Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu hệ thống đê biển dài khoảng 3.260 km, trải dài từ Bắc vào Nam với nhiều đặc điểm địa chất và khí hậu đa dạng. Tuy nhiên, hiện trạng đê biển còn nhiều điểm yếu, trong đó có khoảng 600 km đê từ Quảng Ninh đến Quảng Nam chưa được cải tạo hoặc nâng cấp, dẫn đến nguy cơ vỡ đê khi gặp bão mạnh kết hợp triều cường. Tỉnh Ninh Thuận, thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ, có hệ thống đê ven đầm biển như đê Đầm Nại dài hơn 6 km, chịu ảnh hưởng lớn từ nền đất yếu đặc trưng bởi các lớp bùn sét, cát pha và đất đắp có kết cấu kém chặt. Nền đất yếu này gây ra nhiều sự cố như lún trồi, lún sụt, phá hoại kết cấu đê, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn công trình và đời sống người dân.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá thực trạng nền đất yếu và các sự cố liên quan, phân tích cơ sở lý thuyết các phương pháp xử lý nền đất yếu, từ đó lựa chọn và đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu hợp lý cho công trình đê Đầm Nại, tỉnh Ninh Thuận. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công nghệ xử lý nền đất yếu áp dụng trong thi công đê ven đầm biển tại địa phương này, với ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ bền vững, giảm thiểu rủi ro thiên tai và ổn định sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi, mô hình cơ bản giải thích quá trình biến đổi áp lực nước lỗ rỗng dư trong nền đất yếu dưới tác dụng tải trọng công trình. Lý thuyết này cho thấy biến dạng lún của đất không xảy ra tức thời mà phụ thuộc vào quá trình thoát nước trong lỗ rỗng, đặc biệt quan trọng với đất sét bão hòa nước có hệ số thấm nhỏ. Ngoài ra, các khái niệm chính bao gồm:

  • Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu: Giá trị này không bằng tổng ứng suất tác dụng do nước trong đất bị nén ép, ảnh hưởng đến thời gian cố kết và biến dạng nền.
  • Các loại nền đất yếu: Đất sét mềm, đất bùn, đất than bùn, cát chảy, đất bazan với đặc tính cơ lý khác nhau.
  • Các nhân tố ảnh hưởng đến cố kết: Liên kết kết cấu đất, độ chặt ban đầu, cách tác dụng tải trọng, tốc độ gia tải và tải trọng động.

Ngoài ra, luận văn phân tích và đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu gồm: làm chặt cơ học, làm chặt dưới sâu bằng chấn động và thủy chấn, gia cố bằng vật liệu địa kỹ thuật, phương pháp cố kết chân không, và các phương pháp hóa học, vật lý, thủy lực khác.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ khảo sát địa chất thực tế tại tuyến đê Đầm Nại, các số liệu thí nghiệm cơ lý đất nền, cùng tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý nền đất yếu. Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích lý thuyết: Áp dụng mô hình cố kết thấm một chiều để tính toán áp lực nước lỗ rỗng dư, biến dạng và thời gian cố kết của nền đất yếu.
  • Mô hình toán học: Sử dụng phần mềm mô phỏng kết cấu và biến dạng nền đê, mô phỏng quá trình lún và phân bố ứng suất hiệu quả theo các giai đoạn thi công.
  • Thí nghiệm và đánh giá thực nghiệm: Kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và đất nền, xác định hệ số áp lực nước lỗ rỗng ban đầu, hệ số nén lún, độ ẩm tự nhiên, độ bão hòa.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2017, tập trung vào khảo sát hiện trạng, phân tích lý thuyết, mô phỏng và đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu cho đê Đầm Nại.

Cỡ mẫu khảo sát gồm nhiều điểm lấy mẫu đất tại các vị trí khác nhau trên tuyến đê, phương pháp chọn mẫu theo tiêu chuẩn địa kỹ thuật nhằm đảm bảo đại diện cho đặc điểm địa chất phức tạp của khu vực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng nền đất yếu và sự cố công trình: Nền đất yếu tại đê Đầm Nại có lớp đất đắp mỏng (0,6-1,0 m) với thành phần cát pha, bùn pha cát, kết cấu kém chặt. Các lớp bùn sét, sét pha phân bố rộng với trạng thái dẻo chảy, độ ẩm tự nhiên khoảng 22,4%, hệ số nén lún a1-2 khoảng 0,086 cm²/kg. Sự cố lún sụt mặt đê khi thi công với mức lún lên đến 1,6 m đã được ghi nhận, gây mất ổn định và nguy cơ vỡ đê cao.

  2. Phân tích áp lực nước lỗ rỗng dư: Hệ số áp lực nước lỗ rỗng ban đầu β_wo dao động từ 0,91 đến 0,97 trong phạm vi 20 m độ sâu, cho thấy áp lực nước lỗ rỗng không bằng tổng ứng suất tác dụng, ảnh hưởng đến thời gian cố kết và biến dạng nền. Việc xác định chính xác β_wo giúp dự báo độ lún và thời gian ổn định công trình chính xác hơn.

  3. Đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu: Phương pháp làm chặt cơ học như đầm rơi, đầm lăn, đầm rung có thể làm tăng sức chịu tải đất lên 3,5-4,0 kg/cm², giảm độ rỗng từ 10-20%. Phương pháp chấn động và thủy chấn hiệu quả với đất cát ở độ sâu đến 3 m, tăng độ chặt và giảm biến dạng. Các phương pháp gia cố bằng cọc cát, cọc xi măng đất, vải địa kỹ thuật cũng được đánh giá cao về hiệu quả và khả năng ứng dụng tại Ninh Thuận.

  4. Mô phỏng kết quả thi công đê Đầm Nại: Mô hình toán học cho thấy sau các giai đoạn thi công, lún thẳng đứng và chuyển vị ngang giảm dần khi áp dụng giải pháp xử lý nền hợp lý. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng phân bố đều hơn, giảm nguy cơ phá hoại kiểu trượt sâu và lún trồi.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây ra sự cố công trình là do nền đất yếu có tính nén lún lớn, hệ số thấm nhỏ, dẫn đến quá trình cố kết chậm và biến dạng lớn kéo dài. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phân tích áp lực nước lỗ rỗng dư và hệ số cố kết phù hợp với các công trình đê biển trên nền đất yếu tương tự. Việc lựa chọn phương pháp xử lý nền đất yếu cần cân nhắc điều kiện địa chất đặc thù, chi phí và thời gian thi công.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ lún theo thời gian, bảng so sánh các phương án xử lý nền về chi phí và hiệu quả, cũng như hình ảnh phân bố ứng suất hiệu quả tại các giai đoạn thi công. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao độ an toàn và tuổi thọ công trình đê biển, giảm thiểu rủi ro thiên tai cho vùng ven biển Ninh Thuận.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp gia tải trước kết hợp cọc cát nhằm giảm độ lún và tăng độ chặt nền đất yếu, mục tiêu giảm lún tổng thể dưới 5 cm trong vòng 6 tháng, do chủ đầu tư và nhà thầu thi công thực hiện.

  2. Sử dụng vải địa kỹ thuật và bấc thấm đứng để tăng khả năng thoát nước và ổn định nền đất, giảm thời gian cố kết xuống khoảng 30%, áp dụng trong giai đoạn chuẩn bị mặt bằng, do đơn vị thiết kế và thi công phối hợp triển khai.

  3. Triển khai công nghệ cố kết chân không cho các khu vực có lớp bùn sét dày, nhằm rút ngắn thời gian thi công và nâng cao hiệu quả xử lý nền, với thời gian thực hiện dự kiến 3-4 tháng, do nhà thầu chuyên ngành đảm nhận.

  4. Tăng cường giám sát và kiểm tra chất lượng đất đắp tại hiện trường, đảm bảo vật liệu đạt tiêu chuẩn cơ lý, giảm thiểu rủi ro lún không đều, do chủ đầu tư phối hợp với đơn vị tư vấn giám sát thực hiện liên tục trong suốt quá trình thi công.

Các giải pháp trên cần được kết hợp linh hoạt theo điều kiện thực tế từng đoạn đê, đồng thời cập nhật kết quả giám sát để điều chỉnh kịp thời, đảm bảo hiệu quả và an toàn công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư và nhà thiết kế công trình thủy lợi, đê biển: Nắm bắt các phương pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với điều kiện địa chất ven biển, áp dụng vào thiết kế và thi công công trình.

  2. Chuyên gia địa kỹ thuật và khảo sát địa chất: Tham khảo các phân tích cơ sở lý thuyết, mô hình toán học và kết quả thí nghiệm để nâng cao chất lượng đánh giá nền đất yếu.

  3. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng công trình ven biển: Hiểu rõ các giải pháp kỹ thuật, chi phí và hiệu quả xử lý nền đất yếu, từ đó lựa chọn phương án thi công tối ưu.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy: Tài liệu tham khảo khoa học, cập nhật kiến thức về xử lý nền đất yếu, mô hình cố kết và ứng dụng thực tiễn tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nền đất yếu lại gây ra nhiều sự cố cho đê biển?
    Nền đất yếu có sức chịu tải thấp, tính nén lún lớn và hệ số thấm nhỏ, dẫn đến biến dạng lớn và chậm ổn định khi chịu tải trọng công trình, gây lún không đều, trượt nền và phá hoại kết cấu đê.

  2. Phương pháp cố kết chân không có ưu điểm gì?
    Phương pháp này giúp rút nước nhanh khỏi nền đất yếu, tăng tốc độ cố kết, giảm thời gian thi công và lún sau thi công, phù hợp với các lớp bùn sét dày và nền đất có tính thấm thấp.

  3. Làm thế nào để xác định hệ số áp lực nước lỗ rỗng ban đầu?
    Hệ số này được xác định qua thí nghiệm nén ba trục không thoát nước hoặc tính toán dựa trên các chỉ tiêu cơ lý đất, phản ánh áp lực nước trong lỗ rỗng tại thời điểm bắt đầu chịu tải.

  4. Phương pháp làm chặt cơ học áp dụng hiệu quả với loại đất nào?
    Phương pháp này hiệu quả nhất với đất cát và đất rời, có thể làm tăng độ chặt và sức chịu tải, nhưng hạn chế với đất sét mềm hoặc đất có hàm lượng hữu cơ cao.

  5. Tại sao cần kết hợp nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu?
    Do đặc điểm địa chất phức tạp và yêu cầu kỹ thuật khác nhau, kết hợp nhiều phương pháp giúp tối ưu hiệu quả xử lý, giảm chi phí và thời gian thi công, đồng thời đảm bảo an toàn công trình lâu dài.

Kết luận

  • Đê biển Việt Nam, đặc biệt tại Ninh Thuận, đang đối mặt với thách thức lớn do nền đất yếu gây ra nhiều sự cố lún, trượt và mất ổn định công trình.
  • Lý thuyết cố kết thấm và phân tích áp lực nước lỗ rỗng dư là cơ sở khoa học quan trọng để hiểu và dự báo biến dạng nền đất yếu.
  • Các phương pháp xử lý nền đất yếu như làm chặt cơ học, gia tải trước, cố kết chân không và gia cố bằng vật liệu địa kỹ thuật được đánh giá là phù hợp và hiệu quả cho đê Đầm Nại.
  • Mô hình toán học và mô phỏng kết quả thi công giúp lựa chọn giải pháp tối ưu, giảm thiểu rủi ro và nâng cao độ bền vững công trình.
  • Khuyến nghị triển khai đồng bộ các giải pháp kỹ thuật, giám sát chặt chẽ và cập nhật liên tục để đảm bảo an toàn và hiệu quả lâu dài cho hệ thống đê biển ven đầm.

Tiếp theo, cần tiến hành thử nghiệm thực địa các giải pháp đề xuất, hoàn thiện quy trình thi công và xây dựng kế hoạch bảo trì, giám sát định kỳ nhằm duy trì ổn định công trình. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp triển khai nghiên cứu ứng dụng và nhân rộng mô hình xử lý nền đất yếu cho các công trình đê biển khác trên toàn quốc.