Nghiên cứu giải pháp cốt địa kỹ thuật gia cường ổn định đê biển xây dựng trên nền đất yếu, ứng dụng cho đê biển tây cà mau luận án thạc sĩ chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng mã số 60 58 02 0

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Thủy Lợi ,
Đại học Thủy Lợi cơ sở 2 tại thành phố Hồ Chí Minh, những thầy cơ thuộc Bộ mơn và
một số thầy cô cộng tác viên Bộ môn Địa kỹ thuật, đặc biệt là những thầy cơ đã tận tình
dạy bảo cho tôi suốt thời gian học theo học.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Minh Thụ đã dành rất nhiều thời
gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tơi hồn thành luận văn.
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi,
Ban Giám đốc trường Đại học Thủy Lợi – Cơ Sở 2, cùng quý thầy cô trong Khoa Cơng
Trình, Ban Đào Tạo & Quản Lý Sinh Viên đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và
hồn thành tốt khóa học.
Mặc dù tơi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và
năng lực của mình, tuy nhiên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được những đóng góp q báu của q thầy cơ và các bạn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Tác giả

Ngơ Văn Linh

năm 2014


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

tháng

Tác giả

Ngơ Văn Linh

năm 2014


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... ......1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài............................................................................... 2
4. Các phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 2
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ĐỊA KỸ THUẬT
CHO ĐÊ BIỂN ..................................................................................................... ......3
1.1. Giới thiệu chung ................................................................................................... 3
1.1.1. Tổng quan .................................................................................................. 3
1.1.2. Hiện trạng đê biển Việt Nam ..................................................................... 4
1.2. Các điều kiện biên địa kỹ thuật trong tính tốn thiết kế đê biển .......................... 7
1.2.1. Những tác động và ảnh hưởng đối với cơng trình chắn giữ nước ............. 7
1.2.2. Những khía cạnh địa kỹ thuật liên quan đến chức năng chắn giữ nước .... 8
1.2.3. Cơ chế phá hoại của đê biển .................................................................... 11
1.3. Các giải pháp gia cường Địa kỹ thuật với đê biển ............................................. 13
1.3.1. Tổng quan một số giải pháp gia cường địa kỹ thuật với đê biển............. 13
1.3.2. Các giải pháp nâng cao ổn định đê trên thế giới...................................... 17
1.4. Vấn đề ứng dụng vật liệu đất có cốt để xây dựng đê biển ở Việt Nam và các
nước trên thế giới................................................................................................... 19
1.4.1. Ứng dụng vật liệu đất có cốt trong xây dựng dê biển ở Việt nam........... 20

1.4.2. Ứng dụng vật liệu đất có cốt trong xây dựng đê biển ở một số nước trên
thế giới ............................................................................................................... 24
1.5. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 28
CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... ...29
2.1. Các đặc tính của vật liệu đất có cốt .................................................................... 29
2.1.1. Độ bền kéo của vải địa kỹ thuật............................................................... 29
2.1.2. Độ bền chọc thủng của vải địa kỹ thuật................................................... 30


2.1.3. Độ bền lâu dài của vải địa kỹ thuật ......................................................... 30
2.2. Ngun tắc tính tốn cốt trong cơng trình đất.................................................... 33
2.2.1. Bài toán về lực neo lớn nhất và nguyên tắc bố trí cốt ............................. 33
2.2.2. Xác định lực kéo neo Tk .......................................................................... 36
2.2.3. Nguyên tắc bố trí cốt vải địa kỹ thuật ..................................................... 38
2.3. Cơ chế phá hoại khối đắp có cốt trên nền đất .................................................... 40
2.3.1. Sự ổn định mái dốc cơng trình khi có cốt ................................................ 40
2.3.2. Cơ chế phá hoại của khối đắp có cốt trên nền đất ................................... 47
2.3.3. Những ngun tắc tính tốn cơng trình đất có cốt trên nền đất ............... 48
2.4. Các phương pháp tính ổn định khối đắp có cốt ................................................. 49
2.4.1. Các phương pháp phân tích ổn định mái dốc thường dùng khi chưa có cốt49
2.4.2. Các phương pháp tính tốn ổn định mái dốc khi có cốt .......................... 56
2.4.3. Những quy định do BS8006:1995 đề xuất ............................................. 66
2.5. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 76
CHƯƠNG 3.MƠ HÌNH HỐ CÁC TRƯỜNG HỢP ỨNG DỤNG..................... 77
3.1. Phân tích các trường hợp tính tốn ................................................................... 77
3.1.1. Mục đích nghiên cứu ............................................................................... 77
3.1.2. Mặt cắt nghiên cứu .................................................................................. 77
3.1.3. Trường hợp tính ổn định .......................................................................... 77
3.1.4. Đặc trưng đất .......................................................................................... 78
3.1.5. Đặc trưng cốt gia cường ......................................................................... 79

3.1.6. Bài toán nghiên cứu ................................................................................ 81
3.2. Giới thiệu phần mềm tính tốn-ReSSA (3.0) .................................................... 81
3.3. Tính tốn thiết kế-mơ phỏng bài tốn bằng phần mềm ReSSA ......................... 84
3.4. Phân tích kết quả tính tốn - Liên hệ với tiêu chuẩn Anh BS-8006-1995 ........ 89
3.4.1. Kết quả tính tốn ...................................................................................... 89
3.4.2. Phân tích kết quả tính toán....................................................................... 95
3.5. Kết luận chương 3 ........................................................................................... 106


CHƯƠNG 4.ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỚI ĐÊ BIỂN TÂY CÀ
MAU...................................................................................................................... 107
4.1. Giới thiệu cơng trình đê biển Tây Cà Mau ...................................................... 107
4.1.1. Vị trí địa lý, điều kiện địa hình, địa mạo ............................................... 107
4.1.2. Thơng số địa chất đất nền ...................................................................... 108
4.1.3. Đặc trưng đất đắp................................................................................... 109
4.1.4. Thông số cơng trình. .............................................................................. 109
4.2. Các trường hợp tính tốn.................................................................................. 110
4.2.1. Mặt cắt tính tốn .................................................................................... 110
4.2.2. Các chỉ tiêu tính tốn ............................................................................. 110
4.2.3. Trường hợp tính tốn ............................................................................. 110
4.2.4. Phương pháp tính tốn ........................................................................... 110
4.3. Kết quả tính tốn .............................................................................................. 111
4.3.1. Kết quả tính theo tra đồ thị .................................................................... 111
4.3.2. Tính kiểm tra bằng phần mềm ReSSA 3.0 ............................................ 111
4.3.3. Đánh giá kết quả nghiên cứu ................................................................. 112
4.4. Đề xuất giải pháp xử lý đê biển Tây Cà Mau .................................................. 112
4.4.1. Xác định bước cốt tối ưu ứng với đất đắp có sẵn .................................. 113
4.4.2. Lựa chọn loại đất đắp phù hợp và bước cốt hợp lý ............................... 114
4.5. Kết luận chương 4 ............................................................................................ 118
CÁC KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ .......................................................................... 119

1. Các kết quả đạt được của luận văn..................................................................... .119
2. Một số vấn đề tồn tại ........................................................................................... 119
3. Kiến nghị ............................................................................................................. 120


DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Bảng 1.1. Những biên liên quan đến kết cấu địa kỹ thuật (theo Pilarczyk)[21] ......10
Bảng 2.1. Tính chất của vải địa kỹ thuật ...................................................................32
Bảng 2.2. Trị số góc θ để xác định mặt trượt khả dĩ trong các trường hợp góc mái
dốc .............................................................................................................................36
Bảng 2.3. Xác định trị số KK với các trường hợp góc dốc ........................................37
Bảng 2.4. Các hệ số riêng phần dùng trong thiết kế mái dốc ...................................72
Bảng 3.1: Các chỉ tiêu cơ lý đất dùng trong tính tốn...............................................78
Bảng 3.2. Các chỉ tiêu cường độ cốt dùng trong tính tốn........................................79
Bảng 3.3. Các cao trình đặt và chiều dài cốt dùng trong tính tốn ...........................80
Bảng 3.4. Thơng số của đất nền, đất đắp và bước cốt trong bài tốn 1 ....................81
Bảng 4.1: Bảng tóm tắt các chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất ..............................108
Bảng 4.2. Các thông số đất đắp ...............................................................................109
Bảng 4.3. Các thông số địa kỹ thuật .......................................................................109


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Kiểm tra ổn định cung trượt khi đắp phản áp ........................................... 14
Hình 1.2. Kỹ thuật xử lý nền đất bằng cọc cây ......................................................... 16
Hình 1.3. Sơ đồ đặt vải địa kỹ thuật trong thân đê với chức năng làm cốt chịu kéo 20
Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo thân đê với vải địa kỹ thuật làm bao bì và làm cốt chịu kéo21
Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo đê biển dùng vải địa kỹ thuật làm chức năng hỗn hợp ....... 21
Hình 1.6.Sơ đồ cấu tạo thân đê đắp bằng cát tại chỗ có vỏ bọc bằng vải địa kỹ thuật22
Hình 1.7: Túi địa kỹ thuật dạng đơn và xếp chồng. .................................................. 24
Hình 1.8. Gia cố túi vữa ............................................................................................ 25

Hình 1.9. Đệm chứa cát chống xói mịn mái đê ........................................................ 26
Hình 1.10. Một số ví dụ về dạng của đệm vữa ......................................................... 27
Hình 1.11. Giao diện chương trình GeoCoPS........................................................... 28
Hình 2.1. Sơ đồ xác định vị trí mặt trượt khả dĩ ....................................................... 34
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên khối trượt ABC theo mô hình tính tốn hệ thống
neo ............................................................................................................................. 34
Hình 2.3. Sơ đồ xác định lực kéo neo Tkéo ................................................................ 37
Hình 2.4. Cơ chế gia cường tường và mái dốc bằng cốt ........................................... 39
Hình 2.5. Tác dụng của cốt đối với đất ..................................................................... 41
Hình 2.6. Mái đắp có cốt trên nền đất yếu ................................................................ 43
Hình 2.7. Cơ chế phá hoại khối đất đắp và mái có cốt trên nền đất mềm yếu .......... 47
Hình 2.8. Mái đất rời khơ đồng nhất ......................................................................... 49
Hình 2.9. Sơ đồ xác định cung trượt theo phương pháp vịng trịn ma sát ............... 50
Hình 2.10. Sơ đồ tính tốn theo phương pháp W.Fellenius ...................................... 53
Hình 2.11. Sơ đồ tính theo phương pháp W.Bishop đơn giản .................................. 55
Hình 2.12. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định ngồi.................................. 57
Hình 2.13. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định nội bộ ................................ 57
Hình 2.14. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định hỗn hợp ............................. 58
Hình 2.15. Phương pháp phân mảnh với mặt trượt trịn tính ổn định mái đất có cốt 59


Hình 2.16. Phương pháp phân mảnh với mặt trượt trịn của Bishop ........................ 63
Hình 2.17. Sơ đồ tính tốn khoảng cách thẳng đứng giữa các lớp cốt ..................... 67
Hình 2.18. Sơ đồ tính tốn kiểm tra đứt cốt .............................................................. 74
Hình 2.19. Sơ đồ tính tốn kiểm tra tụt cốt ............................................................... 75
Hình 3.1. Giao diện phần mềm ReSSA (3.0) ............................................................ 82
Hình 3.2. Menu chính của phần mềm ReSSA (3.0).................................................. 82
Hình 3.3. Giao diện nhập dữ liệu các lớp đất............................................................ 83
Hình 3.4. Giao diện nhập thơng số của cốt ............................................................... 83
Hình 3.5. Giao diện lựa chọn bán kính tính ổn định mái .......................................... 84

Hình 3.6. Mặt cắt hình học tuyến đê ......................................................................... 84
Hình 3.7. Gán tải trọng ngồi trên mái đê ................................................................. 85
Hình 3.8. Định nghĩa cốt và bước cốt 0,3 m. ............................................................ 85
Hình 3.9. Nhập chiều dài cốt khi bước cốt là 0,3m .................................................. 86
Hình 3.10. Tính tốn kết quả khi bước cốt 0,3 m. .................................................... 86
Hình 3.11. Nhập chiều dài cốt khi bước cốt là 0,6m ................................................ 87
Hình 3.12. Nhập chiều dài cốt khi bước cốt là 0,9m ................................................ 87
Hình 3.13. Nhập chiều dài cốt khi bước cốt là 1,2m. ............................................... 88
Hình 3.14. Tính tốn kết quả khi bước cốt 1,2m. ..................................................... 88
Hình 3.15. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,3m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 0kN/m2. ............ 90
Hình 3.16. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,3m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 5kN/m2. ............ 91
Hình 3.17. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,3m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 10kN/m2. .......... 91
Hình 3.18. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,6m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 0kN/m2. ............ 91
Hình 3.19. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,6m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 5kN/m2. ............ 92
Hình 3.20. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,6m, γđắp = 15kN/m3, Cđắp = 10kN/m2. .......... 92
Hình 3.21. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,9m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 0kN/m2. ............ 93
Hình 3.22. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,9m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 5kN/m2. ............ 93
Hình 3.23. Đường đẳng Fs khi Sv = 0,9m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 10kN/m2. .......... 93
Hình 3.24. Đường đẳng Fs khi Sv = 1,2m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 0kN/m2. ............ 94
Hình 3.25. Đường đẳng Fs khi Sv = 1,2m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 5kN/m2. ............ 94


Hình 3.26. Đường đẳng Fs khi Sv = 1,2m, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 10kN/m2. .......... 94
Hình 3.27. Đường đẳng Fs =1,2 γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 0kN/m2............................. 97
Hình 3.28. Đường đẳng Fs =1,2 γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 5kN/m2............................. 98
Hình 3.29. Đường đẳng Fs =1,2, γđắp = 15kN/m3 , Cđắp = 10kN/m2.......................... 99
Hình 3.30. Đường đẳng Fs =1,2, γđắp = 17kN/m3 , Cđắp = 0kN/m2.......................... 100
Hình 3.31. Đường đẳng Fs =1,2, γđắp = 17kN/m3 , Cđắp = 5kN/m2.......................... 101
Hình 3.32. Đường đẳng Fs =1,2, γđắp = 17kN/m3 , Cđắp = 10kN/m2........................ 102
Hình 3.33. Đường đẳng Fs=1,2, γđắp = 19kN/m3 , Cđắp = 0kN/m2........................... 103

Hình 3.34. Đường đẳng Fs=1,2, γđắp = 19kN/m3 , Cđắp = 5kN/m2........................... 104
Hình 3.35. Đường đẳng Fs=1,2, γđắp = 19kN/m3 , Cđắp = 10kN/m2......................... 105
Hình 4.1. Vị trí tuyến đê Tây đoạn từ Hương Mai đến Tiểu Dừa........................... 107
Hình 4.2. Mặt cắt điển hình đê biển Tây Cà Mau ................................................... 110
Hình 4.3. Xác định hệ số ổn định tổng thể cho đê biển Tây Cà Mau ..................... 111
Hình 4.4. Kết quả tính tốn kiểm tra theo phần mềm ReSSA. ............................... 112
Hình 4.5. Xác định loại đất đắp và bước cốt. .......................................................... 113
Hình 4.6. Xác định loại đất và bước cốt.................................................................. 116
Hình 4.7. Xác định loại đất và bước cốt.................................................................. 117


BẢNG CÁC KÝ HIỆU
q

: Tải trọng phân bố bề mặt

K

: Hệ số an toàn ổn định tổng thể

Fs

: Hệ số an toàn ổn định tổng thể

[K]

: Hệ số an toàn ổn định cho phép

Hgh

: Chiều cao đắp giới hạn

[Hgh] : Chiều cao đắp giới hạn cho phép
γ

: Trọng lượng riêng của đất

γnền

: Trọng lượng riêng của đất nền

γđắp

:Trọng lượng riêng của đất đắp

C

:Lực dính đơn vị

Cnền

: Lực dính đơn vị của đất nền

Cđắp

: Lực dính đơn vị của đất đắp

ϕ

: Góc ma sát trong

ϕnền

: Góc ma sát trong của đất nền

ϕđắp

: Góc ma sát trong của đất đắp

s

: Lực kéo đơn vị của vải địa kỹ thuật

F

: Tổng lực kéo

B

: Chiều rộng mẫu kéo

T, Ti : Lực kéo trong cốt, lực kéo trong cốt thứ i
θ

: Góc nghiêng của mặt trượt khả dĩ với phương ngang

β

: Góc nghiêng của mái dốc với phương ngang

Tmax

: Lực neo lớn nhất

G

: Trọng lượng khối trượt

R

: Phản lực từ nền lên khối trượt

Tk

: Lực kéo neo


Ta

: Cường độ chịu kéo tính tốn của cốt

K, Kk : Những hệ số
σkéo

: Cường độ kéo (lớn nhất) tại độ sâu đặt cốt z

Kđứt

: Hệ số an toàn về đứt vải

h

: Khoảng cách giữa các lớp cốt

hmax

: Khoảng cách lớn nhất giữa các lớp cốt

lneo

: Chiều dài neo

La

: Chiều dài cốt nằm trong vùng khối trượt

Le

: Chiều dài neo trong vũng giữ là

Ktụt

: Hệ số an toàn kéo tụt neo

ϕv

:

δh

: Biến dạng theo phương ngang

Góc ma sát giữa đất và vải

σ1, σ3 : Ứng suất chính lớn nhât, nhỏ nhất
Tu

:

Độ bền kéo cực hạn của cốt

fm

:

Hệ số vật liệu riêng phần cho cốt

TD

: Độ bền kéo (cường độ chịu kéo) thiết kế

Mgt

: Mô men gây trượt

Mgl

: Mô men giữ

R

: Bán kính cung trượt

W

: Trọng lượng thỏi trượt

N

: Lực pháp đáy thỏi trượt


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Để bảo vệ khu vực ven biển, đến nay rất nhiều các công trình đã được xây
dựng, đặc biệt là đê biển. Đê biển được ghi nhận là cơng trình hữu hiệu nhất ngăn
triều và chống sóng, bảo vệ vùng đất thấp. Trong điều kiện thực tế hiện nay, khi mà
nguy cơ về sự dâng cao mực nước biển và xói lở bờ biển đang là vấn đề thời sự
nóng bỏng (O’Connel, 2002 và Vallega, 1999), các nghiên cứu về ổn định lâu dài
của hệ thống đê biển nhằm giảm thiểu thiệt hại do các hiện tượng trên gây ra luôn
thu hút được rất nhiều sự quan tâm.
Đất nước ta có tổng chiều dài bờ biển vào khoảng 3.350km, với tổng chiều dài
hơn 2000 km, đê biển ở nước ta hiện đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mùa
màng, tài sản và hơn hết là tính mạng con người. Thực tế, những cơng trình chắn
giữ nước, đê biển chủ yếu được xây dựng theo phương pháp truyền thống và thủ
công sử dụng đất tại chỗ nên mức độ ổn định thấp và mức độ ổn định theo thời gian
là ngắn. Mặt khác, nền đê yếu và chưa được xử lý nên đê thường xẩy ra sự sụt lún
lớn, lún theo thời gian. Điều này dẫn sau một thời gian sử dụng nhiều đoạn đê phải
tu bổ, nâng cấp thậm chí phải xây dựng lại, gây tổn thất về kinh tế lớn.

Hiện nay đã có nhiều cơng trình nghiên cứu và đánh giá sự ổn định của một số
dạng kết cấu khác nhau, tuy nhiên, dạng kết cấu vẫn được đánh giá là giá thành rẻ
và tối ưu dùng cho đê biển là kết cấu đất có cốt. Những cơng trình đất có cốt vừa có
đột ổn định cao, có khả năng chịu được độ lún lớn của nền đất yếu vừa có thể tận
dụng sử dụng những loại đất đắp là đất yếu được lấy tại chỗ khu vực xây dựng. Cốt
trong đất vừa có tác dụng gia cường cho khối đắp, vừa có tác dụng xử lý nền với
những lớp cốt đặt sát nền. Do những nguyên nhân như vậy, hiện nay kết cấu đất có
cốt được sử dụng tương đối rộng rãi ở nước ta.
Vì vậy, hiện nay rất cần thiết để có một sự hệ thống cơ sở lý thuyết, chuẩn hóa
quy trình tính tốn thiết kế về vật liệu đất có cốt, đặc biệt trong thiết kế đê biển và
những vấn đề liên quan. Đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng cốt địa kỹ
thuật gia cường ổn định cho đê biển bằng vật liệu đất đắp được xây dựng trên nền


2
đất yếu cho là một công nghệ phù hợp với điều kiện của Việt Nam nên sẽ rất cần
thiết cho các nhà quản lý và cán bộ kỹ thuật thuỷ lợi, có thể tiếp tục nghiên cứu phát
triển cho nhiều vùng hoặc ứng dụng gia cường cho đê sông, đập khác.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Hệ thống hóa cơ sở lý luận về vấn đề đất có cốt và nghiên cứu phân tích cơ
chế làm việc của kết cấu đất có cốt, liên hệ với tiêu chuẩn Anh BS-8006-1995.
- Phân tích các điều kiện biên địa kỹ thuật trong tính tốn và thiết kế đê biển.
- Sử dụng phần mềm ReSSA (3.0) và liên hệ với tiêu chuẩn BS 8006:1995 để
từ đó có những kiến nghị có tính hữu ích cho những kỹ sư tư vấn khi phải phân tích
bài tốn ổn định cơng trình đắp bằng cốt địa kỹ thuật.
- Lập những đồ thị tổng quát giúp cho những kỹ sư tư vấn cũng như những nhà
quản lý có thể lựa chọn tương đối chính xác về loại đất đắp và bố trí cốt.
- Kiểm tra kết quả đạt được và xét tính ứng dụng trong thực tế.
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu tổng quan về vật liệu đất có cốt; các loại cốt và ứng dụng

- Cơ sở lý thuyết khi tính tốn khối đắp có cốt và khơng có cốt
- Ứng dụng phần mềm ReSSA(3.0) để tính tốn cho cơng trình có tính chất
điển hình có liên hệ với tiêu chuẩn Anh BS-8006-1995, tiêu chuẩn thực hành
về vật liệu đất có cốt dung trong xây dựng.
- Ứng dụng kết quả tính tốn được tính tốn cho đê biển Tây Cà Mau và kiểm
tra tính ứng dụng của kết quả.
- Các kết luận, kiến nghị.
4. Các phương pháp nghiên cứu.
- Thống kê tài liệu: Thu thập và tổng hợp các tài liệu đã có về vật liệu đất có
cốt, các ứng dụng tại Việt Nam và trên thế giới.
- Mô phỏng bằng mơ hình tốn.
- Tổng hợp đánh giá kết quả nghiên cứu và các ứng dụng.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG
ĐỊA KỸ THUẬT CHO ĐÊ BIỂN
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Tổng quan
Việt Nam có đường bờ biển chạy dọc chiều dài đất nước từ Bắc đến Nam.
Những nguồn lợi mà biển mang lại cho đất nước và con người là vô cùng to lớn.
Nhưng bên cạnh những nguồn lợi thu được từ biển thì con người nơi đây ln phải
đối mặt với những mối đe dọa tiềm ẩn cũng do biển mang đến.
Đê biển là cơng trình ven biển làm nhiệm vụ bảo vệ các khu dân cư, các vùng
đất canh tác nhằm tránh cho những khu vực này bị ảnh hưởng bởi các tác động của
nước biển khi có bão hoặc triều cường. Khi nước biển tràn vào trong đồng sẽ gây
thiệt hại về tính mạng, tài sản của nhân dân, làm nhiễm mặn hệ thống đất canh tác,
phá huỷ làng mạc và hoa màu. Vì vậy trong mọi trường hợp, vấn đề đảm bảo an
tồn đê biển nói riêng và hệ thống đê nói chung là đảm bảo an tồn về dân sinh,

kinh tế, an ninh quốc phòng.
Với đường bờ biển dài 3260 Km trải dài qua 26 tỉnh ven biển từ Quảng Ninh
đến Kiên Giang , Việt Nam mới có khoảng hơn 1500Km đê biển. Theo cách làm
truyền thống, đê miền Bắc và miền Trung thường được đắp dần bằng thủ công, đê
miền Nam thường được đắp bằng xáng cạp; đê được đắp dần theo từng năm tùy
theo sức chịu tải tăng dần của nền và của đất đắp và việc đắp đê là trực tiếp trên nền
đất yếu mà không qua xử lý nên đã xảy ra nhiều trường hợp đê bị hư hỏng do bão
hoặc thậm chí khi sóng lớn kết hợp thủy triều. Như trong các cơn bão số 7 năm
2005, đê biển trên các tỉnh Hải Phịng, Nam Định, Thanh Hóa đã bị hư hại, đặc biệt
là Nam Định khi 19Km trên tổng số 91Km đê bị hư hại.
Các nước phát triển đã có nhiều đầu tư và nghiên cứu về mặt khoa học, công
nghệ để đảm bảo sự an tồn , thậm chí là tuyệt đối, cho đê biển. Các giải pháp gia
cường, bảo vệ đê biển trước kia có thể được bóc bỏ, thay mới bằng giải pháp cơng
nghệ an tồn hơn. Việt Nam cũng đã áp dụng nhiều biện pháp gia cường, gia cố để
biển, tạo ra những chuyển biến tích cực trong vấn đề này, nhưng xét thực tế chưa


4
thực sự đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của đê biển hiện tại. Các phần tổng quan về
gia cường đê biển trên thế giới và của Việt Nam được trình bày sau đây cho tồn
cảnh về cải tiến cơng nghệ cũng như những tồn tại về kỹ thuật. Từ đó sẽ phân tích,
đánh giá rút ra được đề xuất khoa học cơng nghệ sao cho có tính sáng tạo, tăng
thêm mức độ an toàn, kinh tế.
1.1.2. Hiện trạng đê biển Việt Nam
1.1.2.1. Đê miền Bắc
Khu vực ven biển miền Bắc có dân cư tập trung đơng và có nhiều trung tâm
kinh tế quan trọng, thêm vào đó, vùng khu vực này lại có địa hình là thấp trũng, vì
vậy các tuyến đê đã được hình thành từ khá sớm. Tổng chiều dài các tuyến đê biển
và đê cửa sông hiện nay khoảng 750Km, trong đó có khoảng 490Km đê trực diện
với biển [5].

a. Mặt cắt đê:
Mặt cắt đê có dạng phổ biến là hình thang, bề rộng mặt đê nhỏ, khoảng từ
3,0m ÷ 5,0m, nhiều đoạn đê có bề rộng còn nhỏ hơn 3,0m, như đê Bắc Cửa Lục và
Hoàng Tân – Quảng Ninh; các đê số 5, 6, 7 và 8 – Thái Bình; đê Cát Hải – Hải
Phịng. Mái phía biển có hệ số mái m từ 2 ÷4, mái phía đồng từ 1,5 ÷ 3. Cao trình
đỉnh đê vào khoảng +3,5 ÷ +5,5.
b. Địa chất và vật liệu đắp:
Đê thường nằm trên nền đất cát mịn pha đất thịt hoặc sét (loại đất phù sa bồi
cửa sơng), có sức chịu nén và cường độ chống cắt nhỏ, lượng ngậm nước lớn, dễ bị
tác động phá hoại của sóng biển và dịng ven; tính nén lún lớn và kéo dài, độ ổn
định là thấp. Đất đắp thân đê có các dạng:
-

Đất á sét, đất phù sa cửa sông, hàm lượng cát càng tăng khi tuyến đê càng xa
cửa sơng.

-

Một số tuyến đê được đắp hồn tồn bằng cát (như đê Hải Thịnh), bên ngoài
được bọc đất sét. Tuy nhiên cũng có một số tuyến đê khơng được bọc sét nên
thường xun bị hao mịn hư hỏng.
c. Tình trạng ổn định


5
Trong điều kiện khí tượng thủy văn bình thường (mực nước triều trung bình
đến cao, gió dưới cấp 7), mái đê chỉ xuất hiện hư hỏng cục bộ ở những đê được bảo
vệ, ít bị hư hỏng ở những đê được bảo vệ. Riêng đê vùng Hải Hậu – Nam Định, khi
gió Đơng Bắc cấp 6, 7 duy trì trong thời gian dài, kết hợp triều cường, đê có kè lát
mái bảo vệ vẫn bị hư hỏng nhiều.

Trong điều kiện khí tượng thủy văn khơng bình thường (mực nước triều trung
bình hoặc cao, gió cấp 8 trở lên), đê xuất hiện nhiều hư hỏng ngay cả ở những mái
đê được bảo vệ. Đê bị hư hỏng nặng sau những trận mưa bão, và phải mất một khối
lượng lớn nguyên vật liệu để khơi phục, đắp trả lại mái đê phía biển.
Như vậy: Đê biển miền bắc, ngay cả những đoạn đê được bảo vệ, hiện vẫn
chưa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật về ổn định vì cốt đất nền và thân đê chưa được
xử lý, là đất yếu, việc đê chỉ được bảo vệ phía ngồi là chưa đảm bảo. Đê được đắp
bằng đất cát đến cát pha, nhiều khu vực đắp bằng sét pha. Nền đê là cát mịn hoặc
sét yếu.
1.1.3.2. Đê miền Trung
Vùng ven biển miền Trung có diện tích nhỏ, hẹp lại trải dài, địa hình dốc và
bị chia cắt nhiều bởi các sông, kênh rạch, vì vậy các tuyến đê thường ngắn. Đây là
vùng có biên độ thủy triều thấp nhưng lại thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên
tai, lũ lụt (mưa lũ trong đồng tràn qua đê, tác động từ biển do gió, bão, sóng và nước
tràn). Tổng chiều dài đê hiện có khoảng 1980Km, trong đó đê trực diện với biển
khoảng 610Km.
a. Mặt cắt đê:
Phần lớn mặt cắt đê có dạng hình thang, cao trình thấp (thiếu từ 0,5m ÷ 1,0m so
với u cầu thiết kế). Chiều rộng mặt đê nhỏ, từ 1,5m ÷ 3,0m, hệ số mái m = 1,5 ÷ 3.
b. Địa chất và vật liệu đất đắp
Đất đắp chủ yếu là đất sét pha cát nhẹ, một số tuyến nằm sâu so với cửa sông,
ở ven các đầm phá, đất thân đê là đất sét pha cát (đê Tả Thanh và Mỹ Trung –
Quảng Bình, đê Vĩnh Thái – Quảng Trị). Nhiều tuyến đê ven biển có thân đê là đất
cát như ở các tuyến đê ở các huyện Quảng Xương, Tính Gia – Thanh Hóa, Diễn
Châu – Nghệ An, Kỳ Anh – Hà Tĩnh.


6
c. Tình trạng ổn định
Mặt cắt đê khá nhỏ, nhiều tuyến đê chưa được bảo vệ nên thường xuyên bị bào

mịn, xói lở hoặc sạt khi mưa lớn hoặc khi có sóng tràn qua. Nhiều tuyến đê bị đứt
đoạn do nước lũ tràn qua từ phía đồng ra phía biển. Các hư hỏng trên xảy ra nghiêm
trọng hơn khi thân đê được đắp bằng cát, cát pha.
Nhìn chung tình trạng ổn định của đê biển miền Trung là không cao, dễ bị ảnh
hưởng hoặc hư hại do các tác động của các điều kiện khí tượng thủy hải văn. Nhiều
tuyến đê phải đắp bù khi bị mưa lũ, hoặc sóng tràn qua, thậm chí một số tuyến phải
đắp đi đắp lại nhiều lần.
1.1.3.3. Đê miền Nam
Tuyến đê ven biển miền Nam ban đầu được hình thành ở dạng bờ bao, để
bảo vệ các khu dân cư, khu sản xuất để chống ngập mặn, triều cường hoặc lũ nhỏ,
sau đó qua nhiều lần đắp bù hình thành đê. Tổng chiều dài đê vùng ven biển khoảng
590km, trong đó đê trực diện với biển khoảng 470km.
a. Mặt cắt đê
Đê biển miền Nam có sự khác nhau lớn về chiều cao và bề rộng mặt. Có
tuyến đê chỉ cao trên 1,0m, nhưng có những tuyến đê cao từ 4,5m đến 5,0m. Mặt đê
có tuyến chỉ rộng 1,5m ÷ 2,0m, nhưng có những tuyến đê với bề rộng mặt
8,0m÷10,0m. Về tổng quan, cao độ đê biển bên phía biển Đơng cao hơn cao độ đê
biển phía biển Tây. Mái dốc đê biển có hệ số mái phổ biến từ 2,0 đến 2,5, chỉ có
tuyến đê quan trọng như đê Gị Cơng và đê Vũng Tàu mới có mái dốc bằng 3,0.
b. Địa chất và đất đắp đê
Đất đắp đê hồn tồn theo tính chất đất từng vùng, song chủ yếu là đất bồi
tích có hàm lượng hạt mịn cao, bao gồm đất thịt nhẹ, thịt nặng, cát pha, cát, sét, sét
pha cát, sét pha bùn, đất bùn nhão, ...
Nhiều tuyến đê nằm trên nền cát có thành phần bùn trên 50% nên rất khó
khăn cho việc đắp đê, đặc biệt là những đê cao.


7
c. Tình trạng ổn định
Đối với vùng bờ biển ổn định hoặc vùng bờ bồi, các hư hỏng đê thường là sạt

lở nhỏ ở mái đê phía biển do sóng, vì những đoạn đê này khơng có cây chắn sóng
(đê Cà Mau). Ở những đoạn đê có nền yếu (nền bùn sét), hiện tượng hư hỏng đê xảy
ra nhiều hơn, các dạng hư hỏng có: sụt lún, nứt, trượt, lún trồi, xói ngầm cơ học
thân và nền đê,... Từ đây ta có thể thấy, nguyên nhân làm hư hỏng đê biển miền
Nam chủ yếu là do yếu tố địa chất, khi đât đắp và nền đê đều là đất yếu.
Như vậy tình hình chung đê biển Việt Nam đa phần có tính ổn định chưa
cao, dễ bị hư hỏng. Đất đắp đê và đất nền có thành phần và tính chất cơ lý thay đổi
khá nhiều vì hầu hết vật liệu đắp đê là những vật liệu tại chỗ.
1.2. Các điều kiện biên địa kỹ thuật trong tính tốn thiết kế đê biển
Điều kiện địa kỹ thuật là những hạng mục địa kỹ thuật như là mặt cắt địa chất,
các chỉ tiêu cơ – lý của các lớp đất nền hoặc đất đắp. Điều kiện biên địa kỹ thuật
được hiểu là những thành phần ở các ngành khác mà rất cần cho phân tích và thiết
kế địa kỹ thuật (thiết kế các vấn đề liên quan đến nền móng và những cơng trình
đất). Mặc dù thiết kế nền móng hoặc cơng trình đất là thuần túy về địa kỹ thuật
nhưng người thiết kế không những cần am hiểu về địa kỹ thuật mà cịn phải có sự
hiểu biết về một số ngành liên quan, tùy thuộc lĩnh vực đang xem xét, là những biên
địa kỹ thuật. Trong phần này, ta sẽ giới hạn nói về những vấn đề địa kỹ thuật và các
điều kiện biên địa kỹ thuật trong phạm vi khi tính tốn thiết kế cho đê biển [21]
1.2.1. Những tác động và ảnh hưởng đối với cơng trình chắn giữ nước
Tùy thuộc vào chức năng mà những công trình ven bờ phải chịu những tổ hợp
tác động bao gồm sóng, dịng chảy, sự chênh lệch mực nước, địa chấn và một số tải
trọng đặc biệt khác (như lực va chạm tàu thuyền hoặc băng). Những tác động này,
bao gồm cả trọng lượng bản thân của cơng trình, sẽ được truyền vào lớp đất bên
dưới cơng trình, tuy ln cần phải đảm bảo được hai điều kiện:
-

Biến dạng của kết cấu là chấp nhận được.

-

Khả năng mất ổn định là nhỏ.


8
Các tác động được truyền vào kết cấu và những lớp đất bên dưới sẽ gây ra sự
thay đổi về ứng suất trong kết cấu đó và cả những lớp đất bên dưới (thay đổi cả theo
thời gian). Điều này dẫn đến hậu quả là những kết cấu bờ và ven biển sẽ bị dịch
chuyển đứng hoặc ngang, hoặc thậm chí là mất ổn định. Sự biến dạng của nền và
của kết cấu không chỉ phụ thuộc vào những tác động bên ngồi, mà cịn phụ thuộc
vào các đặc trưng hình học (hệ số mái đê), trọng lượng của kết cấu, tính thấm, độ
cứng của cơng trình (khả năng chịu lún và chênh lệch lún của cơng trình) cũng như
khả năng chống cắt của kết cấu và lớp đất nền bên dưới.
Thực tế, hiệu quả của một cơng trình ven bờ, ven biển nói riêng, hoặc cơng
trình nói chung, phụ thuộc rất nhiều vào sự tương tác giữa kết cấu bên trên và đất
nền bên dưới. Sự tương tác này bao gồm cả vấn đề truyền tải, sức chịu tải của nền,
độ biến dạng (sự lún và dịch chuyển) của nền và khả năng chịu lún của kết cấu bên
trên. Do đó, cần có một sự hiểu biết sâu sắc về những đặc tính địa kỹ thuật và vật
liệu xây dựng của đất nền và thậm chí cả những đặc tính của kết cấu.
Trong phần này sẽ nêu ra những khía cạnh địa kỹ thuật cơ bản có liên quan
đến chức năng chắn giữ nước của cơng trình. Tiếp sau đó là một vài tính chất cơ
học đất cơ bản cũng về địa kỹ thuật được trình bày để nêu lên những khía cạnh quan
trọng của địa kỹ thuật mà cần được quan tâm.
1.2.2. Những khía cạnh địa kỹ thuật liên quan đến chức năng chắn giữ nước
Chức năng chủ yếu của kết cấu chắn giữ nước, ví dụ như đê, là để bảo vệ vùng
nội địa khỏi những trận lũ. Chi tiết hơn chức năng chủ yếu của nó có thể được thể
hiện như theo hai yêu cầu của kết cấu đê. Yêu cầu thứ nhất là đê, kè phải đủ cao.
Cao trình đỉnh đê phải lớn hơn đỉnh cao nhất của mực nước, có kể đến ảnh hưởng
do gió và sóng. Yêu cầu thứ hai là phải ổn định. Sự ổn định tổng thể có nghĩa là con
đê bao gồm cả lớp đá bảo vệ và đất bên dưới phải chịu được tất cả những điều kiện
khắc nghiệt hàng ngày ở bên trong và bên ngoài khối đê. Thêm vào đó, thường

trong thực tế u cầu đê khơng thấm nước là điều quan trọng thứ ba. Yêu cầu này
đặc biệt quan trọng trong trường hợp đất nền đê có sự rị rỉ thấm nước.


9
Các yêu cầu về chiều cao và sự ổn định của đê là rất quan trọng. Với yêu cầu
về chiều cao đê, cần ln đảm bảo rằng cao trình đỉnh đê ln được giữ lớn hơn cao
trình tối thiểu cho phép. Điều này yêu cầu sự chính xác của phép tính độ lún cũng
như lún theo thời gian để việc thiết kế chiều cao có thể chọn được cao trình đỉnh để
đê khơng bao giờ bị thấp dưới cao trình không cho phép. Đặc biệt trong trường hợp
đất nền tồn tại lớp đất yếu như là sét hoặc bùn cẩn chú ý đến đánh giá chiều cao phụ
thêm của đê. Người quản lý đê cũng cần có sự hiểu biết về việc giám sát và quản lý
trong khi vận hành đê.
Với yêu cầu ổn định, để sự ổn định đê được đảm bảo trong quá trình làm việc,
cần phải xem xét tất cả các cơ chế phá hoại. Do đó, trong nhiều trường hợp, cần có
nhiều thơng số địa kỹ thuật phải được xác định hoặc đánh giá cho cả đất nền tự
nhiên và đất làm vật liệu xây dựng mà đê sẽ được làm mới hoặc đắp bù lên. Thông
thường, những vật liệu xây dựng là đất khai thác từ hồ, đầm lầy trong những vùng
gần kề nơi đê được xây dựng. Ngồi việc chú ý những thơng số cần đánh giá, cũng
cần chú ý rằng tính chất của vật liệu đất tự nhiên trên một phạm vi rộng là thay đổi,
nhiều khi là rất khác biệt. Do đó việc xác định những thông số ở hiện trường và
trong phịng thí nghiệm cần phải bao phủ tồn bộ những vùng không chắc chắn do
sự biến đổi nền đất tự nhiên. Điều này nghĩa là những vị trí khảo sát hiện trường và
những mẫu đất nguyên dạng cho thí nghiệm trong phòng phải chọn sao cho các
tầng, lớp và các loại đất sẽ được đánh giá đầy đủ.
Những điều kiện đất nền tự nhiên biểu thị một phần của các điều kiện địa kỹ
thuật. Cùng với đó là việc khảo sát những tính chất vật liệu xây dựng có thể được sử
dụng như vải địa, cát cho lõi đê, sét là vật liệu bao quanh, đá và đá cuội lớn là vật
liệu bảo vệ chân, vv... sẽ phụ thuộc vào việc đánh giá các điều kiện địa kỹ thuật.
Từ tất cả những phân tích trên, những điều kiện địa kỹ thuật và điều kiện biên

địa kỹ thuật được nêu ở bảng 1.1


10
Bảng 1.1. Những biên liên quan đến kết cấu địa kỹ thuật (theo Pilarczyk)[21]
Những điều

Sự ổn định và tiêu chuẩn cho

kiện

chuyển vị và độ lún

Khí hậu

Nhiệt độ, nắng, gió và hướng gió, bão

Những yêu cầu cơ bản
Những điều kiện thời tiết

và nước mưa
Thủy lực

Thủy triều, mực nước, dòng chảy,

Điều kiện biên tải trọng

thành lập bão, sóng (bão), vùng cửa ra
của sông
Thủy văn

Chế độ nước ngầm, lượng mưa

Điều kiện biên

Động học

Động đất

Điều kiện biên tải trọng

Những mối

Sự va chạm tầu thuyền, sự phá hoại

Điều kiện biên đặc biệt (tải

đe dọa đặc

công trình

trọng)

Thiết kế và

Chức năng của kết cấu, vị trí, loại kết

Những điều kiện xây dựng

xây dựng

cấu, hình học, mức độ ổn định, vật

biệt

liệu, phương pháp xây dựng
Vận hành và

Những điều kiện vận hành

bảo trì
Mơi trường
Những u

Những cơng trình đã xây dựng, vv…

Những giới hạn về hình

cầu hình học

học

Thời gian và

Giới hạn về ngân sách và

ngân sách

thời gian

Địa chất

Lịch sử của đất, sự phân tầng, gia tải

Những điều kiện của đất

trước

(trước khi xây dựng)

Những điều

Những lớp đất, thu thập những tài liệu

Những điều kiện đất hiện

kiện địa kỹ

đất, điều kiện đất nền và những thông

tại

thuật

số của đất

Ứng xử địa

Sự ổn định (bên trong và bên ngoài) ,

Những hiểu biêt, kinh

kỹ thuật

độ lún, ống thấm

nghiệm và sự chun mơn
hóa về cơ học đất


11
Rõ ràng là những kỹ sư địa kỹ thuật không thể phân tích và thiết kế khi chỉ có
hiểu biết riêng trong lĩnh vực của mình do có chun ngành và lĩnh vực khác ảnh
hưởng lên công việc của họ. Khơng chỉ khi bắt đầu phân tích móng cơng trình, mà
cịn thường tiếp tục trong suốt cơng việc sau này. Điều đó có nghĩa là một bản thiết
kế phải được phù hợp và trong mọi trường hợp khác nhau phải được đánh giá. Với
tất cả những cấu trúc, thiết kế phát triển trong một quá trình nhất định từ tạm thời
thiết kế thô cho một vài phương án với một vài lựa chọn cho vị trí cho đến thiết kế
chi tiết cuối cùng cho kết cấu được chọn ở vị trí được chọn.
1.2.3. Cơ chế phá hoại của đê biển
Theo quan điểm địa kỹ thuật, cơ chế phá hoại có thể liên quan chung đến trạng
thái giới hạn địa kỹ thuật. Hai trạng thái giới hạn rất quan trọng trong địa kỹ thuật,
trạng thái tới hạn tương ứng với sự phá hoại và trạng thái giới hạn sử dụng liên quan
đến sự biến dạng lớn nhất cho phép của đất hoặc dịch chuyển của cao trình nền
hoặc kết cấu.
Liên quan đến địa kỹ thuật, hai loại cơ chế phá hoại liên quan đến đê hoặc
những loại kết cấu chắn giữ có thể được chia ra là: cơ chế vi mơ và cơ chế vĩ mô.
1.2.3.1. Cơ chế vi mô (micro-mechanisms)
Những cơ chế phá hoại vi mô quan trọng nhất là:
-

Sự xói ngầm: một loại của sự lọc chuyển ở bên trong khi các hạt đất của

những lớp nền bị lôi lên lớp đất bên trên có kích thước hạt thơ hơn.
-

Sự xói ngầm trong lớp: loại xói ngầm cơ học khi những hạt mịn hơn của một

lớp đất nào đó bị rửa trôi ra khỏi lỗ rỗng của những hạt lớn hơn trong cùng lớp đó.
-

Các hạt đất biến mất khỏi mái dốc do nước ngầm thoát ra theo hướng vng

góc với mái dốc.
-

Ống dẫn: một loại của xói ngầm trong khi các hạt đất bị chuyển đi do một

dòng chẩy ngầm mạnh như một loại ống. Ống dẫn có thể xảy ra dưới lõi đê trong
một lớp đất không dính nằm dưới một lớp khơng thể thấm khi cường độ của dòng
chảy ngầm là vượt quá một mức độ nhất định nào đó.


12
Việc mô tả những trạng thái phá hoại liên quan đến cơ chế phá hoại vi mô về
nguyên tắc dựa trên ứng xử hạt đất và tương tác hạt - nước lỗ rỗng. Kích thước hạt,
hình dạng hạt, trọng lượng hạt, lực ma sát hạt và thể tích và lực cản, lực đẩy nổi liên
quan đến dòng chảy ngầm, tất cả cùng ảnh hưởng đến những cơ chế vi mô. Trong
thiết kế, để đánh giá sự phá họa vi mô này, người thiết kế phân tích theo lối kinh
nghiệm, ví dụ như đặt ra những trị số giới hạn về cường độ dịng thấm trong thân đê

và ở vị trí thốt ra để xét đê có bị xói ngầm, xói ngầm bên trong hay hình thành ống
dẫn hay khơng.
1.2.3.2. Cơ chế phá hoại vĩ mô
Những cơ chế phá hoại vĩ mô quan trọng nhất bao gồm:
-

Sự mất ổn định mái dốc.

-

Sự phá hoại do sóng, gây ra sự phá hoại cục bộ của đê. Sự phá hoại cục bộ

này là có thể xảy ra đột ngột do sóng đánh mạnh bất thường hoặc do sóng đánh từ
từ gây tải trọng lặp đi lặp lại , tuy là hơn sóng bất thường. Khi tải trọng lặp đi lặp
lăị, một lượng áp lực nước lỗ rỗng dư từ từ sinh ra trong đất cát xốp, mà sẽ làm
giảm sức kháng dẫn đến mất ổn định.
-

Sự nén ép là một dạng mất ổn định mà khi một khối đất lớn bị biến dạng

hoặc dịch chuyển theo phương đứng do sự biến dạng theo phương đứng rất lớn của
lớp đất yếu bên dưới do tải trọng ngoài tác dụng lên quá lớn.
-

Sự trượt thành dịng hoặc cát trượt do sự hóa lỏng có thể xẩy ra ở những lớp

cát yếu hoặc rất yếu. Cát có thể trở thành một loại nước nặng mà sẽ bị chuyển vị rất
lớn. Sự trượt này có thể gây ra bởi tải trọng tuần hồn, như sóng biển hoặc động đất,
hoặc có thể bị thoải dần ở mái dốc dưới mực nước do sự xói mịn. Việc đánh giá
khả năng hóa lỏng thì độ chặt và tính thấm của cát là rất quan trọng.

-

Lún là kết quả của sự cố kết hoặc từ biến mà trong thực tế thường dẫn đến sự

trục trặc của đê ( do vượt quá giới hạn phục vụ ) hơn là sự mất ổn định. Phụ thuộc
vào chiều dầy của lớp đất yếu bên dưới, tính chất về độ cứng, độ từ biến và tính
thấm của những lớp đó, lún có thể tiếp tục xảy ra trong nhiều năm sau khi hoàn
thành việc xây dựng đê.


13
Cơ chế phá hoại vĩ mơ có đặc điểm là biến dạng hoặc chuyển vị tương đối của
khối đất mà xảy ra từ từ đến đột ngột. Cơ chế này có thể được miêu tả rất tốt bằng
cách giả định đất là một khối liên tục hay là một chỉnh thể (mặc dù đất có những hạt
riêng).
Ngoại trừ những cơ chế mà do áp lực lỗ rỗng tăng do sự giảm thể tích của
khung cốt đất gây ra bởi ứng suất cắt là rất quan trọng, cho tắt cả những cơ chế vĩ
mơ tương ứng những mơ hình tính tốn thiết kế là được sử dụng. Điều này áp dụng
đặc biệt cho ổn định mái dốc ( phương pháp Bishop và Fellenius) và những vấn đề
liên quan đến độ lún ( phương pháp Terzaghi và koppejan) . Những thông số của đất
tại vị trí là cần cho những những tính tốn có thể thu được từ những thí nghiệm
trong phịng trên những mẫu không biến dạng.
1.3. Các giải pháp gia cường Địa kỹ thuật với đê biển
1.3.1. Tổng quan một số giải pháp gia cường địa kỹ thuật với đê biển
Thân đê là bộ phận chịu lực chính của đê biển nên cần phải được gia cố, gia
cường để chịu được những tác động lớn liên tục và trong thời gian dài. Hiện nay có
nhiều biện pháp gia cường cho đê có thể được liệt kê như sau: [5][6][11][18]
1.3.1.1. Thay đổi kích thước mặt cắt hình học của đê
Khi sức chịu tải của nền là nhỏ, không đủ đắp đê có chiều cao H theo u cầu
thì phải thay đổi mặt cắt hình học để đảm bảo lực phân bố lên mặt nền q< [qgh] ,

bằng cách tăng chiều rộng đỉnh đê, tăng hệ số mái ,... với mục đích tăng chiều rộng
đáy móng, từ đó làm tăng sức chịu tải của nền đê. Khi nghiên cứu giải pháp này,
nếu đã thay đổi kích thước hình học đến mức có thể mà q> [qgh] và Kmin < [K] thì
lúc đó chiều cao đê là vượt quá giới hạn khả năng chịu tải của nền, vùng biến dạng
dẻo đã phát triển rộng xuống nền đê, gây ra hiện tượng sụt lún giữa thân đê, trong
trường hợp này phải sử dụng giải pháp khác để thay thế.
1.3.1.2. Giải pháp lăng thể phản áp
Trường hợp đê có chiều dầy lớp đất yếu lớn, có thể dùng giải pháp lăng thể
phản áp ở một phía hoặc hai phía đê. Gỉai pháp này thường dùng khi dùng khi đắp


14
trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức ổn định chống trượt trồi cho nền đê cả
trong quá trình đắp và quá trình đưa vào khai thác lâu dài. Chiều rộng và chiều dầy
của lăng thể phản áp đê thơng qua tính tốn phân tích ổn định đê để xác định, thơng
thường được tính tốn theo phương pháp thử dần. Trình tự thiết kế là giả định kích
thước của lăng thể phản áp, tính tốn ổn định trượt theo phương pháp cung trượt trụ
trịn, sau đó thay đổi kích thước để thỏa mãn yêu cầu ổn định.
O1

O2

Bp

H E ; γ E; ϕ Ε ; c E

Hp

Hs ; γs; ϕs ; cs

a.
Hình 1.1. Kiểm tra ổn định cung trượt khi đắp phản áp
1.3.1.3. Giải pháp thay nền đất yếu
Giải pháp thay nền đất yếu bằng một lớp đệm cát cũng được gọi là phương
pháp thanh thải bùn yếu, tức dùng tàu hút bùn nạo vét toàn bộ lớp đất yếu trong
phạm vi nền móng đê, sau đó đổ cát đá vào để thay thế. Cơ sở phương pháp này là
khi chịu tác động của tải trọng ngoài, lớp đất nền gần bề mặt sẽ chịu tác động nhiều
nhất và gây ra sự nén lún nền đê, nên thay vào đó là lớp đất tốt hơn để giảm độ lún,
tăng sức chịu tải của nền đê. Phương pháp này thường có hiệu quả khi chiều dầy lớp
đệm thay thế nhỏ hơn 3m. Khi chiều dầy lớp đất yếu lớn, không thể thay thế tồn bộ
thì chỉ cần nạo vét nền đến một độ sâu nhất định rồi đổ cát vào thay thế. Theo
phương pháp này, vẫn tồn tại một lớp đất yếu phía dưới, để lớp đất thay thế khơng
bị chìm xuống cần bố trí lớp lót vải địa kỹ thuật làm nhiệm vụ phân cách và gia
cường.