Tổng quan luận án
Hệ thống đê sông tại Việt Nam được hình thành và bồi trúc qua nhiều thế kỷ chủ yếu bằng phương pháp thủ công và vật liệu tại chỗ, dẫn đến tính đồng nhất của thân đê không cao, nền đê chưa qua xử lý kỹ thuật triệt để. Chức năng truyền thống của đê là ngăn lũ và bảo vệ dân sinh, trong khi nhu cầu sử dụng đỉnh đê làm tuyến đường giao thông kết nối mạng lưới hạ tầng ngày càng gia tăng. Trong thực tế, công tác cải tạo và nâng cấp các tuyến đê kết hợp giao thông chủ yếu dựa trên kinh nghiệm hoặc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế công trình thủy lợi và giao thông riêng rẽ, thiếu cơ sở khoa học đồng bộ cho kết cấu mặt đê chịu tải trọng xe cơ giới. Việc dỡ bỏ toàn bộ đê cũ để xây mới hay đắp đê mở rộng hoàn toàn không khả thi về mặt kỹ thuật và chi phí. Cạnh đó, tro bay từ các nhà máy nhiệt điện là nguồn phế thải công nghiệp lớn chưa được khai thác triệt để trong gia cố công trình thủy lợi. Đề tài tập trung giải quyết khoảng trống này bằng cách nghiên cứu cải thiện lớp đất thân đê yếu làm nền thượng và gia cố lớp móng mặt đường.
Luận án xác định hai mục tiêu nghiên cứu cụ thể:
- Xây dựng cơ sở khoa học để lựa chọn kết cấu mặt đê đảm bảo yêu cầu chống lũ và kết hợp giao thông;
- Xây dựng cơ sở khoa học để gia cố đất thân đê hiện trạng và cấp phối đá dăm với chất kết dính (xi măng và tro bay) nhằm tăng cường độ và độ ổn định công trình.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn như sau:
- Đối tượng nghiên cứu: Các tuyến đê sông có kết hợp giao thông trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh; tro bay phế thải từ các nhà máy nhiệt điện khu vực lân cận (Đông Triều, Cẩm Phả).
- Phạm vi nghiên cứu: Lớp đất thân đê từ mặt đê hiện trạng xuống đến độ sâu từ 0,8 m đến 1,0 m (vùng nền thượng chịu tác dụng của tải trọng xe cơ giới); lớp cấp phối đá dăm gia cố làm móng mặt đường đê; địa bàn thực nghiệm và ứng dụng tính toán cụ thể tại tuyến đê hữu Đuống (đoạn từ Km21+600 đến Km31+500), tỉnh Bắc Ninh.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Tổng quan lịch sử xây dựng đê trên thế giới cho thấy quá trình phát triển hệ thống công trình phòng lũ quy mô lớn tại nhiều quốc gia:
- Tại Hà Lan, các tuyến đê ngăn biển và sông xuất hiện từ thế kỷ 11, phát triển thành hệ thống "siêu đê" và công trình ngăn triều Maeslant.
- Tại Mỹ, hệ thống đê sông Mississippi và Sacramento dài khoảng 5.600 km được đắp từ thế kỷ 18, sau đó được mở rộng từ năm 1882 với chiều cao trung bình từ 7,3 m đến 15,0 m.
- Tại châu Á, đê sông Ấn hình thành từ năm 2.600 TCN; đê sông Nile (Ai Cập) dài 970 km; tại Nhật Bản, các dự án "siêu đê" (High-Standard Levees) được triển khai từ năm 1987 trên các sông Tonegawa, Edogawa, Tamagawa, Yodogawa để bố trí hạ tầng và giao thông khẩn cấp.
Về mặt quy chuẩn kết hợp giao thông trên đê:
- Hướng dẫn thiết kế đê sông của Bộ Giao thông, Công chính và Thủy lợi Hà Lan (1991) quy định tải trọng phương tiện tối thiểu tính toán trên mặt đê là $15\text{ kN/m}^2$ trên bề rộng $2,5\text{ m}$.
- Nghiên cứu của Oderker (2013) phân loại 4 hình thái đê đa mục tiêu (đê kết hợp đường, hầm; đê tường chắn chữ L; đê tường chắn đất; đê mái thoải).
- Nghiên cứu của Wei Hao (Trung Quốc) xác lập các tiêu chí khống chế tốc độ, độ dốc dọc và độ dốc ngang khi nâng cấp đê làm đường giao thông.
Về công nghệ sử dụng chất kết dính gia cố đất:
- Nghiên cứu của Lan Wang khảo sát tỷ lệ xi măng từ 4% đến 16% khối lượng đất khô.
- Shells và cộng sự (2008) so sánh phương pháp trộn ướt ($180\text{--}400\text{ kg/m}^3$) và trộn khô ($90\text{--}180\text{ kg/m}^3$).
- Mitchell và Freitag (1959) thống kê tỷ lệ xi măng từ 5% đến 14% cho các loại đất khác nhau.
- Law (1989) tại Viện Kỹ thuật Châu Á nghiên cứu gia cố đất sét Băng Cốc làm tăng độ bền nén không nở hông lên 10 lần.
- Hisao Aboshi, Nashahiko Kuwabara (1991) và CDIT (2002) tại Nhật Bản tổng kết hơn 100 công trình xử lý đất yếu bằng xi măng với hàm lượng từ 50 kg đến $450\text{ kg/m}^3$.
- DOH và JICA (1998) đề xuất hàm lượng xi măng $80\text{--}200\text{ kg/m}^3$ để xử lý đất sét yếu.
Tại Việt Nam, các văn bản và công trình nghiên cứu tiêu biểu bao gồm:
- Thông tư số 68-TTg (1962) của Phủ Thủ tướng về phối hợp công tác giữa ngành Giao thông và Thủy lợi.
- Nghiên cứu của Phan Khánh về các giai đoạn lịch sử đê điều đồng bằng Bắc Bộ (tổng chiều dài 3.417 km đê sông Bắc Bộ, trong đó sông Hồng chiếm 1.667 km, sông Thái Bình chiếm 750 km).
- Nghiên cứu của Trần Văn Tư về địa chất công trình nền đê sông Hồng, chỉ ra tầng bùn Hải Hưng và Thái Bình gây lún nứt mặt đê dưới tác dụng của phương tiện tải trọng nặng.
- Nguyễn Quốc Đạt nghiên cứu công nghệ khoan phụt vữa hóa chất kết hợp xi măng xử lý thấm; Nguyễn Việt Hùng nghiên cứu mô hình tính toán cọc xi măng - đất gia cường nền đường đắp; Thái Hồng Sơn và cộng sự nghiên cứu hàm lượng xi măng 10% đến 25% cho đất yếu ven biển Đồng bằng sông Cửu Long; Mai Anh Phương và cộng sự thí nghiệm 80 mẫu nén với hàm lượng xi măng 13% đến 23%.
Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn là: Chưa có nghiên cứu hệ thống về việc tận dụng và xử lý trực tiếp lớp đất thân đê hiện trạng bằng phụ gia tro bay kết hợp xi măng để hình thành lớp nền thượng và lớp móng mặt đường, vừa đáp ứng điều kiện chịu tải cơ học của giao thông cấp IV đồng bằng, vừa bảo đảm an toàn chống thấm và ổn định trượt cho đê sông.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án dựa trên các cơ sở lý thuyết và khung phân tích kỹ thuật:
- Lý thuyết đường cong cấp phối hạt Fuller ($P = 100 \times (d/D)^n$) để xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa đất thân đê và tro bay nhằm tạo độ đặc chắc lớn nhất.
- Cơ chế phản ứng thủy hóa của xi măng và phản ứng pozzolanic: Xi măng thủy hóa giải phóng $\text{Ca(OH)}_2$, phản ứng với $\text{SiO}_2$ và $\text{Al}_2\text{O}_3$ vô định hình trong tro bay sinh ra các hợp chất canxi silicat hydrat (C-S-H) và canxi aluminat hydrat (C-A-H), lấp đầy lỗ rỗng, tăng cường độ dính kết hạt và giảm tính thấm nước của đất.
- Khái niệm nền thượng và phạm vi tác dụng của tải trọng xe: Theo Dương Ngọc Hải và Nguyễn Xuân Trục, chiều sâu nền đường chịu tác dụng của tải trọng động giao thông là $Z = 0,9\text{--}1,3\text{ m}$; vùng nền thượng là lớp đất dày $0,8\text{--}1,0\text{ m}$ tính từ đáy lớp móng dưới trở xuống.
- Tiêu chuẩn kỹ thuật nền đường cấp IV: Yêu cầu độ chặt lớp 30 cm trên cùng đạt $K \ge 0,98$ và chỉ số sức chịu tải $\text{CBR} \ge 6$; lớp 50 cm tiếp theo đạt $K \ge 0,95$ và $\text{CBR} \ge 4$.
- Lý thuyết thống kê xác suất: Sử dụng phân bố Student và mức ý nghĩa $\alpha = 0,10$ để xác định số lượng mẫu thí nghiệm $n$ và khoảng tin cậy của các chỉ tiêu cơ lý.
Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích số:
- Thực nghiệm trong phòng: Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (theo tiêu chuẩn 22TCN 333:06) xác định độ ẩm tối ưu ($W_{to}$) và khối lượng thể tích khô lớn nhất ($\gamma_{k,max}$); thí nghiệm nén không nở hông xác định cường độ chịu nén đơn ($q_u$ hoặc $R_n$); thí nghiệm nén chẻ xác định cường độ kéo uốn ($R_{kch}$); thí nghiệm đo mô đun đàn hồi ($E$); thí nghiệm xác định chỉ số CBR ở các mức công đầm 10, 30, 65 chày; thí nghiệm thấm.
- Thực nghiệm hiện trường: Thi công ô thử nghiệm trên đỉnh đê hữu Đuống; sử dụng máy phay tơi đất, máy trộn tự hành dung tích $0,7\text{ m}^3$; đo độ chặt lu lèn bằng dao đai/phễu rót cát; đo CBR hiện trường bằng thiết bị Controls Model 70-T0108/E; đo mô đun đàn hồi bằng tấm ép tĩnh; thí nghiệm thấm hiện trường bằng hố thấm chuyên dụng; khoan lấy mẫu lõi bảo dưỡng và nén kiểm tra ở các ngày tuổi.
- Phân tích tác động môi trường: Lấy mẫu nước chiết ngâm từ hỗn hợp đất gia cố (mẫu NCH-01, NCH-02) để phân tích các chỉ tiêu hóa lý và kim loại nặng.
- Phương pháp tính toán mô phỏng số:
- Kiểm toán kết cấu áo đường cứng và áo đường mềm theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT (tính mô đun đàn hồi chung $E_0$, độ cứng tương đối $R$, ứng suất kéo uốn do tải trọng trục xe $\sigma_p$, ứng suất do gradient nhiệt độ $\sigma_t$).
- Sử dụng phần mềm SEEP/W để tính toán trường thấm qua thân và nền đê trong điều kiện mực nước lũ thiết kế.
- Phân tích ổn định trượt mái thượng lưu và hạ lưu đê bằng phương pháp giải tích phần tử giới hạn.
- Phân tích độ lún tích lũy sau 30 năm và trạng thái phân bố ứng suất trong thân đê bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM).
Nguồn vật liệu thí nghiệm bao gồm: Đất thân đê hữu Đuống (ĐHĐ - đất sét pha), xi măng Nghi Sơn PCB40, tro bay từ Nhà máy Nhiệt điện Đông Triều (TBDT) và Cẩm Phả (TBCP), cấp phối đá dăm (CPĐD) loại I.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về hệ thống đê sông kết hợp giao thông
Chương 1 hệ thống hóa lịch sử hình thành đê sông đồng bằng Bắc Bộ và phân tích hiện trạng hệ thống đê tỉnh Bắc Ninh với mạng lưới sông Đuống (dài qua tỉnh 42 km), sông Thái Bình (qua tỉnh 10 km) và sông Cầu (qua tỉnh 70 km).
| Tuyến đê / Trạm thủy văn |
Cấp đê |
Tần suất thiết kế ($P%$) |
Mực nước thiết kế (MNTK) |
Cao trình đỉnh đê hiện trạng |
| Đê hữu Đuống (Trạm Thượng Cát - Bến Hồ) |
Cấp I |
0,33% (chu kỳ 300 năm) |
+12,80 m / +10,10 m |
+10,90 m đến +13,80 m |
| Đê tả Đuống (Trạm TV Đuống) |
Cấp I |
0,33% |
+10,10 m |
+10,70 m đến +11,10 m |
| Đê hữu Thái Bình (Trạm Phả Lại, Cát Khê) |
Cấp I |
0,33% |
+7,20 m / +6,80 m |
+8,10 m đến +8,60 m |
| Đê hữu Cầu (Trạm Ba Xã, Đáp Cầu) |
Cấp II |
2,00% (chu kỳ 50 năm) |
+9,20 m / +8,30 m |
+8,70 m đến +10,00 m |
| Đê hữu Cà Lồ (Trạm Mạnh Tân) |
Cấp III |
2,00% |
+10,20 m |
+11,00 m đến +11,20 m |
Quy hoạch giao thông tỉnh Bắc Ninh xác định tuyến ĐT283 đi trên đê hữu Đuống đoạn từ Km21+000 đến Km31+500 đạt tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng (vận tốc thiết kế 60 km/h). Khảo sát địa chất dọc tuyến cho thấy địa tầng gồm các lớp sét pha màu nâu vàng đến xám nâu ở trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm, xen kẹp các thấu kính cát pha và cát mịn. Thân đê có khả năng chống thấm tương đối nhưng cường độ chịu tải không đồng đều, dễ phát sinh biến dạng lún và nứt khi chịu tải trọng xe nặng. Khi kết hợp giao thông, phạm vi tác dụng của tải trọng động nằm trong khoảng $0,9\text{--}1,3\text{ m}$ từ đỉnh đê, đòi hỏi phải xử lý gia cố lớp nền thượng đạt $\text{CBR} \ge 6$ và $K \ge 0,98$.
Chương 2: Cơ sở khoa học để cải thiện đất thân đê đảm bảo yêu cầu chống lũ và kết hợp giao thông
Chương 2 phân tích cơ sở lý thuyết của 5 nhóm giải pháp gia cố đất:
- Giải pháp thay thế nền (đào bỏ đất yếu thay bằng vật liệu có cường độ cao);
- Giải pháp cơ học (đầm rơi khối lượng 2 đến 4 tấn rơi từ độ cao 4 đến 5 m; đầm lăn tác dụng sâu $0,5\text{--}0,6\text{ m}$; đầm rung tác dụng sâu $0,3\text{--}1,5\text{ m}$);
- Giải pháp hóa học (sử dụng chất kết dính vô cơ xi măng, vôi, tro bay);
- Giải pháp vật lý (bấc thấm kết hợp hút chân không);
- Giải pháp thủy lực học.
Tác giả lựa chọn giải pháp hóa học kết hợp cơ học: Sử dụng hỗn hợp xi măng và tro bay phối trộn với đất thân đê tại chỗ. Dựa trên lý thuyết đường cong Fuller, tro bay với kích thước hạt mịn phân bố từ $0,001\text{ mm}$ đến $0,1\text{ mm}$ đóng vai trò lấp đầy các khoảng rỗng giữa các hạt đất sét pha ($0,005\text{--}0,05\text{ mm}$). Phản ứng thủy hóa xi măng tạo ra môi trường kiềm kích hoạt phản ứng pozzolanic của tro bay, làm tăng độ liên kết cấu trúc và biến đổi tính chất cơ lý của đất thân đê theo thời gian bảo dưỡng.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định các giải pháp gia cố đê kết hợp làm đường giao thông
Chương 3 trình bày các kết quả thí nghiệm trong phòng và thực nghiệm hiện trường đối với vật liệu đất thân đê hữu Đuống (ĐHĐ) và cấp phối đá dăm (CPĐD) gia cố tro bay, xi măng.
Các chỉ tiêu cơ lý ban đầu của đất đê hữu Đuống: Giới hạn chảy $W_L = 32,5%$, giới hạn dẻo $W_P = 19,8%$, chỉ số dẻo $I_P = 12,7%$, dung trọng khô lớn nhất $\gamma_{k,max} = 1,74\text{ g/cm}^3$, độ ẩm tối ưu $W_{to} = 16,8%$.
Kết quả thí nghiệm trong phòng ở tuổi 14 ngày đối với các tổ hợp hỗn hợp đất gia cố:
| Thành phần hỗn hợp |
Độ ẩm tối ưu $W_{to}$ (%) |
$\gamma_{k,max}$ ($\text{g/cm}^3$) |
Cường độ nén $R_n$ (MPa) |
Cường độ chẻ $R_{kch}$ (MPa) |
Mô đun đàn hồi $E$ (MPa) |
Chỉ số CBR (%) |
| ĐHĐ + 0% TB + 6% XM |
17,1 |
1,73 |
1,42 |
0,18 |
115 |
18,5 |
| ĐHĐ + 10% TB + 6% XM |
16,4 |
1,76 |
1,85 |
0,24 |
148 |
24,2 |
| ĐHĐ + 15% TB + 6% XM |
16,0 |
1,78 |
2,10 |
0,28 |
165 |
28,6 |
| ĐHĐ + 20% TB + 6% XM |
15,8 |
1,75 |
1,92 |
0,25 |
152 |
25,1 |
| CPĐD I + 10% TB + 4% XM |
6,2 |
2,24 |
4,20 |
0,55 |
380 |
> 100 |
Thực nghiệm ngoài hiện trường đê hữu Đuống:
- Thi công thử nghiệm 2 lớp đất gia cố (mỗi lớp đầm nén dày $15\text{--}20\text{ cm}$).
- Độ chặt hiện trường đạt $K \ge 0,98$ sau 6 đến 8 lượt lu.
- Chỉ số CBR đo bằng thiết bị Controls Model 70-T0108/E đạt từ 12,5% đến 18,2% ở tuổi 7 ngày (vượt yêu cầu $\text{CBR} \ge 6$).
- Mô đun đàn hồi hiện trường đo bằng tấm ép tĩnh đạt từ 85 MPa đến 110 MPa ở tuổi 28 ngày.
- Thí nghiệm thấm bằng hố thấm chuyên dụng cho thấy hệ số thấm của lớp đất gia cố giảm xuống mức $k = 10^{-7}\text{--}10^{-8}\text{ cm/s}$, hình thành tầng ngăn thấm nước mặt.
- Kết quả phân tích mẫu nước chiết ngâm NCH-01 và NCH-02 chứng minh các chỉ tiêu $\text{pH}$, hàm lượng kim loại nặng ($\text{As}, \text{Cd}, \text{Pb}, \text{Hg}, \text{Cr}^{6+}$) đều nằm dưới ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường.
Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho đê hữu Đuống, tỉnh Bắc Ninh
Chương 4 áp dụng giải pháp kết cấu đề xuất cho đoạn đê hữu Đuống từ Km21+600 đến Km31+500.
So sánh hai phương án kết cấu mặt đường đê:
- Phương án truyền thống (PA1): Mặt đường bê tông nhựa dày 7 cm, móng trên bằng CPĐD loại I dày 15 cm, móng dưới bằng CPĐD loại II dày 25 cm, đào thay thế $50\text{ cm}$ đất thân đê bằng đất chọn lọc đầm chặt $K \ge 0,98$.
- Phương án đề xuất (PA2): Lớp mặt bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng; lớp móng bằng CPĐD gia cố 10% tro bay + 4% xi măng dày 15 cm; lớp nền thượng tận dụng đất thân đê tại chỗ gia cố 15% tro bay + 6% xi măng dày 30 cm ($K \ge 0,98$).
Kết quả kiểm toán theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT và phân tích mô phỏng số:
| Chỉ tiêu kiểm tra / Phân tích số |
Phương án truyền thống (PA1) |
Phương án đề xuất (PA2) |
Tiêu chuẩn / Yêu cầu kỹ thuật |
| Ứng suất uốn do tải trọng xe $\sigma_p$ |
1,82 MPa |
1,45 MPa |
$\le R_{ku}^{gh}$ |
| Ứng suất do gradient nhiệt $\sigma_t$ |
1,12 MPa |
1,08 MPa |
Thỏa mãn điều kiện cộng ứng suất |
| Hệ số an toàn trượt mái hạ lưu ($K_{min}$) |
1,32 |
1,46 |
$\ge [K] = 1,25$ |
| Hệ số an toàn trượt mái thượng lưu ($K_{min}$) |
1,28 |
1,39 |
$\ge [K] = 1,20$ |
| Độ lún tích lũy sau 30 năm ($S_{max}$) |
14,8 cm |
9,2 cm |
Phân bố lún đều, không nứt gãy |
| Trạng thái thấm qua thân đê (SEEP/W) |
Đường bão hòa dâng cao |
Đường bão hòa bị hạ thấp, không đùn sủi |
An toàn thấm tuyệt đối |
| Chi phí xây dựng trực tiếp / 1 km đê |
100% (cơ sở so sánh) |
Giảm 18,5% so với PA1 |
Tối ưu hóa kinh tế |
Luận án xây dựng quy trình thi công 3 bước: Chuẩn bị mặt bằng và cày xới đất thân đê; rải tro bay, xi măng và phối trộn đồng đều bằng máy phay; lu lèn tạo độ chặt $K \ge 0,98$ và bảo dưỡng giữ ẩm bằng bao tải gai tưới nước liên tục trong 7 ngày đầu.
Kết quả và những đóng góp mới
Luận án mang lại các kết quả và đóng góp mới sau:
Về mặt khoa học và lý luận:
- Xác lập cơ sở khoa học cho việc tái sử dụng đất dính thân đê tại chỗ phối trộn với phế thải tro bay nhiệt điện và xi măng để cải thiện chất lượng cơ lý, biến lớp đất thân đê yếu thành lớp nền thượng có khả năng chịu lực cao và chống thấm tốt.
- Xác định được quy luật biến đổi cường độ nén ($q_u$), cường độ ép chẻ ($R_{kch}$), mô đun đàn hồi ($E$), chỉ số CBR và hệ số thấm ($k$) theo tỷ lệ phối trộn tro bay ($10\text{--}15%$) và xi măng ($4\text{--}6%$) ở các ngày tuổi bảo dưỡng khác nhau.
- Hoàn thiện khung phương pháp luận tính toán ổn định đồng thời giữa hai yêu cầu kỹ thuật: Chịu tải trọng động của phương tiện giao thông và an toàn thủy công (chống thấm, chống trượt mái, kiểm soát lún dài hạn).
Về mặt thực tiễn và ứng dụng:
- Đề xuất giải pháp kết cấu áo đường đê hợp lý áp dụng thành công cho tuyến đê hữu Đuống (Km21+600 đến Km31+500), giảm chiều dày tầng móng vật liệu rời nhập ngoại, hạ giá thành xây dựng khoảng 18,5% cho 1 km tuyến so với phương án thiết kế truyền thống.
- Xây dựng quy trình công nghệ thi công tại chỗ và hệ thống tiêu chí kiểm tra, nghiệm thu chất lượng lớp đất thân đê gia cố bằng thiết bị chuyên dụng.
- Đưa ra giải pháp kỹ thuật giải quyết lượng tro bay phế thải từ các nhà máy nhiệt điện lân cận, góp phần giảm diện tích bãi xỉ thải và giảm phát thải bụi ra môi trường.
Kiến nghị của luận án:
- Kiến nghị các cơ quan quản lý (Bộ Nông nghiệp và PTNT, Bộ Giao thông Vận tải) xây dựng hướng dẫn kỹ thuật chuyên ngành về thiết kế và thi công mặt đường giao thông kết hợp trên đê sông.
- Cho phép áp dụng rộng rãi giải pháp gia cố đất thân đê bằng tro bay - xi măng cho các tuyến đê sông cấp I đến cấp III khu vực Đồng bằng Bắc Bộ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án:
- Nghiên cứu thực nghiệm tập trung vào loại đất sét pha đặc trưng của đê hữu Đuống tỉnh Bắc Ninh và nguồn tro bay của hai nhà máy Đông Triều, Cẩm Phả; chưa bao quát toàn bộ các loại đất thân đê có tính chất đặc thù khác như đất cát pha rời hoặc sét yếu pha hữu cơ cao.
- Thời gian quan trắc thực tế ngoài hiện trường sau khi hoàn thành thi công chưa đủ dài để đánh giá toàn diện biến dạng mỏi dưới tác động trùng phục của tải trọng xe nặng kết hợp chu kỳ lũ nhiều năm.
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Mở rộng nghiên cứu thực nghiệm cấp phối gia cố trên các loại đất thân đê khác nhau tại các vùng miền trên cả nước.
- Tiếp tục theo dõi quan trắc hiện trường lâu dài về độ ẩm, ứng suất, độ lún và độ suy giảm cường độ của lớp gia cố dưới tác động xâm thực của môi trường nước mặt và tải trọng động theo thời gian.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho các nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên các chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy, Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông, Địa kỹ thuật công trình trong việc nghiên cứu vật liệu gia cố và tính toán kết cấu đê đa mục tiêu.
- Các đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công công trình đê điều kết hợp đường giao thông: Tham khảo tỷ lệ cấp phối tối ưu, quy trình công nghệ thi công phay trộn tại chỗ và phương pháp kiểm tra nghiệm thu độ chặt, chỉ số CBR, mô đun đàn hồi.
- Cơ quan quản lý nhà nước (Sở Nông nghiệp và PTNT, Sở Giao thông Vận tải, Tổng cục Phòng chống Thiên tai, Tổng cục Đường bộ Việt Nam): Cung cấp luận cứ khoa học để ban hành tiêu chuẩn ngành và xây dựng chính sách tận dụng tro bay nhiệt điện trong công trình thủy lợi.
Câu hỏi thường gặp
1. Phạm vi tác dụng của tải trọng động giao thông xuống thân đê được xác định ở độ sâu nào?
Theo các tài liệu kỹ thuật và kết quả phân tích trong luận án, phạm vi nền đường chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng động do bánh xe cộ truyền xuống nằm trong khoảng độ sâu từ 0,9 m đến 1,3 m tính từ đỉnh đê. Trong đó, lớp đất thân đê nằm trong phạm vi từ 0,8 m đến 1,0 m tính từ đáy lớp móng dưới (nền thượng) là vùng chịu ứng suất chính cần phải xử lý gia cố.
2. Tỷ lệ phối trộn tro bay và xi măng tối ưu cho đất thân đê hữu Đuống là bao nhiêu?
Kết quả thực nghiệm trong phòng và hiện trường xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu cho đất thân đê hữu Đuống (sét pha) là: 15% tro bay nhiệt điện kết hợp 6% xi măng PCB40 (tính theo trọng lượng khô của đất). Đối với lớp móng cấp phối đá dăm loại I, tỷ lệ tối ưu là 10% tro bay kết hợp 4% xi măng.
3. Chỉ số sức chịu tải CBR và mô đun đàn hồi của lớp đất gia cố sau thi công đạt giá trị bao nhiêu?
Tại hiện trường đê hữu Đuống, lớp đất thân đê gia cố 15% tro bay + 6% xi măng đạt độ chặt $K \ge 0,98$, chỉ số CBR đo ở tuổi 7 ngày đạt từ 12,5% đến 18,2% (vượt tiêu chuẩn yêu cầu $\text{CBR} \ge 6$), và mô đun đàn hồi đo bằng tấm ép tĩnh ở tuổi 28 ngày đạt từ 85 MPa đến 110 MPa.
4. Kết cấu mặt đường đê đề xuất (PA2) có ưu điểm gì so với phương án truyền thống (PA1)?
Phương án đề xuất tận dụng được đất thân đê tại chỗ, giảm chiều dày đào bóc thay đất, hạ thấp đường bão hòa thấm qua thân đê, nâng cao hệ số an toàn trượt mái thượng/hạ lưu ($K_{min} = 1,39\text{--}1,46$ so với $1,28\text{--}1,32$ của PA1), giảm độ lún tích lũy sau 30 năm từ 14,8 cm xuống 9,2 cm và tiết kiệm khoảng 18,5% chi phí xây dựng trực tiếp cho 1 km tuyến.
5. Nước chiết ngâm từ hỗn hợp đất gia cố tro bay và xi măng có gây ô nhiễm môi trường không?
Kết quả phân tích các mẫu nước chiết ngâm NCH-01 và NCH-02 của hỗn hợp đất gia cố tại hiện trường cho thấy độ pH và hàm lượng các kim loại nặng độc hại ($\text{As}, \text{Cd}, \text{Pb}, \text{Hg}, \text{Cr}^{6+}$) đều nằm trong giới hạn cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường, an toàn cho nguồn nước và hệ sinh thái xung quanh đê.
Kết luận
Luận án của tác giả Đặng Công Hưởng đã giải quyết trọn vẹn bài toán khoa học và kỹ thuật về kết cấu mặt đê sông kết hợp giao thông thông qua việc sử dụng xi măng và tro bay nhiệt điện để gia cố đất thân đê tại chỗ. Các kết quả thí nghiệm trong phòng, thực nghiệm hiện trường và mô phỏng số trên tuyến đê hữu Đuống đã chứng minh giải pháp đề xuất bảo đảm đồng thời khả năng chịu tải trọng giao thông cấp IV đồng bằng và an toàn chống lũ. Công trình xác lập cơ sở khoa học vững chắc và quy trình công nghệ có tính ứng dụng thực tiễn cao, góp phần hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng công trình đê điều đa mục tiêu tại Việt Nam.
