Nghiên cứu lớp bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp có nhựa đường (asphalt) chèn trong đá hộc áp dụng để thay thế lớp bảo vệ cũ bị hư hỏng cho đê biển hải hậu – nam định

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ Xây
dựng công trình thủy với đề tài “Nghiên cứu lớp bảo vệ mái đê biển bằng
vật liệu hỗn hợp có nhựa đường (asphalt) chèn trong đá hộc. Áp dụng để
thay thế lớp bảo vệ cũ bị hư hỏng cho đê biển Hải Hậu – Nam Định”
Có được kết quả này, lời cảm ơn đầu tiên, tác giả xin được bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc nhất đến hai thầy hướng dẫn: GS.TS. Hồ Sĩ Minh và TS.
Nguyễn Thanh Bằng, những người trực tiếp hướng dẫn, đã dành nhiều thời
gian, tâm huyết hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy trong thời
gian học cao học tại Trường Đại học Thuỷ lợi, các thầy cô giáo trong Khoa
Công trình Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội, phòng Đào tạo đại học và sau
đại học đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức để tôi có thể hoàn thành
được luận văn này.
Những lời sau cùng xin dành cho gia đình, Bố, Mẹ cùng các đồng nghiệp
trong cơ quan đã chia sẻ khó khăn và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành
được luận văn tốt nghiệp này.
Tuy đã có những cố gắng nhưng vì thời gian thực hiện Luận văn có hạn,
trình độ bản thân còn hạn chế nên không thể tránh được những sai xót. Tác
giả xin trân trọng và mong được tiếp thu các ý kiến đóng góp của các Thầy,
Cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Vũ Xuân Thủy

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân với
sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn. Những thông tin, dữ liệu, số liệu đưa ra
trong luận văn được trích dẫn rõ ràng, đầy đủ về nguồn gốc. Những số liệu
thu thập và tổng hợp của cá nhân đảm bảo tính khách quan và trung thực.
Hà nội, ngày

tháng

năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Vũ Xuân Thủy


MỤC LỤC
3.1. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................3
3.2. Phạm vi nghiên cứu........................................................................................3
3.3. Giới hạn nghiên cứu.......................................................................................3
5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài............................................................................3
5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài............................................................................3
1. Tổng quan kết cấu lớp bảo vệ mái đê biển trên thế giới....................................5
1.1.1. Kết cấu lớp bảo vệ đê phía biển bằng vật liệu thấm được......................5
1.1.1.1. Đá lát khan, thảm đá, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép...............5
5
Hình 1.1: Gia cố mái đê biển ở Hà Lan................................................................5
Hình 1.2 Cấu kiện bê tông lắp ghép.....................................................................6
Hình 1.3 Cấu kiện gia cố đê biển Nhật Bản..........................................................6
Hình 1.4 Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển ở Hà Lan...........................7

Hình 1.5 Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật...............................8
Hình 1.6 Ứng dụng loại vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc thi công đê
biển ở Hà Lan (2013)..........................................................................................10
1.1.2. Kết cấu lớp bảo vệ mái đê phía đồng....................................................10
Hình 1.7 Thảm có chống xói mái đê...................................................................11
Hình 1.8 Sử dụng lưới sợi tổng hợp kết hợp trồng cỏ chống xói........................11
Hình 1.9 Bể bê tông có bố trí ống tiêu nước.......................................................12
2. Tổng quan kết cấu lớp bảo vệ mái đê biển trong nước....................................12
2.1.1. Khái quát hệ thống đê biển Việt Nam....................................................12
Hình 1. 10 Một số hình ảnh hư hỏng đê kè biển sau bão số 7 năm 2005............13
Hình 1.11 Đê biển đảo Cát Hải , đê biển Đồ Sơn, Hải Phòng.............................14
Hình 1.12 Đê biển tỉnh Nam Định......................................................................15
Hình 1.13 Kết cấu bảo vệ mái đê biển ở Miền Trung.........................................16
Đê biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam: Là vùng có diện tích nhỏ hẹp, phần lớn
các tuyến đê biển đều ngắn, bị chia cắt bởi các sông, rạch, địa hình đồi cát ven
biển. Một số tuyến bao diện tích canh tác nhỏ hẹp dọc theo đầm phá. Đây là vùng
có biên độ thuỷ triều thấp nhất, thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai. Khác


với vùng cửa sông đồng bằng Bắc Bộ chủ yếu là bồi, các cửa sông miền Trung có
thể thay đổi tuỳ theo tính chất của từng con lũ, do vậy tuyến đê được đắp theo
một tuyến, không có tuyến quai đê lấn biển hoặc tuyến đê dự phòng..................16
Hình 1.14 Kết cấu bảo vệ mái đê biển ở Miền Nam...........................................20
2.1.2. Kết cấu lớp bảo vệ đê phía biển bằng vật liệu thấm được.....................21
Hình 1.15 Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Nam Định....................................22
Hình 1.16 Kết cấu bảo vệ mái đê biển ở miền Bắc.............................................24
2.1.3. Kết cấu lớp bảo vệ mái đê phía đồng....................................................24
Hiện nay, chủ yếu sử dụng một số hình thức gia cố mái đê phía đồng như sau:. 24
- Đổ bê tông 1 đến 2m từ vai đê phía đồng trở xuống, phía dưới trồng cỏ;........24
- Đổ bê tông 1 đến 2m từ vai đê phía đồng trở xuống, phía dưới trồng cỏ trong ô

đá xây hoặc cấu kiện bê tông rỗng.......................................................................24
Nhìn chung vấn đề gia cố mái đê phái đồng với đê biển Việt Nam chưa được chú
trọng nhiều..........................................................................................................25
2.1.4. Những nghiên cứu gần đây về kết cấu lớp bảo vệ mái đê phía biển......25
- Luận án Tiến sỹ kỹ thuật của tác giả Hoàng Việt Hùng (2012)-Nghiên cứu các
giải pháp tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển tràn nước;..............................25
- Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ- Ngô Trí Viềng (2011)-Nghiên cứu ứng
dụng neo gia cố các tấm lát bảo vệ đê biển-Tạp chí khoa học thuật thủy lợi và
môi trường số 32-2011;.......................................................................................25
- Đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất các giải pháp KHCN đảm bảo
sự ổn định và độ bền của đê biển hiện có trong trường hợp sóng triều cường tràn
qua đê”, mã số KC08-15/06-10;..........................................................................25
- Đề tài “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ mới trong gia cố đê biển bằng
phương pháp neo đất, sử dụng phụ gia Consolid và chống xói mòn lớp bảo vệ
mái” mã số KC08-03/11-15 do GS.TS Ngô Trí Viềng làm chủ nhiệm................25
3. Nghiên cứu sử dụng vật liệu asphalt để gia cố bảo vệ mái đê biển..................25
3.1.1. Tình hình nghiên cứu, sử dụng vật liệu asphalt để gia cố đê biển trên
thế giới............................................................................................................25
Hình 1.17 Thi công rót hỗn hợp asphalt vào đá hộc gia cố mái đê tại Zeeland...26


3.1.2. Tình hình chung về nghiên cứu các giải pháp bảo vệ đê biển ở Việt Nam
hiện nay..........................................................................................................26
3.1.3. Tình hình nghiên cứu, sử dụng vật liệu asphalt chèn trong đá hộc ở
nước ta hiện nay.............................................................................................27
Kết luận chương 1..............................................................................................29
Nội dụng chương I, luận văn đã tập trung vào các vấn đề sau:...........................29
- Nghiên cứu tổng quan về thực trạng đê biển của các nước trên thế giới và ở
Việt Nam, nghiên cứu các loại kết cấu bảo vệ mái đê biển của các nước trên thế
giới cũng như ở Việt Nam. Tác giả đã tổng hợp, phân tích đánh giá tình hình đê

biển của một số tỉnh trong nước ta, phân tích ưu, nhược điểm, điều kiện áp dụng
của các dạng kết cấu bảo vệ đê biển ở nước ta....................................................29
- Nghiên cứu đã chỉ ra rằng đa số đê biển nước ta chưa đáp ứng được yêu cầu
của thực tế, đặc biệt trong điều kiện BĐKH, nước biển dâng hiện nay, tại mỗi địa
phương khác nhau có những biện pháp bảo vệ mái đê biển khác nhau tùy theo
tính chất, kết cấu cũng như hiện trạng tuyến đê biển của vùng đó.......................29
- Nghiên cứu các chỉ tiêu thiết kế đê biển có gia cố bằng vật liệu asphalt và các
yêu cầu chung của lớp gia cố này, qua đó tìm hiểu tình hình áp dụng vật liệu hỗn
hợp asphalt ở điều kiện nước ta hiện nay.............................................................29
2.1 Đặc điểm kỹ thuật của kết cấu vật liệu hỗn hợp có nhựa đường (Asphalt)....30
Tất cả sản phẩm dạng cấu kiện asphalt để gia cố, bảo vệ đê biển được coi như
dạng tấm liên tục, phẳng và kín nước (impermeable revetment). Sản phẩm này có
thể được thi công trên khô và dưới nước, tuy nhiên trong điều kiện ở Việt Nam
còn thiếu thiết bị thi công nên khả năng thi công dưới nước trước mắt là khó
khăn..................................................................................................................... 30
Có thể sử dụng các sản phẩm asphalt cho kết cấu khác nhau gia cố đê biển ở Việt
Nam là:................................................................................................................30
2.1.1 . Bê tông nhựa đường, còn gọi là bê tông asphalt (asphaltic concrete). 30
Dùng để gia cố mái phía biển, làm đường trên mặt đê hoặc cơ đê (nếu có yêu cầu
của thiết kế).........................................................................................................30
Bê tông nhựa đường là kiểu hỗn hợp được dùng nhiều nhất trong giao thông
đường bộ. Đối với đê biển nói riêng và công trình thủy lợi nói chung nó được


dùng rỗng rãi cả trong bảo vệ mái đập hồ chứa, kênh tưới, kênh tiêu, bảo vệ bờ
sông, bờ biển v.v… Bê tông nhựa đường là hỗn hợp của đá dăm (hoặc sỏi), cát và
thành phần hạt mịn, trong đó lỗ rỗng của hạt min và cát được lấp đầy bitum với
tỷ lệ rỗng chiếm từ 3 – 6% [13]. Đối với điều kiện Việt Nam để áp dụng vào việc
bảo vệ mái đê biển cần có nghiên cứu riêng về hỗn hợp này...............................30
Loại vật liệu này không phù hợp trong điều kiện làm việc dưới nước hoặc trong

vùng ngập triều. Khi yêu cầu tỷ lệ rỗng rất nhỏ, bê tông nhựa đường được coi là
không thấm..........................................................................................................30
Bê tông nhựa đường được áp dụng ở lớp bảo vệ mặt đê đòi hỏi kín nước trên
mực nước cao trung bình, và ở lớp dưới mái kênh đào và mái hồ chứa nước v.v…
30
2.1.2 . Mát tít nhựa đường (asphalt mastic)....................................................30
Mát tít là hỗn hợp cát, bột đá và bitum. Hàm lượng bitum cần phải đủ lớn để
đảm bảo lấp đầy lỗ rỗng trong cát và bột đá, đồng thời tạo độ nhớt cần thiết để
hỗn hợp mát tít có thể tự lấp đầy vào các khe kẽ của đá hoặc cốt liệu lớn trong
quá trình thi công. Mát tít có thể dễ trút đổ ở nhiệt độ làm việc và khi sử dụng,
nhất là khi sử dụng tấm rải ở trên cạn hoặc tấm rải bảo vệ ở chân kè chắn sóng,
bảo vệ đáy nền do tác dụng lưu tốc dòng lớn. Khi lạnh, mát tít vẫn dẻo dính mà
khối lượng không thay đổi [13]...........................................................................31
2.1.3 . Vữa bitum (grouting mortars):.............................................................31
Là hỗn hợp của đá dăm, cát, bột đá và bitum, cũng giống như mát tít, ở nhiệt độ
cao 130-1700C, vữa bitum có độ nhớt cao, có khả năng tự chèn lấp các khe kẽ
của đá hộc trong quá trình thi công. Hỗn hợp này chủ yếu được sử dụng để rót và
là liên kết các viên đá hộc thả rối, các khối đá lớn bảo vệ chân mái đê, chân kè.
Hỗn hợp vữa bitum có thể thi công được ở cả trên cạn và dưới nước [13]..........31
2.1.4 . Asphalt độn đá (dense stone asphalt)...................................................31
Asphalt độn đá là kiểu trộn lấp lỗ hổng của đá lớn bằng cát, bột đá và bitum (vữa
chèn). Khi trộn phần lớn bitum bao đầy bề mặt cốt liệu nên loại này được coi là
không thấm nước. Loại vật liệu này được sử dụng ở những lớp bảo vệ đáy, mái
nghiêng hoặc ở chân đê, chân kè [13]..................................................................31
2.1.5 . Asphalt độn nhiều đá (open stone asphalt - OSA)................................31


Asphalt độn nhiều đá là kiểu hỗn hợp lấp lỗ hổng đá bằng mát tít. Loại đá dăm
thường sử dụng là loại đá vôi 20/40mm, hàm lượng đá dăm chiếm 80% tổng khối
lượng hỗn hợp. Loại vật liệu này có khả năng thoát nước tốt, được sử dụng để

bảo vệ phần mái kè phía trên mực nước triều [13]..............................................31
2.1.6 . Asphalt cát ít nhựa đường (lean sand asphalt - LSA)...........................31
Cát, nhựa đường được trộn đều với nhau theo tỷ lệ: nhựa đường 3 - 5%, cát 95 97%. Loại này được dùng làm vật liệu lõi của đê, lớp lọc của áo công trình hoăc
lớp phủ tạm thời, lâu dài trên cạn hoặc dưới nước [13].......................................32
2.1.7 . Tấm mảng asphalt (asphalt membranes).............................................32
Tấm mảng là lớp mỏng, không thấm nước bằng bitum. Tấm mảng được sử dụng
với vai trò là màng không thấm nước dùng để lót mái kênh, bảo vệ bờ bãi chân
đê [13].................................................................................................................32
3.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế đê biển trong lớp gia cố bằng Asphalt.............32
3.1.1. Những yêu cầu chung của lớp gia cố bằng asphalt...............................32
3.1.2. Những yêu cầu chung của thân đê........................................................33
3.1.3. Cơ sở thiết kế........................................................................................35
4.1 Xác định chiều dày lớp gia cố.......................................................................36
5.1 Cơ sở chung xác định kích thước lớp gia cố mái đê biển bằng vật liệu hỗn
hợp. 36
Xác định mực nước thiết kế, bao gồm mực nước triều cao, mực nước triều thấp
đê xác định loại asphalt cho phù hợp...................................................................36
Trên đỉnh đê có thể sử dụng bê tông asphalt như đường bộ theo tiêu chuẩn VN
hiện hành.............................................................................................................36
Đối với mái đê phía đồng có thể dùng các tấm rải nhựa đường (memberanes),
tấm rải đổ tại chỗ kết hợp trồng cỏ......................................................................36
Mái đê phía biển: Phần phía trên mực nước triều cao có thể sử dụng bê tông
asphalt, Asphalt độn nhiều đá (open stone asphalt – OSA); Phần phía dưới mực
nước triều cao có thể sử dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc (fully
grouted stone asphalt), asphalt độn đá (dense stone asphalt)...............................36
Căn cứ khả năng trạm trộn, khả năng vận chuyển, khả năng thi công tại chỗ, tình
hình thời tiết trong giai đoạn thi công (phải thi công trong những ngày không có


mưa) để quyết định chiều dài thi công trong thời gian ngày. Theo nguyên tắc

giảm thiểu khe nối, các khe nối cần được xử lý tuân thủ đúng quy trình kỹ thuật.
36
Cơ sở lựa chọn chiều dày lớp gia cố dựa vào:....................................................36
- Chịu được lực sóng;.........................................................................................36
- Chịu được sự mài mòn do sóng;.......................................................................36
- Chịu được áp lực đẩy nổi;................................................................................36
- Chịu được dòng và xói;....................................................................................36
- Có độ bền tuổi thọ tính toán;............................................................................37
- Không bị phá hoại do các ảnh hưởng khác như tác động sóng và dòng do tàu
thuyền qua lại, các hoạt động của con người;......................................................37
- Độ dày lớp gia cố chịu được biến động thời tiết, sự phá hoại của các vi sinh
vật, cây cỏ............................................................................................................ 37
6.1 Nguyên lý thiết kế xác định chiều dày lớp gia cố......................................37
Tiêu chuẩn thiết kế được lựa chọn về ứng suất và sức căng phát triển trong một
lớp phẳng vật liệu asphalt với một độ dày nhất định là môment uốn không vượt
quá giá trị cho phép.............................................................................................37
Độ dày có thể được xác định bằng việc mô hình tính đối với độ dày là hằng số
trên đất nền đàn hồi có phản lực. Công thức được sử dụng [13]:........................37
37
Trong đó:............................................................................................................37
h = Chiều dày lớp gia cố (m);.............................................................................37
= Ứng suất phá hỏng của asphalt (N/m2);..........................................................37
p = Lực sóng (N/m) được xác định với chiều cao sóng khác nhau, xem ghi chú;
37
s = Mô đun độ cứng của asphalt (N/m2);...........................................................37
= Tỷ số Poisson ratio đối với asphalt;.................................................................37
c = Mô đun phản lực nền (N/m3);......................................................................37
0.75 = Hệ số chiết giảm......................................................................................37
Ghi chú:..............................................................................................................37

+ Nếu lớp gia cố được thiết kế ở vùng có chế độ sóng đều với các mực nước
khác nhau thì chiều dày lớp gia cố phải tính đến với chiều cao sóng thiết kế Hs.
37
+ Nếu lớp gia cố được thiết kế nằm ở vùng trên mực nước triều cao thì thiết kế
bằng sóng thiết kế Hs xảy ra ở mức nước triều cao.............................................37
+ Nếu lớp gia cố đê biển nằm xa bờ thì chiều dày lớp gia cố được thiết kế với
sóng ở mực nước thấp.........................................................................................37
Độ dày lớp phủ còn có thể được xác định bằng phương pháp tra biểu đồ khi biết
môdun phản lực nền và độ cao sóng tiêu chuẩn, mái dốc đê khác nhau:.............37
38
Hình 2.1 Biểu đồ quan hệ giữa mô đun phản lực nền và chiều dày lớp phủ 13].38
7.1 Nghiên cứu tính toán kiểm tra điều kiện đẩy nổi...........................................38
Áp lực đẩy nổi xảy ra có thể dưới toàn bộ lớp gia cố, hoặc ở cục bộ. Áp lực này
có thể đẩy cả lớp gia cố bật ra khỏi mái đê. Để đề phòng điều kiện này và không
để cho lớp gia cố tiếp tục bị phá hỏng, cần phải có phương pháp thiết kế đúng,
chiều dày đảm bảo nếu không áp lực này có thể làm cho lớp gia cố bị gãy. Có thể
làm giảm áp lực đó bằng cách tạo ra các lỗ thông hơi để áp suất không khí tác
dụng lên trên lỗ thông hơi cân bằng với áp suất nước lỗ rỗng.............................38
8.1 Áp suất đẩy nổi thủy lực do chênh lệch mực nước....................................38
Áp suất đẩy nổi có thể gây ra bởi:.................................................................38
a. Điều kiện thủy tĩnh......................................................................................38
Mực nước ngầm trong đê thay đổi chậm do thủy triều xuống và lên hàng ngày.
Khi mực nước ngoài đê thấp hơn mực nước ngầm trong thân đê sẽ có áp suất đẩy
nổi dưới lớp gia cố...............................................................................................38
Áp suất đẩy nổi lớn nhất có thể xẩy ra khi nước ngoài đê hạ xuống do triều rút,
mực nước ngầm trong đê cũng hạ xuống nhưng chậm hơn.................................38
Áp suất đẩy nổi có thể phát triển ngay cả trong thi công và đôi lúc, nếu vùng lân
cận của lớp gia cố cát bị di chuyển do hiện tượng thủy lực cũng sẽ gây ra áp lực
đẩy nổi.................................................................................................................39

b. Điều kiện động lực......................................................................................39


Áp lực đẩy nổi phát triển trong thân đê khi mực nước phía ngoài thấp hơn trong
thời gian ngắn do tàu thuyền đi qua.....................................................................39
Áp lực đẩy nổi phát triển khi sóng do gió làm thay đổi mực nước trên mái đê.. 39
Còn một số nhân tố ảnh hưởng đến áp lực đẩy nổi như: độ cao, khoảng thời gian,
và các dạng điều kiện biên độc lập thời gian như bão triều và sự lên xuống của
thủy triều trước đê, mức độ thấp trũng, cao độ của kênh đào tiêu thoát nướcv.v…;
tính thấm và sự khác nhau về hệ số thấm đất trong thân đê và dưới nền đê; hình
dạng của đê, kích thước, mái dốc đê, cơ đê, cao trình chân đê; khả năng chứa
nước của đất trong nền đê; cao trình bãi trước chân đê; cao độ của các lớp đất
không thấm, ví dụ như lớp đất sét trong nền đê; chiều dài của lớp cọc gia cố ở
chân đê; sự hiện diện các hệ thống tiêu thoát nước ở chân đê.............................39
Hệ thống tiêu thoát nước được xây dựng trong đê để vận hành tiêu hạ thấp mực
nước ngầm. Nhờ sử dụng hệ thống tiêu ở chân đê nó có thể giảm đồng bộ hoặc
một phần áp lực đẩy nổi. Hệ thống tiêu như vậy là rất quan trọng để đảm bảo ổn
định lâu dài của công trình..................................................................................39
9.1 Nguyên tắc chung trong nghiên cứu tính toán kiểm tra điều kiện đẩy nổi 39
Tiêu chuẩn đẩy nổi [13]:...............................................................................39
Hình 2.2- Sơ đồ áp suất đẩy nổi dưới đáy lớp gia cố bằng vật liệu hỗn hợp
asphalt.................................................................................................................40
10.1 Nghiên cứu tính toán kiểm tra điều kiện trượt.............................................40
11.1 Yêu cầu chung.........................................................................................40
12.1 Thiết kế độ dày lớp gia cố khi có gia cố chân.........................................41
13.1 Nghiên cứu tính toán kiểm tra điều kiện an toàn lớp gia cố khi chịu tác động
sóng dội vào........................................................................................................42
14.1 Cơ chế phá hoại do sóng đổ vào lớp gia cố mái đê................................42
Hình 2.3 Biến dạng lớp gia cố bằng đá hộc chèn trong vữa asphalt [11]............42
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán kiểm tra tác động của sóng dội [11]............................43

15.1 Phương pháp tính toán...........................................................................43
Kết luận chương 2..............................................................................................46
Nội dung chương 2 tập trung vào nghiên cứu những vấn đề chủ yếu sau:..........46


- Nghiên cứu phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn của thân đê, nghiên
cứu chi tiết về các dạng vật liệu hỗn hợp asphalt, lớp bảo vệ mái đê bằng vật liệu
hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc, nghiên cứu cơ sở lý thuyết về điều kiện an
toàn, cơ sở lý thuyết của các phương pháp tính toán kết cấu lớp bảo vệ mái đê..46
- Nghiên cứu các phương pháp xác định kích thước lớp gia cố mái đê biển bằng
vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc, theo đó có hai phương pháp lựa chọn
để tính toán đó là phương pháp sử dụng công thức giải tích và phương pháp tra
biểu đồ lập sẵn.....................................................................................................46
- Nghiên cứu phương tính toán kiểm tra điều kiện an toàn đối với lớp bảo vệ mái
đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc, trong khuôn khổ của
luận văn tác giá tập trung vào ba điều kiện sau: điều kiện an toàn về đẩy nổi; điều
kiện an toàn về trượt; điều kiện an toàn về đẩy cong do sóng dội.......................46
46
16.1 Điều kiện tự nhiên vùng..............................................................................47
17.1 Đặc điểm tự nhiên tỉnh Nam Định..........................................................47
Nam Định nằm ở phía Đông Nam đồng bằng Bắc Bộ trong khoảng 19,9  20,5
độ vĩ Bắc 105,9  106,5 độ kinh đông, tiếp giáp 3 tỉnh: Hà Nam, Thái Bình và
Ninh Bình. Tổng diện tích tự nhiên khoảng 1678 km2. Phía Đông Nam tỉnh Nam
Định tiếp giáp với biển Đông với dải bờ biển dài 72 km thuộc địa giới hành chính
của 3 huyện: Hải Hậu, Giao Thuỷ và Nghĩa Hưng. Diện tích của 3 huyện ven
biển hơn 720 km2 chiếm xấp xỉ 44% diện tích tự nhiên của tỉnh........................47
47
Hình 3.1 Bản đồ tỉnh Nam Định.........................................................................47
18.1 Đặc điểm tự nhiên huyện Hải Hậu..........................................................50
18.2. Đánh giá nguyên nhân hư hỏng lớp bảo vệ mái đê biển Hải Hậu phải thay

thế 51
18.3. Hiện trạng đê biển tỉnh Nam Định.........................................................51
19.1 Đặc điểm các tuyến đê biển huyện Hải Hậu...........................................55
Tuyến đê biển dài 33,180 km, bảo vệ số dân 257.001 người và 270.900ha đất.
Tuyến đê này có 14 kè dài 17,61km; 6 điếm canh đê và 23 cống qua đê. Đặc
điểm của đê biển Hải Hậu là nằm ở vùng biển tiến, đây có thể được coi là trọng


điểm sạt lở của toàn quốc. Từ sau năm 2005, sau bão số 7, đê biển Hải Hậu được
nâng từ nguồn khắc phục hậu quả và chương trình nâng cấp đê biển theo QĐ58
của Thủ tướng Chính phủ. Đê biển Nam Định có thể được chia ra làm 2 loại: Đê
cửa sông và đê trực diện với biển........................................................................55
+ Đê cửa sông Ninh Cơ từ K26+920 đến K33+180, đoạn đê này trùng với đường
du lịch đi từ phà Thịnh Long về khu nghỉ mát. Đoạn này, đã được đầu tư của tỉnh
tương đương đường đồng bằng cấp III, phần mái chưa đầu tư nâng cấp, mái phía
ngoài sông hệ số mái m = 3 kết cấu đất đắp để cỏ mọc tự nhiên, mái phía đồng hệ
số mái m = 2 kết cấu đất......................................................................................55
Hình 3.2 Bản đồ đê biển huyện Hải Hậu............................................................59
20.1 Hiện trạng tuyến đê biển Hải Thịnh – Hải Hậu......................................59
Hình 3.3 Vị trí đoạn đê biển nghiên cứu.............................................................61
Hình 3.4 Hư hỏng đê biển Hải Hậu....................................................................62
21.1 Nguyên nhân hư hỏng lớp bảo vệ mái đê biển Hải Hậu..........................62
21.2. Xác định chiều dày lớp bảo vệ bằng vật liệu hỗn hợp Asphalt...................68
21.3. Xác định điều kiện tính toán..................................................................68
22.1 Tính toán chiều dày lớp phủ....................................................................71
................................................................................71
Hình 3.5 kết cấu mái đê gia cố bằng vật liệu hỗn hợp Asphalt chèn trong đá hộc
71
22.1. Nghiên cứu tính toán kiểm tra điều kiện đẩy nổi........................................71
22.2. Xác định áp lực đẩy nổi.........................................................................71

23.1 Kiểm tra chiều dày thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn đẩy nổi.........................72
23.1. Nghiên cứu tính toán kiểm tra điều kiện trượt............................................73
Kiểm tra chiều dày thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn trượt...................................73
23.2. Kiểm tra an toàn lớp gia cố khi chịu tác động sóng dội vào.......................74
Tính toán kiểm tra..........................................................................................74
Hình 3. 6 Thi công rót vữa asphalt vào trong đá hộc (6/2015)...........................77
78
78
Hình 3.7 Lớp bảo vệ mái đê sau khi đã hoàn thành (7/2015).............................78


79
Hình 3.8 Kiểm tra chất lượng thi công (7-2015)................................................79
79
Hình 3.9 Lớp bảo vệ mái đê sau một thời gian làm việc (10/2015)....................79
Kết luận chương 3..............................................................................................80
I. Kết luận...........................................................................................................81
1. Tác giả luận văn đã nghiên cứu, phân tích, đánh giá về thực trạng đê biển các
nước trên thế giới và ở Việt Nam, nghiên cứu các loại kết cấu bảo vệ mái đê biển
của các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Tác giả đã tổng hợp, phân tích
đánh giá tình hình đê biển của một số tỉnh trong nước ta, phân tích ưu, nhược
điểm, điều kiện áp dụng của các dạng kết cấu bảo vệ đê biển ở nước ta. Nghiên
cứu đã chỉ ra rằng đa số đê biển nước ta chưa đáp ứng được yêu cầu của thực tế,
đặc biệt trong điều kiện BĐKH, nước biển dâng hiện nay, tại mỗi địa phương
khác nhau có những biện pháp bảo vệ mái đê biển khác nhau tùy theo tính chất,
kết cấu cũng như hiện trạng tuyến đê biển của vùng đó......................................81
2. Đã nghiên cứu các dạng vật liệu hỗn hợp asphalt, các chỉ tiêu thiết kế và các
yêu cầu chung của lớp gia cố này, tìm hiểu tình hình áp dụng vật liệu hỗn hợp
asphalt ở điều kiện nước ta hiện nay. Nghiên cứu phân tích các yếu tố ảnh hưởng
đến an toàn của thân đê, lớp bảo vệ mái đê bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn

trong đá hộc, nghiên cứu cơ sở lý thuyết về điều kiện an toàn, cơ sở lý thuyết của
các phương pháp tính toán kết cấu lớp bảo vệ mái đê. Nghiên cứu các phương
pháp xác định kích thước lớp gia cố mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt
chèn trong đá hộc. Nghiên cứu phương tính toán kiểm tra điều kiện an toàn đối
với lớp bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc......81
II. Tồn tại............................................................................................................ 82


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Gia cố mái đê biển ở Hà Lan 5
Hình 1.2 Cấu kiện bê tông lắp ghép 6
Hình 1.3 Cấu kiện gia cố đê biển Nhật Bản 6
Hình 1.4 Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển ở Hà
Lan 7
Hình 1.5 Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ
thuật 8
Hình 1.6 Ứng dụng loại vật liệu hỗn hợp asphalt chèn
trong đá hộc thi công đê biển ở Hà Lan (2013) 10
Hình 1.7 Thảm có chống xói mái đê 11
Hình 1.8 Sử dụng lưới sợi tổng hợp kết hợp trồng cỏ
chống xói 11
Hình 1.9 Bể bê tông có bố trí ống tiêu nước 12
Hình 1. 10 Một số hình ảnh hư hỏng đê kè biển sau bão số
7 năm 2005 13
Hình 1.11 Đê biển đảo Cát Hải , đê biển Đồ Sơn, Hải
Phòng 14
Hình 1.12 Đê biển tỉnh Nam Định 15
Hình 1.13 Kết cấu bảo vệ mái đê biển ở Miền Trung 16
Hình 1.14 Kết cấu bảo vệ mái đê biển ở Miền Nam 20
Hình 1.15 Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Nam Định 22

Hình 1.16 Kết cấu bảo vệ mái đê biển ở miền Bắc 24
Hình 1.17 Thi công rót hỗn hợp asphalt vào đá hộc gia cố
mái đê tại Zeeland 26
Hình 2.1 Biểu đồ quan hệ giữa mô đun phản lực nền và
chiều dày lớp phủ 13] 38
Hình 2.2- Sơ đồ áp suất đẩy nổi dưới đáy lớp gia cố bằng
vật liệu hỗn hợp asphalt 40
Hình 2.3 Biến dạng lớp gia cố bằng đá hộc chèn trong vữa
asphalt [11] 42


Hình 2.4 Sơ đồ tính toán kiểm tra tác động của sóng dội
[11] 43
Hình 3.1 Bản đồ tỉnh Nam Định 47
Hình 3.2 Bản đồ đê biển huyện Hải Hậu 59
Hình 3.3 Vị trí đoạn đê biển nghiên cứu 61
Hình 3.4 Hư hỏng đê biển Hải Hậu 62
Hình 3.5 kết cấu mái đê gia cố bằng vật liệu hỗn hợp
Asphalt chèn trong đá hộc 71
Hình 3. 6 Thi công rót vữa asphalt vào trong đá hộc
(6/2015) 77
78
78
Hình 3.7 Lớp bảo vệ mái đê sau khi đã hoàn thành
(7/2015) 78
79
Hình 3.8 Kiểm tra chất lượng thi công (7-2015) 79
79
Hình 3.9 Lớp bảo vệ mái đê sau một thời gian làm việc
(10/2015) 79

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.2: Chiều cao nước dâng do bão vùng bờ biển
200N-210N................................................................68


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

KHCN

Khoa học công nghệ

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

BĐKH

Biến đổi khí hậu

ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới

SNN&PTNT

Sở Nông nghiệp và Phát triền nông thôn

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta có trên 3200km bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam với hệ thống đê
biển đã được hình thành củng cố qua nhiều thời kỳ. Hệ thống đê biển nước ta
là tài sản quý của Quốc Gia, là hạ tầng cơ sở quan trọng đối với sự phát triển
ổn định kinh tế, xã hội, quốc phòng và an ninh cho cả nước nói chung và nhân
dân vùng ven biển nói riêng.
Đê biển Việt Nam chủ yếu đắp bằng đất, có dạng mặt cắt hình thang, mái
phía biển có m = 2 đến m = 4. Lớp bảo vệ mái đê biển đa dạng, song phổ biến
là vật liệu thấm, gồm:
- Trồng cỏ;
- Đá hộc thả rối;
- Đá hộc lát khan;
- Đá hộc xây;
- Thảm rọ đá;
- Tấm bê tông đúc sẵn, ghép rời;
- Tấm bê tông đúc sẵn, liên kết mảng;
- Hỗn hợp nhiều loại…
Tuy nhiên, mỗi một giải pháp trên chỉ có một phạm vi ứng dụng thích hợp
nhất định, bên cạnh đó, phần lớn chúng bộc lộ các khuyết điểm, như: mái đê dễ
bị xói, sạt khi mưa lớn, sóng leo trong bão, sóng biển mạnh, lớp gia cố đê biển
bằng bê tông bị ăn mòn một cách nhanh chóng làm cho tuổi thọ lớp bảo vệ này
giảm đáng kể, thường xuyên phải thay bằng các tấm bê tông mới rất tốn kém,
giá thành cao, thời gian thi công dài, gây ô nhiễm môi trường... Vì vậy, việc
tiếp tục nghiên cứu ứng dụng giải pháp khoa học công nghệ mới, lựa chọn,
hoàn thiện và ứng dụng các công nghệ đã có ở nước ngoài để bảo vệ mái đê
nhằm ổn định và bền vững đê biển luôn là nhiệm vụ cấp thiết và cấp bách.

2
Nhiều nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Anh, Đức và đặc biệt là Hà
Lan đã nghiên cứu thành công và sử dụng rất phổ biến loại vật liệu không
thấm cát, đá và bitum bảo vệ mái đê biển. So với các vật liệu gia cố chúng ta
thường dùng trước đây là bê tông hoặc bê tông cốt thép thì vật liệu hỗn hợp
nhựa đường, cát, đá có những tính năng ưu việt hơn hẳn, đó là: khả năng
chống xâm thực trong môi trường nước biển tốt hơn, khả năng biến dạng, đàn
hồi tốt, có thể thích ứng một cách mềm dẻo với những biến dạng, lún sụt của
nền đê và thân đê, hạn chế được những lún sụt, xói lở cục bộ của đê biển, độ
bền và tuổi thọ cao, khoảng 50-70 năm (Thực tế ở Hà Lan có những công
trình xây dựng từ những năm 1950 đến nay vẫn còn tồn tại), v.v… Ở nước ta,
vấn đề này trước đây chưa được nghiên cứu và hiện nay đang được nghiên
cứu (Đề tài độc lập cấp Nhà nước: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu hỗn hợp để
gia cố đê biển chịu được nước tràn qua do sóng, triều cường, bão và nước
biển dâng). Việc nghiên cứu ứng dụng phải xem xét đầy đủ các yếu tố tự
nhiên, khả năng ứng dụng, bảo vệ môi trường… trong điều kiện Việt Nam.
Đặc biệt nhu cầu cần phải sửa chữa các lớp bảo vệ đê biển đã bị hư hỏng.
Vì những lý do nêu trên, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu lớp bảo
vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp có nhựa đường (asphalt) chèn trong đá
hộc. Áp dụng để thay thế lớp bảo vệ cũ bị hư hỏng cho đê biển Hải Hậu Nam Định” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu sử dụng kết cấu lớp bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu asphalt
chèn trong đá hộc thay thế lớp bảo vệ cũ đã bị hư hỏng tại đê biển Hải Thịnh Hải Hậu - Nam Định. Các mục đích cụ thể là:
- Tổng kết đưa ra được phương pháp chủ yếu tính toán kết cấu lớp bảo
vệ mái đê biển bằng vật liệu asphalt chèn trong đá hộc.
- Áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế thay thế lớp bảo vệ mái đê
biển cũ đã bị hư hỏng bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc tại đê
biển Hải Thịnh - Hải Hậu - Nam Định.

3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Kết cấu lớp bảo vệ mái đê phía biển dạng vật liệu hỗn hợp asphalt.
3.2.

Phạm vi nghiên cứu
Vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc trong điều kiện sửa chữa mái

đê biển đã gia cố bị hư hỏng.
3.3. Giới hạn nghiên cứu
Tính toán thiết kế kết cấu lớp bảo vệ mái phía biển, công nghệ xây dựng
áp dụng cho đê biển Hải Thịnh, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định.
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau đây: Phương pháp
điều tra thực địa, khảo sát hiện trường; Phương pháp tổng hợp và phân tích;
Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1.

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài nghiên đưa ra cơ sở lý luận về phương pháp tính toán kết cấu lớp
bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc.
5.2.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở thiết kế và thi công sửa chữa thử
nghiệm cho đoạn đê biển Hải Thịnh, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định (thay thế

kết cấu cũ đã hư hỏng) theo kết cấu mới, làm tiền đề để nhân rộng trong
tương lai.
6. Nội dung của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn gồm có 3 chương
như sau:
Chương 1: Tổng quan kết cấu lớp bảo vệ mái đê biển.
Chương 2: Tính toán kết cấu lớp bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu asphalt
chèn trong đá hộc.


4
Chương 3: Ứng dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế thay thế lớp bảo vệ
cũ đã bị hư hỏng cho đê biển Hải Hậu – Nam Định.


5
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN KẾT CẤU LỚP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN
1.

Tổng quan kết cấu lớp bảo vệ mái đê biển trên thế giới.

1.1.1. Kết cấu lớp bảo vệ đê phía biển bằng vật liệu thấm được
1.1.1.1. Đá lát khan, thảm đá, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép
Hiện nay trên thế giới phổ biến nhất vẫn là hình thức bảo vệ mái bằng đá
đổ, đá lát khan, thảm đá, cấu kiện bê tông đúc sẵn, cấu kiện bê tông lắp ghép
với các dạng liên kết khác nhau. Hình 1.1 thể hiện một đoạn đê ở Hà Lan, mái
đê được gia cố bằng các biện pháp: Một đoạn đê dùng đá lát khan, một đoạn
đê sử dụng kết cấu bê tông lắp ghép và phía trên cơ được trồng cỏ bảo vệ.

Hình 1.1: Gia cố mái đê biển ở Hà Lan
Cấu kiện bê tông lắp ghép: là dùng các cấu kiện bê tông có kích thước
và trọng lượng đủ lớn đặt liên kết tạo thành mảng bảo vệ chống xói cho mái
phía biển do tác động của sóng và dòng chảy. Để gia tăng ổn định và giảm
thiểu kích thước cấu kiện người ta không ngừng nghiên cứu cải tiến hình
dạng cấu kiện và liên kết giữa các cấu kiện theo hình thức tự chèn. Kết cấu
loại này dễ thoát nước, dễ biến dạng cùng với đê nên có độ ổn định của kết
cấu tương đối cao.


6
Các cấu kiện bê tông gia cố đúc sẵn có xu hướng chuyển từ dạng “bản”
như đang được sử dụng phổ biến hiện nay sang dạng “cột” để tăng ổn định và
dễ sửa chữa khi có sự cố. Với các nước phát triển, vì có điều kiện kinh tế nên
các cấu kiện gia cố trước kia không đảm bảo trọng lượng được bóc bỏ, thay
thế bằng các cấu kiện dày hơn, nặng hơn. Hình 1.2 thể hiện so sánh giữa cấu
kiện bảo vệ mái đê trước kia và cấu kiện đang thay mới (HydroBlock) ở một
đoạn đê của Hà Lan.

a) Bóc bỏ cấu kiện gia cố cũ

b) Thay thế bằng cấu kiện mới

Hình 1.2 Cấu kiện bê tông lắp ghép
Có rất nhiều dạng kết cấu bê tông gia cố, hình dạng của kết cấu gia cố
dựa trên tiêu trí liên kết mảng và giảm sóng. Hình 1.3 thể hiện một dạng kết
cấu gia cố đê biển của Nhật Bản

Hình 1.3 Cấu kiện gia cố đê biển Nhật Bản

7
Tính tới thời điểm hiện nay, gia cố mái đê biển bằng các cấu kiện bê tông
đúc sẵn vẫn phổ biến nhất do các ưu điển nổi trội về sự ổn định của mảng gia
cố dưới tác động của sóng và dễ dàng thi công kể cả thi công thủ công lẫn thi
công cơ giới.
Thảm đá: Các rọ bằng thép bọc chất dẻo hoặc chất dẻo trong đựng đầy
đá gọi là “thảm đá”. Thảm đá dùng để chống xói cho đê và bờ sông, bờ biển
do tác động của sóng và dòng chảy. Ý tưởng của kết cấu này là liên kết đá nhỏ
lại thành khối lớn để sóng và dòng chảy không phá hỏng được.
Thảm bê tông: Các cấu kiện bê tông được nối với nhau tạo thành mảng
liên kết, các cấu kiện này liên kết với nhau bằng dây cáp, bằng các móc, giữa
các cấu kiện thường đệm bằng cao su, hoặc lấp đầy bằng sỏi, gạch xỉ. Phải bố
trí tầng lọc ngược giữa thảm bê tông với thân đê. Thể hiện ở hình 1.4.

Hình 1.4 Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển ở Hà Lan
Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát: Các túi địa kỹ thuật được bơm
đầy cát đặt trên lớp vải địa kĩ thuật, liên kết với nhau thành một hệ thống gọi
là thảm túi cát để bảo vệ mái dốc của đê, bờ sông, bờ biển. Hình 1.5 là ảnh
chụp một đoạn kè chống xói bằng hệ thống các túi địa kỹ thuật trên đảo SyltKliffende-Đức.


8

Hình 1.5 Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật
Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát : Sử dụng ống địa kĩ thuật, có đường
kính từ 0,5m đến 2,5m, kích thước tuỳ thuộc vào yêu cầu công trình. Chiều
dài mỗi ống trung bình khoảng 60m-100m. Định vị ống vào vị trí dự kiến sau
đó bơm dung dịch tỉ lệ 1 phần cát với 4 phần nước, cho đến khi ống đầy cát
hoặc vữa xi măng, hình thành mặt cắt đê biển hoặc kết cấu dự định xây dựng.

1.1.1.2.Kết cấu lớp bảo vệ đê biển bằng dạng vật liệu không thấm
Hàng thế kỷ trước đây, vật liệu nhựa đường đã được sử dụng ở vùng
Trung Âu vào việc làm kín nước. Vào năm 1893, Italy dùng nhựa đường phủ
mái đập đá đổ. Năm 1934 Hà Lan dùng nhựa đường phủ đáy âu thuyền
Fuliana. Sau cơn bão 1953, Hà Lan đã sử dụng bê tông nhựa đường vào xây
dựng đê biển. Vật liệu này thường dùng kết hợp với vật liệu khác để gia
cường, chẳng hạn nhựa đường-đá xếp, nhựa đường-bê tông khối, bê tông
asphalt ứng dụng trong xây dựng công trình thủy lợi, đê biển của nhiều nước
tiên tiến như Nauy, Hà lan, Mỹ và một số nước khác.
Nhiều nước trên thế giới trong đó có Hà Lan nghiên cứu thành công và
sử dụng rất phổ biến vật liệu cát, đá và bitumen để bảo vệ mái đê biển từ năm
1960 và vẫn bền vững cho đến ngay nay. So với các vật liệu gia cố mái đê