Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài trên 3.260 km, trong đó hệ thống đê biển trải dài khoảng 1.400 km, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ đất liền khỏi tác động của sóng, bão và nước biển dâng. Đồng bằng Bắc Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là những vùng chịu ảnh hưởng nặng nề từ biến đổi khí hậu và nước biển dâng, với dự báo khoảng 15.000 km² tại ĐBSCL có nguy cơ ngập úng nghiêm trọng. Trong bối cảnh đó, việc xây dựng và nâng cấp hệ thống đê bao lấn biển không chỉ nhằm mở rộng quỹ đất mà còn là giải pháp chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu, bảo vệ dân cư và phát triển kinh tế - xã hội.

Luận văn tập trung nghiên cứu đề tài đê bao lấn biển huyện Tiên Lãng, Hải Phòng với chiều dài tuyến đê khoảng 22,5 km, bao quanh khu bãi bồi giữa hai cửa sông Văn Úc và Thái Bình. Mục tiêu chính là lựa chọn phương án kết cấu đê phù hợp để tạo nền xây dựng sân bay quốc tế Tiên Lãng quy mô cấp 4F, đáp ứng công suất trên 20 triệu hành khách/năm và hơn 200 vị trí đỗ máy bay. Nghiên cứu được thực hiện dựa trên điều kiện địa chất, khí tượng thủy văn, vật liệu xây dựng và các điều kiện thi công thực tế tại khu vực.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế, thi công đê bao lấn biển hiện đại, góp phần phát triển hạ tầng giao thông hàng không và cảng biển tại Hải Phòng, đồng thời nâng cao khả năng chống chịu thiên tai và biến đổi khí hậu cho vùng ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cơ học đất và địa kỹ thuật: Phân tích đặc tính cơ lý của các lớp đất nền, bao gồm các chỉ tiêu như độ ẩm, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, mô đun biến dạng, hệ số rỗng và độ bão hòa. Các lớp đất tại khu vực khảo sát gồm đất sét, bùn sét, cát hạt mịn và cát pha với độ sâu và tính chất khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định và lún nền đê.

  • Mô hình tính toán ứng suất - biến dạng và ổn định đê: Sử dụng phần mềm chuyên dụng Plaxis để mô phỏng chuyển vị, lún và ứng suất trong thân đê và nền đất, từ đó đánh giá độ ổn định và đề xuất giải pháp gia cố phù hợp.

  • Mô hình kết cấu đê biển hiện đại: Nghiên cứu các dạng kết cấu đê phổ biến trên thế giới và trong nước như đê có lõi vật liệu tại chỗ, đê bằng hệ thống cọc ống bê tông cốt thép, đê bằng xà lan bê tông nối tiếp, đê dạng tường ô vây, đê mái nghiêng kết hợp tường cừ và đê bằng xà lan tạo chân. Mỗi loại kết cấu có ưu nhược điểm và điều kiện áp dụng riêng biệt, phù hợp với đặc điểm địa chất và môi trường biển.

Các khái niệm chính bao gồm: độ ổn định mái đê, áp lực sóng, chuyển vị nền, cố kết đất, và các chỉ tiêu cơ lý đất nền.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu địa chất từ các hố khoan khảo sát tại khu vực Tiên Lãng, bao gồm các chỉ tiêu cơ lý đất nền; số liệu khí tượng thủy văn, hải văn; tài liệu thiết kế và thi công các công trình đê biển trong nước và quốc tế; các báo cáo kỹ thuật và quy chuẩn xây dựng.

  • Phương pháp phân tích: Áp dụng phương pháp mô phỏng số bằng phần mềm Plaxis để tính toán chuyển vị, lún nền và ứng suất trong đê và nền đất. Phân tích ổn định mái đê dựa trên mô hình toán học và các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. So sánh các phương án kết cấu đê dựa trên hiệu quả kỹ thuật, chi phí và điều kiện thi công.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ năm 2012 đến 2014, bao gồm giai đoạn khảo sát hiện trường, thu thập số liệu, phân tích mô hình, đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Sử dụng dữ liệu từ hơn 40 hố khoan phân bố đều trên tuyến đê, đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ khu vực nghiên cứu. Lựa chọn phương pháp phân tích mô phỏng số vì khả năng mô hình hóa chính xác các điều kiện phức tạp của nền đất yếu và tác động thủy lực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm địa chất nền phức tạp: Khu vực xây dựng đê bao lấn biển Tiên Lãng có nhiều lớp đất khác nhau với độ dày biến đổi, trong đó lớp bùn sét có độ dày trung bình 3,38 m, lớp cát hạt mịn trung bình 1,56 m, và lớp sét dẻo cứng có độ dày trung bình 8,13 m. Chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT dao động từ 1 đến 62, cho thấy nền đất yếu và không đồng nhất, ảnh hưởng lớn đến độ ổn định và lún nền.

  2. Phân tích chuyển vị và lún nền: Mô hình tính toán cho thấy chuyển vị đứng của nền đê sau giai đoạn đắp có thể lên tới khoảng 4,5 m tại một số điểm khảo sát, với lún kéo dài trong thời gian thi công. Hệ số ổn định mái đê đạt giá trị khoảng 1,4, đảm bảo an toàn trong điều kiện thiết kế. Lún nền được kiểm soát tốt khi áp dụng các biện pháp thi công phù hợp.

  3. Hiệu quả các phương án kết cấu đê: Phương án đê bằng túi vải địa kỹ thuật chứa cát được đề xuất cho khu vực nước nông, giúp tăng tính ổn định thân đê, giảm thiểu rủi ro sạt trượt trong quá trình thi công. So với các phương án đê cứng như cọc ống BTCT hay tường ô vây, phương án này có ưu điểm về chi phí và thời gian thi công, đồng thời tận dụng được vật liệu tại chỗ.

  4. Ảnh hưởng của sóng và thủy triều: Áp lực sóng cực đại lên mái đê được tính toán chi tiết, cho thấy cần thiết phải gia cố mái đê bằng đá hộc và cấu kiện chắn sóng như Tetrapods để giảm thiểu xói mòn và đảm bảo độ bền công trình. Mực nước dâng trong bão kết hợp triều cường là yếu tố quan trọng trong thiết kế cao trình đỉnh đê.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các hiện tượng lún và chuyển vị lớn là do nền đất yếu, đặc biệt là các lớp bùn sét dày và có độ nén chặt thấp. So với các nghiên cứu trước đây về đê biển tại Nam Định và Thái Bình, kết quả tương đồng về đặc điểm địa chất và yêu cầu gia cố nền. Việc sử dụng túi vải địa kỹ thuật chứa cát là giải pháp kỹ thuật tiên tiến, phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp và giúp rút ngắn thời gian thi công so với phương pháp đắp đất truyền thống.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ chuyển vị theo thời gian, bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đất và sơ đồ mặt cắt đê minh họa các phương án kết cấu. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công đê bao lấn biển, đồng thời giảm thiểu rủi ro thiên tai cho khu vực sân bay Tiên Lãng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương án đê bằng túi vải địa kỹ thuật chứa cát: Triển khai thi công theo trình tự đã tính toán, ưu tiên khu vực nước nông với chiều sâu dưới 20 m, nhằm tăng tính ổn định thân đê và giảm thiểu rủi ro sạt trượt. Thời gian hoàn thành dự kiến trong vòng 2 năm. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và nhà thầu thi công.

  2. Gia cố nền đê bằng cọc xi măng đất và cọc cát: Ứng dụng tại các vị trí nền yếu, đặc biệt là các lớp bùn sét dày, nhằm nâng cao sức chịu tải và giảm lún nền. Thời gian thi công đồng bộ với tiến độ đắp đê. Chủ thể thực hiện: Nhà thầu chuyên ngành địa kỹ thuật.

  3. Gia cố mái đê bằng đá hộc và cấu kiện chắn sóng: Sử dụng Tetrapods và Accropode để bảo vệ mái đê khỏi tác động của sóng biển và thủy triều, đảm bảo độ bền lâu dài cho công trình. Chủ thể thực hiện: Nhà thầu xây dựng công trình biển.

  4. Xây dựng hệ thống thoát nước và kiểm soát triều cường: Thiết kế và lắp đặt các cống kiểm soát triều, hệ thống kênh mương thủy lợi phù hợp để đảm bảo thoát nước hiệu quả, tránh ngập úng khu vực lấn biển. Thời gian hoàn thiện trước khi đưa sân bay vào khai thác. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và đơn vị tư vấn thủy lợi.

  5. Theo dõi và đánh giá ổn định công trình sau thi công: Thiết lập hệ thống quan trắc chuyển vị, lún nền và áp lực sóng để kịp thời phát hiện và xử lý các sự cố phát sinh. Chủ thể thực hiện: Cơ quan quản lý công trình và đơn vị tư vấn giám sát.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà thiết kế và kỹ sư công trình thủy lợi, đê biển: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kinh nghiệm thực tiễn trong thiết kế kết cấu đê bao lấn biển trên nền đất yếu, giúp lựa chọn giải pháp kỹ thuật phù hợp.

  2. Cơ quan quản lý dự án và chính quyền địa phương: Tham khảo để hoạch định chính sách, quy hoạch phát triển hạ tầng ven biển, đồng thời nâng cao hiệu quả quản lý và bảo trì hệ thống đê biển.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy lợi, kỹ thuật biển: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp phân tích địa kỹ thuật, mô hình tính toán và ứng dụng công nghệ mới trong xây dựng đê biển.

  4. Nhà thầu thi công và tư vấn giám sát công trình: Hướng dẫn chi tiết về quy trình thi công, lựa chọn vật liệu và biện pháp gia cố nền, giúp nâng cao chất lượng và tiến độ thi công.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần xây dựng đê bao lấn biển tại Tiên Lãng?
    Việc xây dựng đê bao lấn biển tại Tiên Lãng nhằm tạo quỹ đất phục vụ xây dựng sân bay quốc tế Tiên Lãng, đồng thời bảo vệ khu vực khỏi tác động của sóng biển, thủy triều và biến đổi khí hậu, góp phần phát triển kinh tế - xã hội vùng ven biển.

  2. Phương án kết cấu đê nào được đề xuất cho khu vực này?
    Phương án đê bằng túi vải địa kỹ thuật chứa cát được đề xuất do phù hợp với điều kiện nước nông, nền đất yếu và giúp rút ngắn thời gian thi công so với các phương án truyền thống.

  3. Đặc điểm địa chất ảnh hưởng như thế nào đến thiết kế đê?
    Khu vực có nhiều lớp đất yếu như bùn sét và sét dẻo với độ dày lớn, gây lún nền và mất ổn định mái đê nếu không được gia cố đúng cách. Do đó, thiết kế phải tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và độ bền công trình.

  4. Các biện pháp gia cố nền đê được áp dụng là gì?
    Gia cố nền bằng cọc xi măng đất, cọc cát và sử dụng túi vải địa kỹ thuật chứa cát giúp tăng sức chịu tải, giảm lún và ổn định thân đê trong quá trình thi công và khai thác.

  5. Làm thế nào để kiểm soát tác động của sóng và thủy triều lên đê?
    Gia cố mái đê bằng đá hộc và cấu kiện chắn sóng như Tetrapods giúp giảm năng lượng sóng, chống xói mòn và bảo vệ đê khỏi sóng tràn và nước dâng trong bão, đảm bảo an toàn công trình.

Kết luận

  • Đề tài đã phân tích chi tiết đặc điểm địa chất, khí tượng thủy văn và điều kiện thi công tại khu vực đê bao lấn biển Tiên Lãng, Hải Phòng.
  • Đã đề xuất và tính toán phương án kết cấu đê bằng túi vải địa kỹ thuật chứa cát phù hợp với điều kiện nước nông và nền đất yếu.
  • Kết quả mô phỏng cho thấy phương án này đảm bảo độ ổn định, kiểm soát tốt lún nền và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật xây dựng sân bay quốc tế cấp 4F.
  • Đề xuất các giải pháp gia cố nền, gia cố mái đê và hệ thống thoát nước nhằm nâng cao hiệu quả và độ bền công trình.
  • Khuyến nghị tiếp tục theo dõi, đánh giá ổn định công trình sau thi công và nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ mới trong xây dựng đê biển.

Hành động tiếp theo: Triển khai áp dụng phương án kết cấu đã đề xuất trong dự án xây dựng đê bao lấn biển Tiên Lãng, đồng thời tổ chức giám sát chặt chẽ quá trình thi công và vận hành công trình để đảm bảo an toàn và hiệu quả lâu dài.