(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đề xuất kết cấu bảo vệ mái cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ Hải Phòng

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo các Bộ môn của trường
Đại học Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời
gian tác giả học tập tại trường.
Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Lê
Xuân Roanh giảng viên trường Đại học Thủy lợi là thầy trực tiếp hướng dẫn
tác giả thực hiện và hoàn thành luận văn với đề tài: “Nghiên cứu đề xuất kết
cấu bảo vệ mái cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phịng”.
Xin chân thành cảm ơn các cán bộ phịng thí nghiệm thuộc Phịng thí
nghiệm trọng điểm Quốc gia về sơng biển và Hải đảo đã nhiệt tình giúp đỡ tác
giả trong quá trình thí nghiệm.
Cuối cùng tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã có những
đóng góp q báu, động viên kịp thời về cả tinh thần lẫn vật chất để tác giả
hoàn thành tốt luận văn này.

Hà Nội, tháng 09 năm 2014
Tác giả

Nguyễn Văn Hiệp


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học do chính tơi
thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả

Nguyễn Văn Hiệp

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài..................................................................................................2
3. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.......................................................2
4. Kết quả đạt được của luận văn.............................................................................2
5. Nội dung chính của luận văn.................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN..........................4
1.1. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới................................4
1.1.1. Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn.................4
1.1.2. Gia cố mái đê bằng nhựa đường (Bituminous Revetments).......................5
1.1.3. Thảm bê tông.................................................................................................5
1.1.4. Thảm đá.........................................................................................................6
1.1.5. Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát.................................................... 7
1.1.6. Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát.............................................................7
1.2. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam.................................9
1.2.1. Kè lát mái bằng đá lát khan..........................................................................9
1.2.2. Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch, thảm rọ đá....................................10
1.2.3. Kè mái bằng bê tông, bê tông đúc sẵn....................................................... 11
1.3. Phân loại và điều kiện áp dụng các dạng kết cấu bảo vệ mái đê biển..........14
1.4. Kết luận chương 1..............................................................................................19
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI PHÙ HỢP
CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ - HẢI PHỊNG.......................................................20
2.1. Các tiêu chí lựa chọn kết cấu phù hợp bảo vệ mái đê biển...........................20
2.2. Phân tích, lựa chọn hình thức liên kết kết cấu bảo vệ mái đê biển..............20
2.2.1. Kết cấu tấm lát độc lập................................................................................20
2.2.2. Kết cấu tấm lát liên kết ngàm.....................................................................21
2.2.3. Kết cấu tấm lát liên kết hình nêm.............................................................. 21
2.3. Quan hệ giữa trọng lượng, chiều dầy với hình thức liên kết của kết cấu bảo
vệ mái đê biển.....................................................................................................22

2.3.1. Tính tốn gia cố mái đê.............................................................................. 22
2.3.2. Điều kiện cân bằng chống đẩy nổi của kết cấu bảo vệ mái......................26
2.3.3. Điều kiện cân bằng của kết cấu bảo vệ trên mái dốc................................27
2.4. Đề xuất kết cấu bảo vệ mái đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phịng..................28
2.4.1. Thí nghiệm mơ hình vật lý về sự làm việc của mảng liên kết trong
trường hợp nền bị mất đất ở một số cấu kiện [5]
30
2.4.2. Thí nghiệm sức bền mẫu cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 [5]........................32
2.4.3. Kết quả tính tốn ổn định của kết cấu CM5874 với áp lực sóng biển
bằng phần mềm ABAQUS [2]
38
2.5. Kết luận chương 2..............................................................................................42
CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ ĐÊ LẤN BIỂN NAM ĐÌNH VŨ............43
3.1. Mở đầu................................................................................................................43
3.1.1. Giới thiệu về dự án đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng....................43
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu áp dụng..................................................................... 45
3.2. Các tham số tính tốn [1] [3]............................................................................45
3.3. Tính tốn kết cấu bảo vệ mái đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phịng.........46
3.3.1. Tính áp lực sóng..........................................................................................46
3.3.2. Xác định kích thước kết cấu bảo vệ mái....................................................48
3.4. Kiểm tra kết quả tính tốn bằng mơ hình vật lý máng sóng [4]...................50
3.4.1. Mục tiêu của thí nghiệm.............................................................................50
3.4.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm.......................................................................50
3.4.3. Đo áp suất, vận tốc......................................................................................51
3.4.4. Chọn tỷ lệ mơ hình......................................................................................52
3.4.5. Các điều kiện biên về địa hình, thủy hải văn............................................52
3.4.6. Kiểm định mơ hình..................................................................................... 53
3.4.7. Phương án thí nghiệm kiểm chứng...........................................................57

3.4.8. Phân tích kết quả thí nghiệm..................................................................... 58
3.5. Kết luận chương 3..............................................................................................64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................................65


TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................66


DANH MỤC HÌNH VẼ
Chương 1. Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển
Hình 1. 1: Đê biển Afsluitdijk –Hà Lan.................................................................... 4
Hình 1. 2: Cấu kiện bê tơng lắp ghép....................................................................... 4
Hình 1. 3: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường......................................................... 5
Hình 1. 4: Thảm bê tơng liên kết bằng dây cáp........................................................ 6
Hình 1. 5: Thảm bê tơng làm kè đê biển Hà Lan...................................................... 6
Hình 1. 6: Kè bằng thảm rọ đá................................................................................. 7
Hình 1. 7: Kè bằng thảm túi vải địa kỹ thuật............................................................ 7
Hình 1. 8: Ống vải địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè............................................... 8
Hình 1. 9: Vải địa kỹ thuật dùng gia cố lớp bảo vệ mái............................................ 8
Hình 1. 10: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Cát Hải - Hải Phòng và Nam Định .9
Hình 1. 11: Đê Hải Thịnh 2, đê Hải Hậu - Nam Định............................................. 10
Hình 1. 12: Kè bằng rọ đá - Cà Mau...................................................................... 11
Hình 1. 13: Kè lát mái bằng bê tơng đổ tại chỗ ở Thừa Thiên Huế........................11
Hình 1. 14: Kè bằng cấu kiện bê tơng tấm nhỏ....................................................... 12
Hình 1. 15: Đê cửa sông Dương Đông - Kiên Giang.............................................. 12
Hình 1. 16: Đê biển Cát Hải được kiên cố hóa bằng tấm đan Hohl-quader...........12
Hình 1. 17: Kè bằng cấu kiện liên kết hai chiều..................................................... 13
Hình 1. 18: Kè lát mái bằng cấu kiện TSC178 ở Bình Thuận và Gành Hào...........13
Hình 1. 19: Khái qt hóa hình thức bảo vệ mái.................................................... 18
Chương 2. Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển

Hình 2. 1: Kết cấu Haringman................................................................................ 20
Hình 2. 2: Kết cấu tấm lát âm dương liên kết 2 chân và liên kết 3 chân.................21
Hình 2. 3: Liên kết hình nêm................................................................................... 21
Hình 2. 4: Hình thái mặt cắt dùng để tính tốn...................................................... 22
Hình 2. 5: Quan hệ giữa trọng lượng kết cấu bảo vệ mái với KD............................ 25
Hình 2. 6: Quan hệ giữa chiều dầy kết cấu bảo vệ mái với KD...............................26
Hình 2. 7: Cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874................................................................... 29
Hình 2. 8: Mảng lắp ghép TAC-CM5874 có mố nhám và khơng có mố nhám........29
Hình 2. 9: Thí nghiệm nén mảng liên kết khơng có nền.......................................... 31
Hình 2. 10: Uốn võng của mảng lắp ghép cấu kiện khơng có nền..........................32
Hình 2. 11: Mặt cắt bị kéo đứt................................................................................ 32
Hình 2. 12: Cấu kiện bị nén.................................................................................... 35


Hình 2. 13: Phân bố chuyển vị trong hệ viên thảm theo phương Y với độ võng cực
đại là 32.2972 cm (mặt dưới)
.................................................................................................................................
38
Hình 2. 14: Ứng suất von-Mises mặt dưới của thảm; Giá trị cực đại: 5.2041 kg/cm2
...................................................................................................................................39
Hình 2. 15: chuyển vị theo phương Y vng góc với thảm – mặt dưới. Chuyển vị
cực đại là 34.6913 cm
.................................................................................................................................
39
Hình 2. 16: Phân bố ứng suất theo von Mises của thảm – mặt dưới. Giá trị cực đại:
5.70348 kG/cm2
.................................................................................................................................
40
Chương 3. Áp dụng để thiết kế đê lấn biển nam đình vũ
Hình 3. 1: Quy hoạch tuyến đê lấn biển nam Đình Vũ............................................ 44

Hình 3. 2: Sơ đồ tuyến cơng trình........................................................................... 45
Hình 3. 3: Mặt cắt điển hình tính tốn.................................................................... 46
Hình 3. 4: Biểu đồ áp lực sóng tác dụng lên mái cơng trình................................... 47
Hình 3. 5: Biểu đồ áp lực sóng............................................................................... 48
Hình 3. 6: Đầu đo sóng và Đầu đo áp suất PDCR42 và bộ hiển thị DPI 280.........51
Hình 3. 7: Các biểu đồ kiểm định đầu đo................................................................ 55
Hình 3. 8: Mặt cắt thí nghiệm ngun hình............................................................. 57
Hình 3. 9: Mặt cắt mơ hình thí nghiệm................................................................... 58
Hình 3. 10: Hình ảnh xây dựng mơ hình trong máng sóng..................................... 58
Hình 3. 11: Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực và đầu đo vận tốc....................................... 60
Hình 3. 12: Thí nghiệm độ mỏi của mái bê tông lắp ghép......................................64


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Chương 1. Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển
Bảng 1. 1: Dạng kết cấu bảo vệ mái đê và điều kiện áp dụng [9]........................... 14
Chương 2. Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển
Bảng 2. 1: Các điều kiện biên tính tốn.................................................................. 22
Bảng 2. 2: Quan hệ giữa chiều cao sóng và Pmax.................................................... 30
Bảng 2. 3: Tỷ lệ của các đại lượng mơ hình thí nghiệm.......................................... 31
Bảng 2. 4: Kết quả chuyển vị.................................................................................. 31
Bảng 2. 5: Cường độ kéo của tấm lát thí nghiệm mơ hình......................................33
Bảng 2. 6: Cường độ kéo của tấm thực................................................................... 33
Bảng 2. 7: Cường độ nén của tấm lát thí nghiệm mơ hình...................................... 34
Bảng 2. 8: Cường độ nén của tấm thực................................................................... 35
Bảng 2. 9: Kết quả đo biến dạng và chuyển vị khi nén mẫu.................................... 35
Bảng 2. 10: Kết quả đo biến dạng và chuyển vị khi nén mẫu..................................36
Bảng 2. 11: Kết quả tính tốn bằng mơ hình........................................................... 40
Chương 3. Áp dụng để thiết kế đê lấn biển nam đình vũ
Bảng 3. 1: Điểm khống chế tuyến đê....................................................................... 44

Bảng 3. 2: Thơng số mặt cắt điển hình.................................................................... 46
Bảng 3. 3: Kết quả tính tốn trọng lượng và chiều dầy cấu kiện bảo vệ mái..........50
Bảng 3. 4: Các giá trị tỷ lệ mơ hình - ngun hình................................................. 52
Bảng 3. 5: Tham số sóng thí nghiệm....................................................................... 53
Bảng 3. 6: Địa hình thí nghiệm............................................................................... 53
Bảng 3. 7: Số liệu kiểm định đầu đo sóng............................................................... 55
Bảng 3. 8: Thơng số hình thái mặt cắt điển hình..................................................... 57
Bảng 3. 9: Giá trị chiều cao sóng tại các vị trí cụ thể trên bãi theo cấp sóng........59
Bảng 3. 10: Giá trị áp lực lên mái trung bình trong khoảng thời gian thu thập số
liệu thí nghiệm sóng
.................................................................................................................................
61
Bảng 3. 11: Kết quả tổng hợp giá trị vận tốc của dòng dâng.................................. 62
Bảng 3. 12: Kết quả tổng hợp giá trị vận tốc của dòng rút.....................................63


9
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Mái đê, bờ sông, bờ biển thường xuyên chịu tác động của sóng và dịng chảy…
Các tác động này là ngun nhân chính gây ra xói lở bờ sơng, bờ biển, phá vỡ hệ
thống đê điều… gây ra thảm hoạ cho những người sống ven sông ven biển.
Trong những năm gần đây, tình trạng xói lở bờ ở các khu vực bờ biển Việt
Nam rất lớn và ngày càng gia tăng. Việc xói lở bờ này đã dẫn đến sự phá huỷ và
làm mất dần các cồn cát ven biển. Hậu quả là các khu vực thấp bên trong bị biển lấn
sâu vào gây ra tình trạng lũ lụt đe doạ an tồn các cơng trình hạ tầng cơ sở và ảnh
hưởng đến đời sống xã hội của người dân trên bờ.
Các giải pháp cơng nghệ trong cơng trình bảo vệ bờ đã có một lịch sử phát triển
lâu dài và vẫn còn tiếp tục. Bên cạnh những giải pháp truyền thống đã được ứng
dụng rộng rãi, nhiều nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới đã và đang triển khai cho

hiệu quả tốt, giảm giá thành xây dựng, đơn giản trong thi công, thân thiện với môi
trường. Tuy nhiên từ trước đến nay, đê biển Việt Nam chỉ được thiết kế với khả
năng chống lại gió bão cấp 9, với mức thủy triều trung bình. Nếu bão vượt cấp 9,
nhiều đoạn đê biển sẽ bị vỡ. Các dự án đê biển được sự hỗ trợ của dự án PAM, của
dự án ADB cũng chỉ có thể chống với gió bão cấp 9 và mực nước triều 5%.
Để giải quyết tình hình trên, một cuộc khảo sát và nghiên cứu khả thi các giải
pháp bảo vệ bờ biển chống xói mịn đã được tiến hành kể từ năm 1992. Một trong
những giải pháp khả thi được thực hiện là xây dựng các hệ thống kè biển bằng các
khối betông tự liên kết chèn tạo thành mảng mềm để ngăn chặn xói lở bờ và làm
giảm hiện tượng lũ lụt cho các vùng ven biển Việt Nam.
Tuy nhiên, các ứng xử thảm bê tông này khi làm việc trong mảng kè tạo mái
chỉ được nghiên cứu dựa trên các mơ hình thu nhỏ trong phịng thí nghiệm bởi vì
đây là một bài tốn phức tạp về tương tác giữa ba môi trường: đất, nước và cơng
trình. Một loại bài tốn chưa đựng nội dung khoa học phong phú, có tính thời sự cao
và đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước.
Nhiệm vụ nghiên cứu các biện pháp để tăng cường an toàn cho đê biển hiện nay


là một trong những nhiệm vụ bức bách của nhiều quốc gia ở bên bờ Đại dương.
2. Mục tiêu của đề tài
Trên cơ sở nghiên cứu những công nghệ bảo vệ mái đê biển đã có ở trong và
ngồi nước, phân tích, đề xuất một giải pháp kết cấu đảm bảo các u cầu kỹ thuật,
kinh tế và có tính khả thi cao cho tuyến đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng.
3. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
a. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các kiểu kết cấu lớp vỏ kè mái đê biển hiện nay rất phong
phú và đa dạng. Nó được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp, ở nhiều nước và ở
nhiều thời kỳ khác nhau. Vì vậy trình độ cơng nghệ cũng như tính hiện đại của mỗi
loại, mỗi kiểu cũng khác nhau. Đối tượng nghiên cứu của luận văn là một giải pháp
cơng trình cho lớp vỏ kè bằng loại kết cấu mảng mềm từ các cấu kiện bê tông đúc

sẵn. Đây là một loại kết cấu mới được ra đời trong quá trình nghiên cứu cải tiến cả
về mặt liên kết và vật liệu.
- Phạm vi nghiên cứu: Tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ thuộc Khu kinh tế Đình Vũ Cát Hải (Phường Đơng Hải 2 & Phường Tràng Cát, Q. Hải An, TP Hải Phòng)
- Nội dung nghiên cứu: Luận văn giới hạn tập trung nghiên cứu về kiểu kết cấu lớp
vở kè mái đê biển phù hợp nhất với điều kiện biên thực tế.
b. Phương pháp nghiên cứu
Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện có trên thế
giới và trong nước. Kế thừa các nghiên cứu khoa học, các dự án liên quan tới kết
cấu bảo vệ mái đê kè. Đặc biệt là các dự án đê kè trên nền đất mềm yếu.
Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm mơ hình vật lý máng sóng, kiểm chứng
cơ sở khoa học việc ứng dụng công nghệ. So sánh kết quả mơ hình tốn ABAQUS
kết cấu của GS Nguyễn Đăng Hưng.
4. Kết quả đạt được của luận văn
Đề xuất một dạng kết cấu phù hợp cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ.
5. Nội dung chính của luận văn
Phần mở đầu.


Chương 1. Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển.
Chương 2. Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển Nam Đình Vũ - Hải
Phịng.
Chương 3. Áp dụng để thiết kế đê lấn biển Nam Đình Vũ.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN
1.1. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới
1.1.1. Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn

Phổ biến nhất vẫn là các hình thức bảo vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan, cấu kiện
bê tông đúc sẵn, cấu kiện bê tông lắp ghép với các dạng liên kết khác nhau.

Hình 1. 1: Đê biển Afsluitdijk –Hà Lan
Cấu kiện bê tông tự chèn là dùng các cấu kiện bê tơng 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 dịng chảy. Để gia tăng ổn định và giảm thiểu kích thước cấu kiện
người ta khơng ngừng nghiên cứu cải tiến hình dạng cấu kiện và liên kết giữa các
cấu kiện theo hình thước 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.

Hình 1. 2: Cấu kiện bê tông lắp ghép


Các cấu kiện bê tông gia cố đúc sẵn sử dụng phổ biến hiện nay sang dạng “cột”.
Với các nước phát triển, vì có điều kiện kinh tế nên các cấu kiện gia cường trước
kia không đảm bảo trọng lượng được bóc bỏ, thay thế bằng các cấu kiện dầy hơn,
nặng hơn.
Tính đến thời điểm hiện tại, gia cố mái đê biển bằng các cấu kiện bê tông đúc
sẵn vẫn phổ biến nhất do các ưu điểm nổi trội về sự ổn định của mảng gia cố dưới
tác động của sóng và dễ thi cơng, thuận tiện cả dùng thi công cơ giới.
1.1.2. Gia cố mái đê bằng nhựa đường (Bituminous Revetments)
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 cơng trình thủy lợi,
đê biển của nhiều nước tiên tiến như Nauy, Hà Lan, Mĩ và một số nước khác.

Hình 1. 3: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường
1.1.3. 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
tơng với thân đê. Cấu kiện kiểu này thường xuyên được cải tiến về hình dạng và
liên kết giữa các cấu kiện.
Hình 1.4 và hình 1.5 thể hiện thảm bê tơng đang được thi cơng trên một đoạn
đê, bên dưới lót vải địa kỹ thuật làm lọc. Sau khi thi công xong thảm bê tông, tra cỏ
vào các hốc bê tông để tạo cảnh quan mơi trường.

Hình 1. 4: Thảm bê tơng liên kết bằng dây cáp

Hình 1. 5: Thảm bê tơng làm kè đê biển Hà Lan
1.1.4. 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 dịng chảy khơng phá hỏng được.

Hình 1. 6: Kè bằng thảm rọ đá
1.1.5. Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát
Các túi địa kỹ thuật được bơm đầy cát đặt trên lớp vải địa kỹ 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. 7: Kè bằng thảm túi vải địa kỹ thuật
1.1.6. Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát


Sử dụng ống địa kỹ thuật, có đường kính từ 0,5m đến 2,5m, kích thước tùy
thuộc vào u cầu cơng 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.

Hình 1. 8: Ống vải địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè
g. Công nghệ sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp
Sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật) làm
chức năng gia cố dạng đất có cốt, chức năng phân cách các lớp vật liệu có nhóm
đường kính hạt khác nhau, gia cường làm nền khi đắp đê trên nền đất yếu. Như vậy
tăng cường ổn định tổng thể cho đê.
Vải địa kỹ thuật làm tăng ổn định mảng gia cố mái đê, hoặc sợi tổng hợp dệt
thành màng địa kỹ thuật làm chức năng chống thấm, chức năng phân cách giữa các
lớp vật liệu. Nhìn chung với sự thay đổi về công nghệ vật liệu đã giải quyết được
nhiều vấn đề kỹ thuật, đảm bảo sự an toàn và ổn định lâu dài của đê biển.

Hình 1. 9: Vải địa kỹ thuật dùng gia cố lớp bảo vệ mái


Để chống trượt của cả khối bảo vệ mái bên trên lớp vải thì ma sát giữa lớp lọc
và vải phải đảm bảo điều kiện:
Biến đổi cơng thức ()
thành:
Trong đó: ƒ U

ƒ U W cosα
≥

sin α

ƒ U ≥ tan α

là hệ số ma sát giữa vật liệu lọc và vải địa kỹ thuật

Trên đây là tổng hợp các giải pháp công nghệ bảo vệ mái và tăng cường ổn
định cho mái đê biển của một số nước trên thế giới. Có thể thấy rõ nhất là đê biển
của họ vững chãi trên nền tốt, an toàn và mỹ quan nhờ có sự thay đổi cơng nghệ vật
liệu và gia tăng trọng lượng của cấu kiện gia cố.
1.2. Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam
1.2.1. Kè lát mái bằng đá lát khan
Đá hộc với kích thước xác định nhằm đảm bảo ổn định dưới tác dụng của sóng
và đẩy nổi của nước, dịng chảy. Đá được xếp chặt theo lớp để bảo vệ mái. Với loại
kè này thường có một số biểu hiện hư hỏng do lún sụt, chuyển vị xô lệch, dồn đống
trong khung bê tơng cốt thép. Hình thức này đã được sử dụng ở hầu hết các địa
phương, vật liệu hay dùng là đá hộc có kích thước trung bình mỗi chiều khoảng
0,25m-0,30m.

Hình 1. 10: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Cát Hải - Hải Phòng và Nam Định
Ưu điểm của hình thức này: khi ghép chèn chặt làm cho mỗi viên đá hộc được
các viên khác giữ bởi bề mặt gồ ghề của viên đá, khe hở ghép lát lớn sẽ thoát nước
mái đê nhanh, giảm áp lực đẩy nổi và liên kết mềm dễ biến vị theo độ lúc của nền.


bề mặt gồ ghề, độ nhám lớn làm giảm sóng leo lên mái và giảm vận tốc dòng rút.

Về mặt kỹ thuật thì thi cơng và sử chữa dễ dàng.
Nhược điểm: khi nền bị lún cục bộ hoặc dưới tác dụng của sóng dồn nén, các
liên kết do chèn bị phá vỡ, các hịn đá tách rời nhau ra. Vì trọng lượng bản thân quá
nhỏ nên dễ bị sóng cuối trơi. Khe hở giữa các hịn đá khá lớn, vận tốc sóng làm cho
dịng chảy trong các khe đá ép xuống nền thúc đẩy hiện tượng trôi đất nền tạo hố
xói, sụt sạt nhanh, gây hư hỏng đê.
1.2.2. Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch, thảm rọ đá
Hình thức này đã được sử dụng ở Thái Bình, Nha Trang,… với vật liệu là đá
hộc kích thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25-0,3m (tận dụng cả đá nhỏ).
- Kè lát bằng đá xây: Đổ vữa lót nền và xây từng viên đá liên kết thành tấm lớn có
chiều rộng 2m, tạo khớp nối bằng bao tải nhựa đường.
- Kè lát mái bằng đá chít mạch: Xếp đá chèn chặt và đổ vữa chít các mạch phía
trên.

Hình 1. 11: Đê Hải Thịnh 2, đê Hải Hậu - Nam Định
- Kè lát mái bằng thảm rọ đá:
Ưu điểm: liên kết các viên đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lượng để ổn
định, đồng thời các khe hở giữa các hịn đá được bịt kín, chống được dịng xói ảnh
hưởng trực tiếp xuống nền.
Nhược điểm: khi làm trên nền đất yếu, lún không đều sẽ làm cho tấm lớn đá
xây, đá chít mạch lún theo tạo vết nứt gãy theo mạch vữa, dưới tác động của dòng


chảy trực tiếp xuống nền và dòng thấm tập trung thoát ra gây mất đất nền gây lún
sập kè nhanh chóng. Khi thi cơng tại chỗ vữa xây bị mặn xâm thực sẽ làm giảm
cường độ của khối xây.

Hình 1. 12: Kè bằng rọ đá - Cà Mau
1.2.3. Kè mái bằng bê tông, bê tông đúc sẵn
a. Kè lát mái bê tông đổ tại chỗ Bê

tông tấm lớn đổ tại chỗ có
khớp nối với kích thước và trọng
lượng theo tính tốn cho từng
cơng trình cụ thể, thường là lớn
đủ trọng lượng chống sóng, tuy
nhiên nếu nền lún khơng đều tấm
bản dễ bị gãy, sập gây mất đất
nền và do bê tông đổ tại chỗ bị
mặn xâm thực nên cường độ
chịu lực kém.

Hình 1. 13: Kè lát mái bằng bê tơng đổ tại chỗ
ở Thừa Thiên Huế

b. Kè bê tông lắp ghép tấm bản nhỏ, một mặt hình vng
Tấm bê tơng đúc sẵn chất lượng tốt, thi cơng nhanh, có khe hở làm thoát nước
mái đê để giảm áp lực đẩy nổi, nhưng tấm bản nhỏ không đủ trọng lượng và dễ bị
bóc ra khỏi mái.


Hình 1. 14: Kè bằng cấu kiện bê tơng tấm nhỏ
c. Kè bằng các khối bê tơng dị hình trọng lượng lớn

Hình 1. 15: Đê cửa sơng Dương Đơng - Kiên Giang

Hình 1. 16: Đê biển Cát Hải được kiên cố hóa bằng tấm đan Hohl-quader
d. Kè lát mái bê tơng tấm lắp ghép có ngàm hai chiều
Kết cấu ngàm hai chiều có khả năng phân bố lực xung, lực cục bộ cho các cấu

kiện bên cạnh. Vì vậy giảm được hiện tượng lún sâu, cục bộ, đồng 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 dịng xói
trực tiếp xuống nền; khi nền bị lún sụt cục bộ, kết cấu chỉ gối tựa lên nhau dễ bị bóc
ra khỏi mái do sóng và sẽ bị hư hịng dây truyền.

Hình 1. 17: Kè bằng cấu kiện liên kết hai chiều
e. Kè lát mái bê tông lắp ghép có ngàm ba chiều
Điển hình là kết cấu TSC178 có chiều dầy 23÷26cm trọng lượng 95÷105kg. Đã
phát huy tác dụng tốt an toàn với bão cấp 12. Được áp dụng lần đầu tiên tại đê Bể I.
Cho đến nay công nghệ đã được phổ cập từ Bắc tới Nam. Nhiều cơng trình trọng
điểm quốc gia đã áp dụng: Kè Hải Hậu tỉnh Nam Định trên 40km, Kè Nhật Lệ tỉnh
Quảng Bình, Kè bờ biển Quy Nhơn, Kè bờ biển Phan Thiết tỉnh Bình Thuận, Kè bờ
biển Gị Cơng tỉnh Tiền Giang, Kè bờ biển Đông Hải tỉnh Bạc Liêu, Kè bờ biển tỉnh
Trà Vinh, Kè bờ biển tỉnh Cà Mau, Kè bờ biển tỉnh Kiên Giang và Kè sông ở hầu
hết các tỉnh tổng chiều dài lên tới 700km.

Hình 1. 18: Kè lát mái bằng cấu kiện TSC178 ở Bình Thuận và Gành Hào


Ưu điểm: Kết cấu có ngàm 3 chiều lắp ghé mềm thích hợp với nền yếu, lún
khơng đề vì có khả năng tự điều chỉnh lún đồng bộ với nền. Khe lắp ghép mặt trên
nhỏ, gấp khúc che kín nền phân bố đều, thoát nước đều và nhanh trong mái cơng
trình giảm tải gây trượt tốt. Liên kết trọng lượng lớn chống chịu được áp lực sóng
lớn.
Nhược điểm: Do khơng có liên kết biên nên khi một vài cấu kiện trong liên kết
mảng lắp ghép bị hư hỏng sẽ kéo theo hư hỏng dây truyền.
Các hình thức kè bảo vệ mái rất phong phú và đa dạng, nhưng việc áp dụng
hình thức nào thì căn cứ vào điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của từng khu vực
sao cho hệ thống kè đó hạn chế được nhiều nhất nhược điểm và tận dụng hết các ưu

điểm, đem lại lợi ích lớn nhất.
Kết quả thống kê cho thấy Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu đầu tư đê
biển Việt Nam bền vững hơn. Các cấu kiện TAC-2, TAC-3, TSC178, chân kè lục
lăng đã chứng minh điều này. Tuy nhiên, hiện nay đê biển Việt Nam phần lớn chỉ
chống chọi được với sóng bão cấp 8. Nhiều tuyến đê vẫn bị sụt sạt, mảng gia cố bị
bong tróc khơng đảm bảo an toàn cho đê. Tiếp theo sẽ phân tích chi tiết vấn đề gây
mất ổn định bảo vệ mái đê biển.
1.3. Phân loại và điều kiện áp dụng các dạng kết cấu bảo vệ mái đê biển
Bảng 1. 1: Dạng kết cấu bảo vệ mái đê và điều kiện áp dụng [9]
TT

Kết cấu bảo vệ mái đê

Điều kiện áp dụng
- Sóng nhỏ có Hs≤0,5m, dịng chảy có v < 1m/s

1

Trồng cỏ

hoặc có rừng phịng hộ trước đê.
- Mái đê phù hợp để cỏ phát triển.
- Sóng nhỏ.

2

Đá hộc thả rối

- Mái đê thoải.
- Yêu cầu mỹ quan ít.

- Có nguồn đá phong phú.

3

Đá hộc lát khan

- Sóng nhỏ

4

Đá hộc xây

- Sóng lớn, dịng chảy mạnh, cần có sự liên kết


TT

Kết cấu bảo vệ mái đê

Điều kiện áp dụng
trọng lượng khối lớn.
- Sóng nhỏ, có dịng chảy mạnh cần có sự liên kết

5

Thảm rọ đá

trọng lượng.
- Thi công vùng ngập nước.

6

7

Cấu kiện bê tông đúc
sẵn, lắp ghép liền kề
Cấu kiện bê tông đúc
sẵn, liên kết mảng
Cấu kiện bê tông chất

8

- Sóng lớn cần có trọng lượng lớn, chiều dầy lớn.

lượng

cao

- Sóng lớn, dịng chảy mạnh, kết hợp giữa trọng
lượng bản thân và trọng lượng liên kết giảm chiều
dầy lớp bảo vệ.
- Sóng lớn.

(Basalton,

Hydroblock)
9

Hỗn hợp nhiều loại

- Mái cơng trình gia cố dài yêu cầu tiết kiệm vật liệu.

Nhận xét:
Các hình thức tổng kết như ở sơ đồ hình 1.19 là kết qủa nghiên cứu trong nhiều
năm nay ở nhiều nước trên thế giới. Theo nhiều hướng khác nhau phần lớn các loại
được thí nghiệm qua bể sóng hoặc máng sóng. Các thí nghiệm này được thực hiện ở
nhiều nước khác nhau như: Pháp, Anh, Mỹ, Hà Lan, Italia, Canada, Đan Mạch, Ấn
độ, Liên Xô, Trung Quốc, Việt Nam ... Mỗi loại có ưu nhược điểm của nó và ngày
càng được cải tiến nâng cao, ... đã và đang sử dụng rộng rãi.
- Loại kết cấu tơi rời bao gồm đá tự nhiên, đá chẻ, bê tông đúc sẵn lắp ghép. Chúng
liên kết với nhau chỉ bằng ma sát, bảo vệ bờ và mái biển bằng chính trọng lượng
bản thân. Cơng thức Hudson là một trong những công thức tiêu biểu xây dựng kích
thước của đá bảo vệ bờ dưới tác động của sóng. Cơng thức này đã được đưa vào
“Sổ tay bảo vệ bờ” của Mỹ. Công thức Pilarczyk là một cơng thức xây dựng
kích thước cấu kiện xét đến cả sự tương tác động lực giữa sóng và mái đê. Loại
kết cấu tơi rời linh hoạt dễ biến dạng theo nền, dễ sửa chữa song để chống được
sóng thì trọng lượng của từng cấu kiện phải rất lớn.


- Loại kết cấu tơi rời cần trọng lượng mỗi cấu kiện phải lớn mới chống đỡ được tác
động của sóng và dịng chảy. Để giảm trọng lượng của mỗi cấu kiện mà vẫn chống
được sóng và dịng chảy cần liên kết từng cấu kiện trọng lượng nhỏ lại với nhau
thành mảng.
- Việc sử dụng các loại kết cấu liên kết linh hoạt thành mảng đã là một bước tiến lớn
trong việc cơng nghệ hóa, cơ giới hóa trong xây dựng cơng trình bảo vệ bờ và mái
đê biển. Tuy nhiên nó chỉ thích ứng với nền tương đối cứng ít có hiện tượng lún cục
bộ. Đối với nền mềm yếu mối liên kết thường bị gẫy. Để khắc phục nhược điểm trên
người ta dùng loại kết cấu mảng mềm biến vị theo nền phù hợp với nền mềm yếu.
Việc sử dụng thảm Reno Mattress, thảm Betomat, thảm Armorflex... chứng tỏ là đã
sử dụng vật liệu mới, kết cấu mới để bảo vệ bờ phù hợp với nền mềm yếu nâng cao

tính bền vững của cơng trình.
- Tuy nhiên lưới thép bọc PVC tao thành thảm đá Reno Mattress, dây cáp liên kết các
khối bê tông tạo thành mảng Betomat sử dụng trong mơi trường nước biển, trong
điều kiện sóng gió, biến đổi lớn của thủy triều, ... đang cịn là vấn đề bàn cãi về độ
bền và tính ổn định của chúng.
- Kết quả thống kê cho thấy Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu đầu tư đê biển
Việt Nam bền vững hơn. Các cấu kiện HI-0099, T SC178 đã chứng minh điều này.
Kết cấu có ngàm 2 và 3 chiều lắp ghép mềm thích hợp với nền yếu, lún khơng đều
vì có khả năng tự điều chỉnh lún đồng bộ với nền. Khe lắp ghép mặt trên nhỏ, gấp
khúc che kín nền phân bố đều, thốt nước đều và nhanh trong mái cơng trình giảm
tải gây trượt tốt. Liên kết trọng lượng lớn chống chịu được áp lực sóng lớn. Tuy
nhiên do khơng có liên kết biên nên khi một vài cấu kiện trong liên kết mảng lắp
ghép bị hư hỏng sẽ kéo theo hư hỏng dây truyền.
- Từ những phân tích trên đã thể hiện rõ hình thức bảo vệ bờ và mái đê biển đã và
đang được sử dụng rộng rãi trong và ngoài nước rất phong phú và đa dạng. Bằng
cách sắp xếp một cách hệ thống và khoa học hình thành sơ đồ phân loại như hình
1.19 đã mơ tả được q trình phát triển của loại cơng trình này. Sự phát triển có
logic từ đơn giản đến phức tạp, từ thơ sơ đến hiện đại. Trình độ cơng nghệ cũng