MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam được Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hoá Liên hợp quốc (UNESCO) xếp vào top 10 nước có mạng lưới giao thông - vận tải đường thuỷ dày đặc nhất thế giới. Với đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, Việt Nam được thiên nhiên ưu đãi với một hệ thống sông, kênh, hồ và đường ven biển rất phong phú với khoảng 2.360 con sông, kênh, hồ có tổng chiều dài trên 41.200km bờ biển, 112 cửa sông và nhiều vịnh kín. Đê biển, từ xưa đã được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu cho việc chống lại các tác hại do gió bão, chắn sóng, thủy triều, ngập lụt và cả mở rộng thêm đất đai.
Hiện nay, với sự phát triển khoa học và kỹ thuật, đê biển được xây dựng để tổng hợp nhiều mục tiêu như tạo hồ dự trữ nước ngọt phục vụ phát triển nông nghiệp, thủy sản, hình thành các khu đô thị, khu kinh tế, cảng biển mới, tạo trục giao thông kết nối các vùng, các khu kinh tế, phát triển du lịch trong vùng, xây dựng các nhà máy,… Biến đổi khí hậu và nước biển dâng, tình trạng xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt, ngập úng,… đã và đang là vấn đề cấp bách đe dọa nhiều nơi, nhiều vùng lãnh thổ trên thế giới trong đó có Việt Nam. Việc nghiên cứu xây dựng các công trình đê biển nhằm chủ động phòng chống và giảm nhẹ các tác hại của nước biển dâng, kết hợp mở rộng thông quan hàng hóa, phát triển kinh tế là rất quan trọng và cần thiết đối với nhiều vùng, miền ở Việt Nam, đặc biệt là khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long. Tuy nhiên, giải pháp xây dựng đê biển như thế nào để vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vừa phù hợp với điều kiện thực tế mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, lâu dài là những vấn đề cần phải được xem xét nghiên cứu một cách kỹ lưỡng. Đê chắn sóng phía Nam (dài 2.400m) thuộc dự án Luồng cho tàu biển trọng tải lớn vào sông Hậu được xây dựng với mục tiêu mở rộng luồng tàu, thông quan hàng hóa, ổn định lâu dài cho tàu biển có trọng tải 10.000 tấn đầy tải, tàu 20.000 tấn giảm tải ra vào, kết hợp bảo vệ khu nước bể cảng chung của Trung tâm Điện lực Duyên Hải tại khu vực cửa kênh Tắt, tỉnh Trà Vinh là công trình giao thông cấp đặc biệt.
Quá trình lún của tuyến đê diễn ra liên tục, từ khi bắt đầu thi công đến khi hoàn thành và tiếp diễn trong quá trình vận hành về sau. Nguyên nhân gây lún là do tải trọng của công trình tác dụng lên nền đất và do tính chất cố kết của nền đất. Luận văn Thạc Sĩ: Đoàn Khắc Phú Trang 1 Vị trí xây dựng Đê Hình 1.1: Vị trí đê biển phía Nam Với tầm quan trọng của dự án, luận văn “Đánh giá khả năng lún của tuyến đê chắn sóng phía nam trong quá trình thi công và vận hành công trình tại luồng tàu sông Hậu, tỉnh Trà Vinh” tập trung nghiên cứu, đánh giá nguồn cát thay thế cho hố móng và phân tích ổn định, dự báo lún bằng phương pháp mô hình toán phần tử hữu hạn Plaxis so sánh với kết quả quan trắc lún công trình trong quá trình vận hành. Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ làm cơ sở để đưa ra phương pháp quan trắc lún và giải pháp vận hành tuyến đê an toàn, hiệu quả về sau.
Mục tiêu luận văn Thí nghiệm và đánh giá kết quả tính chất cơ lý nguồn cát thay thế vào hố móng của tuyến đê lấy tại khu vực Định An (mỏ Chí Trung). Ứng dụng mô hình lý thuyết để phân tích lún và tính toán ổn định tuyến đê trong quá trình thi công và vận hành công trình. Đánh giá kết quả tính toán với số liệu quan trắc thực tế nhằm đưa ra dự báo sớm cho các dự án đê biển có quy mô tương tự. Nội dung luận văn Để đạt được mục tiêu nghiên cứu nêu trên, các nội dung nghiên cứu sau đã được thực hiện: Phân tích điều kiện địa chất công trình và thủy văn tại khu vực nghiên cứu, số liệu phân tích từ quá trình khảo sát đánh giá dự án, số liệu quan trắc lún, phân tích và đánh giá hiện trạng lún của tuyến đê sau các giai đoạn thi công và vận hành.
Luận văn Thạc Sĩ: Đoàn Khắc Phú Trang 2 Thí nghiệm phân tích tính chất cơ lý nguồn cát có sẵn tại khu vực Định An (mỏ Chí Trung), huyện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh. Đánh giá kết quả thí nghiệm với yêu cầu kỹ thuật của Dự án. Ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn Plasix tính toán lún và ổn định của tuyến đê trong quá trình thi công ngắn hạn và dài hạn. Tiến hành so sánh kết quả mô hình toán với số liệu quan trắc thực tế, đánh giá mức độ ổn định và hệ số an toàn cho phép khi xây dựng một tuyến đê chắn sóng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Một đoạn 100m thuộc tuyến đê Nam dài 2.400m tại luồng tàu sông Hậu, tỉnh Trà Vinh. Trong đó học viên tập trung nghiên cứu về lún của tuyến đê trong quá trình ngắn hạn và dài hạn bằng mô hình phần tử hữu hạn, từ đó đánh giá kết quả tính toán với số liệu quan trắc thực tế. Thí nghiệm phân tích nhằm chứng minh nguồn vật liệu cát biển tại khu vực Định An đảm bảo điều kiện kỹ thuật là vật liệu thay thế thích hợp cho hố móng tuyến đê. Phương pháp nghiên cứu 5.
Phương pháp tổng quan tài liệu Phương pháp tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước, từ các bài báo khoa học, báo cáo trong các hội thảo, tạp chí, các báo cáo môi trường quốc gia hằng năm,… Thực hiện thu thập các mặt cắt địa hình, cửa biển, số liệu thủy văn, số liệu địa chất, lỗ khoan, mặt cắt địa chất tại vị trí khu vực nghiên cứu, xử lý các số liệu, chỉnh biên các số liệu thu thập được để xây dựng mô hình tính toán lún. Kế thừa kết quả từ các công trình nghiên cứu trước đó. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu Các thông tin, số liệu thu thập được tổng hợp, xử lý bằng bảng biểu, excel, word, autocad. Luận văn Thạc Sĩ: Đoàn Khắc Phú Trang 3 5.
Phương pháp sử dụng phần mềm Phương pháp mô hình toán là phương pháp chủ đạo trong nghiên cứu này. Phương pháp này ứng dụng dựa trên mô hình phần tử hữu hạn Plaxis và các tài liệu, số liệu thu thập được để thiết lập và tính toán mô phỏng diễn biến lún theo thời gian thi công và quá trình vận hành về sau. Ý nghĩa của đề tài 6. Ý nghĩa khoa học Ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn với các thông số địa chất khu vực dự án xây dựng tuyến đê trước khi tiến hành thi công là rất cần thiết nhằm đưa ra những đánh giá, dự báo chính xác giúp cho các đơn vị quản lý điều hành hiệu quả và phát triển bền vững.
Đề tài có ý nghĩa giúp đánh giá quá trình lún của các công trình tuyến đê có quy mô tương tự và đưa ra giải pháp thi công và vận hành tuyến đê an toàn. Ý nghĩa thực tiễn Xây dựng mô hình toán với các điều kiện thực tế trước khi tiến hành thi công là rất cần thiết nhằm đưa ra những đánh giá, dự báo sớm giúp cho người kỹ sư có những giải pháp và phương án xử lý thích hợp. Góp phần cung cấp số liệu tính chất cơ lý của nguồn cát tại khu vực cửa Định An với các thông số cơ bản như: hàm lượng hạt mịn, dung trọng tự nhiên, góc ma sát trong là cơ sở để đánh giá được sử dụng thay thế cát san lấp vào trong hố móng. Kết quả của luận văn cung cấp thông tin hữu ích cho việc đánh giá khả năng lún của tuyến đê bằng mô hình phần tử hữu hạn, từ đó giúp người thiết kế tính toán lựa chọn phương pháp, trình tự thi công hiệu quả, đảm bảo tính ổn định, an toàn và đạt được mục tiêu đề ra sau các giai đoạn vận hành.
Luận văn Thạc Sĩ: Đoàn Khắc Phú Trang 4 7. Cấu trúc luận văn Luận văn được trình bày theo các chương chính sau: Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu về tuyến đê. Chương 2: Điều kiện tự nhiên khu vực và trình tự thi công xây dựng tuyến đê. Chương 3: Đánh giá chất lượng vật liệu cát biển và dự báo lún trong quá trình thi công và vận hành.
Chương 4: Đánh giá kết quả quan trắc lún và đề xuất giải pháp bảo trì công trình trong quá trình vận hành. Kết luận và Kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Luận văn Thạc Sĩ: Đoàn Khắc Phú Trang 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ TUYẾN ĐÊ 1. Một số quy mô, kết cấu tuyến đê trên thế giới [1] Cư dân vùng thung lũng Indus đã đắp những con đê đầu tiên trên thế giới vào khoảng thiên niên kỷ thứ I TCN, từ đó cho đến nay, nhiều quốc gia trên thế giới đã và đang xây dựng những tuyến đê biển có quy mô nhỏ đến rất lớn với nhiệm vụ chắn sóng, thủy triều, ngăn ngập lụt, bảo vệ mùa màng, dự trữ nước và cả mở rộng thêm đất đai.
Những quốc gia đi đầu trong việc xây dựng đê phải kể đến như Hà Lan, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, … Các dạng công trình đê biển có kết cấu chủ yếu hiện nay bao gồm: Đê biển dạng truyền thống mái nghiêng, đê biển có kết cấu dạng tường đứng, dạng xà lan, thùng chìm, … 1. Đê biển Afsluitdijk – Hà Lan Dự án Zuiderzee được phát triển ở khu vực vịnh Zuider, vốn là vùng biển ăn sâu vào đất liền thông qua một cửa sổ. Trận bão năm 1916 đã làm vỡ nhiều tuyến đê gây ngập úng 300 km2 đất đai, khiến 16 người thiệt mạng và gây thiệt hại lớn về mặt kinh tế. Ngay sau cơn bão, chính phủ Hà Lan lên kế hoạch đóng cửa Vịnh bằng một con đê nối hai tỉnh Bắc Hà Lan (phía Nam) tới tỉnh Friesland (phía Bắc) đóng hoàn toàn cửa Vịnh Zuider và cải tạo khu trái đất bằng nhiều quan trọng khác mục công trình quan trọng.
Công trình nổi bật nhất của Dự án là con đê biển Afsluitdijk dài 30km, đây cũng là một trong những minh chứng điển hình nhất cho đất nước Hà Lan trong lĩnh vực xây dựng đê biển. Tuyến đê biển Afsluitdijk vừa là đê mà cũng là con đường cao tốc với 4 làn xe chạy, rút ngắn đáng kể thời gian di chuyển giữa hai tỉnh.