MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cà Mau là một tỉnh nằm ở cực Nam của Việt Nam, điều kiện tự nhiên mang đậm nét đặc thù của vùng đồng bằng Sông Cửu Long, nhiều sông ngòi, đầm phá, có hệ sinh thái rừng ngập nƣớc, trong đó quy tụ nhiều loài động vật và loài chim quý hiếm, đặc biệt có một sân chim lớn ngay tại thành phố Cà Mau. Trong đó, Ngọc Hiển, một huyện của tỉnh Cà Mau, là Khu dự trữ sinh quyển Mũi Cà Mau đã đƣợc UNESCO công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới. Mũi Cà Mau đƣợc ví nhƣ mũi tàu của tổ quốc nằm trên địa bàn xã Đất Mũi, huyện Ngọc Hiển, tỉnh Cà Mau.
Trong những năm gần đây, Mũi Cà Mau bị sạt lở nghiêm trọng. Việc chống sạt lở bờ biển khu du lịch Đất Mũi, nhằm bảo vệ cột mốc Quốc gia, bảo vệ khu dân cƣ hiện hữu, bảo tồn và phát triển rừng phòng hộ ven biển là hết sức cấp thiết và có tầm quan trọng. Nhiều giải pháp thiết kế bờ kè để chống sạt lở nhƣ: cừ bản nhựa, cọc ly tâm, rọ đá… đã đƣợc nghiên cứu và giải pháp này đã đƣợc lựa chọn để thi công. Tuy nhiên, với lớp đất yếu có chiều dày lớn, độ lún lớn và không đều, giải pháp bờ kè đƣợc lựa chọn đã bộc lộ nhiều nhƣợc điểm và công trình bờ kè đã bị hƣ hỏng.
Qua nghiên cứu cho thấy đối với vùng đất yếu, việc lựa chọn giải pháp bờ kè với kết cấu “mềm” kết hợp với việc sử dụng vật liệu mới có nhiều ƣu điểm, khắc phục đƣợc những hạn chế công trình bờ kè với kết cấu “cứng”. Bờ kè bằng ống vải địa kỹ thuật (Geotubes) là giải pháp đã đƣợc sử dụng để chống sạt lở ở các nƣớc trên thế giới và một số dự án trong nƣớc, có nhiều ƣu điểm và phù hợp với vùng đất yếu nhƣ Vùng đất Mũi Cà Mau. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu phƣơng pháp tính toán ứng dụng giải pháp ống vải địa kỹ thuật để chống sạt lở phù hợp với điều kiện tự nhiên của địa phƣơng. Cụ thể là: 2 Tính toán thiết kế ống vải địa kỹ thuật làm lõi cho bờ kè.
Phân tích ứng suất, biến dạng phát sinh của ống vải địa kỹ thuật trong quá trình bơm vật liệu vào ống bằng phần mềm GeocoPS. Mô phỏng kết cấu bằng phần mềm Plaxis để phân tích và đánh giá sự làm việc ổn định và biến dạng của ống trên nền đất tự nhiên của dự án. Phân tích kết quả tính toán và đề xuất giải pháp ứng dụng nhiều giải pháp công nghệ ống vải địa vào dự án tƣơng tự. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan các giải pháp kè biển trên thế giới và ở Việt Nam.
Từ đó đề xuất giải pháp bờ kè phù hợp với điều kiện địa phƣơng. Tổng hợp các lý thuyết tính toán về ứng xử của ống vải địa kỹ thuật theo phƣơng pháp giải tích. Phân tích kết cấu của ống vải địa kỹ thuật trong quá trình thi công và quá trình làm việc. Sử dụng phần mềm GeoCoPS để phân tích và tính toán hình dạng ống vải địa và sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng đánh giá sự ổn định và biến dạng của công trình trong quá trình làm việc thực tế.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu về phƣơng pháp lý thuyết tính toán và ứng dụng thực tiễn của ống vải địa kỹ thuật để thay thế giải pháp kè truyền thống cho vùng đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long. Ý nghĩa thực tiễn: Do điều kiện địa chất yếu, phù sa non trẻ lại thƣờng xuyên chịu sóng gió, các công trình bờ kè có kết cấu “cứng” hoặc các giải pháp kết cấu “mềm” đã đƣợc sử dụng thực tế không đảm bảo phòng chống đƣợc sạt lở. Đề tài làm rõ ƣu nhƣợc điểm của ống vải địa kỹ thuật, kết cấu để sự dụng ống vải địa kỹ thuật làm lõi đê, làm cơ sở cho việc nghiên cứu, ứng dụng của kết cấu này trong hiện tại và tƣơng 3 lai…giúp cho dự án có thêm giải pháp hợp lý hơn để lựa chọn và có thể ứng dụng cho các công trình có đặc điểm tƣơng tự. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu Chỉ phân tích kết cấu ống vải địa và các kết cấu bảo vệ bên ngoài thân đê.
Đề tài phân tích dựa trên mô hình bài toán phẳng. Đề tài dựa trên hồ sơ khảo sát địa chất, các số liệu quan trắc cụ thể tại mũi Cà Mau làm cơ sở nghiên cứu cho bài toán phân tích kè. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP KÈ ĐƢỢC ỨNG DỤNG HIỆN NAY 1. Mở đầu Việt Nam là quốc gia có đƣờng bờ biển dài khoảng 3500km, nhiều tỉnh thành phố tiếp giáp với biển với dân số vùng ven biển.
Từ lâu, hệ thống đê biển đã đƣợc xây dựng để bảo đƣờng bờ biển nhằm chống sạt lở ven bờ. Đê biển không chỉ chống bão, ngăn mặn, chống sạt lở mà còn đóng góp phần quan trọng đến giao thông, du lịch và nền kinh tế quốc gia. Do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó có tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu làm cho tình hình sạt lở có chiều hƣớng gia tăng nhanh chóng. Đồng bằng Sông Cửu Long với hệ thống sông ngòi dày đặt nằm trên nền đất yếu, đặt biệt là ở Mũi Cà Mau, với đƣờng bờ biển dài, có tình trạng sạt lở rất nghiêm trọng, nhất là trong những năm vừa qua.
Kè biển làm nhiệm vụ bảo vệ khu dân cƣ, các vùng đất để tránh tác động của nƣớc biển dƣới tác động của sóng gió và triều cƣờng. Các nƣớc phát triển đã có nhiều đầu tƣ về nghiên cứu khoa học, công nghệ đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho bờ biển. Các giải pháp gia cƣờng, bảo vệ bờ biển có thể đƣợc thay mới bằng giải pháp công nghệ an toàn vững chắc hơn. Trong những năm qua, là nƣớc ven biển, Việt Nam cũng tích cực nghiên cứu tìm ra những giải pháp hữu hiệu hơn trong việc bảo vệ bờ biển nhất là ở những vùng đất yếu, nhƣng chƣa thực sự đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật của đê biển hiện tại.
Các phần tổng quan về gia cƣờng đê biển trên thế giới và của Việt Nam đƣợc trình bày sau đây cho toàn cảnh một số cải tiến công nghệ cũng nhƣ những tồn tại về mặt kỹ thuật. Từ đó sẽ phân tích, đánh giá rút ra đƣợc giải pháp bờ kè phù hợp với vùng đất yếu ở Mũi Cà Mau. Một số các giải pháp kè đƣợc ứng dụng hiện nay Qua nghiên cứu các hình thức kết cấu và loại vật liệu sử dụng làm bờ kè, có thể phân ra làm 2 dạng kết cấu bờ kè nhƣ sau: 5 1. Kết cấu cứng Kết cấu “cứng” là loại kết cấu truyền thống sử dụng bê tông cốt thép, đá hộc… đóng vai trò chính.
Kết cấu “cứng” có lịch sử phát triển từ lâu và đã góp phần to lớn trong việc hạn chế sạt lở bờ sông, ven biển. Các công trình sử dụng kết cấu “cứng” thƣờng không phù hợp với vùng đất có lớp yếu dày, độ lún lớn; về mặt làm việc, việc tạo ra các mặt phẳng và rộng dẫn đến tính phản xạ mạnh sự va đập của các sóng lừng để tạo ra cái mà ta thƣờng gọi là sóng dừng hoặc hiện tƣợng nhồi lắc cản trở bùn cát bồi lấp làm cho chân công trình bị xói mòn ngày càng nhiều. Tính phản xạ với năng lƣợng lớn của sóng cùng với sự cộng hƣởng sẽ làm cho công trình dễ bị phá hoại. Một số dạng kết cấu “cứng” thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ sau: 1.
Kè lát mái bằng đá lát khan Đá hộc với kích thƣớc xác định nhằm đảm bảo ổn định dƣới tác dụng của sóng và đẩy nổi của nƣớc, dòng chảy. Đá đƣợc xếp chặt theo lớp để bảo vệ mái. Với loại kè này thƣờng có một số biểu hiện hƣ hỏng do lún sụt, chuyển vị xô lệch, dồn đống trong khung bê tông cốt thép. Phƣơng pháp này đã đƣợc sử dụng ở hầu hết các địa phƣơng, vật liệu hay dùng là đá hộc có kích thƣớc trung bình mỗi chiều khoảng 0,25m - 0,30m.
Ƣu điểm: Khi ghép chèn chặt làm cho mỗi viên đá hộc đƣợc các viên khác giữ bởi bề mặt gồ ghề của viên đá, khe hở ghép lát lớn sẽ thoát nƣớc mái đê nhanh, giảm áp lực đẩy nổi và liên kết mềm dễ biến vị theo độ lún của nền. 1(a,b): Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Hải Hậu-Nam Định 6 Bề mặt gồ ghề, độ nhám lớn làm giảm sóng leo lên mái và giảm vận tốc dòng rút. Về mặt kỹ thuật thi công và sửa chữa dễ dàng hơn. Nhƣợc điểm: Khi nền bị lún cục bộ hoặc dƣới tác dụng của sóng dồn nén, các liên kết do chèn bị phá vỡ, các hòn đá tách rời nhau ra.
Vì trọng lƣợng bản thân quá nhỏ nên dễ bị sóng cuốn trôi. Khe hở giữa các hòn đá khá lớn, vận tốc sóng làm cho dòng chảy trong các khe đá ép xuống nền thúc đẩy hiện tƣợng trôi đất nền tạo nhiều hang hốc lớn, sạt nhanh, gây hƣ hỏng đê. Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch Phƣơng pháp này đã đƣợc sử dụng ở Thái Bình, Nha Trang,.với vật liệu là đá hộc kích thƣớc trung bình mỗi chiều khoảng 0,25 – 0,3m (tận dụng cả đá nhỏ).2 là hình thức kè đá xây liền khối ở Thái Bình tại nơi có bãi và rừng ngập mặn trƣớc đê. 2: Kè đá xây liền khối ở tỉnh Thái Bình Kè lát mái bằng đá xây: Đổ vữa lót nền và xây từng viên đá liên kết thành tấm lớn có chiều rộng 2m, tạo khớp nối bằng bao tải nhựa đƣờng.
Kè lát mái bằng đá chít mạch: Xếp đá chèn chặt và đổ vữa chít các mạch phía trên. Ƣu điểm: Liên kết các viên đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lƣợng để ổn định, đồng thời các khe hở giữa các hòn đá đƣợc bịt kín, chống đƣợc dòng xói ảnh hƣởng trực tiếp xuống nền. 7 Nhƣợc điểm: Khi đặt trên nền đất yếu, lún không đều sẽ làm cho tấm lớn đá xây, đá chít mạch lún theo tạo vết nứt gẫy theo mạch vữa, dƣới tác động của dòng chảy trực tiếp xuống nền và dòng thấm tập trung thoát ra gây mất đất nền gây lún sập kè nhanh chóng. Ngoài ra khi thi công tại chỗ vữa xây bị mặn xâm thực sẽ làm giảm cƣờng độ của khối xây.
Kè mái bằng bê tông Kè lát mái bê tông đổ tại chỗ: Phƣơng pháp này đã đƣợc sử dụng ở kè Hải Hậu - Nam Định, phá Tam Giang - Thừa Thiên-Huế, Bàu Tró - Quảng Bình.
