Đặt vấn đề Theo quy hoạch thuỷ lợi đồng bằng Nam Bộ đến năm 2020, định hướng đến năm 2050 trong điều kiện BĐKH, nước biển dâng [29], thì giai đoạn 2016-2020 cần phải xây dựng mới 24 tuyến đê làm nhiệm vụ kiểm soát mặn, lũ, triều cường, nước biển dâng và phòng tránh thiên tai. Kết quả nghiên cứu của đề tài do UNDP quản lý [31] cho thấy rất cần thiết xây mới đê biển thứ 2 ở đồng bằng Nam Bộ với tổng chiều dài 580 km để ngăn NBD, sóng thần, phân ranh mặn ngọt, xây dựng các cơ sở hạ tầng. Tuyến đê biển thứ 2 làm cách tuyến đê biển thứ nhất từ 5 km đến 6,5 km. Bên trong tuyến đê biển thứ 2 bố trí dân cư trước mắt và lâu dài.
Tuy nhiên, một trong những bất lợi với đê biển Nam Bộ là đất nền mềm yếu và vật liệu xây dựng khan hiếm. Để đảm bảo ổn định cho đê thì cần phải nghiên cứu, thiết kế giải pháp nền móng phù hợp đảm bảo kinh tế – kỹ thuật và thân thiện với môi trường. Các tài liệu về nền móng [23], [24] cho thấy rằng nếu như mặt đáy móng nông có hình dạng zích zắc (hình dạng của phương tiện bánh xích) thì khả năng phân bố ứng suất tăng thêm tốt hơn. Móng Top-base (gồm các Top- block với góc vát 450) là sáng chế của Nhật và Hàn Quốc [34] đã có nhiều kết quả nghiên cứu, ứng dụng ở trong và ngoài nước.
Trong quá trình tìm kiếm giải pháp móng mới có thể áp dụng phù hợp với đê biển Nam Bộ, năm 2014 luận án đã đề xuất, kiến nghị sử dụng khối nêm được làm bằng đất yếu tại chỗ trộn với xi măng và phụ gia có kết hợp với cát chèn vào khoảng hở giữa các khối nêm để tạo ra móng khối nêm áp dụng cho đê biển. Khối nêm tạo ra xuất phát từ ý tưởng thay vì sử dụng móng gia cố khối (móng MS) cho đê biển, các tác giả đề nghị sử dụng móng khối nêm vì điều -2- kiện máy móc thiết bị thi công móng MS không có sẵn, không phù hợp với điều kiện vận chuyển và đất nền lầy thụt ở đồng bằng Nam Bộ. Móng khối nêm đề xuất ban đầu bao gồm các khối nêm có góc vát xếp cạnh nhau và khoảng hở giữa các khối nêm được chèn chặt bằng cát. Móng khối nêm ban đầu này là tiền đề rất quan trọng để nghiên cứu sinh tiếp tục nghiên cứu sâu hơn nữa để có thể áp dụng cho đê biển, đặc biệt là nghiên cứu xác định được hình dạng hợp lý của khối nêm và thiết lập được công thức tính ƯSĐM.
Để có cơ sở khoa học xác định được hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê biển Nam Bộ, luận án sử dụng khối nêm có góc vát 450 để so sánh với 2 loại móng khác làm đối chứng, với điều kiện 3 loại móng này có cùng thể tích và tính chất vật liệu, đặt trong cùng điều kiện về nền yếu (phổ biến ở các đê biển Nam Bộ). Điều đó dẫn đến các chiều dày móng sẽ khác nhau và ảnh hưởng của chiều sâu đặt móng đến ứng suất tăng thêm trong nền sẽ khác nhau. Tuy nhiên, do luận án nghiên cứu với móng khối nêm đặt trên nền đất yếu chịu tác dụng của tải trọng đê có chiều cao khối đắp không lớn, từ 2 m đến 3 m [16], chiều sâu đặt móng dự kiến nhỏ, không quá 1 m, do đó ảnh hưởng của áp lực hông do chiều sâu đặt móng đến ứng suất tăng thêm trong nền không đáng kể. Để thuận lợi cho việc so sánh ứng suất trong nền giữa các trường hợp biên dạng móng khác nhau, luận án giả thiết áp lực bên móng bằng không, tức là chỉ xét ứng suất trong nền do tải trọng thẳng đứng, làm như vậy kết quả tính toán ứng suất trong nền sẽ rõ ràng và dễ so sánh hơn.
Cách làm này của luận án cũng được sử dụng khi so sánh, phân tích ứng suất trong nền cho móng Top-base [34]. Điều khác biệt giữa móng Top-base và móng khối nêm trong luận án ở những điểm liệt kê trong bảng ngay sau đây: -3- TT Thông số so sánh Móng Top-base Móng khối nêm 1 Vật liệu làm móng - Bê tông và đá dăm - Đất yếu tại chỗ, xi chèn giữa khoảng hở măng, phụ gia và cát giữa các Top-block. - Trọng lượng móng - Trọng lượng móng lên nền lớn hơn. lên nền nhỏ hơn.
2 Hình dạng mặt bằng Hình tròn (phần nón Hình bát giác hoặc cụt, trụ và cọc) hình tròn. 3 Hình dạng mặt đứng Có phần cọc Không có phần cọc 4 Liên kết các khối Sàn bê tông cốt thép Vải ĐKT chịu kéo. 5 Cường độ vật liệu Cường độ cao hơn - Cường độ phù hợp nhiều so với yêu cầu với chiều cao đê. 6 Tải trọng lên móng Cao hơn (nhà, công Thấp hơn (đê cao từ trình lớn) 2m đến 3 m).
7 Giá thành Cao hơn Thấp hơn 8 Ảnh hưởng đến môi Nhiều hơn, do không Ít hơn, do dùng vật trường. dùng vật liệu tại chỗ. liệu tại chỗ. Các điều khác biệt trên sẽ cho kết quả ứng suất trong nền của móng khối nêm khác với móng Top-base.
Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu xác định hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê biển Nam Bộ. Mục tiêu cụ thể: - Nghiên cứu ứng suất, biến dạng của nền móng khối nêm đặt trên nền đất yếu, qua đó xác định hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê biển Nam Bộ. - Nghiên cứu thiết lập công thức tính ứng suất đáy móng khối nêm phù hợp với đê biển Nam Bộ; -4- 3. Đối tượng nghiên cứu Ứng suất, biến dạng của móng khối nêm đặt trên nền đất yếu trong xây dựng đê biển bằng vật liệu tại chỗ ở đồng bằng Nam Bộ.
Phạm vi nghiên cứu - Ứng suất, biến dạng của móng khối nêm trong xây dựng đê biển bằng vật liệu tại chỗ có chiều cao từ 2 m đến 3 m ở đồng bằng Nam Bộ; - Tải trọng đứng lên móng được giả thiết phân bố đều (tương ứng với khu vực giữa đỉnh đê). Tải trọng xe trên đỉnh đê không quá H10; - Nền đê thuộc loại sét yếu có một số chỉ tiêu tương tự nền đê ở đồng bằng Nam Bộ; - Khối nêm có mặt vát được làm từ đất yếu trộn với xi măng và phụ gia, trong nghiên cứu giả thiết khối nêm là một cố thể. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan các giải pháp nền móng đê ở đồng bằng Nam Bộ; - Cơ sở khoa học của giải pháp móng khối nêm; - Nghiên cứu ứng suất, biến dạng móng khối nêm trên mô hình vật lý; - Nghiên cứu hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê biển Nam Bộ. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: + Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước để thiết lập công thức giải tích tính toán ứng suất đáy móng khối nêm chịu tải trọng phân bố đều; + Nghiên cứu ứng suất, biến dạng của móng khối nêm trên nền đất yếu khi chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều bằng mô hình số phần tử hữu hạn.
-5- - Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu ứng suất, biến dạng của móng khối nêm trên nền đất yếu trong mô hình vật lý. Kết quả nghiên cứu dùng để kiểm chứng mô hình số. Mô hình số sau khi được kiểm chứng phù hợp sẽ được dùng để nghiên cứu xác định hình dạng khối nêm hợp lý và hiệu chỉnh công thức đã thiết lập. - Phương pháp chuyên gia: Tổ chức hội thảo khoa học và các cuộc họp có phản biện bao gồm các nhà khoa học có hiểu biết chuyên sâu về lĩnh vực nghiên cứu của NCS đến họp cho ý kiến góp ý, đánh giá, phản biện kết quả nghiên cứu.
Lưu đồ cách tiếp tiếp cận giải quyết vấn đề nghiên cứu 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Luận án góp phần làm rõ cơ chế phân bố ứng suất đáy móng bằng các khối nêm trên nền đất yếu; - Đưa ra một loại móng nông có kết cấu mới, vật liệu mới có tác dụng làm giảm ứng suất đáy móng trên nền đất yếu nhằm mục tiêu xây dựng đê biển vùng Nam bộ. Những đóng góp mới của luận án - Luận án đã đề xuất được khối nêm bằng đất tại chỗ trộn với xi măng có phụ gia để làm móng đê biển Nam bộ, có tác dụng phân phối lại ứng suất đáy móng theo hướng đảm bảo an toàn hơn cho công trình và giảm giá thành; - Từ kết quả thu được trên mô hình vật lý và mô hình số, luận án đã so sánh, phân tích để lựa chọn mô hình đất yếu phù hợp (mô hình HS) trong phần mềm Plaxis dùng để nghiên cứu ứng suất, biến dạng móng khối nêm; - Bằng nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và mô hình số, luận án đã làm rõ cơ chế truyền tải và hiệu quả của móng khối nêm về mặt làm giảm ứng suất đáy móng từ 10 % đến 30 % và chỉ ra được góc vát khối nêm bằng 450 cho phân bố ứng suất có lợi nhất về cố kết và khả năng vượt tải; - Luận án đã nghiên cứu thiết lập được công thức giải tích (4.7) để tính ứng suất đáy móng khối nêm có hình dạng hợp lý đã xác định, chọn dùng để làm móng cho đê biển ở đồng bằng Nam Bộ. Cấu trúc của luận án Mở đầu Chương I: Tổng quan các giải pháp nền móng đê ở đồng bằng Nam Bộ Chương II: Cơ sở khoa học của giải pháp móng khối nêm Chương III: Nghiên cứu ứng suất, biến dạng móng khối nêm trên mô hình vật lý Chương IV: Nghiên cứu hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê biển Nam Bộ Kết luận và kiến nghị Danh mục công trình đã công bố Tài liệu tham khảo.
-7- Chương I TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG ĐÊ Ở ĐỒNG BẰNG NAM BỘ 1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN 1. Vị trí địa lý Đồng bằng Nam bộ là vùng châu thổ nằm ở cuối lưu vực sông Mê Kông, phía bắc giáp biên giới Việt Nam-Campuchia, tỉnh Tây Ninh và thành phố Hồ Chí Minh, phía đông và phía nam giáp với Biển Đông, phía tây là vịnh Thái Lan. Đồng bằng Nam bộ có diện tích tự nhiên 3,96 triệu ha [29], gồm 12 tỉnh: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, An Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Hậu Giang và 1 thành phố trực thuộc trung ương là Cần Thơ (xem Hình 1.1 – Vị trí địa lý vùng đồng bằng Nam bộ [2] Trên hình 1.