Đề tài NCKH cấp trường nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

MỤC LỤC
MỤC LỤC

1

PHẦN MỞ ĐẦU

5

1. Tính cấp thiết của đề tài

5

2.Mục tiêu khoa học của đề tài

6

3.Phương pháp nghiên cứu

6

4.Tóm tắt nội dung nghiên cứu của đề tài

6

5.Kết quả dự kiến đạt được

7

2.2 Phương pháp nghiên cứu.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

25

1


Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

2


Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

Hình 1.1 Đê biển chống xói lở ở Cát Hải – Hải Phòng

9

Hình 1.2 Đê kè bờ biển ở Hải Hậu (Nam Định)

9

Hình 1.3 Sạt lở mái đất đèo Hòn Giao, Hải Vân

10

Hình 1.4 Hiện trạng sạt lở mái đất sông, biển

11

Hình 2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

22

Hình 2.2 Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

24

Hình 2.3 Sơ đồ bể dưỡng hộ thí nghiệm

31

Hình 2.4 Bể dưỡng hộ nhiệt ẩm thực tế

32

Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm cường độ nén và uốn của gạch xây

34

Hình 3.1 Trồng cây, cỏ bảo vệ mái đất

37

Hình 3.2 Gia cố sông Tuy Hòa – tỉnh Phú Yên bằng rọ đá

38

Hình 3.3 Giải pháp kè hiện đại

38

Hình 3.4 Phương án hình dạng gạch phức hình kè mái đất

39

Hình 3.5 Liên kết gạch phức hìhàng hoá

40

Hình 3.6 Kích thước viên gạch phức hình

40

Hình 3.7 Khuôn đúc gạch phức hình

41

Hình 3.8 Hệ số lèn chặt và độ rỗng cốt liệu từ xỉ đáy 0÷5 và 5÷10 mm.

42

Hình 3.9 Sơ đồ quy trình sản xuất gạch kè mái đất

46

Hình 3.10 Máy tạo hình gạch

47

Hình 3.11 Sản phẩm gạch hoàn thiện

48

Hình 3.12 Thi công mái taluy cầu rào 2 – Hải Phòng

49

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

3


Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của xi măng

20

Bảng 2.2 Thành phần khoáng của Xi măng

20

Bảng 2.3 Tính chất cơ lý của xi măng

20

Bảng 2.4. Thành phần hóa học của Tro bay nhiệt điện Hải phòng.

22

Bảng 2.6 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

23

Bảng 3.1 Kết quả lèn chặt của hỗn hợp cốt liệu (5÷10mm và 0,14÷5mm) theo
phương pháp Kirienco
41
Bảng 3.2 Kết quả xác định khối lượng thể tích lèn chặt và đổ đống của cốt liệu
42
Bảng 3.3 Kết quả các chỉ tiêu cơ lý của gạch

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

45

4


Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

C

Cát

Đ

Đá dăm

C/Đ

Tỷ lệ cát/đá

N/X

Tỷ lệ nước và xi măng

N

Nước

X hoặc XM

Xi măng

C
C+D

Tỷ lệ cát/(cát+đá), (mức ngậm cát)

R7, 28 (MPa)

Cường độ nén ở tuổi 7 và 28 ngày của bê tông

BTCT

Bê tông cốt thép

CKD

Chất kết dính

CLN, CLL

Cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn

Dmax

Đường kính lớn nhất của cốt liệu

LS

Lượng lọt sàng

STL

Lượng sót tích lũy

TPH

Thành phần hạt

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

5


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Kè mái đất công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi là biện pháp để
giữ mái đất không bị sụt lở trong quá trình sử dụng. Vật liệu sử dụng chủ yếu
và phổ thông hiện nay là đá hộc. Đá hộc có ưu điểm là cường độ lớn, vật liệu
sẵn có và chỉ qua gia công thô là có thể sử dụng. Tuy nhiên việc kè mái đất
bằng đá hộc cũng tồn tại những nhược điểm nhất định:
+ Khả năng liên kết giữa các hàng đá với nhau kém nên khi xuất hiện 1
vùng phá hủy sẽ dễ xảy ra phá hủy dây chuyền.
+ Kích thước đá hộc hình khối tương đối đều nên khi sụt lở sẽ lăn, gây
nguy hiểm.
+ Mất nhiều công sức cho việc vận chuyển và thi công do trọng lượng
nặng, không có tính modul, khuôn mẫu và các viên đá có kích thước không
đều nhau.
Ở nhiều nước như Đan Mạch, Trung Quốc, Nhật Bản người ta sử dụng
khác khối bê tông phức hình liên kết với nhau bằng móc nối, dây linon… tạo
thành thảm bê tông có tác dụng chống xói đáy và bảo vệ mái bờ.
Ở Hà Lan ứng dụng rộng rãi khối Hydroblock, có đặc điểm chiều dày
khối lớn, kích thước tiết diện mặt cắt của tấm nhỏ, kết quả nghiên cứu cho
thấy tấm bê tông có độ ổn định tăng cao.
Ở Việt Nam, gần đây công ty TNHH Tư vấn công nghệ kè bờ Minh Tác đã
cho ra đời thảm bê tông tự chèn đan lưới. Thảm đã được ứng dụng thành công tại
An Giang và một số công trình ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
Ngày này với sự tiến bộ về công nghệ vật liệu, người ta sử dụng các

loại gạch từ vật liệu khác nhau, có khả năng liên kết trên mặt bằng khá linh
hoạt và có tính thẩm mỹ cao, có thể tạo thành thảm tấm khối Amorloc,
Amorflex, Amorstone. Đây là xu hướng hiện đại với nhiều ưu việt so với
phương pháp kè mái đất truyền thống bằng đá hộc.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

5


Cùng với lũ lụt, bão lốc thì hiện tượng sạt lở bờ sông, sườn núi, ta luy
đường đang là vấn đề lớn bức xúc của nhiều nước trên thế giới. Nó gây mất
đất nông nghiệp, hư hỏng nhà cửa, chết người, thậm chí có thể hủy hoại toàn
bộ một khu dân cư, đô thị. Với việc kè mái đất bằng đá hộc như hiện nay đã
cho thấy nhiều bất cập, và thực tế cũng cho thấy số lượng các sự cố công trình
từ mái kè đá hộc tăng lên.
Vì vậy, đề tài hướng tới việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất
công trình một cách hiệu quả.
2. Mục tiêu khoa học của đề tài
+ Thiết kế hình dạng, cấp phối gạch phức hình và đề xuất sử dụng thay
thế đá hộc trong kè mái đất công trình.
+ Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất gạch phức hình kè mái đất.
3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong đề tài là phương pháp thực nghiệm, kết hợp
tính toán lý thuyết. Nội dung cơ bản gồm các phương pháp nghiên cứu sau:
+ Các phương pháp phân tích cơ lý hóa đánh giá chất lượng vật liệu
nghiên cứu đầu vào.
+ Các phương pháp xác định các tính chất cơ bản của gạch phức hình
kè mái đất theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành.
+ Các phương pháp tạo hình sản phẩm gạch phức hình kè mái đất.

4. Tóm tắt nội dung nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung vào một số nội dung sau:
+ Giới thiệu các giải pháp kè mái đất công trình xây dựng
+ Thiết kế hình dáng và cấp phối gạch phức hình kè mái đất.
+ Đánh giá tính chất cơ lý hóa của gạch phức hình kè mái đất.
+ Đánh giá hiệu việc sử dụng gạch phức hình kè mái đất thay đá hộc.
+ Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất gạch phức hình kè mái đất.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

6


5. Kết quả dự kiến đạt được
+ Sản phẩm nghiên cứu của đề tài là gạch phức hình kè mái đất với một
vài hình dạng hợp lý đạt mác từ 200 trở lên.
+ Quy trình công nghệ sản xuất tấm bê tông phức hình kè mái đất.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

7


CHƯƠNG 1. HIỆN TRẠNG VÀ NHỮNG HẠN CHẾ
CỦA KÈ TRUYỀN THỐNG
1.1.Khái quát về hiện trạng xây dựng kè hiện nay.
1.1.1. Đặc điểm của các loại kè hiện nay.
Việc kè mái đất công trình xây dựng là để làm chỗ dựa cho lớp bảo vệ
mái khỏi bị mất ổn định. Các công trình xây dựng sử dụng kè mái đất phổ
biến hiện nay là các công trình đê biển, sườn núi, taluy đường giao thông. Cấu

tạo chân kè không hợp lý sẽ dẫn tới không chỉ mất ổn định chân kè mà còn
gây ra mất ổn định của lớp bảo vệ mái dẫn tới mất ổn định tổng thể của công
trình và gây ra những hậu quả to lớn. Nguyên nhân của sự mất ổn định có thể
do kích thước của các cấu kiện tạo thành chân kè quá nhỏ và bị sóng biển,
dòng ven bờ, áp lực đất …gây ra; có thể do chân kè bị lún sụt hoặc bị trượt do
địa chất nền quá yếu hoặc do bãi phía ngoài bị sóng bào mòn; hoặc do mất ổn
định về thấm do cấu tạo lọc ngược của khối đá đổ cấu tạo chân kè không hợp
lý... Tuy nhiên, việc thiết kế, xây dựng đê biển nói chung và chân kè nói riêng
cho đến thời gian gần đây ở nước ta chưa được dựa trên một nền tảng công
nghệ tiên tiến. Vẫn còn nhiều công trình được thiết kế, xây dựng dựa trên
kinh nghiệm của người thiết kế hoặc dựa theo thiết kế của các công trình khác
đã được xây dựng.
Hình thức chân kè ở nước ta khá phong phú và đa dạng. Theo thống kê
chân kè ở một số tỉnh của Việt nam, có thể phân loại chân kè theo mái kè,
theo hình thức xử lý nền chân kè hay theo hình thức kết cấu. Phân loại chân
kè theo mái kè có chân kè mái nghiêng, chân kè tường trọng lực và chân kè
hỗn hợp mái nghiêng với tường trọng lực. Phân loại chân kè theo hình thức
xử lý nền chân kè có chân kè có cọc xử lý nền và chân kè không có cọc xử lý
nền. Phân loại chân kè theo hình thức kết cấu có chân kè đá hộc xây, chân kè
xếp đá hộc, chân kè xếp rọ đá, chân kè bản cừ (cừ thép hoặc cừ bê tông), chân
kè đá đổ, chân kè đá xếp và cấu kiện bê tông lát mặt, chân kè ống buy bê
tông, chân kè chỉ có cọc và chân kè hỗn hợp. (hình 1.1 và hình 1.2).
Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

8


Hình 1.1 Đê biển chống xói lở ở Cát Hải – Hải Phòng

Hình 1.2 Đê kè bờ biển ở Hải Hậu (Nam Định)

1.1.2. Những hư hỏng thường gặp.
Hư hỏng công trình bảo vệ mái đất là vấn đề được sự quan tâm lớn của
các nhà thiết kế xây dựng và khai thác sử dụng công trình này. Vấn đề là làm
sao giảm thiểu tối đa các hư hỏng, bảo đảm ở mức độ cho phép, không có ảnh
hưởng lớn đến sự hoạt động của công trình cũng như làm sao ngăn chặn các
hư hỏng do sự kém hiểu biết và bất cập trong thiết kế, thi công xây dựng cũng

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

9


như khâu duy tu bảo dưỡng khi sử dụng khai thác công trình, vì ngăn cản
hoàn toàn các hư hỏng đối với công trình bảo vệ mái đất là điều không tưởng,
đây là loại công trình có nhiều nguy cơ gặp rủi ro.

Hình 1.3 Sạt lở mái đất đèo Hòn Giao, Hải Vân

Hiện nay, trong xây dựng các công trình kè bảo vệ mái dốc, bảo vệ bờ và
đê biển, mái bờ sông, mái kênh mương phục vụ nông lâm nghiệp tại Việt Nam
chủ yếu sử dụng loại chân kè được thi công tại chỗ theo các giải pháp truyền
thống, sử dụng nhiều loại kết cấu như chân kè tường chắn rọ đá hộc, cọc cừ, đổ
bê tông tại chỗ, ống buy, bao cát...; Các công trình này chịu ảnh hưởng trực
tiếp từ áp lực đất, sóng biển, nước biển dâng, gió, dòng vận chuyển bùn cát dọc
bờ, dòng chảy ngầm, nền đất yếu và bị ăn mòn, xâm thực, xói lở trong môi
trường biển, cụ thể:
Quá trình xói lở bờ biển là do mất cân bằng bùn cát. Nếu lượng bùn cát
mang tới một vị trí nào đó của bãi biển lớn hơn lượng bùn cát mang đi, bờ
biển sẽ được bồi đắp. Trong trường hợp ngược lại, bờ biển sẽ bị xói lở. Sự

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

10


vận chuyển bùn cát vùng ven bờ biển là do sóng và dòng chảy gây ra. Tác
dụng của sóng lên quá trình vận chuyển bùn cát có hai mặt. Một mặt, sóng
trực tiếp tác động lên các hạt bùn cát và làm cho chúng chuyển động. Mặt
khác, sóng khuấy động bùn cát, nâng chúng lên để dòng chảy ven bờ vận
chuyển chúng đi. Như vậy, trong bất cứ trường hợp nào, sóng cũng là yếu tố
quyết định sự vận chuyển cát ven bờ. Thông thường, hướng vận chuyển cát sẽ
trùng với hướng sóng lan truyền trong đới sóng vỡ ven bờ. Nếu sóng có
hướng vuông góc với bờ, sóng sẽ gây ra vận chuyển cát theo hướng vuông
góc với bờ. Nếu sóng có hướng xiên góc với bờ, sóng sẽ gây ra dòng vận
chuyển cát cả theo hướng vuông góc với bờ và dọc theo bờ.

Sạt bờ sông Châu Phú–tỉnh An Giang

Sạt bờ sông Tiền – Cao Lãnh

Sạt bờ sông Hồng

Sạt bờ biển Quảng Công – Huế

Hình 1.4 Hiện trạng sạt lở mái đất sông, biển

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

11

Độ bền thực tế của kết cấu bê tông cốt thép phụ thuộc vào mức độ xâm
thực của môi trường và chất lượng vật liệu sử dụng (cường độ bê tông, mác
chống thấm, khả năng chống ăn mòn, chủng loại xi măng, phụ gia, loại cốt
thép, chất lượng thiết kế, thi công và biện pháp quản lý, sử dụng công
trình...). Tác động xâm thực của môi trường biển tới độ bền công trình bê
tông và bê tông cốt thép chủ yếu do các quá trình sau: Quá trình cacbonat hoá
làm giảm nồng độ pH của bê tông theo thời gian, làm vỡ màng thụ động có
tác dụng bảo vệ cốt thép, đẩy nhanh quá trình ăn mòn cốt thép dẫn đến phá
huỷ kết cấu; quá trình thấm ion SO42- vào bê tông, tương tác với các sản phẩm
thuỷ hoá của xi măng tạo ra khoáng Ettringit trương nở thể tích gây phá huỷ
kết cấu (Ăn mòn sunfát); quá trình khuếch tán ôxy, ion Cl - và hơi ẩm vào bê
tông trong điều kiện nhiệt độ không khí cao. Ngoài các quá trình ăn mòn hóa
học và điện hóa, trên bề mặt các kết cấu còn xảy ra ăn mòn sinh vật gây nên
bởi các loại hà và sò biển, bị bào mòn cơ học do sóng biển nhất là vào những
ngày dông bão và mùa gió lớn.
Theo kết quả nghiên cứu của đề tài “Tổng kết đánh giá các kết cấu bảo
vệ chân mái đê biển và nghiên cứu đề xuất các loại hình phù hợp” do trường
Đại học Thủy lợi thực hiện năm 1999, khối lượng chân kè so với toàn kè nằm
trong khoảng từ 20% đến 40% [3]. Trong số những kè có chân kè làm việc ổn
định (tốt) thì khối lượng chân kè thường chiếm từ 35% đến 40% khối lượng
toàn bộ kè. Những kè có bề rộng chân kè lớn làm việc tương đối tốt và chưa
thấy biểu hiện hư hỏng. Điều kiện địa chất nền, kiểu đường bờ có liên quan
trực tiếp tới sự hư hỏng chân kè. Nền đất bở rời được tạo nên bởi các trầm
tích bở rời thuộc hệ đệ tứ, chủ yếu là cát, bùn, bọt sét, cuội và sạn sỏi... phân
bố tại các vùng cửa sông, các đồng bằng ven biển và chiếm khoảng 80%
chiều dài bờ biển nước ta. Nhìn chung, khả năng chịu lực của loại nền này
không lớn, dễ bị bào mòn do sóng và ảnh hưởng tới ổn định của chân kè. Kiểu
đường bờ đa dạng cũng làm thay đổi chế độ sóng, dòng ven bờ... và cũng ảnh

hưởng tới bãi và sự làm việc của chân kè. Tác động mạnh mẽ nhất ảnh hưởng

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

12


tới sự ổn định của chân kè là tác động của sóng, dòng ven bờ và thuỷ triều.
Trong mùa mưa bão, sóng lớn kết hợp với triều cường tác động làm bãi trước
kè bị xói, các cấu kiện làm chân kè mất ổn định dẫn tới chân kè bị sụt, trượt
và dẫn tới mái kè bị trượt. Dòng ven bờ do sóng, gió hoặc thủy triều gây ra
cũng có khả năng bào mòn bãi trước kè và ảnh hưởng tới ổn định của công
trình. Ngoài những nguyên nhân gây hư hỏng chân kè như đã kể ở trên, còn
có nhiều nguyên nhân khác tác động tới sự làm việc an toàn của chân kè. Đó
là việc lựa chọn kiểu kết cấu mái kè không hợp lý hoặc kết cấu tầng lọc của
chân kè không tốt dẫn tới mái kè bị hư hỏng, chất lượng thi công chân kè và ý
thức giữ gìn của của mọi người cũng như công tác duy tu bảo dưỡng của
người quản lý chưa được tốt…
Đối với các công trình trọng lực dạng tường đứng như đê chắn sóng, bảo
vệ bể cảng, các công trình bảo vệ bờ dạng tường đứng ….vấn đề nhạy cảm
đối với ổn định của công trình là dễ bị cung trượt tròn do bị sóng xói chân làm
công trình bị sụp đổ. Một ví dụ khá điển hình cho trường hợp này là sự hư
hỏng của Kè cửa sông Cà Ty được xây dựng từ năm 1998 dạng tường bản
chống (BTCT) đã bị hư hỏng do địa chất nền yếu, biện pháp xử lý móng bằng
cừ tràm không phù hợp dẫn đến nhiều đoạn bị lún sụt, tường kè nhiều đoạn bị
nứt gẫy. Đối với các công trình mái nghiêng dạng đá đổ như đê chắn sóng bảo
vệ cảng, lớp phủ mái bảo vệ bờ… thì hư hỏng thường xuất hiện ở chân, ở thân
và ở đỉnh, trong đó hư hỏng thường xuất hiện trong các trường hợp sau:
- Do sử dụng vật liệu rẻ tiền kém chất lượng nên độ bền xuống cấp
nhanh hay do thi công không đảm bảo chất lượng kém, bê tông không đảm

bảo độ chặt, độ kín nước, mức độ chống xâm thực kém hay do thiết kế cấu
kiện bê tông không đảm bảo yêu cầu chịu lực nên dễ bị gẫy vỡ, dịch chuyển
gây mất ổn định các kết cấu khác nằm liền kề. Thí dụ cho trường hợp này là
sự hư hỏng nặng Kè bảo vệ khu phố 12, 13, 14 thị trấn Liên Hương do chân
khay không đảm bảo bị sóng phá vỡ nhiều đoạn làm thân và mái kè bị sụt lún,
thiếu các công trình phụ trợ thoát nước mưa và nước thải từ khu dân cư ra

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

13


biển. Kè bị lún nhiều, không còn giữ được cao trình thiết kế. Một thí dụ nữa là
Đê chắn sóng K1 khu neo đầu tàu thuyền tránh bão Phú Hài mạch vữa của lớp
đá xây phía ngoài thân đê bị xâm thực, ăn mòn làm cho lớp đá xây bị sụt lún,
đê bị lún nhiều, không còn giữ được cao trình thiết kế.
- Do công trình được xây dựng ở điều kiện địa chất xấu, sóng gió và
dòng chảy bất lợi nhưng thiết kế và nhất là trong quá trình thi công đơn vị thi
công không có giải pháp xử lý tốt nên công trình dễ bị xói chân, lún trượt. Thí
dụ cho trường hợp này là Kè Hàm Tiến - Mũi Né, khóa kè bằng bản cừ BTCT
bị gãy, sụt lún làm cho lớp cát đắp thân kè tại vị trí tiếp giáp khóa kè bị rửa
trôi. Các cấu kiện TSC 178 bị sụt lún từng mảng.
- Do hiện tượng vi phạm Luật Đê điều và Quy định của UBND tỉnh
như: Xây dựng công trình phụ, nhà tạm trong hành lang bảo vệ đê, kè của các
KDL… Qua kiểm tra đã phát hiện và ngăn chặn khoảng 30 vụ vi phạm lấn
chiếm hành lang Kè bảo vệ bờ biển Hàm Tiến – Mũi Né (TP Phan Thiết).
Đây cũng là nguyên nhân gây nên việc đảm bảo an toàn công trình trong mùa
mưa bão và việc xử lý các hành vi, vi phạm còn gặp nhiều khó khăn và phức
tạp, nhất là đối với các tổ chức, cá nhân đầu tư dự án các khu du lịch, khu
resort dọc ven biển.

Do cơ quan quản lý chưa thành lập bộ máy lực lượng quản lý đê nhân
dân theo hướng dẫn của Bộ Nông nghiệp & PTNT tại Thông tư số
26/2009/TT-BNN ngày 11/5/2009 nên các tuyến đê (kè) đã xây dựng xong
giao cho địa phương quản lý còn nhiều bất cập, thiếu sự kiểm tra thường
xuyên trong mùa mưa bão hàng năm, nhiều nơi bị lún sụt cục bộ, không phát
hiện kịp thời gây hư hỏng nặng hơn nhưng không được sửa chữa kịp thời do
thiếu nguồn vốn.
1.2.Những hạn chế của kè truyền thống.
1.2.1. Các giải pháp xây dựng kè truyền thống.
Các giải pháp truyền thống trong thiết kế cấu tạo thiên về kết cấu
“cứng”. Thực tế dễ xảy ra rủi ro phá vỡ kết cấu do sạt lở, xói mòn, lún sụt cục

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

14


bộ; khả năng chống xâm thực bị hạn chế; chi phí đầu tư xây dựng cao; tuổi
thọ công trình thấp; thi công trong điều kiện thuỷ triều lên xuống, sóng biển
dồn dập không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, khó kiểm soát chất lượng và tiến độ
công trình. Do đó với thi công đổ bê tông thủ công tại chỗ là rất khó để thực
hiện đảm bảo yêu cầu chống ăn mòn, xâm thực bê tông cốt thép; thi công
chưa thực hiện đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật của thiết kế; kinh phí duy tu, sửa
chữa lớn và khó khăn trong biện pháp thực hiện dẫn đến không chủ động
được tiến độ dự án và chất lượng công trình; các kè chắn bê tông cốt thép xây
dựng trong môi trường xâm thực vùng biển, hiện tượng ăn mòn cốt thép và bê
tông dẫn đến làm nứt vỡ và phá huỷ kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, làm
bê tông bị hư hỏng sớm, không đảm bảo tuổi thọ công trình; Ngoài ra, các
công trình xây dựng kè giảm sóng, chắn sóng theo phương pháp truyền thống
hiện nay, hầu như chưa đáp ứng đầy đủ được điều kiện làm việc thực tế, các

công trình theo mô hình nước ngoài chưa phổ biến và giá trị đầu tư rất lớn,
việc khắc phục hậu quả khi xảy ra sự cố, duy tu sửa chữa phức tạp, đòi hỏi
kinh phí thực hiện cao; Vì vậy, cần có một giải pháp công nghệ mới về sản
xuất, thi công kè mái đất có khả năng chống sạt lở, xói mòn, lún sụt, chống
thấm, chống ăn mòn, chống xâm thực cao hơn nhưng bền vững hơn, mỏng
hơn, nhẹ hơn, có khả năng đúc sẵn lắp ghép thuận tiện đơn giản và được sản
xuất với chi phí thấp.
1.2.2. Các vấn đề cần lưu ý khi xây dựng.
1.2.2.1. Vấn đề thiết kế, thi công.
Từ các hư hỏng trên của một số công trình, tuy không nhiều nhưng
cũng nói lên những nguyên nhân rất cơ bản gây ra các hư hỏng cho công trình
bảo vệ bờ biển, trong đó có một số điểm cần được lưu ý đặc biệt lúc thiết kế
và thi công xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển như sau:
- Các số liệu vào dùng cho thiết kế phải được đầy đủ và tương đối
chính xác để tránh các xử lý sai trong tính toán và đề xuất các giải pháp kết
cấu và nền móng.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

15


- Việc bố trí tổng thể các công trình trong hệ thống cần tương đối hợp
lý để phát huy hiệu qủa cao nhất, tránh các hậu quả xấu có thể xảy ra, nhất là
hiện tượng xói bồi gây mất ổn định công trình và làm ảnh hưởng đến tính hiệu
quả công trình.
- Việc xem xét đầy đủ các đặc điểm của điều kiện tự nhiên (như quy
luật xói bồi, tính chất động của sóng, đặc biệt là sóng vỡ…) và đặc điểm của
từng loại công trình (như công trình loại tường đứng nhạy bén với xói chân,
công trình dạng mái nghiêng đá đổ, dễ bị xáo trộn khi bị chấn động gây phá

vỡ liên kết ban đầu…) để có giải pháp đúng về kết cấu (độ bền, sự liên kết)
tránh các hư hỏng do mất ổn định cục bộ hay toàn bộ công trình. Nói chung
đối với các công trình biển xây dựng dọc bờ biển như đê biển, tường biển, kè
biển…đều cần xem xét đến điều kiện biên với nội dung là cần đánh giá tình
hình hiện hữu của vùng bờ, xác định điều kiện thủy lực, điều kiện kỹ thuật
như sau:
+ Về tình hình hiện hữu của vùng đường bờ, cần qua khảo sát, đo đạc,
chụp ảnh, xác định mặt cắt ngang, dọc theo đường bờ, cấu tạo địa chất nền
cùng thành phần đất đắp của đê hiện hữu (nếu có), sự hình thái vùng đường
bờ (bồi xói) nhằm tìm hiểu thực tế của vùng đường bờ.
+ Về điều kiện thủy lực, cần xem xét tác động của sóng (sóng ngắn và
sóng dài như sóng triều, sóng gió, sóng lừng…) nước dâng do sóng và gió
cùng biến đổi của mực nước vùng đường bờ, trong đó chú ý đến vị trí của bãi
và vùng phía trong bãi và hình thái (bồi xói) của khu vực đường bờ.
+ Về điều kiện kỹ thuật cần xem xét tình hình cấu trúc địa tầng, tính
chất cơ lý của các lớp đất, chế độ nước ngầm, tình hình động đất... qua tài liệu
thu thập khoan và thăm dò địa chất.
Trên các vùng ven biển do số liệu thực đo về thủy hải văn phục vụ cho
tính toán còn quá ít, chưa có nhiều trạm quan trắc về sóng, gió, triều… nên
kết qủa tính toán về thủy động học để xác định nguyên nhân gây xói lở bờ còn

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

16


hạn chế. Việc xác định vai trò của sóng và dòng chảy ven bờ (nguyên nhân
chính gây ra xói) cần phải được nghiên cứu kỹ hơn và có tính khoa học hơn.
Mặt cắt thiết kế kè có kết cấu công trình phải đảm bảo an toàn khi xảy ra
lũ bão theo tần suất thiết kế tính toán, phù hợp với nhu cầu phục vụ du lịch, hạn

chế bê tông hóa bãi biển, đảm bảo việc vận chuyển tàu thuyền trong quá trình
sản xuất của ngư dân và phù hợp điều kiện địa hình, địa chất nơi xây dựng.
Thông thường hiện nay tính toán thiết kế với tần suất bão cấp 9 (để tiết kiệm
kinh phí đầu tư, chấp nhận cho sóng qua đỉnh kè), nhưng thực tế và nhất là
trong điều kiện biến đổi khí hậu việc áp dụng gió bão cấp 9 thiết kế sẽ không
an toàn cho công trình về lâu dài. Việc chọn cấp gió để thiết kế là chưa thật
khoa học. Cần tham khảo tiêu chuẩn an toàn để chọn điều kiện biên thiết kế.
- Việc dự kiến các tình huống có thể xảy ra có thể gây mất ổn định
công trình từ gió bão, sóng, dòng chảy, cấu tạo địa chất,…để có các giải pháp
đề phòng hợp lý, tránh các sơ hở gây hậu qủa nghiêm trọng.
- Chất lượng vật liệu và kỹ thuật chế tạo, lắp ráp cần được kiểm tra chặt
chẽ, bảo đảm cấu kiện không bị nứt, không bị khiếm khuyết nhằm loại trừ
nguyên nhân dẫn đến xâm thực làm giảm độ bền và gây hư hỏng công trình.
Nói chung là trong thiết kế xây dựng công trình biển cần xác định đúng khả
năng có thể gây mất ổn định, làm hư hỏng công trình và cần tìm được giải
pháp ngăn chặn hợp lý. Đó là điều mà các nhà chuyên môn kỹ thuật công
trình biển luôn mong muốn và luôn tìm cách làm tốt.
1.2.2.2. Vấn đề quản lý.
Công tác quản lý, đầu tư xây dựng đê kè phải được phân công phân cấp
đến từng huyện, thị. Tuân theo các quy định của pháp luật về quy trình, quy
phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật về xây dựng và bảo vệ đê điều. Phải kiểm tra
thường xuyên để phát hiện những hư hỏng xảy ra và duy tu sửa chữa kịp thời.
Thực hiện chức năng quản lý nhà nước trong lĩnh vực đê điều, đảm bảo hệ
thống đê được xây dựng theo quy hoạch, thành một thể thống nhất, phù hợp
với chiến lược phát triển của ngành và của từng địa phương; nghiên cứu,

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

17

hướng dẫn các cơ chế, chính sách liên quan trong lĩnh vực xây dựng, tu bổ và
quản lý đê, kè biển…
Công trình bảo vệ bờ biển là loại công trình dễ gặp nhiều rủi ro, nên việc
am hiểu quy luật tự nhiên cùng kinh nghiệm xử lý khoa học dựa trên lý luận
được kiểm chứng bởi thực tế luôn là vấn đề được đặt ra cho các nhà kỹ thuật
công trình biển. Công trình biển ngày càng được xây dựng nhiều ở các nước
ven biển, trong đó có nước ta, nhằm đáp ứng việc tạo dựng cơ sở hạ tầng kỹ
thuật cho việc phát triển nền kinh tế biển, một nền kinh tế đầy triển vọng với
tiềm năng rất lớn. Công trình biển ở nước ta còn rất ít và đang bước đầu ở sự
phát triển. Các nghiên cứu về biển và công trình biển chưa nhiều, các điều
kiện cho sự phát triển còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm thiết kế xây dựng chưa
nhiều nên việc nhanh chóng học tập rút kinh nghiệm của thế giới cũng như
nhanh chóng đào tạo lực lượng cán bộ chuyên ngành, phát huy sáng tạo, vừa
làm vừa rút kinh nghiệm thì chắc chắn chúng ta sẽ có bước tiến nhanh với
thuận lợi của những người đi sau, nhưng thừa hưởng được những bài học quý
giá từ thành công và thất bại của người đi trước.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

18


CHƯƠNG 2
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Vật liệu thí nghiệm
Vật liệu tạo thành gạch phức hình cơ bản giống như bê tông truyền
thống, tuy nhiên gạch phức hình có tỷ lệ bột mịn cao hơn và đường kính lớn
nhất của cốt liệu lớn Dmax<20mm, lượng nước cũng ít hơn so với bê tông truyền
thống do thi công bằng phương pháp ép rung. Về mặt lý thuyết, bê tông truyền

thống có cốt liệu lớn làm khung chịu lực; các hạt cốt liệu lớn tì vào nhau; cốt
liệu nhỏ lấp đầy các khe rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn; chất kết dính lấp đầy
các lỗ rỗng còn lại của phần cốt liệu nhỏ; nước và phụ gia làm cho hỗn hợp bê
tông có độ linh động để có thể thi công được. Như vậy các vật liệu thành phần
có thể bổ trợ cho nhau trong quá trình tạo thành sản phẩm bê tông có cường độ
theo thiết kế. Trong khi đối với gạch phức hình thi công bằng phương pháp ép
rung, hàm lượng hạt cốt liệu lớn là tối thiểu, phần còn lại là cốt liệu nhỏ và
lượng bột mịn. Các hạt cốt liệu lớn không trực tiếp tác động với nhau mà phải
thông qua lớp bột mịn, phụ gia bôi trơn và lực ép rung.
2.1.1 Xi măng
Ở Việt nam hiện nay có nhiều loại xi măng do nhiều nhà máy trên khắp
các tỉnh thành sản xuất. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682-2009 thì xi
măng Poóc lăng (PC) là loại xi măng không được pha phụ gia công nghệ vượt
quá 5%, tuy nhiên tại các công trình xây dựng thường có các mỏ puzơlan gần
đó, do vậy với xi măng PC có thể tiến hành nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng
của puzơlan được lựa chọn đến tính chất của vữa và của bê tông một cách rõ
ràng. Ngoài ra puzơlan còn có tác dụng làm giảm nhiệt thủy hóa, bổ sung
lượng hạt mịn, tăng tính công tác, tăng độ đặc chắc của bê tông sau khi đóng
rắn.v.v..Với loại PCB mỗi nhà máy phụ gia khoáng với hàm lượng sử dụng là
khác nhau, do vậy khi đánh giá ảnh hưởng của puzơlan sẽ khó khăn và phức
tạp hơn. Chính vì những lý do trên mà xi măng PC vẫn được lựa chọn sử dụng
cho các công trình với lượng sử dụng bê tông lớn.
Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

19


Xi măng được sử dụng trong thí nghiệm là xi măng PC40 Chinfon Hải
phòng. Tính chất cơ bản của xi măng được xác định theo tiêu chuẩn Việt nam.
(TCVN 4787-1989. Xi măng. Phương pháp lấy mẫu thử; TCVN141-1998. Xi

măng. Phương pháp phân tích hóa học; TCVN 4030-1985. Xi măng. Phương
pháp xác định bề mặt riêng; TCVN 6016-1995. Xi măng. Phương pháp xác
định giới hạn cường độ chịu nén và uốn.;
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của xi măng

Nhà máy sản
xuất
Chinfon

Thành phần hóa học của Klinke, %
SiO2

Al2O3

Fe2O3

22,45

5,42

3,60

CaO MgO SO3
61,75

1,15

2,18

K2O+

0,658Na2O
1,10

Bảng 2.2 Thành phần khoáng của Xi măng

Nhà máy sản
xuất
Chinfon

C3S
56

Thành phần khoáng của xi măng, %
C2S
C3A
C4AF
19
6,5
12,5

khác
3,0

Bảng 2.3 Tính chất cơ lý của xi măng

Nhà máy
sản xuất

Chifon

Mật độ
trung
bình

26,6

Diện tích bể
mặt riêng
(cm2/g)

3125

Thời gian
đông kết
(giờ-phút)
Bắt
Kết
đầu
thúc
1-40

3-05

Giới hạn cường
độ Mpa (tuổi 28
ngày)
Chịu
Chịu
nén
uốn

34,7

7,2

2.1.2 Tro bay
Tro bay là một loại bột khoáng có hoạt tính, có khả năng tác dụng với
sản phẩm thủy hóa xi măng ở điều kiện thường, hoặc ở điều kiện nhiệt độ cao
(gia công nhiệt ẩm ≤ 1000C, gia công nhiệt trong autoclave). Tro bay nói
chung chỉ thể hiện hoạt tính puzơlanic, được đánh giá bằng mức độ ngậm
canxi của 1 gam tro bay nghiền mịn. Nói chung mức độ ngậm canxi tính bằng
mg/g của tro bay phụ thuộc vào độ mịn và bản chất vật liệu cũng như vào
nhiệt độ và thời gian phản ứng. Tro bay có hàm lượng (CaO +MgO) càng cao
thì mức độ ngậm canxi càng giảm, đồng thời có độ mịn càng lớn, nhiệt độ
càng cao và thời gian càng kéo dài thì mức độ ngậm canxi càng cao.
Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

20


Các loại tro bay nhiệt điện đốt từ các loại than antraxit và than đá
thường có tổng hàm lượng (CaO + MgO)≤10 – 15%, chỉ số kiềm M k<0,1; chỉ
số hoạt tính Ma 0,2-0,8. Vì vậy có thể xếp chúng vào loại axit hoặc siêu axit,
chúng có hoạt tính puzơlanic mạnh thể hiện ở mức độ ngậm canxi lớn.
Tro bay nhiệt điện thường thuộc loại ít kiềm, chủ yếu chứa các khoáng
thuộc nhóm 2 và 3 trong thành phần khoáng, các khoáng này phần lớn nằm
trong pha thủy tinh vì vậy chúng có hoạt tính puzơlanic cao. Hàm lượng pha
thủy tinh trong tro bay thường thấp hơn so với trong xỉ, thành phần than chưa
cháy cao nên hoạt tính của tro bay thường kém hơn so với xỉ. Hoạt tính của
tro bay còn phụ thuộc vào độ mịn, nhiệt độ,…vì vậy, các so sánh nói trên
được đưa ra ở điều kiện cùng độ mịn và nhiệt độ. Đồng thời cần phải lưu ý

rằng hoạt tính của tro bay là khác nhau khi chúng có nguồn gốc từ nhiên liệu
rắn khác nhau, ngay cả khi chúng có cùng nguồn gốc từ cùng một nguồn
nhiên liệu cũng đã có sự khác biệt nhau rất rõ nét. Có sự khác biệt nhau như
vậy là do có sự dao động của rất nhiều các thông số về tính chất nhiên liệu (độ
mịn, thành phần khoáng ban đầu…) chế độ cháy và thải tro cùng nhiều
nguyên nhân khác.
Để đánh giá chất lượng tro bay người ta thường sử dụng các chỉ số:
Theo tổng hàm lượng (CaO + MgO). Tro bay có hàm lượng kiềm thấp
(CaO + MgO) = 10-20%, loại có hàm lượng cao (CaO + MgO) <10% gọi là vật
liệu axit hoặc siêu axit. Tro bay của phần lớn các nhà máy nhiệt điện thuộc loại
axit. Riêng với tro còn có cách phân loại ra 2 nhóm: Kiềm cao khi hàm lượng
(CaO + MgO) ≥20%, kiềm thấp khi hàm lượng (CaO + MgO) <20%.
Theo chỉ số số kiềm (Mk)
Mk =

(CaO + MgO)
SiO2 + Al2O 3

Người ta chia tro bay thành các loại sau:
Loại kiềm khi Mk >0,9
Loại axit khi Mk = 0,6-0,9

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

21


Loại siêu axit khi Mk <0,6
Thông qua chỉ số kiềm người ta còn phân loại tro bay ra các loại: Hoạt
tính khi Mk ≥ 0,5-2,8; ít hoạt tính Mk = 0,1-0,5; trơ khi Mk <0,1.

Các chỉ số khác như:
Chỉ số hoạt tính Ma = Al2O3/SiO2
Chỉ số silicat Ms=1/Ma
Tro, xỉ nhiệt điện là sản phẩm phụ của các nhà máy nhiệt điện sử dụng
nhiên liệu rắn là than. Tùy theo công nghệ đốt mà lượng tro, xỉ thải ra ở các
nhà máy nhiệt điện có khác nhau.
Tro bay được sử dụng trong nghiên cứu là tro bay của nhà máy nhiệt điện Hải
Phòng. Kết quả phân tích hóa học của Tro bay được cho ở bảng 2.4
Bảng 2.4. Thành phần hóa học của Tro bay nhiệt điện Hải phòng.

Hàm lượng ôxit, %
SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

Lượng
mất
4,2

67,7
20,3
3,84

1,2
0,26
2,5
Tro bay có khối lượng riêng 2,15 g/cm3, lượng sót trên sàng 75µm là
6,4% đáp ứng tiêu chuẩn ASTM C618:2003 và TCVN 6882:2001.

Hình 2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

2.1.4 Xỉ đáy

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

22


Xỉ có thành phần hóa như trong bảng 2.5, được gia công đập và sàng
thành các cỡ hạt dưới 10 mm để làm cốt liệu. Thành phần hạt xỉ chưa gia
công được thể hiện trong bảng 2.6
Bảng 2.5 Thành phần hóa học của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng
Các
ôxit
Tỷ
lệ %

SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O

SO3

TiO2 MKN

57,74

0,37

0,10

7,51

21,51 3,50

0,20

0,26

3,90

4,22

Bảng 2.6 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Sàng,
Mm
40
20
10
5
2.5
1.25
0.63
0.315

0.14
0

Khối lượng sót sàng riêng biệt
Lần 1
Lần 2
Lần 3
0
0
0
166.5
147
170
1172
1590
1509
1074
1157
1058
869
825
800
403.5
272
209
455
341.5
364.5
267
210.55

218.5
505.5
374.5
236.5
111
79
233.5

Lượng
sót sàng
0.00
161.17
1423.67
1096.33
831.33
294.83
387.00
232.02
372.17
141.17

Phần
trăm sót
0.00
3.26
28.82
22.19
16.83
5.97
7.83

4.70
7.53
2.86

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

Phần
trăm sót
0.00
3.26
32.08
54.28
71.11
77.08
84.91
89.61
97.14
100.00

23


Hình 2.2 Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Sau khi sàng tách các cỡ hạt dưới 5mm, 5-10 mmm, loại có kích thước
trên 10 mm được gia công đập nhỏ và cùng phối trộn theo từng loại cùng kích
thước của xỉ đáy. Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ chế tạo từ xỉ được nêu
trong bảng 2.7
Bảng 2.7 Kết quả phân tích thành phần hạt của cốt liệu nhỏ từ xỉ đáy
Kích thước

cỡ hạt
Lượng sót
riêng ai (%)
Lượng sót
tích lũy Ai

0 ÷ 0.14

0.14 ÷
0.315

0.315 ÷
0.63

0.63 ÷
1.25

1.25 ÷
2.5

2.5 ÷ 5

11.97

9.33

11.04

18.46

14.69

34.51

100

88.03

78.7

67.66

49.20

34.51

(%)
Mô đul độ lớn : Mđl =3,18

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

24