CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ BIỂN BẰNG BÊ TÔNG - BÊ TÔNG CỐT THÉP Trong những năm gần đây việc xây dựng, tu bổ, nâng cấp hệ thống đê và các công trình bảo vệ bờ biển được Đảng, nhà nước và chính phủ rất coi trọng và đầu tư với nguồn kinh phí lớn. Chính vì vậy, để đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho các công trình này những vật liệu có chất lượng cao như bê tông và bê tông cốt thép (BT-BTCT) đang được nghiên cứu và sử dụng ngày càng rộng rãi thay cho các vật liệu truyền thống trước đây. Với lý do đó, nội dung phần tổng quan dưới đây sẽ tập trung phân tích vấn đề thực trạng, nguyên nhân hư hỏng và các giải pháp hạn chế đối với các kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển sử dụng vật liệu chế tạo là bê tông và bê tông cốt thép. Từ đó sẽ phân tích, đánh giá, định hướng giải pháp nghiên cứu trong luận án sao cho phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam.1 Hiện trạng và nguyên nhân hư hỏng kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển bằng BT-BTCT Để tìm hiểu về hiện trạng và nguyên nhân hư hỏng BT-BTCT kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển, cần xem xét các hình thức kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển thường dùng, thực trạng về khả năng làm việc của loại kết cấu này, sau đó phân tích nguyên nhân gây nên những phá hoại hư hỏng đối với kết cấu công trình.1 Khái quát về các dạng kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Theo “Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển” do Bộ NN và PTNT ban hành năm 2012 [3], và tiêu chuẩn TCVN 9901:2014 [4], dựa vào hình thức mặt cắt ngang đặc trưng, đê biển có thể được phân thành 3 loại sau: - Đê tường đứng (hình 1-1) - Đê mái nghiêng, có hoặc không có cơ đê ở hai phía (hình 1-2, 1-3) - Đê hỗn hợp, trên nghiêng dưới đứng, hoặc trên đứng dưới nghiêng (hình 1-4) Một số ví dụ minh họa mặt cắt ngang đê biển có thể tham khảo trên các hình từ 1-1 đến 1-4.
Việc lựa chọn loại mặt cắt phù hợp cần căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, vật liệu xây dựng, điều kiện thi công và yêu cầu sử dụng để phân tích và quyết định. Nền đê được bóc lớp đất phong hóa; 3. Đất đắp thân đê; 4. Lăng thể chống xói; 7.
Cây chắn sóng Hình 1-1. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng 1. Lăng thể chống xói; 7. Nền đê được bóc phong hóa; 10.
Đất đắp thân đê; 11. Cây chắn sóng Hình 1-2. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng mái nghiêng loại có cơ đê 1. Nền đê được bóc phong hóa; 3.
Đất đắp thân đê; 4. Gia cố mái phía biển; 6. Lăng thể chống xói; 9. Mương tiêu nước; 10.
Cây chắn sóng Hình 1-3. Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng mái nghiêng loại không có cơ đê 5 1. Nền đê được bóc phong hóa; 3. Đất đắp thân đê; 4.
Gia cố mái phía biển; 6. Tường chân khay; 8. Lăng thể chống xói; 10. Cây chắn sóng Hình 1-4.
Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp Nhìn vào các sơ đồ trên có thể thấy, mỗi bộ phận trong kết cấu đê đều có vai trò nhất định trong việc giữ ổn định và đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho toàn hệ thống khi chịu những tác động từ các yếu tố đặc trưng của môi trường biển. Tuy nhiên, những phần trực tiếp chịu tác động của sóng, dòng chảy và thủy triều là những điểm xung yếu, dễ bị phá hoại, có ảnh hưởng nhiều hơn đến sự an toàn của mỗi tuyến đê, và chiếm một tỷ lệ kinh phí đáng kể trong các dự án đê điều, nên thường được sự quan tâm của các đơn vị thiết kế và thi công hơn. Những bộ phận quan trọng này phải kể đến như kết cấu tường của dạng đê tường đứng, đê hỗn hợp và kết cấu kè bảo vệ mái dốc phía biển của dạng đê mái nghiêng. Vật liệu sử dụng cho các bộ phận này có các loại sau đây: - Với kết cấu tường của dạng đê tường đứng và dạng đê hỗn hợp, có thể sử dụng vật liệu đá xây hoặc bê tông cốt thép.
- Với kết cấu kè bảo vệ mái dốc của dạng đê mái nghiêng, có thể sử những vật liệu khác nhau được khái quát thành các loại sau đây: + Dùng đá đổ, đá xếp khan, đá xếp trong các khung bằng đá xây; + Dùng bê tông đổ tại chỗ, dùng các cấu kiện bê tông theo hình thức lát độc lập, dạng ghép liên kết theo cơ chế mảng mềm, hay dùng dưới dạng mảng liên kết được ghép trước khi lắp đặt; + Một số hình thức khác: Bê tông atphan, trồng cỏ, vải địa kỹ thuật,…. Theo xu thế hiện nay, khi việc đầu tư xây dựng, nâng cấp các hệ thống đê biển đang được chú trọng để đảm bảo có một công trình ổn định và vững chắc, thì vật liệu BT- 6 BTCT đang được ưa dùng nhiều hơn. Kết cấu đê dạng tường đứng hay phần tường đỉnh kè sử dụng vật liệu BTCT có thể thấy như hình 1-5 và 1-6. Đê dạng tường đứng bằng BTCT Hình 1-6.
Tường đỉnh kè bằng BTCT Với kết cấu kè bảo vệ mái đê, hình thức thông dụng được sử dụng là dùng kết cấu tường đỉnh kè bằng BTCT, kết cấu thân kè là các cấu kiện bê tông đúc sẵn ghép rời không liên kết hoặc có liên kết trong hệ khung giằng BTCT và phần chân kè bằng ống hay bản BTCT kết hợp với đổ đá hộc. Loại hình này có ưu điểm là chống được sóng lớn, dòng chảy mạnh và đạt được yêu cầu về tính mỹ quan cho công trình. Hình 1-7 là mặt cắt ngang của kè gia cố mái đê theo hình thức này. Mặt cắt ngang kết cấu gia cố mái đê điển hình Các cấu kiện bê tông đúc sẵn dùng cho thân kè đã được nghiên cứu chế tạo thành nhiều loại với hình thức, kích thước khác nhau.
Dưới đây là một số dạng cấu kiện bê tông đã được chế tạo sử dụng cho các công trình đê biển ở Việt Nam. 7 - Cấu kiện bê tông đúc sẵn ghép rời không liên kết: Có 2 loại là dạng tấm và dạng cột + Dạng tấm bản nhỏ: Cấu kiện có dạng tấm mỏng, bề mặt vuông (hình 1-8) [5]. Loại này dùng các tấm bê tông đúc sẵn, nên so với hình thức bê tông đổ tại chỗ, thì chất lượng tốt hơn, thi công nhanh và có khe hở thoát nước để làm giảm áp lực đẩy nổi. Tuy nhiên do tấm bản nhỏ không đủ trọng lượng nên dễ bị bóc ra khỏi mái.
+ Dạng cột: Cột có thể là khối lập phương (hình 1-9), khối haro (hình 1-10), hay khối Holhquader (hình1-11). Loại này có trọng lượng khối bê tông và bề dày lớn, không bị gãy nhưng khi thi công phải dùng cần cẩu nên khó khăn hơn. - Cấu kiện bê tông đúc sẵn ghép rời có liên kết: + Loại có liên kết ngàm hai chiều (hình 1-12, 1-13): Các loại cấu kiện này đã thi công ở nhiều nơi như Yên Hưng–Quảng Ninh, Ngọc Xá-Trúc Lý–Quảng Bình, đê biển –Đồ Sơn–Hải Phòng, Cổ Vậy-Giao Thủy–Nam Định, Đồ Sơn–Hải Phòng, Phá Cầu Hai– Thừa Thiên Huế, Hà Tĩnh,…. và hiện đang dùng loại có kích thước 40x40x28cm.
Kè bằng cấu kiện BT tấm bản mỏng Hình 1-9. Kè bằng cấu kiện BT khối lập phương Hình 1-10. Kè bằng cấu kiện BT Haro Hình 1-11. Kè bằng cấu kiện BT Holhquader 8 Hình 1-12.
Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 2 chiều loại không có mũ Hình 1-13. Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 2 chiều loại có mũ Ưu điểm: Có khả năng phân bố lực xung, lực cục bộ cho các cấu kiện bên cạnh vì vậy giảm được hiện tượng lún sâu. Đổng thời do nối với nhau bằng các ngàm đối xứng dạng nêm hai chiều đan giằng vào nhau chặt chẽ đã tạo được một kết cấu như một tấm bản lớn và khớp nối dích dắc hạn chế dòng xói trực tiếp xuống nền. Nhược điểm: Ban đầu loại này có chiều dày độ vát quá nhỏ nên dễ bị gãy, sứt mẻ trong quá trình vận chuyển và thi công, do đó các loại sau này có độ dày lớn hơn, khắc phục được nhược điểm này.
+ Loại có liên kết ngàm ba chiều TSC 178 (hình 1-14): Dạng kè này đã được thi công ở nhiều nơi như Hải Phòng, Nam Định, Ninh Bình, Bình Thuận, Bạc Liêu,… 9 Hình 1-14. Kè bằng cấu kiện bê tông liên kết ngàm 3 chiều TSC Ưu điểm: Kết cấu ngàm 3 chiều lắp ghép mềm thích hợp với nền yếu, lún không đều. Ngàm liên kết dạng dích dắc kéo dài, nên hạn chế nước xói trực tiếp xuống nền, đồng thời liên kết thành mảng có chân đế rộng, giảm đáng kể ứng suất của trọng lượng mảng và áp lực sóng xuống nền, hạn chế hiện tượng lún cục bộ của từng cấu kiện. Bề mặt cấu kiện được tạo mố nhám tiêu năng giảm chiều cao sóng và vận tốc dòng rút.
Nhược điểm: Vì là liên kết mảng nên khi sóng đánh bung là bung cả mảng; cấu kiện có trọng lượng nhỏ, nên dễ bị rời ra và cuốn theo sóng. Do liên kết giữa các cấu kiện rất khít, nên khi bị lún sụt mảng vẫn ổn định tạo ra vùng hẫng dưới nền khó phát hiện. Nhược điểm nữa là chỉ có thể thi công thủ công, nên giá thành xây dựng cao. - Cấu kiện bê tông đúc sẵn liên kết mảng (hình 1-15): Thảm bê tông được tạo ra bằng các cấu kiện bê tông nối với nhau bằng dây cáp, bằng móc, và giữa các cấu kiện có phần đệm bằng cao su, hoặc lấp đầy bằng sỏi, gạch xỉ.
Công nghệ này đã được ứng dụng nhiều đối với đê biển Hà Lan. Ở nước ta hiện mới có sản phẩm thảm bê tông tự chèn đan lưới của tác giả Phan Đức Tác. Loại thảm này đã được triển khai thử nghiệm thành công cho kè chống xói lở bờ sông một số đoạn ở An Giang, Thành phố Hồ Chí Minh, Tiền Giang,…. Như vậy có thể nói những hình thức kè bảo vệ mái đê biển bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn rất phong phú và đa dạng.
Việc áp dụng hình thức nào phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực thi công, sao cho đem lại lợi ích lớn nhất.