Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ bền cho bê tông – bê tông cốt thép của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ BỀN CHO
BÊ TÔNG - BÊ TÔNG CỐT THÉP CỦA KẾT CẤU
BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ BIỂN VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ BỀN CHO
BÊ TÔNG - BÊ TÔNG CỐT THÉP CỦA KẾT CẤU
BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ BIỂN VIỆT NAM

Chuyên ngành:

Xây dựng Công trình thuỷ

Mã số:

62 – 58 – 40 – 01

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. Vũ Quốc Vương
GS.TS. Ngô Trí Viềng

HÀ NỘI - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thu Hương

i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Ngô Trí Viềng và PGS.TS. Vũ
Quốc Vương là hai thầy hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận án. Xin cảm ơn hai

thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ và cả sự hỗ trợ tài chính trong thời gian tác giả
thực hiện luận án.
Tác giả xin trân trọng cám ơn các nhà khoa học trong và ngoài trường đã có những
đóng góp quí báu, chân tình và thẳng thắn để tác giả hoàn thiện luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến chương trình NCKHCN phục vụ phòng chống
thiên tai bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên (KC08) của Bộ
KHCN đã đầu tư kinh phí cho tác giả thực hiện các thí nghiệm trong luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Trường Đại học Thủy lợi, Phòng Vật liệu vô cơ –
Viện Khoa học Vật liệu–Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam, Phòng
nghiên cứu Vật liệu – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Vật liệu xây dựng Việt
Nam đã tạo điều kiện cơ sở vật chất cho các thí nghiệm trong nghiên cứu của tác giả.
Tác giả trân trọng cám ơn Vụ Đại học và Sau Đại học – Bộ Giáo dục và Đào tạo, Bộ
môn Thủy công, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học – Trường Đại học Thủy lợi,
Cục sở hữu trí tuệ - Bộ Khoa học và Công nghệ đã có những giúp đỡ quí báu cho tác
giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các đồng nghiệp của tác giả tại Bộ môn Vật liệu
xây dựng đã không quản khó khăn, vất vả cùng tác giả tiến hành các thí nghiệm trong
phòng, thí nghiệm hiện trường, cũng như gánh vác công việc để tác giả có thời gian
hoàn thành luận án.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình luôn động
viên, khích lệ để tác giả hoàn thành luận án nghiên cứu.
Tác giả

Nguyễn Thị Thu Hương
ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................ii

MỤC LỤC

............................................................................................................. iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ...........................................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................ xi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .................................................................xii
MỞ ĐẦU

............................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
4. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu.......................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................................3
6. Những đóng góp mới của luận án ...........................................................................3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ BIỂN
BẰNG BÊ TÔNG - BÊ TÔNG CỐT THÉP ............................................................... 4
1.1 Hiện trạng và nguyên nhân hư hỏng kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển bằng
BT-BTCT.....................................................................................................................4
1.1.1

Khái quát về các dạng kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển............................ 4

1.1.2

Hiện trạng hư hỏng ....................................................................................11

1.1.3

Nguyên nhân hư hỏng ...............................................................................15

1.2 Tình hình nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ bền cho BT-BTCT làm việc
trong môi trường biển ................................................................................................ 24
1.2.1

Các nghiên cứu trên thế giới .....................................................................24

1.2.2

Các nghiên cứu ở Việt Nam ......................................................................26

1.2.3

Phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu đã công bố............................ 28

1.2.4

Định hướng nghiên cứu trong luận án ......................................................29

1.3 Cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp nâng cao độ bền cho BT-BTCT của kết
cấu bảo vệ mái đê và bờ biển trong điều kiện Việt Nam ..........................................30
1.3.1

Các giải pháp nâng cao độ bền cho BT-BTCT công trình biển ................31

1.3.2 Phân tích lựa chọn giải pháp thích hợp cho BT-BTCT kết cấu bảo vệ mái
đê và bờ biển..........................................................................................................33
iii

1.3.3
1.4

Phân tích lựa chọn tổ hợp phụ gia ............................................................. 34

Kết luận chương 1 ............................................................................................ 38

CHƯƠNG 2
2.1

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 40

Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu ...................................................................40

2.1.1

Xi măng .....................................................................................................40

2.1.2

Tro bay ......................................................................................................41

2.1.3

Silica fume.................................................................................................41

2.1.4

Cát .............................................................................................................42

2.1.5

Cát tiêu chuẩn dùng cho thí nghiệm xác định cường độ chất kết dính .....43

2.1.6

Đá ..............................................................................................................43

2.1.7

Phụ gia hóa học ......................................................................................... 43

2.1.8

Nước ..........................................................................................................44

2.2

Các phương pháp thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu .................................44

2.2.1

Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu ............................................................ 44

2.2.2

Các tiêu chuẩn thí nghiệm vữa ..................................................................44

2.2.3

Các tiêu chuẩn thí nghiệm bê tông ............................................................ 48

2.2.4

Các phương pháp thí nghiệm hiện đại phi tiêu chuẩn ............................... 55

2.3

Phương pháp tính toán thành phần bê tông dùng trong nghiên cứu ................57

2.3.1

Tính toán cấp phối lý thuyết......................................................................57

2.3.2

Thí nghiệm trong phòng và điều chỉnh theo vật liệu thực tế tại hiện trường
...................................................................................................................59

2.4

Kết luận chương 2 ............................................................................................ 60

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH TỔ HỢP PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ BỀN CHO
BT-BTCT CỦA KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ BIỂN ................................ 61
3.1

Tổng quát .........................................................................................................61

3.2

Xác định các chỉ tiêu của xi măng và chất kết dính .........................................62

3.2.1

Lượng nước tiêu chuẩn .............................................................................62

3.2.2

Các chỉ tiêu của đá xi măng ......................................................................64

3.3

Xác định các chỉ tiêu của vữa ..........................................................................74

3.3.1

Lượng nước tiêu chuẩn của hỗn hợp vữa ..................................................74

3.3.2

Cường độ vữa chất kết dính ......................................................................76

3.3.3

Thí nghiệm chụp ảnh vi điện tử quét SEM ...............................................77
iv

3.4

Xác định các chỉ tiêu của bê tông ....................................................................79

3.4.1

Các yêu cầu của bê tông ............................................................................79

3.4.2

Xác định thành phần bê tông .....................................................................79

3.4.3

Cường độ nén, độ hút nước và khối lượng thể tích...................................87

3.4.4

Tính thấm nước ......................................................................................... 90

3.4.5

Độ mài mòn ............................................................................................... 92

3.4.6

Độ thấm ion Cl- ......................................................................................... 93

3.4.7

Chỉ số pH ...................................................................................................97

3.5

Tính toán hiệu quả kinh tế ...............................................................................99

3.5.1

Mục đích tính toán hiệu quả kinh tế .......................................................... 99

3.5.2

Tính chi phí vật liệu cho các cấp phối khác nhau ...................................100

3.6

Phân tích lựa chọn tỷ lệ phụ gia hợp lý..........................................................103

3.7

Kết luận chương 3 ..........................................................................................104

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CÓ ĐỘ BỀN CAO CHO CẤU KIỆN
BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN GIAO THỦY – NAM ĐỊNH .......................................... 107
4.1

Điều kiện áp dụng kết quả nghiên cứu bê tông có độ bền cao ......................107

4.2

Giới thiệu công trình và các cấu kiện ứng dụng thử nghiệm .........................108

4.2.1

Giới thiệu về công trình ..........................................................................108

4.2.2

Giới thiệu về vị trí và cấu tạo các cấu kiện ứng dụng thử nghiệm .........109

4.3

Vật liệu và thành phần bê tông ứng dụng thử nghiệm ...................................111

4.3.1

Vật liệu sử dụng ......................................................................................111

4.3.2

Tính toán thành phần bê tông ..................................................................114

4.4

Kết quả thí nghiệm trong phòng và ứng dụng thử nghiệm tại hiện trường ...117

4.4.1

Kết quả thí nghiệm trong phòng..............................................................117

4.4.2

Kết quả ứng dụng thử nghiệm tại hiện trường ........................................118

4.5

Kết luận chương 4 ..........................................................................................122

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 123
I. Kết quả đạt được của luận án ...............................................................................123
II. Hướng phát triển của luận án ..............................................................................124
III. Kiến nghị ...........................................................................................................124
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................... 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 127
v


PHỤ LỤC

........................................................................................................... 133

PHỤ LỤC 1. CÁC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM XI MĂNG, TRO BAY, MUỘI SILIC ...133

Phụ lục 1-1. Giấy chứng nhận kết quả thử nghiệm xi măng của nhà máy xi măng
Bút Sơn ................................................................................................................134
Phụ lục 1-2 . Kết quả phân tích thành phần hóa học và khối lượng riêng của
xi măng, tro bay và silica fume ...........................................................................135
Phụ lục 1-3. Kết quả phân tích thành phần hạt của xi măng Bút Sơn .................135
Phụ lục 1-4. Kết quả phân tích thành phần hạt của tro tuyển Phả Lại ................136

Phụ lục 1-5. Kết quả phân tích thành phần hạt của silica fume ..........................137
PHỤ LỤC 2. CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH HIỆN ĐẠI ĐỐI VỚI XI
MĂNG VÀ VỮA ......................................................................................................138

Phụ lục 2-1. Kết quả phân tích tia rơnghen X-Ray của đá xi măng ....................138
Phụ lục 2-2. Kết quả phân tích nhiệt TGA của đá xi măng .................................143
Phụ lục 2-3. Kết quả chụp ảnh vi điện tử quét SEM của đá xi măng ..................148
Phụ lục 2-4. Kết quả chụp ảnh vi điện tử quét SEM của vữa..............................150
PHỤ LỤC 3. CODE PHẦN MỀM TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CÓ SỬ
DỤNG PHỤ GIA .......................................................................................................153
PHỤ LỤC 4. BIÊN BẢN XÁC NHẬN VỀ VIỆC ỨNG DỤNG SẢN PHẨM KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ............................................................................................................167

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1-1. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng ...............................................5
Hình 1-2. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng mái nghiêng loại có cơ đê ........................5
Hình 1-3. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng mái nghiêng loại không có cơ đê .............5
Hình 1-4. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp ....................................................6
Hình 1-5. Đê dạng tường đứng bằng BTCT ....................................................................7
Hình 1-6. Tường đỉnh kè bằng BTCT .............................................................................7
Hình 1-7. Mặt cắt ngang kết cấu gia cố mái đê điển hình ...............................................7
Hình 1-8. Kè bằng cấu kiện BT tấm bản mỏng ............................................................... 8
Hình 1-9. Kè bằng cấu kiện BT khối lập phương ........................................................... 8
Hình 1-10. Kè bằng cấu kiện BT Haro ............................................................................8
Hình 1-11. Kè bằng cấu kiện BT Holhquader .................................................................8
Hình 1-12. Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 2 chiều loại không có mũ .............9
Hình 1-13. Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 2 chiều loại có mũ ........................9

Hình 1-14. Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 3 chiều TSC ................................ 10
Hình 1-15. Kè đê biển bằng thảm bê tông liên kết ........................................................ 11
Hình 1-16. Ăn mòn rửa trôi và mài mòn cơ học cấu kiện liên kết 2 chiều loại không
mũ ..................................................................................................................................12
Hình 1-17. Ăn mòn rửa trôi và mài mòn cơ học cấu kiện liên kết 2 chiều loại có mũ .12
Hình 1-18. Ăn mòn rửa trôi và mài mòn cơ học cấu kiện TSC.....................................12
Hình 1-19. Nguyên nhân phá hoại bê tông do tác động vật lý và cơ học .....................18
Hình 1-20. Sơ đồ quá trình xói mòn, mài mòn vật liệu trong môi trường nước ...........18
Hình 1-21. Nguyên nhân phá hoại bê tông do tác động ăn mòn ...................................19
Hình 1-22. Sơ đồ mô tả các thành phần hóa học tham gia vào quá trình ăn mòn kết cấu
BTCT trong môi trường biển ......................................................................................... 21
Hình 1-23. Tổng hợp các dạng ăn mòn bê tông, cốt thép trong môi trường biển và định
hướng giải pháp hạn chế ................................................................................................ 22
Hình 1-24. Sơ đồ phân vùng môi trường biển ............................................................... 23
Hình 1-25. Sơ đồ mô tả tác động phá hoại BTCT ở các vùng trong môi trường biển ..23
Hình 1-26. Sơ đồ tóm tắt vai trò, tác dụng của các loại phụ gia dùng trong nghiên cứu
.......................................................................................................................................38
Hình 2-1. Ảnh chụp 3 thành phần vật liệu trong hỗn hợp chất kết dính ....................... 42
Hình 2-2. Đo đường kính đáy khối vữa của mẫu đối chứng 100%XM ........................ 46
Hình 2-3. Đo đường kính đáy khối vữa của mẫu thí nghiệm có dùng phụ gia trước khi
hiệu chỉnh nước .............................................................................................................46
Hình 2-4. Thí nghiệm tạo mẫu trong khuôn 3 ngăn lăng trụ 40x40x160mm ...............46
Hình 2-5. Thí nghiệm trên mẫu vữa đã đông rắn .......................................................... 47
Hình 2-6. Sơ đồ các bước thí nghiệm xác định cường độ chất kết dính ....................... 47
vii


Hình 2-7. Máy thí nghiệm thấm với 4 khoang chứa mẫu của Matest ........................... 50
Hình 2-8. Mẫu bê tông sau khi ép bửa và đo độ thấm xuyên sâu .................................51
Hình 2-9. Máy và mẫu thí nghiệm độ mài mòn bê tông theo tiêu chuẩn ASTM C1138

.......................................................................................................................................53
Hình 2-10. Máy thí nghiệm đo nồng độ ion Cl- CL-3000 ............................................54
Hình 2-11. Thiết bị đo và bộ phận hiển thị nồng độ ion Cl- của máy CL-3000 ............55
Hình 3-1. Lượng nước tiêu chuẩn của các tổ mẫu với lượng phụ gia thay đổi .............63
Hình 3-2 . Các mẫu đá xi măng khi mới đúc và sau 6 tháng bảo dưỡng ......................65
Hình 3-3. Lượng ion Cl- và SO3 trong các mẫu đá xi măng .........................................67
Hình 3-4. X-Ray của mẫu X-T0S0P0, 28 ngày ............................................................... 68
Hình 3-5. X-Ray của mẫu X-T20S10P0,4 28 ngày .......................................................... 69
Hình 3-6. TGA của mẫu X-T0S0P0, 28 ngày .................................................................70
Hình 3-7. TGA của mẫu X-T20S10P0,4, 28 ngày............................................................. 71
Hình 3-8. SEM của mẫu X-T0S0P0, 28 và 60 ngày ......................................................73
Hình 3-9. SEM của mẫu X-T20S10P0,4, 28 và 60 ngày ..................................................73
Hình 3-10. Biểu đồ so sánh sự thay đổi lượng nước tiêu chuẩn của xi măng và vữa ...75
Hình 3-11. Sự phát triển cường độ của các tổ mẫu vữa theo thời gian ......................... 76
Hình 3-12. SEM của mẫu V-T0S0P0, 3 ngày và 28 ngày...............................................78
Hình 3-13. SEM của mẫu V-T20S10P0, 3 ngày và 28 ngày ............................................78
Hình 3-14. Sơ đồ các bước tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia ..............81
Hình 3-15. Giao diện giới thiệu phần mềm ...................................................................82
Hình 3-16. Giao diện nhập dữ liệu ................................................................................82
Hình 3-17. Giao diện kết quả tính các đại lượng trung gian .........................................83
Hình 3-18. Giao diện kết quả tính toán lượng vật liệu cho 1m3 bê tông ....................... 83
Hình 3-19. Sự thay đổi tỷ lệ N/CKD của các tổ mẫu khi lượng dùng phụ gia khác nhau
.......................................................................................................................................86
Hình 3-20. Sự biến đổi cường độ bê tông theo thời gian khi tỷ lệ dùng phụ gia khoáng
thay đổi .......................................................................................................................... 88
Hình 3-21. Sự biến đổi cường độ bê tông theo thời gian khi lượng dùng phụ gia hóa
dẻo thay đổi ...................................................................................................................88
Hình 3-22. Cường độ bê tông của các tổ mẫu thí nghiệm .............................................89
Hình 3-23. Sự thay đổi mức hút nước của bê tông của các tổ mẫu ............................... 90
Hình 3-24. Biểu đồ hệ số thấm của các mẫu có và không có phụ gia .......................... 91

Hình 3-25. Độ mài mòn của các mẫu có và không có phụ gia ......................................92
Hình 3-26. Mẫu thí nghiệm và sơ đồ vị trí các điểm lấy mẫu xác định lượng ion Cl- ..93
Hình 3-27. Nồng độ ion Cl- đo được sau 6 tháng .......................................................... 94
Hình 3-28. Nồng độ ion Cl- đo được sau 12 tháng ........................................................ 94
Hình 3-29. Nồng độ ion Cl- đo được sau 24 tháng ........................................................ 95
Hình 3-30. Lượng ion Cl- đo tại bề mặt ........................................................................95
Hình 3-31. Lượng ion Cl- đo tại điểm sâu 2cm ............................................................. 95
viii


Hình 3-32. Lượng ion Cl- đo tại điểm sâu 4cm ............................................................. 96
Hình 3-33. Các bể bảo dưỡng mẫu bê tông trong phòng ..............................................98
Hình 3-34. Các bước lắp mẫu thí nghiệm thấm ............................................................ 98
Hình 3-35. Chạy máy thí nghiệm và đo chiều sâu dòng thấm sau khi ép bửa mẫu ......99
Hình 3-36. Các bước thí nghiệm nồng độ ion Cl- trong bê tông ...................................99
Hình 3-37. Biểu đồ so sánh chi phí vật liệu giữa các phương án khác nhau ..............103
Hình 4-1. Đê biển Giao Thủy – Nam Định .................................................................108
Hình 4-2. Hiện trạng hư hỏng các cấu kiện bê tông loại liên kết 2 chiều ở tuyến đê biển
Giao Thủy ....................................................................................................................109
Hình 4-3. Hiện trạng hư hỏng các cấu kiện bê tông TSC ở tuyến đê biển Giao Thủy109
Hình 4-4. Mặt cắt ngang, mặt bằng và vị trí cấu kiện BTĐS ứng dụng thử nghiệm trên
kè bảo vệ mái đê biển Giao Thủy ................................................................................110
Hình 4-5. Cấu tạo, hình dạng, kích thước cấu kiện BTĐS loại I ................................111
Hình 4-6. Ảnh chụp 3 thành phần vật liệu trong hỗn hợp chất kết dính .....................112
Hình 4-7. Pha phụ gia hóa dẻo chuẩn bị cho thí nghiệm hiện trường .........................114
Hình 4-8. Giao diện nhập dữ liệu tính toán thành phần bê tông cho đê Giao Thủy....115
Hình 4-9. Giao diện kết quả tính toán lượng vật liệu cho 1m3 bê tông đê Giao Thủy 115
Hình 4-10. Giao diện kết quả tính toán lượng vật liệu cho 1 mẻ trộn bê tông đê Giao
Thủy .............................................................................................................................116
Hình 4-11. Sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian của mẫu có và không có phụ

gia ................................................................................................................................117
Hình 4-12. Trộn, đúc cấu kiện thử nghiệm tại hiện trường ........................................119
Hình 4-13. Các cấu kiện bê tông sau khi được hoàn thành .........................................119
Hình 4-14. Tháo các cấu kiện cũ để chuẩn bị thay cấu kiện mới ................................119
Hình 4-15. Lắp các cấu kiện mới vào vị trí thay thế cấu kiện cũ ...............................120
Hình 4-16. Các cấu kiện sau khi lắp đặt xong .............................................................120
Hình 4-17. Các cấu kiện sau 2 năm sử dụng ...............................................................120
Hình 4-18. Thí nghiệm kiểm tra cường độ tại hiện trường theo phương pháp không phá
hoại ..............................................................................................................................121
Hình 1. X-Ray của mẫu X-T0S0P0, 28 ngày ................................................................138
Hình 2. X-Ray của mẫu X-T0S0P0, 60 ngày ................................................................138
Hình 3. X-Ray của mẫu X-T30S0P0,4, 28 ngày .............................................................139
Hình 4. X-Ray của mẫu X-T30S0P0,4, 60 ngày .............................................................139
Hình 5. X-Ray của mẫu X-T25S5P0,4, 28 ngày .............................................................140
Hình 6. X-Ray của mẫu X-T25S5P0,4, 60 ngày .............................................................140
Hình 7. X-Ray của mẫu X-T20S10P0,4, 28 ngày...........................................................141
Hình 8. X-Ray của mẫu X-T20S10P0,4, 60 ngày............................................................141
Hình 9. X-Ray của mẫu X-T15S15P0,4, 28 ngày............................................................142
Hình 10. X-Ray của mẫu X-T15S15P0,4, 60 ngày..........................................................142
ix


Hình 11. TGA của mẫu X-T0S0P0, 28 ngày.................................................................143
Hình 12. TGA của mẫu X-T0S0P0, 60 ngày................................................................143
Hình 13. TGA của mẫu X-T30S0P0,4, 28 ngày .............................................................144
Hình 14. TGA của mẫu X-T30S0P0,4, 60 ngày .............................................................144
Hình 15. TGA của mẫu X-T25S5P0,4, 28 ngày .............................................................145
Hình 16. TGA của mẫu X-T25S5P0,4, 60 ngày .............................................................145
Hình 17. TGA của mẫu X-T20S10P0,4, 28 ngày ............................................................146
Hình 18. TGA của mẫu X-T20S10P0,4, 60 ngày ............................................................146

Hình 19. TGA của mẫu X-T15S15P0,4, 28 ngày ............................................................147
Hình 20. TGA của mẫu X-T15S15P0,4, 60 ngày ............................................................147
Hình 21. SEM của mẫu X-T0S0P0, 28 và 60 ngày ......................................................148
Hình 22. SEM của mẫu X-T30S0P0,4, 28 và 60 ngày ..................................................148
Hình 23. SEM của mẫu X-T25S5P0,4, 28 và 60 ngày ..................................................149
Hình 24. SEM của mẫu X-T20S10P0,4, 28 và 60 ngày .................................................149
Hình 25. SEM của mẫu X-T15S15P0,4, 28 và 60 ngày .................................................150
Hình 26. SEM của mẫu V-T0S0P0, 3 ngày và 28 ngày ................................................150
Hình 27. SEM của mẫu V-T30S0P0, 3 ngày và 28 ngày ...............................................151
Hình 28. SEM của mẫu V-T25S5P0, 3 ngày và 28 ngày ...............................................151
Hình 29. SEM của mẫu V-T20S10P0, 3 ngày và 28 ngày .............................................152
Hình 30. SEM của mẫu V-T15S15, 3 ngày và 28 ngày .................................................152

x


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1. Niên hạn hư hỏng các kết cấu bê tông cốt thép thường gặp trong
môi trường biển Việt Nam ............................................................................................. 14
Bảng 1-2. Hàm lượng trung bình của các ion trong nước biển .....................................15
Bảng 2-1. Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PC40 Bút Sơn..............................................40
Bảng 2-2. Các chỉ tiêu tính chất của tro tuyển Phả Lại .................................................41
Bảng 2-3. Các chỉ tiêu tính chất của silica fume Castech .............................................41
Bảng 2-4. Các chỉ tiêu vật lý của cát .............................................................................42
Bảng 2-5. Bảng thành phần hạt của cát .........................................................................42
Bảng 2-6. Các chỉ tiêu vật lý của đá dăm ......................................................................43
Bảng 2-7. Bảng thành phần hạt của đá dăm ..................................................................43
Bảng 2-8. Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu ............................................................... 44
Bảng 2-9. Các tiêu chuẩn thí nghiệm bê tông ............................................................... 48
Bảng 3-1. Cấp phối vật liệu và kết quả đo LNTC của xi măng và hỗn hợp CKD ........63

Bảng 3-2. Kết quả phân tích thành phần nước biển Giao Thủy – Nam Định ...............65
Bảng 3-3. Kết quả thí nghiệm lượng ion Cl- và SO3 trong đá xi măng ......................... 66
Bảng 3-4. Kết quả ước lượng các thành phần trong đá xi măng từ thí nghiệm TGA ...71
Bảng 3-5. Kết quả thí nghiệm xác định LNTC của vữa và xi măng, hỗn hợp CKD ....74
Bảng 3-6. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chất kết dính ...................................76
Bảng 3-7. Các cấp phối và thành phần vật liệu trong bê tông theo tính toán ...............84
Bảng 3-8. Thành phần bê tông sau khi xác định lượng nước thỏa mãn độ lưu động yêu
cầu ..................................................................................................................................85
Bảng 3-9. Kết quả thí nghiệm cường độ, độ hút nước và khối lượng thể tích của BT .87
Bảng 3-10. Kết quả thí nghiệm hệ số thấm ...................................................................91
Bảng 3-11. Kết quả thí nghiệm độ mài mòn .................................................................92
Bảng 3-12. Độ thấm ion Cl- sau 6, 12, 24 tháng tại các vị trí điểm đo khác nhau ........94
Bảng 3-13. Chỉ số pH đo được sau 6, 12, 24 tháng tại điểm sâu 4cm .......................... 97
Bảng 3-14. Đơn giá vật liệu chế tạo bê tông ...............................................................101
Bảng 3-15. Bảng tính chi phí vật liệu cho các cấp phối khác nhau.............................102
Bảng 4-1. Các chỉ tiêu của cát Sông Lô ......................................................................112
Bảng 4-2. Thành phần hạt của cát Sông Lô.................................................................113
Bảng 4-3. Các chỉ tiêu của đá dăm Ninh Bình ............................................................113
Bảng 4-4. Thành phần hạt của đá dăm Ninh Bình ......................................................113
Bảng 4-5. Các yêu cầu của bê tông và chỉ tiêu của vật liệu chế tạo bê tông đê Giao
Thủy .............................................................................................................................114
Bảng 4-6. Thành phần vật liệu bê tông theo hai phương án có và không có phụ gia .116
Bảng 4-7. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu của hai loại bê tông có và không có phụ gia
.....................................................................................................................................117
Bảng 4-8. Kết quả đo cường độ tại hiện trường thử nghiệm .......................................121
xi


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
B, BT

Bê tông

BTCT

Bê tông cốt thép

BT-BTCT

Bê tông – Bê tông cốt thép

V

Vữa

CSH(C-S-H)

CaO.SiO2.H2O

C3S

3CaO.SiO2

C2S

2CaO.SiO2

TGA

Thermal Gravimetric Analysis - Phân tích nhiệt trọng lượng

X-Ray

Phân tích tia rơnghen

SEM

Scanning Electron Microscope-Chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét

X, XM

Xi măng

T, TB

Tro bay

S, SF

Silica fume

CKD

Chất kết dính

PGK

Phụ gia khoáng

PGH

Phụ gia hóa

P, PGHD

Phụ gia hóa dẻo

C

Cát

Đ

Đá

N

Nước

N/CKD

Tỷ lệ nước/chất kết dính

LNTC

Lượng nước tiêu chuẩn

KLTT

Khối lượng thể tích

BTĐS

Bê tông đúc sẵn

CK

Cấu kiện

TP

Thành phần

SP

Sản phẩm

MT

Môi trường

KH

Ký hiệu
xii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài hơn 3260km và hiện đang chịu những ảnh

hưởng nặng nề do tác động của biến đổi khí hậu, nhất là nước biển dâng gây ra. Với
đặc điểm như vậy, việc xây dựng, tu bổ, nâng cấp hệ thống đê và công trình bảo vệ bờ
biển luôn được Đảng, nhà nước và chính phủ coi trọng, nhằm đảm bảo cho sự phát
triển của chiến lược kinh tế, an ninh quốc phòng và giao thông hàng hải. Vai trò của hệ
thống đê biển ngày càng được nâng cao, không chỉ dừng ở mức độ nhằm chống bão,
ngăn mặn, mà còn có sự kết hợp đa mục tiêu để đảm bảo là cơ sở vững chắc, tạo đà
phát triển kinh tế, phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Nghiên cứu về đê biển trên thế giới đã có từ lâu, nhiều nước có thể nói như là đã hoàn
tất, như Hà Lan. Các thành tựu nghiên cứu về khoa học công nghệ đê biển trên thế giới
đã được tổng kết, đánh giá đưa vào các tài liệu sổ tay, quy trình, quy phạm. Tuy nhiên
do những biến động lớn về môi trường, tần suất và cường độ ngày càng gia tăng của
thiên tai, nhất là sự biến đổi khí hậu toàn cầu làm cho vấn đề an toàn bờ biển và công
trình ven biển, nảy sinh nhiều vấn đề mới, phức tạp; vì vậy những nghiên cứu về lĩnh
vực này vẫn tiếp tục được trọng thị trên toàn thế giới.
Để xây dựng hệ thống đê và các công trình bảo vệ bờ biển, ngoài vật liệu đất để đắp
thân đê thì vật liệu sử dụng cho các cấu kiện bảo vệ mái đê và các kết cấu công trình
bảo vệ bờ biển hiện nay chủ yếu là bê tông và bê tông cốt thép (BT-BTCT).
Vật liệu bê tông và bê tông cốt thép được ứng dụng trong xây dựng các công trình biển
từ cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20. Với nhu cầu ứng dụng ngày càng nhiều và rộng rãi,
vai trò của vật liệu BT-BTCT đối với các công trình biển nói chung và hệ thống đê
biển nói riêng ngày càng trở nên quan trọng; vì vậy đến cuối thế kỷ 20, các chuyên gia
vật liệu trên thế giới đã đưa ra một định hướng mang tính chiến lược:“Thế kỷ 21 sẽ
được biết đến là thế kỷ của bê tông trong môi trường biển và đại dương”. Nhận định
này của các tác giả P.K. Mehta [1] và B.C.Gerwick [2] từ những năm 1990 đã thu hút
được sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu xây dựng trên
thế giới cũng như các quốc gia có đường biên giới giáp với biển, trong đó có Việt
Nam.
1

Do làm việc trong môi trường biển là môi trường có tác nhân gây ăn mòn phá hủy
mạnh đồng thời chịu tác động tổ hợp của nhiều yếu tố, nên các công trình biển bằng
BT-BTCT thường có độ bền và tuổi thọ thực tế thấp hơn nhiều so với các công trình
tương tự trong sông. Thiệt hại do những hư hỏng của các công trình này gây ra là rất
đáng kể và nghiêm trọng; nó không chỉ là giá trị kinh tế về kinh phí để sửa chữa, phục
hồi, mà nhiều công trình còn liên quan đến vấn đề bảo vệ tính mạng, đời sống cho
hàng ngàn người dân vùng biển đảo.
Để giảm bớt những tổn thất nặng nề cả về người và của, đẩy mạnh việc phát triển nền
kinh tế biển và đảm bảo an ninh quốc phòng, việc tạo ra được các hệ thống đê và công
trình bảo vệ bờ biển vững chắc, có độ bền cao và tuổi thọ dài là một vấn đề rất cần
được quan tâm và chú trọng. Vì vậy, cần sớm triển khai các giải pháp kỹ thuật nâng
cao độ bền cho BT-BTCT, nhằm đảm bảo chất lượng và tuổi thọ lâu dài cho các công
trình này.
Những kết quả phân tích trên chính là cơ sở để xác định hướng nghiên cứu của đề tài:
“Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ bền cho bê tông - bê tông cốt thép của kết cấu bảo
vệ mái đê và bờ biển Việt Nam”.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là tìm ra giải pháp khoa học, kinh tế và có tính khả
thi trong điều kiện Việt Nam, nhằm nâng cao độ bền cho bê tông và bê tông cốt thép
của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu đối với bê tông và bê tông cốt thép các kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển
thường xuyên chịu tác động của nước biển, sóng và bão;
- Quan điểm trong hướng nghiên cứu của luận án là tập trung vào nghiên cứu nâng cao
độ bền cho bê tông và lấy bê tông để bảo vệ cốt thép, từ đó tăng độ bền, kéo dài tuổi
thọ cho cả bê tông và bê tông cốt thép các kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Việt Nam.
4. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong luận án là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm, bao gồm cả phần thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường.

2


- Nghiên cứu lý thuyết được tiến hành dựa theo các sách, tài liệu đã được phát hành và
các kết quả nghiên cứu đã được công bố chính thức để phân tích tổng hợp đưa ra
những luận cứ đúng đắn cho nội dung nghiên cứu đã đề ra.
- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng dựa theo các tiêu chuẩn hiện hành trong nước
và trên thế giới, đồng thời kết hợp với các phương pháp hiện đại phi tiêu chuẩn để có
những kết quả chính xác là cơ sở chứng minh cho những nhận định, luận điểm mà lý
thuyết đưa ra.
- Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường dựa theo kết quả xác định được từ thí nghiệm
trong phòng để đánh giá về tính khả thi và hiệu quả khi ứng dụng thực tế giải pháp
được lựa chọn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Đề tài đã phân tích, đánh giá được những tác động gây nên sự phá
hoại kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển bằng BT-BTCT, từ đó lựa chọn giải pháp thích
hợp là sử dụng kết hợp các loại phụ gia để tạo ra một loại bê tông mới có độ bền cao
dùng cho các công trình này.
- Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài đã lựa chọn được tỷ lệ phụ gia hợp lý, góp phần tạo ra kết
cấu bê tông – bê tông cốt thép có độ bền cao và hiệu quả kinh tế, từ đó đáp ứng yêu
cầu to lớn trong xây dựng hệ thống đê và công trình bảo vệ bờ biển ở Việt Nam.
6. Những đóng góp mới của luận án
(1) Trên cơ sở phân tích khoa học đã lựa chọn được tổ hợp phụ gia gồm tro bay, silica
fume và phụ gia hóa dẻo để chế tạo bê tông có độ bền cao dùng cho các kết cấu BTBTCT bảo vệ mái đê và bờ biển Việt Nam.
(2) Bằng nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được tỷ lệ phụ gia hợp lý đáp ứng các
yêu cầu kỹ thuật và cải thiện độ bền dưới tác động của các yếu tố hóa học, cơ học của
bê tông dùng cho kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển. Đã chế tạo được tấm lát mái theo
cấp phối đề xuất và thử nghiệm thành công cho mái đê biển Giao Thủy – Nam Định.
(3) Xây dựng được “Phần mềm tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia” tiện
dụng, đơn giản giúp cho việc xác định thành phần vật liệu thí nghiệm bê tông nhanh

chóng và đảm bảo chính xác.

3


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ
BIỂN BẰNG BÊ TÔNG - BÊ TÔNG CỐT THÉP
Trong những năm gần đây việc xây dựng, tu bổ, nâng cấp hệ thống đê và các công
trình bảo vệ bờ biển được Đảng, nhà nước và chính phủ rất coi trọng và đầu tư với
nguồn kinh phí lớn. Chính vì vậy, để đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho các công trình này
những vật liệu có chất lượng cao như bê tông và bê tông cốt thép (BT-BTCT) đang
được nghiên cứu và sử dụng ngày càng rộng rãi thay cho các vật liệu truyền thống
trước đây. Với lý do đó, nội dung phần tổng quan dưới đây sẽ tập trung phân tích vấn
đề thực trạng, nguyên nhân hư hỏng và các giải pháp hạn chế đối với các kết cấu bảo
vệ mái đê và bờ biển sử dụng vật liệu chế tạo là bê tông và bê tông cốt thép. Từ đó sẽ
phân tích, đánh giá, định hướng giải pháp nghiên cứu trong luận án sao cho phù hợp
với điều kiện thực tế ở Việt Nam.
1.1
Hiện trạng và nguyên nhân hư hỏng kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển bằng
BT-BTCT
Để tìm hiểu về hiện trạng và nguyên nhân hư hỏng BT-BTCT kết cấu bảo vệ mái đê và
bờ biển, cần xem xét các hình thức kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển thường dùng,
thực trạng về khả năng làm việc của loại kết cấu này, sau đó phân tích nguyên nhân
gây nên những phá hoại hư hỏng đối với kết cấu công trình.
1.1.1 Khái quát về các dạng kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển
Theo “Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển” do Bộ NN và PTNT ban hành năm 2012
[3], và tiêu chuẩn TCVN 9901:2014 [4], dựa vào hình thức mặt cắt ngang đặc trưng,
đê biển có thể được phân thành 3 loại sau:
-

Đê tường đứng (hình 1-1)

-

Đê mái nghiêng, có hoặc không có cơ đê ở hai phía (hình 1-2, 1-3)

-

Đê hỗn hợp, trên nghiêng dưới đứng, hoặc trên đứng dưới nghiêng (hình 1-4)

Một số ví dụ minh họa mặt cắt ngang đê biển có thể tham khảo trên các hình từ 1-1
đến 1-4.
Việc lựa chọn loại mặt cắt phù hợp cần căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, thủy
văn, vật liệu xây dựng, điều kiện thi công và yêu cầu sử dụng để phân tích và quyết
định.
4


1. Mặt đê; 2. Nền đê được bóc lớp đất phong hóa; 3. Đất đắp thân đê; 4. Trồng cỏ mái đê; 5.
Tường đứng; 6. Lăng thể chống xói; 7. Cây chắn sóng

Hình 1-1. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng

1. Mặt đê; 2. Cơ đê phía đồng; 3. Cơ đê phía biển; 4. Rãnh tiêu; 5. Chân khay; 6. Lăng thể
chống xói; 7. Mái đê phía đồng; 8. Mái đê phía biển; 9. Nền đê được bóc phong hóa; 10. Đất
đắp thân đê; 11. Cây chắn sóng

Hình 1-2. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng mái nghiêng loại có cơ đê

1. Mặt đê; 2. Nền đê được bóc phong hóa; 3. Đất đắp thân đê; 4. Trồng cỏ mái đê; 5. Gia cố
mái phía biển; 6. Lớp lót; 7. Chân khay; 8. Lăng thể chống xói; 9. Mương tiêu nước; 10. Cây
chắn sóng

Hình 1-3. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng mái nghiêng loại không có cơ đê

5


1. Mặt đê; 2. Nền đê được bóc phong hóa; 3. Đất đắp thân đê; 4. Trồng cỏ mái đê; 5. Gia cố
mái phía biển; 6. Lớp lót; 7. Tường chân khay; 8. Khối tetrapod; 9. Lăng thể chống xói; 10.
Cây chắn sóng

Hình 1-4. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp
Nhìn vào các sơ đồ trên có thể thấy, mỗi bộ phận trong kết cấu đê đều có vai trò nhất
định trong việc giữ ổn định và đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho toàn hệ thống
khi chịu những tác động từ các yếu tố đặc trưng của môi trường biển. Tuy nhiên,
những phần trực tiếp chịu tác động của sóng, dòng chảy và thủy triều là những điểm
xung yếu, dễ bị phá hoại, có ảnh hưởng nhiều hơn đến sự an toàn của mỗi tuyến đê, và
chiếm một tỷ lệ kinh phí đáng kể trong các dự án đê điều, nên thường được sự quan
tâm của các đơn vị thiết kế và thi công hơn. Những bộ phận quan trọng này phải kể
đến như kết cấu tường của dạng đê tường đứng, đê hỗn hợp và kết cấu kè bảo vệ mái
dốc phía biển của dạng đê mái nghiêng.
Vật liệu sử dụng cho các bộ phận này có các loại sau đây:
- Với kết cấu tường của dạng đê tường đứng và dạng đê hỗn hợp, có thể sử dụng vật
liệu đá xây hoặc bê tông cốt thép.
- Với kết cấu kè bảo vệ mái dốc của dạng đê mái nghiêng, có thể sử những vật liệu
khác nhau được khái quát thành các loại sau đây:
+ Dùng đá đổ, đá xếp khan, đá xếp trong các khung bằng đá xây;
+ Dùng bê tông đổ tại chỗ, dùng các cấu kiện bê tông theo hình thức lát độc lập,

dạng ghép liên kết theo cơ chế mảng mềm, hay dùng dưới dạng mảng liên kết
được ghép trước khi lắp đặt;
+ Một số hình thức khác: Bê tông atphan, trồng cỏ, vải địa kỹ thuật,….
Theo xu thế hiện nay, khi việc đầu tư xây dựng, nâng cấp các hệ thống đê biển đang
được chú trọng để đảm bảo có một công trình ổn định và vững chắc, thì vật liệu BT-

6


BTCT đang được ưa dùng nhiều hơn. Kết cấu đê dạng tường đứng hay phần tường
đỉnh kè sử dụng vật liệu BTCT có thể thấy như hình 1-5 và 1-6.

Hình 1-5. Đê dạng tường đứng bằng BTCT

Hình 1-6. Tường đỉnh kè bằng BTCT

Với kết cấu kè bảo vệ mái đê, hình thức thông dụng được sử dụng là dùng kết cấu
tường đỉnh kè bằng BTCT, kết cấu thân kè là các cấu kiện bê tông đúc sẵn ghép rời
không liên kết hoặc có liên kết trong hệ khung giằng BTCT và phần chân kè bằng ống
hay bản BTCT kết hợp với đổ đá hộc. Loại hình này có ưu điểm là chống được sóng
lớn, dòng chảy mạnh và đạt được yêu cầu về tính mỹ quan cho công trình. Hình 1-7 là
mặt cắt ngang của kè gia cố mái đê theo hình thức này.

Hình 1-7. Mặt cắt ngang kết cấu gia cố mái đê điển hình
Các cấu kiện bê tông đúc sẵn dùng cho thân kè đã được nghiên cứu chế tạo thành
nhiều loại với hình thức, kích thước khác nhau. Dưới đây là một số dạng cấu kiện bê
tông đã được chế tạo sử dụng cho các công trình đê biển ở Việt Nam.
7

- Cấu kiện bê tông đúc sẵn ghép rời không liên kết: Có 2 loại là dạng tấm và dạng cột
+ Dạng tấm bản nhỏ: Cấu kiện có dạng tấm mỏng, bề mặt vuông (hình 1-8) [5]. Loại
này dùng các tấm bê tông đúc sẵn, nên so với hình thức bê tông đổ tại chỗ, thì chất
lượng tốt hơn, thi công nhanh và có khe hở thoát nước để làm giảm áp lực đẩy nổi.
Tuy nhiên do tấm bản nhỏ không đủ trọng lượng nên dễ bị bóc ra khỏi mái.
+ Dạng cột: Cột có thể là khối lập phương (hình 1-9), khối haro (hình 1-10), hay khối
Holhquader (hình1-11). Loại này có trọng lượng khối bê tông và bề dày lớn, không bị
gãy nhưng khi thi công phải dùng cần cẩu nên khó khăn hơn.
- Cấu kiện bê tông đúc sẵn ghép rời có liên kết:
+ Loại có liên kết ngàm hai chiều (hình 1-12, 1-13): Các loại cấu kiện này đã thi công
ở nhiều nơi như Yên Hưng–Quảng Ninh, Ngọc Xá-Trúc Lý–Quảng Bình, đê biển –Đồ
Sơn–Hải Phòng, Cổ Vậy-Giao Thủy–Nam Định, Đồ Sơn–Hải Phòng, Phá Cầu Hai–
Thừa Thiên Huế, Hà Tĩnh,…. và hiện đang dùng loại có kích thước 40x40x28cm.

Hình 1-8. Kè bằng cấu kiện BT tấm bản mỏng Hình 1-9. Kè bằng cấu kiện BT khối lập phương

Hình 1-10. Kè bằng cấu kiện BT Haro

Hình 1-11. Kè bằng cấu kiện BT Holhquader
8


Hình 1-12. Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 2 chiều loại không có mũ

Hình 1-13. Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 2 chiều loại có mũ
Ưu điểm: Có khả năng phân bố lực xung, lực cục bộ cho các cấu kiện bên cạnh vì vậy
giảm được hiện tượng lún sâu. Đổng thời do nối với nhau bằng các ngàm đối xứng
dạng nêm hai chiều đan giằng vào nhau chặt chẽ đã tạo được một kết cấu như một tấm
bản lớn và khớp nối dích dắc hạn chế dòng xói trực tiếp xuống nền.
Nhược điểm: Ban đầu loại này có chiều dày độ vát quá nhỏ nên dễ bị gãy, sứt mẻ trong

quá trình vận chuyển và thi công, do đó các loại sau này có độ dày lớn hơn, khắc phục
được nhược điểm này.
+ Loại có liên kết ngàm ba chiều TSC 178 (hình 1-14): Dạng kè này đã được thi công
ở nhiều nơi như Hải Phòng, Nam Định, Ninh Bình, Bình Thuận, Bạc Liêu,…

9


Hình 1-14. Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 3 chiều TSC
Ưu điểm: Kết cấu ngàm 3 chiều lắp ghép mềm thích hợp với nền yếu, lún không đều.
Ngàm liên kết dạng dích dắc kéo dài, nên hạn chế nước xói trực tiếp xuống nền, đồng
thời liên kết thành mảng có chân đế rộng, giảm đáng kể ứng suất của trọng lượng
mảng và áp lực sóng xuống nền, hạn chế hiện tượng lún cục bộ của từng cấu kiện. Bề
mặt cấu kiện được tạo mố nhám tiêu năng giảm chiều cao sóng và vận tốc dòng rút.
Nhược điểm: Vì là liên kết mảng nên khi sóng đánh bung là bung cả mảng; cấu kiện có
trọng lượng nhỏ, nên dễ bị rời ra và cuốn theo sóng. Do liên kết giữa các cấu kiện rất
khít, nên khi bị lún sụt mảng vẫn ổn định tạo ra vùng hẫng dưới nền khó phát hiện.
Nhược điểm nữa là chỉ có thể thi công thủ công, nên giá thành xây dựng cao.
- Cấu kiện bê tông đúc sẵn liên kết mảng (hình 1-15): Thảm bê tông được tạo ra bằng
các cấu kiện bê tông nối với nhau bằng dây cáp, bằng móc, và giữa các cấu kiện có
phần đệm bằng cao su, hoặc lấp đầy bằng sỏi, gạch xỉ. Công nghệ này đã được ứng
dụng nhiều đối với đê biển Hà Lan. Ở nước ta hiện mới có sản phẩm thảm bê tông tự
chèn đan lưới của tác giả Phan Đức Tác. Loại thảm này đã được triển khai thử nghiệm
thành công cho kè chống xói lở bờ sông một số đoạn ở An Giang, Thành phố Hồ Chí
Minh, Tiền Giang,….
Như vậy có thể nói những hình thức kè bảo vệ mái đê biển bằng cấu kiện bê tông đúc
sẵn rất phong phú và đa dạng. Việc áp dụng hình thức nào phụ thuộc vào điều kiện tự
nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực thi công, sao cho đem lại lợi ích lớn nhất.

10

Hình 1-15. Kè đê biển bằng thảm bê tông liên kết
Khi xem xét các kết cấu đê và kè bảo vệ mái đê biển bằng BT-BTCT, đơn vị thiết kế
thường quan tâm đến vấn đề kỹ thuật để đảm bảo công trình không bị phá hủy ngay
khi chịu các tác động bất lợi gây ra do sóng và dòng chảy mạnh. Tuy nhiên, khi công
trình đã đảm bảo được yêu cầu này, thì vấn đề tuổi thọ lâu dài lại phụ thuộc vào khả
năng làm việc của vật liệu chế tạo khi chịu các tác động thường xuyên ở điều kiện
thường của môi trường biển. Các tác động này có thể không làm phá hoại công trình
ngay, nhưng theo thời gian sẽ làm hư hỏng dần, dẫn đến phá hủy công trình. Thực
trạng của những hư hỏng phá hủy theo dạng này ở nước ta như thế nào, nội dung này
sẽ được đề cập ở phần tiếp theo.
1.1.2 Hiện trạng hư hỏng
Ở Việt Nam, do đặc điểm vị trí địa lý và điều kiện khí hậu nhiệt đới, độ ẩm cao, kết
hợp với môi trường vùng biển, thì quá trình ăn mòn phá hủy đối với BT-BTCT các
công trình biển nói chung, cũng như các kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển nói riêng là
điều không thể tránh khỏi và ở mức độ rất mạnh. Những hình ảnh về sự hư hỏng,
xuống cấp của các loại cấu kiện bê tông bảo vệ mái đê biển ở Cát Hải – Hải Phòng và
Giao Thủy – Nam Định có thể thấy ở các hình từ 1-16 đến 1-18.

11