I. Tổng quan dự án và giải pháp xử lý nền đất yếu Đê Đầm Nại
Dự án Đê Đầm Nại tại tỉnh Ninh Thuận là một công trình thủy lợi có ý nghĩa chiến lược, không chỉ bảo vệ khoảng 1.300 ha đất sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản mà còn đảm bảo an toàn cho khu dân cư khỏi các tác động của triều cường và xâm nhập mặn. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất của dự án chính là việc thi công trên một nền địa chất cực kỳ phức tạp. Theo luận văn Thạc sĩ của tác giả Nguyễn Quốc Trường (2017), khu vực này có nguồn gốc trầm tích sông biển hỗn hợp, với các lớp đất yếu như bùn sét, sét pha phân bố rộng khắp. Đặc điểm nền đất Đầm Nại là có sức chịu tải kém, tính nén lún cao và độ ổn định thấp. Điều này đòi hỏi phải có các giải pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả và hợp lý về kinh tế. Việc nghiên cứu và lựa chọn công nghệ phù hợp không chỉ đảm bảo an toàn công trình thủy lợi mà còn tối ưu hóa chi phí và tiến độ thi công. Các phương pháp gia cố nền đất yếu truyền thống và hiện đại đã được xem xét, phân tích kỹ lưỡng để tìm ra phương án tối ưu nhất cho điều kiện đặc thù của Ninh Thuận, một vùng đất thường xuyên đối mặt với thiên tai khắc nghiệt.
1.1. Tầm quan trọng chiến lược của dự án đê Đầm Nại
Công trình Đê Đầm Nại có vai trò then chốt trong việc phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Ninh Thuận. Nhiệm vụ chính của dự án đê Đầm Nại là ngăn triều, chống xâm nhập mặn, bảo vệ vùng sản xuất bên trong đầm, vốn là nguồn sinh kế chính của hàng ngàn hộ dân. Việc xây dựng một tuyến đê vững chắc giúp ổn định sản xuất, đặc biệt là ngành nuôi trồng thủy sản và sản xuất tôm giống, vốn là thế mạnh của địa phương. Hơn nữa, tuyến đê còn kết hợp làm đường giao thông, cải thiện cơ sở hạ tầng và tạo điều kiện thuận lợi cho việc đi lại, vận chuyển hàng hóa, góp phần thúc đẩy du lịch và dịch vụ ven biển phát triển. Việc đảm bảo ổn định nền đê là yếu tố quyết định đến sự thành công và bền vững của toàn bộ dự án.
1.2. Hiện trạng và đặc điểm nền đất yếu tại Ninh Thuận
Theo kết quả khảo sát địa chất Ninh Thuận được trình bày trong nghiên cứu, nền đất tại khu vực Đầm Nại có cấu trúc rất phức tạp. Lớp bề mặt là đất đắp nhân sinh, bên dưới là các lớp bùn sét và sét pha (ký hiệu Lớp 3b) ở trạng thái dẻo chảy đến chảy, có chiều dày biến đổi và phân bố rộng. Các lớp đất này có chỉ tiêu cơ lý rất thấp: sức chịu tải kém, hệ số rỗng lớn, tính nén lún cao và khả năng thấm nước thấp. Chính những đặc điểm này khiến việc thi công trên nền đất yếu gặp vô vàn khó khăn, dễ gây ra hiện tượng lún, trượt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định lâu dài của công trình. Do đó, việc phân tích kỹ lưỡng và đưa ra các biện pháp thi công nền yếu phù hợp là yêu cầu cấp bách.
II. Các thách thức khi thi công đê Đầm Nại trên nền đất yếu
Việc thi công đê trên nền đất yếu như tại Đầm Nại đặt ra hàng loạt thách thức kỹ thuật nghiêm trọng. Nguy cơ chính là sự mất ổn định tổng thể của công trình, bao gồm các dạng phá hoại như lún trồi, trượt sâu và đẩy ngang. Tải trọng từ thân đê đắp gây ra ứng suất lớn lên nền đất yếu, làm tăng áp lực nước lỗ rỗng và giảm sức kháng cắt của đất. Nếu không có biện pháp can thiệp kịp thời, hiện tượng sụt lún đê điều có thể xảy ra đột ngột, gây thiệt hại lớn về kinh tế và an toàn. Luận văn của Nguyễn Quốc Trường (2017) đã chỉ ra các sự cố thực tế, như "hiện tượng lún sụt mặt đê Đầm Nại khi thi công", minh chứng rõ nét cho những rủi ro này. Sức chịu tải của đất nền tại đây rất thấp, trong khi đó vật liệu đắp đê chủ yếu được khai thác tại chỗ, cũng có đặc tính mềm yếu, làm gia tăng áp lực lên nền. Việc lựa chọn sai phương pháp xử lý hoặc quy trình thi công không hợp lý sẽ dẫn đến hậu quả khó lường, đe dọa sự bền vững của toàn bộ tuyến đê.
2.1. Nguy cơ sụt lún sạt lở bờ kè và mất ổn định nền đê
Trên nền đất yếu, tải trọng đắp đê có thể gây ra ba dạng phá hoại điển hình. Thứ nhất là phá hoại do lún trồi, xảy ra khi đất nền bị ép lún xuống dưới thân đê và trồi lên ở hai bên mái. Thứ hai là phá hoại do bị đẩy ngang, thường gặp khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn và nằm trên một lớp đất tốt hơn. Cuối cùng là phá hoại kiểu trượt sâu, khi cung trượt phát triển sâu vào trong nền đất yếu, gây mất ổn định nền đê một cách toàn diện. Những nguy cơ này không chỉ xảy ra trong giai đoạn thi công mà còn tiềm ẩn trong suốt quá trình vận hành, đặc biệt khi có bão lớn hoặc triều cường, làm gia tăng nguy cơ sạt lở bờ kè và vỡ đê.
2.2. Phân tích đặc điểm địa chất phức tạp tại Đầm Nại
Kết quả khảo sát địa chất chi tiết cho thấy nền đất Đầm Nại có sự xen kẹp của nhiều lớp đất khác nhau. Trong đó, đáng lo ngại nhất là Lớp 3b: Bùn sét – sét pha, màu xám đen, xám xanh, lẫn vỏ sò, đá san hô, có trạng thái dẻo chảy – chảy. Lớp đất này có chỉ số dẻo thấp (Ip = 5.68), lực dính không đáng kể (C = 0.140 kg/cm²) và góc ma sát trong thấp. Các đặc tính này cho thấy đất có khả năng chịu cắt rất kém và dễ bị biến dạng khi chịu tải. Sự phân bố không đồng đều của lớp đất yếu này trên toàn tuyến đê càng làm cho bài toán cải tạo nền đất trở nên phức tạp hơn, đòi hỏi phải có giải pháp xử lý linh hoạt cho từng đoạn tuyến cụ thể.
III. Phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm xử lý nền đất
Một trong những công nghệ xử lý đất yếu hiệu quả được đề xuất cho Đê Đầm Nại là phương pháp gia tải trước kết hợp với hệ thống thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm. Nguyên lý của giải pháp này là chủ động tạo ra một độ lún trước khi xây dựng công trình chính thức, nhằm làm cho nền đất cố kết và ổn định. Bằng cách đắp một lớp đất gia tải có trọng lượng tương đương hoặc lớn hơn tải trọng của đê sau này, nước trong các lỗ rỗng của đất yếu sẽ bị ép thoát ra ngoài, làm giảm hệ số rỗng và tăng sức chịu tải của đất. Tuy nhiên, do đất sét và bùn sét tại Đầm Nại có hệ số thấm rất thấp, quá trình cố kết tự nhiên sẽ kéo dài hàng chục năm. Do đó, việc sử dụng bấc thấm PVD (Prefabricated Vertical Drains) là cực kỳ cần thiết. Bấc thấm được cắm sâu vào lớp đất yếu, tạo ra các đường thoát nước thẳng đứng, giúp rút ngắn đáng kể quãng đường di chuyển của nước và đẩy nhanh quá trình cố kết từ vài năm xuống chỉ còn vài tháng.
3.1. Nguyên lý hoạt động của công nghệ gia tải trước
Phương pháp gia tải trước là biện pháp chủ động gây lún nền đất yếu bằng cách chất tải lên bề mặt. Tải trọng này sẽ làm tăng ứng suất hiệu quả trong đất, khiến các hạt đất được sắp xếp lại chặt chẽ hơn và nước lỗ rỗng bị đẩy ra ngoài. Quá trình này giúp nền đất đạt được độ chặt cần thiết và phần lớn độ lún xảy ra trước khi công trình chính được xây dựng. Để theo dõi hiệu quả, hệ thống quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng được lắp đặt để kiểm soát tốc độ gia tải và xác định thời điểm nền đất đạt độ ổn định yêu cầu, đảm bảo an toàn cho các giai đoạn thi công tiếp theo.
3.2. Vai trò của bấc thấm PVD trong việc tăng tốc cố kết
Bấc thấm PVD đóng vai trò như những "giếng cát" siêu nhỏ, tạo ra một mạng lưới thoát nước nhân tạo trong lòng đất yếu. Khi áp lực từ lớp gia tải tác dụng, nước lỗ rỗng sẽ di chuyển theo phương ngang vào các rãnh của bấc thấm rồi thoát lên trên lớp đệm cát và ra ngoài. Nhờ đó, quá trình cố kết được tăng tốc một cách ngoạn mục. Việc kết hợp bấc thấm PVD với gia tải trước không chỉ rút ngắn thời gian chờ lún mà còn cho phép kiểm soát tốt hơn biến dạng của nền, là một trong những biện pháp thi công nền yếu tiên tiến và được áp dụng rộng rãi cho các công trình lớn.
IV. Giải pháp cọc xi măng đất để gia cố nền đất yếu hiệu quả
Bên cạnh phương pháp gia tải, công nghệ xử lý đất yếu bằng cọc xi măng - đất (CDM - Cement Deep Mixing) cũng là một giải pháp ưu việt được xem xét cho Đê Đầm Nại. Phương pháp này thuộc nhóm giải pháp cải tạo nền đất bằng cách trộn trực tiếp chất kết dính (xi măng) với đất nền tại chỗ để tạo thành những cột đất-xi măng có cường độ cao. Các cột này hoạt động như những chiếc cọc, tiếp nhận và truyền tải trọng từ thân đê xuống các lớp đất tốt hơn ở phía dưới, đồng thời gia cường cho khối đất yếu xung quanh. Ưu điểm lớn của giải pháp này là khả năng tăng cường độ và giảm tính nén lún của nền đất một cách nhanh chóng, ít phụ thuộc vào thời gian cố kết. Việc thi công cọc xi măng đất giúp tạo ra một khối nền gia cố đồng nhất, cải thiện đáng kể sự ổn định và sức chịu tải của đất, phù hợp với các công trình yêu cầu tiến độ nhanh và chất lượng cao. So với các giải pháp truyền thống như cọc cừ tràm hay giếng cát, cọc xi măng đất mang lại hiệu quả kỹ thuật vượt trội và độ bền lâu dài.
4.1. Quy trình thi công công nghệ cọc xi măng đất CDM
Quy trình thi công cọc xi măng đất bao gồm các bước chính: định vị vị trí cọc, khoan tạo lỗ bằng cần khoan có cánh trộn, sau đó bơm vữa xi măng vào trong lòng đất trong khi cần khoan vừa xoay vừa rút lên. Quá trình này đảm bảo xi măng được trộn đều với đất yếu, tạo thành một cột vật liệu đồng nhất. Công nghệ này có thể thi công trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau và ít gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Chất lượng cọc được kiểm soát chặt chẽ thông qua tỷ lệ xi măng, tốc độ khoan và áp lực bơm.
4.2. Ưu điểm trong việc gia cố nền và tăng sức chịu tải
Giải pháp cọc xi măng đất mang lại nhiều lợi ích. Nó không chỉ cải thiện cường độ của đất nền mà còn làm giảm độ lún tổng thể và lún lệch. Các cọc xi măng đất liên kết với nhau tạo thành một khối móng vững chắc, giúp phân bố lại ứng suất và tăng cường khả năng chống trượt sâu của nền đê. Đây là một phương pháp gia cố nền đất yếu rất chủ động, cho phép kiểm soát chất lượng và đạt được các yêu cầu kỹ thuật khắt khe về an toàn công trình thủy lợi, đặc biệt là các công trình quan trọng như đê biển.
V. Lựa chọn giải pháp và ứng dụng thực tiễn cho Đê Đầm Nại
Dựa trên việc phân tích tổng hợp về điều kiện kỹ thuật, hiệu quả kinh tế và tính khả thi trong thi công, luận văn của Nguyễn Quốc Trường (2017) đã tiến hành so sánh và đề xuất phương án xử lý tối ưu cho dự án đê Đầm Nại. Bài toán mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng đã được thực hiện để đánh giá mức độ ổn định, độ lún và sự phân bố ứng suất trong nền đê với các giải pháp khác nhau. Các phương án như sử dụng vải địa kỹ thuật, cọc cát, và gia tải trước kết hợp bấc thấm đã được đặt lên bàn cân. Kết quả phân tích cho thấy việc kết hợp nhiều biện pháp một cách linh hoạt là hướng đi hiệu quả nhất. Ví dụ, tại những đoạn nền rất yếu, có thể áp dụng giải pháp cọc xi măng đất để gia cố sâu, trong khi ở những đoạn ít phức tạp hơn, phương pháp gia tải trước cùng bấc thấm PVD là lựa chọn kinh tế hơn. Việc quan trắc lún và biến dạng trong suốt quá trình thi công và sau khi hoàn thành là khâu không thể thiếu để xác minh kết quả tính toán và đảm bảo an toàn công trình thủy lợi trong dài hạn.
5.1. Phân tích so sánh và lựa chọn phương án tối ưu
Nghiên cứu đã thực hiện các mô hình tính toán chi tiết cho từng phương án xử lý nền. Bảng so sánh các phương án (Bảng 3.7 trong luận văn) đã chỉ ra rằng giải pháp sử dụng cọc cát kết hợp vải địa kỹ thuật và gia tải trước có chi phí hợp lý và đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật. Vải địa kỹ thuật có vai trò phân cách, gia cường và lọc, ngăn không cho vật liệu đắp bị trộn lẫn vào nền đất yếu, đồng thời tăng khả năng chịu kéo của nền. Việc lựa chọn phương án cuối cùng phụ thuộc vào việc cân đối giữa chi phí đầu tư ban đầu và hiệu quả ổn định lâu dài của công trình.
5.2. Kết quả quan trắc lún và ổn định nền đê sau xử lý
Thông qua mô hình toán, nghiên cứu đã dự báo biểu đồ lún theo thời gian sau khi hoàn thành đắp đê. Kết quả cho thấy, với các biện pháp thi công nền yếu được áp dụng, độ lún của nền được kiểm soát trong giới hạn cho phép và quá trình cố kết diễn ra nhanh hơn dự kiến. Dữ liệu từ hệ thống quan trắc lún thực tế (nếu được triển khai) sẽ là cơ sở quan trọng để đối chứng với kết quả mô phỏng, từ đó hiệu chỉnh các thông số thiết kế và đưa ra các khuyến nghị cho việc vận hành và bảo trì công trình trong tương lai, đảm bảo ổn định nền đê một cách bền vững.
