiệm truyền sóng trong
môi trờng và xác định đặc trng động lực học của đất
175
6.3.1. Thí nghiệm truyền sóng nổ trong môi trờng đất của Liakhov G.M 175
6.3.2. Các phơng pháp thí nghiệm hiện trờng xác định
tốc độ truyền sóng và đặc trng động lực học của đất
178
6.4. Thí nghiệm truyền sóng nổ trong nền san hô 182
6.4.1. Thí nghiệm tại hiện trờng đảo Song Tử Tây - Quần đảo Trờng Sa 182
6.4.2. Thí nghiệm tại phòng thí nghiệm 189
6.4.3. Xác định các đặc trng động lực học của vật liệu 193
6.5. Kết luận 194
Chơng 7. Ma sát giữa cọc và nền san hô 195
7.1. Mở đầu 195
7.2. Hệ số ma sát giữa một số vật liệu với san hô 195
7.2.1. Thí nghiệm tại đảo Song Tử Tây- Quần đảo Trờng Sa 195


11
7.2.2. Xác định hệ số ma sát trợt giữa san hô với bê tông và thép trong
phòng thí nghiệm
196
7.3. Lực ma sát phân bố giữa vật liệu thép mô hình cọc đơn với thềm san hô 201
7.3.1. Thí nghiệm xác định lực ma sát phân bố giữa vật liệu thép trên mô hình
cọc đơn với thềm san hô ngập nớc biển ven đảo Song Tử Tây-
Quần đảo Trờng Sa
201
7.3.2. Thí nghiệm xác định lực ma sát giữa cọc thép và nền san hô trong
phòng thí nghiệm

204
7.4. Chiều sâu ngàm của mô hình cọc đơn khi đặt tải trọng điều hoà
theo phơng ngang tại đỉnh cọc, phụ thuộc vào tần số và thời gian tác dụng
208
7.4.1. Thí nghiệm xác định chiều sâu ngàm của mô hình cọc đơn khi đặt
tải trọng ngang điều hoà tại đỉnh cọc tại vùng thềm san hô ven đảo
Song Tử Tây Quần đảo Trờng Sa
208
7.5. Nghiên cứu thực nghiệm kết cấu dàn thép không gian trên hệ
móng cọc thép trong nền san hô
212
7.5.1. Đặt vấn đề 212
7.5.2. Mô tả thí nghiệm 213
7.5.3. Số liệu đo và kết quả phân tích 215
7.5.4. So sánh kết quả thực nghiệm với
các kết quả lý thuyết và thực nghiệm khác
221
7.6. Xây dựng mô hình toán học mô tả quan hệ lực ma sát và
chiều sâu ngàm theo thời gian
222
7.7. Kết luận 228
phần 4. các giải pháp công trình trên nền san hô
và ứng dụng 230
Chơng 8 .Truyền sóng nổ trong môi trờng đất đá san hô 231
8.1. Mở đầu 231

12
8.2. Hệ phơng trình xác định chuyển động một chiều 231
8.3. Các mô hình vật lý của môi trờng đất đá 236
8.3.1. Mô hình đàn hồi tuyến tính 236

8.3.2. Mô hình đàn hồi phi tuyến 237
8.3.3. Mô hình đàn dẻo 238
8.4. Phơng trình chuyển động phẳng một chiều trong toạ độ Lagrăng 239
8.5. Phơng pháp giải bài toán truyền sóng phẳng một chiều trong môi trờng
đàn hồi phi tuyến và đàn dẻo
242
8.6. Giải bài toán truyền sóng nổ trong môi trờng dẻo không tính đến
biến dạng đàn hồi
246
8.7. Nghiên cứu bằng số 253
8.7.1.Bài toán 1 253
8.7.2. Bài toán 2 254
8.7.3. Bài toán 3 260
8.8. Giải bài toán truyền sóng nổ trong môi trờng dẻo có kể đến biến dạng
đàn hồi
261
8.8.1. Bài toán 4 271
Chơng 9. Nghiên cứu bài toán tơng tác cọc nền 274
9.1. Mở đầu 274
9.2. Các tham số cơ bản khi tính toán móng cọc và xác định khả năng chịu lực
của công trình xây dựng trên nền san hô
274
9.3. Xây dựng thuật toán và chơng trình để giải bài toán tơng tác cọc
nền san hô chịu tải trọng động điều hoà
275
9.3.1. Các quan hệ PTHH đối với phần tử thanh 275
9.3.2. Các quan hệ PTHH đối với phần tử cọc 281
9.3.3. Phơng trình chuyển động và các ma trận của toàn hệ 284
9.3.4. Xác định nội lực 286

13
9.4. Các thuật toán giải bài toán dao động riêng và dao động cỡng bức 286
9.4.1 Giải bài toán dao động riêng 286
9.4.2. Giải bài toán dao động cỡng bức 287
9.5. Xác định sơ đồ tiếp xúc thực giữa cọc và nền san hô và khả năng
chịu lực của công trình có kể đến độ bền mỏi của vật liệu nền khi chịu
tải trọng động điều hoà
291
9.6. Nghiên cứu bằng số 294
Chơng 10. Phân tích các giải pháp công trình biển trên
nền san hô 300
10.1. Mở đầu 300
10.2. Giải pháp kết cấu các công trình DKI (giải pháp giàn thép
móng cọc
301
10.3. Phân tích các giải pháp gia cố các công trình DKI 307
10.3.1. Giải pháp bán trọng lực 307
10.3.2. Giải pháp mở rộng chân đế 311
10.3.3. Phân tích u, nhợc điểm của hai giải pháp gia cố các công trình
DKI
313
10.4. Giải pháp công trình biển trên nền san hô 315
10.4.1. Phân tích u nhợc điểm của các dạng công trình biển khi xây dựng
trên nền san hô
315
10.4.2. Công trình xây dựng trên các đảo san hô 317
a. Công trình ngầm trên đảo nổi 317
b. Giải pháp đờng hầm, giao thông hào 320
c. Giải pháp bể chứa ngầm 321
d. Giải pháp công trình kè chống xói lở 323

10.5. Nhà ở cấp 1 324
10.6. Kiến nghị một số giải pháp thích hợp đối với công trình trên nền san hô 325

14
10.6.1. §èi víi c¸c c«ng tr×nh biÓn 325
10.6.2. §èi víi c¸c c«ng tr×nh x©y dùng trªn c¸c ®¶o san h« 325
KÕt luËn chung 341
tµI LIÖU THAM KH¶O 342

15
Bảng Các ký hiệu và chữ viết tắt

tt ký hiệu Tên gọi
1

Biến dạng dài tỉ đối
2
k


Khối lợng thể tích khi khô
3
bh


Khối lợng thể tích khi bão hoà
4

Khối lợng riêng
5 W

h
Độ hút nớc
6 n Độ lỗ rỗng
7

nk
Cờng độ bền nén khi khô
8

nbh
Cờng độ bền nén khi bão hoà
9 E Môđun đàn hồi
10 G Môđun trợt
11

Hệ số Poisson
12
J
i
, , J
n

Các tham số từ
13

k

Tham số điện
14

ứng suất
15

Góc ma sát trong
16
à
Tham số nhớt
17

0
Biến dạng dài tỷ đối ban đầu
18
l
0

Biến dạng dài tuyệt đối ban đầu
19
l(t)
Biến dạng dài tuyệt đối ở thời điểm t
20 V
S
Vận tốc sóng cắt
21 V
P
Vận tốc sóng nén
22 f
ms
Hệ số masát
23

ms

Lực masát phân bố
24 f Tần số dao động
25
k


Khối lợng thể tích khi khô
26 V
R
Tốc độ truyền sóng Reyleigh
27

R

Chiều dài bớc sóng Reyleigh

16
28 P
ms
Lực ma sát
29 P
k
Lực kéo
30

Góc trợt giữa mặt trợt và mặt phẳng ngang
31 N Phản lực pháp tuyến
32 g Gia tốc trọng trờng

33 m Khối lợng
34 f Tần số dao động
35 K
B
Hệ số áp lực hông
36 F Diện tích tiếp xúc
37 F
tx
, S Diện tích tiếp xúc của cọc với san hô
38
d
R
P
Lực rút cọc theo thời gian rung
39

d

áp lực động thành bên của cọc
40

th

áp lực động thành bên tới hạn của cọc
41

~

áp lực động trung bình
42

0
~

áp lực trung bình ban đầu
43
th
~

áp lực trung bình tới hạn
44 Q
ck
Sức chịu kéo của đầu cọc
45
NGHT Nguồn gốc hình thái
46
CNSH Cao nguyên san hô
47
RSH Rạn san hô
48
ĐCCT Địa chất công trình
49
SL Mực nớc biển trung bình





17

PhÇn 1
giíi thiÖu chung












Mở đầu
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nớc Nghiên cứu đặc điểm địa chất
công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp
cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và Quốc phòng mã
số KC.09.08 thuộc chơng trình Điều tra cơ bản và nghiên cứu ứng dụng công
nghệ biển nhằm mục đích sau: xác định đặc điểm địa chất công trình của nền san
hô ở một số vùng biển trọng điểm (khu vực quần đảo Trờng Sa và khu vực thềm lục
địa ngoài khơi phía nam nơi có các công trình DKI), nghiên cứu xác định tính chất
cơ lý của san hô và nền san hô ở các khu vực trên để phục vụ xây dựng công trình;
đề xuất các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp
dụng trực tiếp cho công trình trên các đảo của quần đảo Trờng Sa và các công trình

tại khu vực DKI. Đề tài sử dụng kết quả của các đề tài KT.03.13 và KHCN.06.09 để
thực hiện các nội dung của đề tài KC.09.08 đã ký hợp đồng với chơng trình.
Các sản phẩm chính của đề tài bao gồm:
1. Bộ hồ sơ bản đồ và số liệu về địa hình, địa mạo, địa chất công trình tại một số
vùng trọng điểm: khu vực quần đảo Trờng Sa và khu vực xây dựng DKI.
2. Các kết quả nghiên cứu đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo
thạch học của các đảo vùng quần đảo Trờng Sa và khu vực DKI.
3. Các kết quả nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô vấcc đặc trng động
lực học của nền san hô, bao gồm xây dựng mô hình thí nghiệm, tổ chức thí
nghiệm tại thực địa và trong phòng thí nghiệm.
4. Xây dựng bộ chơng trình quản lý cơ sở dữ liệu trên máy tính về địa hình, địa
mạo, tính chất cơ lý san hô, địa chất công trình tại vùng nghiên cứu.
5. Trình bày thuật toán tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật các công trình trên nền san
hô, tơng tác giữa cọc và nền san hô.
6. Các kết quả nghiên cứu lựa chọn các giải pháp thích hợp xây dựng công trình trên
nền san hô bao gồm cả giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế và thi công.
7. Các kết quả nghiên cứu đã đợc áp dụng thiết kế, gia cố sửa chữa một số công
trình DKI, xây dựng các công trình chống xói lở đảo tại quần đảo Trờng Sa.
Đề tài đợc thực hiện tại Học Viện KTQS, thời gian thực hiện từ 1/10/2001
đến 30/9/2004.

19
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc

Vùng biển của thềm lục địa phía Nam và Đông Nam nớc ta là một vùng có
tiềm năng kinh tế rất lớn, đặc biệt là tiềm năng về dầu khí và hải sản, là vùng biển
hoạt động kinh tế năng động nhất vùng Đông Nam á, đồng thời là khu vực có khả
năng xảy ra tranh chấp về vùng đặc quyền kinh tế. Trong vùng biển này có hai khu
vực có vị trí đặc biệt quan trọng, đó là quần đảo Trờng Sa và khu vực DKI.
Quần đảo Trờng Sa nằm trên một vùng rộng lớn của biển Đông, chứa đựng

nhiều nguồn tài nguyên sinh vật và khoáng sản phong phú, đa dạng, trong đó nguồn
dầu khí đợc đánh giá có triển vọng to lớn. Quần đảo có vị trí án ngữ các đờng
hàng hải quốc tế nối liền Thái Bình Dơng với ấn Độ Dơng và Đại Tây Dơng.
Mặt khác, quần đảo này đợc coi là vị trí lý tởng để thiết lập các căn cứ chiến lợc
nhằm kiểm soát các tuyến đờng biển qua lại trên biển Đông. Nằm trải dài theo bờ
biển Việt Nam, quần đảo là vị trí tiền tiêu, là lá chắn quan trọng bao quanh vùng
biển và dải bờ biển Việt nam, bảo vệ sờn phía Đông và Đông Nam của đất nớc.
Khu vực DKI là khu vực thuộc thềm lục địa Nam Việt Nam, tại đây, nhằm giữ
vững chủ quyền trên biển và an ninh quốc phòng, kết hợp phục vụ khai thác tiềm
năng kinh tế biển, các trạm dịch vụ kinh tế - khoa học kỹ thuật (gọi tắt là công trình
DKI) đã đợc tiến hành xây dựng và khai thác từ cuối năm 1989. Cho tới nay tại khu
vực này đã xây dựng đợc 19 công trình.
Với vị trí quan trọng nh vậy, quần đảo Trờng Sa và các khu vực lân cận đang
là đối tợng tranh chấp của nhiều nớc trong khu vực, tuy nhiên chỉ có Việt Nam
mới có đủ các bằng chứng xác thực chứng minh chủ quyền của mình ở vùng quần
đảo này. Sau năm 1975, chúng ta đã có nhiều hoạt động xây dựng trên các đảo của
quần đảo, tuy nhiên do không có đầy đủ các hiểu biết về mặt địa chất và đặc biệt là
địa chất công trình, số liệu về khí tợng thuỷ văn, nên một số công trình đã bị phá
huỷ, thêm vào đó môi trờng cũng nh sự bảo tồn của các đảo san hô cũng bị xâm
hại nặng. Chính vì lẽ đó, để khai thác hợp lý và bảo vệ các đảo, quần đảo san hô,
chúng ta cần làm sáng tỏ các đặc điểm của vùng này, trong đó có địa chất công trình
của nền san hô nh một đối tợng đặt nền móng cho công trình.

20
Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu về san hô, đặc biệt là tại các
quốc gia Đông Nam á và vùng các nớc thuộc Châu á Thái Bình Dơng, các công
trình nghiên cứu đã đợc công bố dới các dạng tài liệu khác nhau trên mỗi lĩnh vực
cụ thể. Trong nớc, sau khi giải phóng quần đảo Trờng Sa, vấn đề về san hô và các
đảo san hô đã đợc nhiều nhà khoa học quan tâm và tiến hành nghiên cứu. Những
nghiên cứu sớm nhất phải kể đến tác giả Đỗ Tuyết với công trình nghiên cứu về địa

mạo quần đảo Trờng Sa năm 1978, tiếp theo từ năm 1991 đến nay, các tác giả Lê
Đức An, Uông Đình Khanh, Đào Đình Bắc đã có các nghiên cứu sâu hơn về mặt
địa mạo đáy biển vùng quần đảo Trờng Sa và các vùng kế cận. Những nghiên cứu
về mặt sinh thái của các rạn san hô và san hô tạo rạn phải kể đến các tác giả:
Nguyễn Tác An (1988), Phạm Văn Huyên(1991), Trịnh Thế Hiếu (1991, 1992,
1998), Nguyễn Ngọc (1998, 1999, 2000, 2001), Võ Sĩ Tuấn (1988, 1989, 1990,
1997) , các công trình trên đã miêu tả các đặc điểm sinh thái của san hô khu vực
Trờng Sa, phân tích các kiểu san hô tạo rạn từ đó lí giải một phần quá trình hình
thành của các đảo san hô. Các nghiên cứu sâu hơn về tiến hoá của các rạn san hô và
sự hình thành các thềm lục địa có nguồn gốc rạn nói chung đã đợc Medvedev V.C.,
Ionin A.C., Pavlidic Iu.A. (1985) và Leontiev O.K., Medvedev V.C. (1972) đề cập
tới, nhng về tiến hoá và sự hình thành các đảo san hô ở vùng biển Trờng Sa mới
đợc một số tác giả nghiên cứu tới, đó là Nguyễn Văn Bách, Nguyễn Huy Phúc
(1998), Nguyễn Văn Bách, Nguyễn Tiến Hải (2000).
Các nghiên cứu nêu trên, nói chung mới chỉ quan tâm đến địa hình, địa mạo,
quá trình tiến hoá và hình thành của các đảo san hô. Tuy nhiên, trong lĩnh vực công
trình, san hô lúc này đợc xem nh là đối tợng tơng tác của môi trờng (nền) với
công trình, vì vậy việc nghiên cứu san hô về mặt địa chất công trình là một vấn đề
rất cấp bách. Việc nghiên cứu san hô theo quan điểm công trình và xây dựng là một
lĩnh vực kỹ thuật rất phức tạp, có rất ít tài liệu và công trình đợc công bố. Tại Việt
Nam, các kết quả nghiên cứu về san hô nh là một đối tợng xây dựng, đợc tiến
hành bởi các đề tài cấp Nhà nớc thuộc chơng trình nghiên cứu biển từ những năm
1990 trở lại đây. Tiên phong trong lĩnh vực này có thể kể tên một số công trình của
các tổ chức và tác giả sau:
- Đề tài cấp Nhà nớc KT.03.13 (1991-1995)
,
do GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh
làm chủ nhiệm, với đề tài nhánh nghiên cứu nền san hô và tơng tác giữa công trình

21

và nền san hô, đã thu đợc một số kết quả đáng kể. Trong đó việc khảo sát nghiên
cứu, thu thập các tài liệu về đặc điểm địa hình và địa chất một số đảo thuộc quần
đảo Trờng Sa đã đợc tiến hành đạt kết quả tốt. Bên cạnh đó, đề tài đã thực hiện
các thí nghiệm và phân tích kết quả thu thập đa ra một số chỉ tiêu thể hiện tính chất
của san hô cơ lý của san hô, nh: tỷ trọng, dung trọng, hệ số rỗng, góc nghỉ, cờng
độ kháng nén.

- Đề tài cấp Nhà nớc thuộc chơng trình biển KHCN 06.09 (1996-2000
), do
GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh làm chủ nhiệm đã khảo sát, thu thập số liệu làm cơ sở
cho việc xây dựng các luận chứng về Xây dựng công trình biển và cải tạo môi sinh
bớc đầu đã đạt kết quả tốt, là một trong các tài liệu tham khảo tốt cho việc nghiên
cứu và xây dựng các công trình biển đảo xa bờ.
- Chơng trình công nghệ biển, do B.R Schalapak và J.B Herbich làm chủ
nhiệm nghiên cứu các tính chất đặc trng của san hô và kỹ thuật nạo vét san hô. Khu
vực nghiên cứu là các dải san hô của vùng biển Thái Bình Dơng, bao gồm từ quần
đảo Okinawa của Nhật Bản đến các đảo san hô của Philipin. Các nhà khoa học Mỹ
đã thu thập tài liệu và đã tiến hành khoan lấy rất nhiều mẫu san hô khác nhau từ các
đảo san hô ngầm để thí nghiệm xác định các đặc trng cơ lý, các đặc trng đợc chú
ý nhiều nhất ở đây là trọng lợng riêng, độ hút nớc, kích cỡ hạt, độ mài mòn, tốc
độ lắng, độ bền nén, góc ma sát trong. Công trình cũng nhấn mạnh rằng các loại san
hô là rất đa dạng, do đó đối với một đảo san hô cụ thể cần có các nghiên cứu chi tiết
riêng từ các mẫu khoan trực tiếp tại hiện trờng.
- Một phơng pháp gần đúng mới để đánh giá độ bền kháng cắt của san hô
lẫn đất, do N. Yoshida, K.Suzuky và H.Hazanwa thực hiện đối với san hô trên đảo
Okinawa (Nhật bản) đã đa ra một quy trình mới xác định các đặc trng của độ bền
kháng cắt nh giá trị K
0
, tỷ số độ bền không thoát nớc, ứng xử ứng suất biến
dạng và độ bền không đẳng hớng bằng phơng pháp thí nghiệm ba trục.

- Các đặc trng cơ học của cốt san hô sừng, của P. Jeyasuria và J.C.Lewis
thực hiện đã xác định đợc độ bền kéo, môđun đàn hồi, môđun trợt của các trục
san hô sừng thông qua hàng loạt thí nghiệm.
- Xác định ma sát cọc nền, do các tác giả nh Shamsher Plaskash, Hari
D.Sharma, Cung Nhất Minh, Diệp Vạn Linh, Lựu Hng Lục đề cập cũng đa ra
đợc một số kết quả về sự tơng tác giữa cọc và nền.

22
Trên đây là một số công trình nghiên cứu về san hô gần đây nhất đợc công
bố. Nhìn chung, mỗi công trình đều đạt đợc những kết quả đáng kể, song nh nhận
xét của các công trình về tính đặc thù của san hô là sự phân tán lớn kể cả vị trí địa
lý cũng nh sự phân tán ngay trên một khu vực, một cụm đảo nghiên cứu. Vì vậy
các nghiên cứu ở nớc ngoài mang tính tham khảo lớn hơn là tính ứng dụng đối với
các đảo san hô thuộc quần đảo Trờng Sa của Việt Nam, còn các nghiên cứu trong
nớc do điều kiện còn gặp nhiều khó khăn trong quá trình nghiên cứu cho nên các
kết quả cha có tính khái quát. Nhng những nhà nghiên cứu phục vụ quốc phòng
đã có nhiều thành công đáng kể, nh ở Viện Cơ học Thành phố Hồ Chí Minh và Bộ
T lệnh Công Binh đã tiến hành khoan thăm dò phục vụ xây dựng các công trình
trên các đảo thuộc quần đảo Trờng Sa và khu vực DKI. Khi xây dựng các DKI,
chúng ta đã khoan thăm dò 22 lỗ khoan tại các bãi ngầm thuộc thềm lục địa Việt
Nam, đã đóng gần 100 cọc với đờng kính 80cm và sâu 17m ữ 20m tại vùng này.
Các kết quả đã đợc PGS.TS Phạm Ngọc Nam báo cáo tại các Hội nghị Khoa học
của Bộ quốc phòng và các Hội thảo về Công trình biển. Muốn có tính ứng dụng cao
và có hiệu quả trong việc thiết kế, xây dựng các công trình biển đảo trên nền san hô
thì mỗi vùng, miền cũng nh mỗi đảo có nền san hô cần phải đợc nghiên cứu riêng
lẻ đa ra các chỉ tiêu cơ lý phục vụ công tác xây dựng các công trình biển phục vụ
phát triển kinh tế và Quốc phòng một trong những nhiệm vụ trọng tâm trong công
cuộc xây dựng và bảo vệ Tổ quốc Việt nam.

lựa chọn đề tài

Từ tổng quan nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài Nghiên cứu đặc điểm địa
chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích
hợp cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và Quốc phòng
Mục tiêu của đề tài:
1. Xác định đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng biển trọng
điểm: khu vực quần đảo Trờng Sa và khu vực thềm lục địa ngoài khơi phía Nam
nơi có các công trình DKI, nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô và các
thông số động học của nền san hô phục vụ xây dựng công trình biển đảo.

23
2. Đề xuất các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp
dụng trực tiếp cho công trình trên các đảo của quần đảo Trờng Sa và các công
trình tại khu vực DKI.
Nội dung của đề tài:
Nhằm đạt đợc các mục tiêu nêu trên, đề tài tập trung nghiên cứu theo các
hớng sau:
1. Nghiên cứu thực địa, điều tra khảo sát để hoàn thiện bộ số liệu về địa hình, địa
mạo, địa chất công trình tại một số vùng trọng điểm: khu vực quần đảo Trờng
Sa và khu vực xây dựng DKI.
2. Nghiên cứu đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo thạch học của
các đảo vùng quần đảo Trờng Sa và khu vực DKI.
3. Nghiên cứu để xác định tính chất cơ lý của san hô và các thông số động lực học
của nền san hô thuộc vùng nghiên cứu, bao gồm cả xây dựng mô hình thí
nghiệm, tổ chức thí nghiệm tại thực địa và trong phòng thí nghiệm phục vụ xây
dựng công trình.
4. Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu trên máy tính về địa hình, địa mạo, tính chất
cơ lý san hô, địa chất công trình tại vùng nghiên cứu.
5. Nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật các công trình trên nền móng san hô.
6. Nghiên cứu lựa chọn các giải pháp thích hợp xây dựng công trình trên nền san hô
bao gồm cả giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế và thi công.

7. áp dụng các kết quả nghiên cứu cho thiết kế gia cố sửa chữa các công trình DKI,
xây dựng các công trình chống xói lở đảo tại quần đảo Trờng Sa.
Phục vụ cho đề tài, chúng tôi đã thực hiện một số công việc chính sau:
Khảo sát thực địa:
Để có các t liệu, số liệu phục vụ đề tài, ban Chủ nhiệm đề tài đã thành lập
nhiều đoàn khảo sát thực địa, cụ thể nh sau:
1. Đoàn khảo sát đảo Song Tử Tây:
Công tác điều tra khảo sát địa hình, địa chất công trình và tiến hành các thí
nghiệm ngoài đảo Song Tử Tây đợc thực hiện từ ngày 01 tháng 3 năm 2002 đến
ngày 01 tháng 4 năm 2002. Đoàn do đồng chí GS.TS Hoàng Xuân Lợng làm
trởng đoàn.

24
Đoàn đợc chia thành 3 nhóm chuyên môn: nhóm trắc địa, nhóm địa chất công
trình và nhóm thực hiện các thí nghiệm: thí nghiệm nổ phục vụ nghiên cứu tơng tác
kết cấu công trình-nền san hô-tải trọng nổ; thí nghiệm nổ để xác định vận tốc lan
truyển sóng nổ trong san hô; thí nghiệm xác định ma sát giữa công trình và nền san
hô mô hình cọc đơn và ma sát giữa bê tông với nền san hô; thí nghiệm xác định xác
định ma sát, chiều sâu ngàm và xác định các đặc trng động lực học của giàn thép
không gian trên hệ móng cọc thép trong nền san hô.
2. Khảo sát đảo Trờng Sa Đông:
Đoàn khảo sát của Học viện kỹ thuật quân sự tiến hành khảo sát địa hình, địa
chất công trình tại đảo Trờng Sa Đông từ ngày 02 tháng 7 năm 2002 đến ngày 28
tháng 7 năm 2002. Đoàn do đồng chí Lu Bách Quý, cán bộ Trung đoàn 83 Công
binh Hải quân làm trởng đoàn.
3. Khảo sát khu vực DKI:
Đoàn khảo sát do đồng chí Nguyễn Tiến Khiêm làm trởng đoàn đã tiến hành
khảo sát hiện trạng các công trình DKI, thực hiện một số thí nghiệm và đo đạc phục
vụ cho việc đánh giá khả năng làm việc và tuổi thọ của công trình.
4. Khảo sát đảo Trờng Sa Lớn:

Đoàn khảo sát địa hình, địa chất công trình tại đảo Trờng Sa lớn của Học viện
kỹ thuật quân sự từ 15/4/2003 đến 15/5/2003. Đoàn do đồng chí Vũ Quốc Trụ, cán
bộ thuộc Học viện KTQS làm trởng đoàn.
5. Tham gia đoàn nghiệm thu công trình của Quân chủng Hải quân:
Đoàn nghiệm thu công trình của Quân chủng Hải quân đã tiến hành chuyến
nghiệm thu từ 01 tháng 3 năm 2004 đến 28 tháng 3 năm 2004. Đề tài đã cử đồng chí
Vũ Quốc Trụ tham gia với nhiệm vụ đánh giá các công trình ứng dụng trên hai đảo
Song Tử Tây và Trờng Sa Lớn.

Các công việc đã làm:
Đã hoàn chỉnh hồ sơ địa hình, địa mạo, địa chất công trình, địa chất cho 5 đảo
thuộc quần đảo Trờng Sa, các bản đồ đợc lập ở dạng bản đồ số.
Đã tiến hành xử lý, thu thập các hồ sơ về địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất
công trình khu vực DKI.
Đã thu thập các bản đồ của khu vực quần đảo Trờng Sa, khu vực DKI, các cụm
đảo và các đảo của quần đảo.

25
Đã tiến hành làm thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm ngoài thực địa nhằm xác
định các chỉ tiêu cơ lý, các đặc trng động học của nền san hô.
Xây dựng bộ phần mềm quản lý và lu trữ các số liệu địa hình, địa chất và các
tính chất cơ lý san hô.
áp dụng các kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế các công trình chống xói lở các
đảo thuộc quần đảo Trờng Sa và gia cố công trình DKI.



26