Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài trên 3.260 km, trong đó vùng đồng bằng Bắc Bộ có hệ thống đê biển trải dài khoảng 267 km, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ đất đai, dân cư và phát triển kinh tế ven biển. Tuy nhiên, trước tác động ngày càng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, nhiều tuyến đê biển hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu về cao trình và khả năng chịu lực, dẫn đến nguy cơ sạt lở, ngập úng và thiệt hại kinh tế xã hội. Đặc biệt, khu vực huyện Tiên Lãng, thành phố Hải Phòng, với dự án xây dựng sân bay quốc tế Tiên Lãng, cần có hệ thống đê bao lấn biển hiện đại, bền vững để bảo vệ quỹ đất và đảm bảo an toàn cho công trình.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất các giải pháp kết cấu ứng dụng cho đê bao lấn biển Tiên Lãng nhằm tạo nền móng ổn định cho sân bay quốc tế cấp 4F, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về chịu lực, chống xói mòn và thích ứng với điều kiện địa chất phức tạp. Nghiên cứu tập trung vào phân tích điều kiện địa chất, khí tượng thủy văn, vật liệu xây dựng và tính toán chi tiết phương án đê bằng túi cát địa kỹ thuật, với phạm vi khảo sát tại khu vực bãi bồi giữa hai cửa sông Văn Úc và Thái Bình, Hải Phòng.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn kết cấu đê phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội bền vững vùng ven biển. Theo ước tính, tổng chiều dài tuyến đê bao lấn biển Tiên Lãng là 22,5 km, phục vụ san lấp mặt bằng với diện tích khoảng 4.000 ha, đáp ứng công suất phục vụ hơn 20 triệu hành khách/năm tại sân bay quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản trong kỹ thuật xây dựng đê biển, bao gồm:

  • Lý thuyết cơ học đất: Phân tích đặc tính cơ lý của các lớp đất nền yếu, bao gồm các chỉ tiêu như độ ẩm, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, hệ số nén, góc ma sát trong, nhằm đánh giá khả năng chịu tải và ổn định của nền móng.
  • Mô hình tính toán ứng suất và chuyển vị: Sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng ứng suất, biến dạng và lún nền trong quá trình thi công và khai thác đê, giúp lựa chọn phương án kết cấu tối ưu.
  • Mô hình thủy lực và sóng biển: Phân tích tác động của sóng, thủy triều và bão lên kết cấu đê, từ đó thiết kế các giải pháp bảo vệ mái đê như sử dụng đá hộc, cấu kiện chắn sóng Tetrapods, Accropode.
  • Khái niệm kết cấu đê mềm và đê cứng: Phân biệt các dạng kết cấu đê bao như đê đất mái nghiêng, đê bằng túi geotube, đê bằng cọc ống bê tông cốt thép, đê bằng hệ thống xà lan nổi, tường 6 vây, nhằm lựa chọn phù hợp với điều kiện địa chất và yêu cầu sử dụng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm kết quả khảo sát địa chất với hơn 40 hố khoan, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, phân tích mẫu đất tại phòng thí nghiệm, số liệu khí tượng thủy văn và thủy lực khu vực Tiên Lãng. Cỡ mẫu khảo sát địa chất đảm bảo độ tin cậy với các lớp đất có độ dày từ 0,5 đến hơn 20 m, bao gồm đất sét, bùn, cát hạt mịn và hạt thô.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình số Plaxis để tính toán ứng suất, chuyển vị, lún nền và ổn định mái đê trong các giai đoạn thi công và khai thác. Các phương án kết cấu được so sánh dựa trên tiêu chí kỹ thuật, kinh tế và khả năng thi công. Timeline nghiên cứu kéo dài từ khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu, phân tích mô hình đến đề xuất giải pháp trong vòng khoảng 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm địa chất phức tạp: Khu vực xây dựng đê bao Tiên Lãng có nhiều lớp đất yếu xen kẽ như lớp bùn sét dày trung bình 3,38 m, lớp cát hạt mịn dày 1,56 m, lớp sét dẻo mềm và sét pha với độ lún tiềm năng cao. Thí nghiệm SPT cho thấy giá trị N từ 1 đến 15, cho thấy nền đất yếu, cần gia cố kỹ thuật.
  2. Tác động của sóng và thủy triều: Mực nước triều cao nhất lên tới +3,9 m, sóng biển và bão cấp 12 gây áp lực lớn lên mái đê. Áp lực sóng cực đại được tính toán đạt giá trị cao, đòi hỏi sử dụng các cấu kiện chắn sóng như Tetrapods và đá hộc để bảo vệ mái đê.
  3. Hiệu quả phương án đê bằng túi cát địa kỹ thuật: Phương án này cho thấy khả năng ổn định tốt trên nền đất yếu, giảm thiểu lún không đều và tăng cường khả năng chống xói mòn. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ số ổn định My đạt 1,4, vượt mức yêu cầu kỹ thuật.
  4. So sánh với các kết cấu đê khác: Đê bằng hệ thống xà lan nổi có ưu điểm thi công nhanh, phù hợp vùng nước sâu nhưng chi phí cao và kỹ thuật phức tạp. Đê cứng bằng tường cừ và cọc xiên thích hợp cho mục đích thủy lợi nhưng hạn chế giao thông trên đê. Đê mềm bằng đất mái nghiêng phù hợp vùng sóng lớn nhưng chiếm diện tích đất lớn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân nền đất yếu là do quá trình bồi tụ phù sa xen kẽ các lớp bùn sét và cát mịn, tạo ra điều kiện địa chất không đồng nhất, gây khó khăn trong thi công và ổn định công trình. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả mô phỏng và phân tích tại Tiên Lãng tương đồng với các dự án đê biển tại Hà Lan và Hàn Quốc, nơi cũng áp dụng các giải pháp gia cố nền và sử dụng túi geotube.

Việc lựa chọn phương án đê bằng túi cát địa kỹ thuật không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn tối ưu về chi phí và thời gian thi công, phù hợp với điều kiện địa phương. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chuyển vị theo thời gian, bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đất và biểu đồ áp lực sóng lên mái đê để minh họa hiệu quả giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương án đê bằng túi cát địa kỹ thuật: Triển khai thi công theo tiến độ 18 tháng, ưu tiên khu vực nền đất yếu, nhằm đảm bảo ổn định công trình và giảm thiểu lún không đều. Chủ thể thực hiện là Ban quản lý dự án phối hợp với nhà thầu chuyên ngành.
  2. Gia cố nền bằng cọc xi măng đất và cọc cát: Thực hiện tại các vị trí có lớp đất yếu sâu, nâng cao sức chịu tải nền, giảm thiểu nguy cơ sạt trượt trong quá trình thi công. Thời gian gia cố đồng bộ với thi công đê.
  3. Bảo vệ mái đê bằng cấu kiện chắn sóng: Sử dụng đá hộc, Tetrapods và Accropode để giảm áp lực sóng, chống xói mòn mái đê, đảm bảo tuổi thọ công trình trên 50 năm. Chủ thể là nhà thầu thi công kết cấu bê tông và đá.
  4. Xây dựng hệ thống thoát nước và quản lý triều cường: Thiết kế cống kiểm soát triều, hệ thống kênh mương phù hợp để tránh ngập úng và xâm nhập mặn, bảo vệ khu vực đê và sân bay. Thời gian hoàn thiện trước khi đưa công trình vào khai thác.
  5. Theo dõi và bảo trì định kỳ: Thiết lập hệ thống giám sát chuyển vị, lún nền và tình trạng kết cấu đê để kịp thời xử lý các sự cố phát sinh, đảm bảo an toàn lâu dài. Chủ thể là cơ quan quản lý địa phương và đơn vị vận hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý dự án xây dựng công trình ven biển: Nhận diện các giải pháp kết cấu đê phù hợp với điều kiện địa chất và khí hậu, từ đó lập kế hoạch thi công và quản lý hiệu quả.
  2. Chuyên gia kỹ thuật và tư vấn xây dựng: Áp dụng các mô hình tính toán và phân tích cơ học đất trong thiết kế đê biển, nâng cao chất lượng và độ bền công trình.
  3. Các nhà nghiên cứu về biến đổi khí hậu và phòng chống thiên tai: Hiểu rõ tác động của sóng, bão và nước biển dâng đến công trình đê, từ đó đề xuất các biện pháp thích ứng bền vững.
  4. Sinh viên và học viên cao học ngành xây dựng thủy lợi, kỹ thuật công trình biển: Học tập các phương pháp nghiên cứu, phân tích và thiết kế đê biển hiện đại, nâng cao năng lực chuyên môn và thực hành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần xây dựng đê bao lấn biển tại Tiên Lãng?
    Đê bao lấn biển tạo quỹ đất mới phục vụ xây dựng sân bay quốc tế, đồng thời bảo vệ khu vực khỏi tác động của sóng, thủy triều và bão, đảm bảo an toàn cho công trình và dân cư.

  2. Phương án kết cấu đê nào phù hợp nhất với nền đất yếu?
    Phương án đê bằng túi cát địa kỹ thuật được đánh giá cao nhờ khả năng ổn định tốt trên nền đất yếu, giảm lún không đều và tăng cường chống xói mòn.

  3. Các yếu tố khí tượng thủy văn ảnh hưởng thế nào đến thiết kế đê?
    Mực nước triều, cường độ gió bão, sóng biển và biến đổi khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến cao trình đỉnh đê, cấu trúc mái đê và các biện pháp bảo vệ chống xói mòn.

  4. Làm thế nào để đảm bảo ổn định lâu dài cho đê bao?
    Cần gia cố nền bằng cọc xi măng đất, sử dụng cấu kiện chắn sóng bảo vệ mái đê, thiết kế hệ thống thoát nước hiệu quả và thực hiện giám sát, bảo trì định kỳ.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các vùng ven biển khác không?
    Có, các phương pháp và giải pháp kết cấu được đề xuất có thể điều chỉnh phù hợp với điều kiện địa chất và khí hậu của các vùng ven biển khác trong nước và quốc tế.

Kết luận

  • Đê bao lấn biển Tiên Lãng có vai trò chiến lược trong phát triển hạ tầng sân bay quốc tế và bảo vệ vùng ven biển Hải Phòng.
  • Nền đất yếu với nhiều lớp bùn sét và cát mịn đòi hỏi giải pháp kết cấu đê hiện đại, ổn định và bền vững.
  • Phương án đê bằng túi cát địa kỹ thuật được lựa chọn dựa trên phân tích kỹ thuật và mô phỏng ứng suất, chuyển vị, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế.
  • Các giải pháp gia cố nền, bảo vệ mái đê và hệ thống thoát nước cần được triển khai đồng bộ để đảm bảo hiệu quả lâu dài.
  • Tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng các công nghệ mới trong thi công và giám sát đê biển, đồng thời xây dựng kế hoạch bảo trì định kỳ nhằm nâng cao tuổi thọ công trình.

Luận văn khuyến nghị các cơ quan quản lý và nhà thầu áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn thi công, đồng thời tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả công trình trong các giai đoạn vận hành tiếp theo.