Tổng quan nghiên cứu

Đê chắn sóng phía Nam dài 2.400m được xây dựng nhằm bảo vệ luồng tàu biển trọng tải lớn, gồm tàu 10.000 tấn đầy tải và tàu 20.000 tấn giảm tải, đồng thời bảo vệ khu nước bể cảng chung của Trung tâm Điện lực Duyên Hải tại cửa kênh Tắt, tỉnh Trà Vinh. Đây là công trình giao thông cấp đặc biệt, có ý nghĩa quan trọng trong phát triển kinh tế vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Tuy nhiên, quá trình thi công cát thay thế vào hố móng chưa đạt yêu cầu kỹ thuật, gây ảnh hưởng đến tiến độ và chất lượng dự án. Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng mô hình thực nghiệm hiện trường một đoạn điển hình dài 50m của tuyến đê chắn sóng để thử nghiệm, phân tích và đánh giá chất lượng cát san lấp, kiểm tra ổn định trượt và lún so với mô hình lý thuyết, từ đó làm cơ sở cho thi công đại trà.

Phạm vi nghiên cứu tập trung tại khu vực mỏ cát Định An, huyện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh, với điều kiện tự nhiên đặc thù của vùng cửa sông Hậu. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc đảm bảo chất lượng công trình, tiết kiệm kinh phí hàng chục tỷ đồng, đồng thời góp phần phát triển hạ tầng giao thông thủy, nâng cao năng lực thông qua hàng hóa đạt khoảng 21-22 triệu tấn/năm đến năm 2020. Đây là lần đầu tiên mô hình thực nghiệm hiện trường đê chắn sóng được triển khai tại Việt Nam, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực kỹ thuật địa chất công trình ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình phân tích ổn định nền móng và đê chắn sóng, bao gồm:

  • Lý thuyết Mohr-Coulomb về ứng suất cắt giới hạn và góc ma sát trong của đất cát, làm cơ sở xác định điều kiện ổn định trượt.
  • Mô hình Soft-Soil dùng để mô phỏng đặc tính biến dạng và lún của nền đất yếu dưới tác động tải trọng đê.
  • Phương pháp cân bằng tĩnh và phần tử hữu hạn trong tính toán ổn định trượt, ứng dụng phần mềm Geostudio Slope/W và Plaxis để mô phỏng các trạng thái ổn định ngắn hạn và dự báo lún.
  • Các khái niệm chính gồm: dung trọng tự nhiên của cát, hàm lượng hạt mịn, góc ma sát trong (φ), hệ số ổn định trượt (k), độ lún dưới đáy nền đê (Uy), và lún mép đê (Ux).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu đa dạng gồm hồ sơ thiết kế kỹ thuật, số liệu địa chất, khí tượng thủy văn, và kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường. Cỡ mẫu mô hình thực nghiệm là đoạn đê dài 50m, được xây dựng với quy mô và kết cấu tương tự tuyến đê chắn sóng phía Nam.

Phương pháp chọn mẫu vật liệu cát thay thế dựa trên khảo sát 18 vị trí mỏ cát tại các tỉnh ĐBSCL, trong đó tập trung vào mỏ cát Định An với trữ lượng khoảng 1 triệu m3. Các chỉ tiêu cơ lý của cát được thử nghiệm gồm hàm lượng hạt mịn, dung trọng tự nhiên, góc ma sát trong, và thí nghiệm xuyên CPTu để đánh giá tính chất cơ học.

Phân tích ổn định trượt và lún được thực hiện bằng mô hình lý thuyết, so sánh với số liệu quan trắc lún thực tế tại điểm dưới đáy nền đê (Uy) và mép đê (Ux). Thời gian nghiên cứu kéo dài trong giai đoạn thi công và theo dõi lún trong vòng 25 năm tiếp theo, nhằm đánh giá sự phù hợp của mô hình lý thuyết với thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng vật liệu cát thay thế: Nguồn cát lấy tại mỏ Định An đạt các yêu cầu kỹ thuật với hàm lượng hạt mịn dưới 15%, dung trọng tự nhiên ≥ 18 kN/m³, và góc ma sát trong φ ≥ 30°. Kết quả thí nghiệm xuyên CPTu cho thấy tính chất cơ lý phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế.

  2. Ổn định trượt: Hệ số ổn định trượt tính toán theo mô hình lý thuyết đạt k ≥ 1 trong các trường hợp tải trọng thi công và khai thác dài hạn, đảm bảo điều kiện ổn định cho tuyến đê chắn sóng. So sánh với các nghiên cứu tương tự cho thấy kết quả phù hợp với các công trình đê biển quy mô lớn trên thế giới.

  3. Độ lún thực tế và dự báo: Độ lún quan trắc thực tế tại điểm dưới đáy nền đê (Uy) dao động từ 0,469m đến 0,720m sau thi công, thấp hơn so với dự báo lý thuyết từ 0,4 đến 0,7m. Độ lún dự báo trong 25 năm tiếp theo khoảng 0,3m, phù hợp với kết quả quan trắc lún thực tế, chứng tỏ mô hình lý thuyết có độ tin cậy cao.

  4. Tiết kiệm chi phí và tiến độ thi công: Việc xác nhận chất lượng cát thay thế và ổn định mô hình thực nghiệm giúp tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí vật liệu và rút ngắn thời gian thi công đại trà, đồng thời giảm thiểu rủi ro kỹ thuật trong quá trình xây dựng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự ổn định và độ lún thấp hơn dự báo là do chất lượng cát thay thế tốt, có góc ma sát trong cao và dung trọng tự nhiên đảm bảo. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu về đê chắn sóng tại Hà Lan và Hàn Quốc, nơi sử dụng vật liệu cát có đặc tính tương tự để đảm bảo ổn định công trình.

Việc xây dựng mô hình thực nghiệm hiện trường lần đầu tiên tại Việt Nam đã cung cấp dữ liệu thực tế quý giá, giúp điều chỉnh mô hình lý thuyết sát với điều kiện tự nhiên khu vực. Dữ liệu này có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ lún thực tế và dự báo theo thời gian, cũng như bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của cát.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng thiết kế và thi công đê chắn sóng, đồng thời góp phần phát triển bền vững hạ tầng giao thông thủy tại ĐBSCL, một vùng chịu ảnh hưởng mạnh của biến đổi khí hậu và nước biển dâng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai thi công đại trà dựa trên mô hình thực nghiệm: Áp dụng kết quả đánh giá chất lượng cát và ổn định mô hình thực nghiệm để tiến hành thi công đại trà đoạn đê chắn sóng, đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình trong vòng 12 tháng tới, do chủ đầu tư và nhà thầu phối hợp thực hiện.

  2. Tăng cường giám sát và quan trắc lún, trượt: Thiết lập hệ thống quan trắc lún và ổn định trượt liên tục trong suốt quá trình thi công và vận hành đê, nhằm phát hiện sớm các hiện tượng bất thường, đảm bảo an toàn công trình trong vòng 5 năm đầu.

  3. Sử dụng nguồn vật liệu cát địa phương hiệu quả: Khuyến khích tận dụng nguồn cát tại mỏ Định An và các mỏ cát trong vùng ĐBSCL có đặc tính tương tự, nhằm tiết kiệm chi phí vận chuyển và bảo vệ tài nguyên quốc gia, thực hiện trong các dự án tương lai.

  4. Nghiên cứu mở rộng mô hình thực nghiệm cho các công trình đê biển khác: Đề xuất xây dựng mô hình thực nghiệm hiện trường cho các dự án đê chắn sóng và đê biển quy mô lớn khác tại Việt Nam, nhằm nâng cao độ chính xác của thiết kế và thi công, thực hiện trong vòng 3 năm tới bởi các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý dự án và chủ đầu tư công trình giao thông thủy: Nhận được dữ liệu thực nghiệm và phương pháp đánh giá ổn định, giúp ra quyết định đầu tư chính xác, giảm thiểu rủi ro kỹ thuật và tài chính.

  2. Đơn vị thiết kế và tư vấn kỹ thuật: Áp dụng mô hình lý thuyết kết hợp với dữ liệu thực nghiệm để thiết kế đê chắn sóng phù hợp với điều kiện địa chất và khí hậu địa phương, nâng cao chất lượng bản vẽ thiết kế.

  3. Nhà thầu thi công và giám sát công trình: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lựa chọn vật liệu, kiểm soát chất lượng thi công, giám sát ổn định công trình trong quá trình thi công và vận hành.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật địa chất, công trình thủy lợi: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm hiện trường, kỹ thuật phân tích ổn định trượt và lún, phục vụ cho các nghiên cứu khoa học và luận văn chuyên sâu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình thực nghiệm hiện trường có vai trò gì trong xây dựng đê chắn sóng?
    Mô hình thực nghiệm giúp kiểm tra và đánh giá chất lượng vật liệu, ổn định trượt và lún thực tế, từ đó điều chỉnh mô hình lý thuyết cho phù hợp, giảm thiểu rủi ro và chi phí thi công.

  2. Tại sao cần đánh giá chất lượng cát thay thế trong hố móng?
    Chất lượng cát ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định và độ lún của đê. Cát không đạt yêu cầu có thể gây sạt lở, lún lớn, ảnh hưởng đến an toàn công trình.

  3. Phương pháp nào được sử dụng để phân tích ổn định trượt?
    Phương pháp cân bằng tĩnh và phần tử hữu hạn được áp dụng qua phần mềm Geostudio Slope/W và Plaxis, giúp mô phỏng các trạng thái ổn định ngắn hạn và dự báo lún.

  4. Kết quả quan trắc lún thực tế có khác biệt nhiều so với dự báo không?
    Độ lún quan trắc thực tế thấp hơn một chút so với dự báo lý thuyết, chứng tỏ mô hình tính toán có độ tin cậy cao và phù hợp với điều kiện thực tế.

  5. Làm thế nào để tiết kiệm chi phí trong thi công đê chắn sóng?
    Sử dụng nguồn vật liệu cát địa phương đạt chuẩn, xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm tra chất lượng trước khi thi công đại trà, giúp giảm chi phí vận chuyển và tránh lãng phí vật liệu không đạt yêu cầu.

Kết luận

  • Lần đầu tiên tại Việt Nam, mô hình thực nghiệm hiện trường đê chắn sóng được xây dựng và đánh giá thành công, cung cấp dữ liệu thực tế quý giá cho dự án.
  • Nguồn vật liệu cát tại mỏ Định An đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về hàm lượng hạt mịn, dung trọng tự nhiên và góc ma sát trong, đảm bảo ổn định trượt và lún.
  • Kết quả phân tích ổn định trượt và độ lún thực tế phù hợp với mô hình lý thuyết, chứng minh tính chính xác của phương pháp tính toán.
  • Việc áp dụng mô hình thực nghiệm giúp tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí vật liệu và rút ngắn tiến độ thi công, giảm thiểu rủi ro kỹ thuật.
  • Đề xuất triển khai thi công đại trà, tăng cường quan trắc và mở rộng nghiên cứu mô hình thực nghiệm cho các dự án đê biển khác trong tương lai.

Hành động tiếp theo là áp dụng kết quả nghiên cứu vào thi công đại trà đoạn đê chắn sóng phía Nam, đồng thời thiết lập hệ thống quan trắc ổn định và lún để đảm bảo an toàn công trình. Các nhà quản lý, đơn vị thiết kế và thi công cần phối hợp chặt chẽ để phát huy hiệu quả nghiên cứu, góp phần phát triển bền vững hạ tầng giao thông thủy tại ĐBSCL.