Tổng quan nghiên cứu

Trong những năm gần đây, tình trạng xói lở bờ ven sông, biển tại vùng đồng bằng sông Cửu Long ngày càng gia tăng, gây thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế và môi trường. Đặc biệt, khu vực cảng cá Trần Đề, tỉnh Sóc Trăng, với nền địa chất yếu, lớp đất yếu dày từ 15 đến 20 mét, thường xuyên chịu tác động của dòng chảy mạnh và biến động thủy văn phức tạp, đã xuất hiện nhiều hiện tượng sạt lở mái dốc và hư hỏng công trình bảo vệ bờ. Mặc dù các kết cấu kè hiện có được thiết kế khá kiên cố, nhưng vẫn không thể ngăn chặn hoàn toàn các sự cố trượt lở, gây thiệt hại lớn cho hoạt động khai thác và bảo vệ cảng cá.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất và đánh giá hiệu quả một giải pháp kết cấu kè bảo vệ bờ mới, phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của khu vực Trần Đề, nhằm nâng cao độ ổn định mái dốc và khả năng chống xói lở. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các dạng kết cấu kè bảo vệ bờ trong công trình cảng cá tại tỉnh Sóc Trăng, với thời gian khảo sát và phân tích dữ liệu từ năm 2015 đến 2017. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn công trình, giảm thiểu thiệt hại do xói lở, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả quản lý kỹ thuật và kinh tế cho các dự án xây dựng ven sông, biển trong khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết ổn định mái dốc và mô hình kết cấu kè bảo vệ bờ. Lý thuyết ổn định mái dốc tập trung vào phân tích các lực tác động lên mái dốc, bao gồm áp lực đất, áp lực nước thấm và lực dòng chảy, nhằm xác định điều kiện ổn định và nguy cơ trượt lở. Mô hình kết cấu kè bảo vệ bờ được xây dựng dựa trên các dạng kết cấu truyền thống như tường trọng lực, tường bán trọng lực, tường cừ thép và kè mái nghiêng, đồng thời tích hợp các vật liệu địa kỹ thuật hiện đại như túi địa kỹ thuật và thảm cát để gia cố chân kè.

Các khái niệm chính bao gồm: áp lực ngang đất và nước, độ ổn định chống trượt và chống lật của tường kè, hệ số mái dốc, và các chỉ tiêu kỹ thuật về vật liệu xây dựng như đường kính viên đá, cường độ bê tông cốt thép, cũng như các tiêu chuẩn thiết kế công trình bảo vệ bờ theo quy định hiện hành.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thực địa tại khu vực cảng cá Trần Đề, bao gồm địa hình, địa chất công trình, thủy văn và thủy lực. Cỡ mẫu khảo sát gồm hơn 30 điểm khoan và đo đạc địa chất, cùng số liệu thủy văn từ ba trạm đo chính trong khu vực. Phương pháp chọn mẫu là phương pháp khoan và xuyên địa chất theo lưới đều, đảm bảo bao phủ toàn bộ vùng ảnh hưởng của công trình.

Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp mô hình toán số, trong đó mô hình toán được xây dựng để mô phỏng ứng xử kết cấu kè mới dưới các điều kiện biên thực tế như mực nước lũ, áp lực dòng chảy và tải trọng khai thác. Timeline nghiên cứu kéo dài trong 18 tháng, từ khảo sát, thu thập dữ liệu, phân tích mô hình đến đề xuất giải pháp và đánh giá hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng xói lở và hư hỏng công trình: Qua khảo sát thực tế, khoảng 25% mái dốc và kè bảo vệ tại cảng cá Trần Đề bị trượt lở hoặc hư hỏng nghiêm trọng trong vòng 5 năm gần đây, chủ yếu do nền đất yếu và tác động của dòng chảy mạnh.

  2. Phân tích mô hình kết cấu kè mới: Mô phỏng toán học cho thấy kết cấu kè dạng tường cừ bê tông cốt thép kết hợp với hệ thống túi địa kỹ thuật và thảm cát có khả năng giảm chuyển vị ngang của kè tới 40% so với kết cấu truyền thống, đồng thời tăng độ ổn định tổng thể lên khoảng 30%.

  3. Ảnh hưởng của điều kiện thủy văn: Dữ liệu thủy văn cho thấy mực nước lũ lớn nhất đạt 6,5 m, với lưu lượng dòng chảy tối đa khoảng 1500 m³/s, gây áp lực lớn lên công trình. Kết cấu kè mới được thiết kế để chịu được áp lực này, đảm bảo không bị xói chân hay sụt lún.

  4. So sánh với các công trình tương tự: So với các công trình kè tại các tỉnh lân cận như Cà Mau và Bến Tre, giải pháp kết cấu mới tại Trần Đề có hiệu quả vượt trội về khả năng chống xói lở và ổn định mái dốc, nhờ ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật và thiết kế chân kè phù hợp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự cố xói lở và mất ổn định công trình là do nền đất yếu, thiếu hệ thống thoát nước thấm hiệu quả và chưa tính toán đầy đủ tác động của dòng chảy và sóng. Kết quả mô phỏng cho thấy việc sử dụng kết cấu kè mới với chân kè gia cố bằng thảm cát và túi địa kỹ thuật giúp phân tán lực tác động, giảm áp lực lên nền đất yếu, từ đó nâng cao độ ổn định tổng thể.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này khẳng định vai trò quan trọng của việc kết hợp vật liệu địa kỹ thuật trong xây dựng công trình bảo vệ bờ, đặc biệt trong điều kiện địa chất phức tạp như tại Sóc Trăng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chuyển vị ngang và đứng của kè dưới các điều kiện tải trọng khác nhau, cũng như bảng so sánh các chỉ tiêu ổn định giữa kết cấu truyền thống và kết cấu mới.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng kết cấu kè mới dạng tường cừ bê tông cốt thép kết hợp túi địa kỹ thuật và thảm cát nhằm tăng cường độ ổn định mái dốc và khả năng chống xói lở, giảm chuyển vị ngang kè ít nhất 30% trong vòng 5 năm tới. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và nhà thầu xây dựng.

  2. Thiết kế hệ thống thoát nước thấm hiệu quả để giảm áp lực nước trong đất, đảm bảo áp lực ngang đất không vượt quá giới hạn chịu lực của kè. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn thi công và bảo trì định kỳ.

  3. Tăng cường giám sát và bảo trì công trình định kỳ với tần suất 6 tháng/lần, tập trung vào kiểm tra hiện tượng xói chân và chuyển vị kè, nhằm phát hiện sớm và xử lý kịp thời các sự cố. Chủ thể: cơ quan quản lý kỹ thuật công trình.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ thuật và thi công về các công nghệ mới trong xây dựng kè bảo vệ bờ, đặc biệt là ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật và mô hình toán trong thiết kế. Thời gian: liên tục trong quá trình triển khai dự án.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý dự án xây dựng công trình ven sông, biển: Giúp hiểu rõ về các giải pháp kết cấu kè phù hợp với điều kiện địa chất yếu, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hiệu quả.

  2. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình thủy lợi, cảng cá: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về các dạng kết cấu kè, vật liệu địa kỹ thuật và phương pháp mô phỏng ứng xử công trình.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết ổn định mái dốc, mô hình toán và ứng dụng thực tiễn trong công trình bảo vệ bờ.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và phòng chống thiên tai: Hỗ trợ trong việc xây dựng chính sách, quy hoạch và giám sát các công trình bảo vệ bờ nhằm giảm thiểu thiệt hại do xói lở và lũ lụt.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giải pháp kết cấu kè mới có phù hợp với mọi loại địa chất yếu không?
    Giải pháp được thiết kế đặc biệt cho nền đất yếu tại khu vực Trần Đề với lớp đất yếu dày 15-20 m. Với các vùng địa chất khác, cần điều chỉnh thiết kế phù hợp dựa trên khảo sát cụ thể.

  2. Vật liệu địa kỹ thuật như túi địa kỹ thuật và thảm cát có độ bền như thế nào trong môi trường nước mặn?
    Theo báo cáo ngành, các vật liệu này có khả năng chống ăn mòn và thủng tốt trong môi trường nước mặn, tuy nhiên cần kiểm tra định kỳ để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

  3. Phương pháp mô phỏng toán có thể áp dụng cho các công trình bảo vệ bờ khác không?
    Mô hình toán được xây dựng có tính linh hoạt cao, có thể điều chỉnh tham số để áp dụng cho nhiều công trình với điều kiện thủy văn và địa chất khác nhau.

  4. Chi phí xây dựng kết cấu kè mới so với kết cấu truyền thống như thế nào?
    Chi phí ban đầu có thể cao hơn khoảng 15-20% do sử dụng vật liệu địa kỹ thuật và công nghệ mới, nhưng hiệu quả lâu dài và giảm thiểu sửa chữa sẽ tiết kiệm chi phí tổng thể.

  5. Làm thế nào để giám sát hiệu quả công trình kè sau khi xây dựng?
    Cần thiết lập hệ thống quan trắc định kỳ, sử dụng cảm biến đo chuyển vị và áp lực, kết hợp kiểm tra thực địa để phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng.

Kết luận

  • Đã đề xuất thành công một giải pháp kết cấu kè bảo vệ bờ mới, phù hợp với điều kiện địa chất yếu tại cảng cá Trần Đề, tỉnh Sóc Trăng.
  • Mô hình toán và phân tích thủy lực chứng minh kết cấu mới tăng độ ổn định mái dốc và giảm chuyển vị ngang kè đáng kể.
  • Giải pháp kết hợp vật liệu địa kỹ thuật hiện đại giúp nâng cao khả năng chống xói lở và giảm thiểu hư hỏng công trình.
  • Đề xuất các biện pháp thi công, giám sát và bảo trì nhằm đảm bảo hiệu quả lâu dài của công trình.
  • Khuyến nghị triển khai áp dụng trong vòng 3 năm tới, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các khu vực ven sông, biển có điều kiện tương tự.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng công trình bảo vệ bờ, góp phần nâng cao hiệu quả và bền vững của các dự án ven sông, biển.