CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1. Lĩnh vực nghiên cứu trên thế giới: Nghiên cứu về quy mô và cấu trúc đê là việc làm hết sức cần thiết, nó đánh giá một các tổng quát nhất về hệ thống đê, về khả năng chống đỡ của hệ thống đê với các đợt thiên tai, bão lũ, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Ngoài ra nghiên cứu về quy mô và cấu trúc đê giúp chúng ta dự báo trước những nguy cơ có thể sảy ra đối với hệ thống đê nếu như chúng ta không có biện pháp can thiệp như: vỡ đê, sạt lở, đê mất ổn định, …Trên thế giới, các nước có hệ thống đê biển và đê sông đều phải đánh giá về quy mô và cấu trúc của hệ thống đê, giảm nhẹ thiên tai là vấn đề chung của toàn cầu. Đánh giá về quy mô hệ thống đê, quy mô về tuyến đê việc sử dụng các công cụ phần mềm phục vụ quá trình nghiên cứu là rất thiết yếu, trên thế giới đã sử dụng các công cụ phần mềm xây dựng bản đồ như: ARGIS,MAPINFO….Việc sử dụng các bản đồ số hóa giúp cho công tác đánh giá và đưa ra quyết định về hệ thống đê tốt hơn, xác định tuyến đê một cách hợp lý và trực quan.
Các nước trên thế giới đã xây dựng được các bản đồ số hóa về hệ thống đê, bản đồ số hóa về sông ngòi như Hà Lan, Canada… Cấu trúc đê bao gồm rất nhiều vấn đề để đánh giá như: vấn đề về lớp gia cố bảo vệ mái đê, vật liệu đắp đê, cao trình đê và kiểm tra ổn định hệ thống đê. Trong đó vấn đề quan tâm nhất là lớp gia cố bảo vệ mái đê, bởi vì đối với đê biển sóng biển tác động trực tiếp đến mái đê gây sạt lở và vỡ đê. Trên thế giới đã sử dụng rất nhiều biện pháp gia cố mái đê như: a) Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn: Cấu kiện bê tông tự chèn là dùng các cấu kiện bê tông có kích thước và trọng lượng đủ lớn đặt liên kết tạo thành mảng bảo vệ chống xói cho mái phía biển do tác động của sóng và dòng chảy. Để gia tăng ổn định và giảm thiểu kích thước cấu kiện người ta không ngừng nghiên cứu và cải tiến hình dạng cấu kiện và liên kết giữa các cấu kiện theo hình thức tự chèn.
Kết cấu loại này dễ thoát nước, dễ biến dạng cùng với đê nên có độ ổn định của kết cấu tương đối cao. Hính 1: thể hiện 1 đoạn đê ở Hà Lan, mái đê được gia cường bằng các biện pháp là một đoạn đê dùng đá lát khan, một đoạn đê sử dụng kết cấu bê tông lắp ghép và phía trên cơ được trồng cỏ bảo vệ. Gia cường mái đê biển ở Hà Lan Hình 2 thể hiện một cấu kiện gia cố dạng khối sáu mặt, kích thước lớn theo xu hướng chuyển từ dạng tấm sang dạng cột (cấu kiện kích thước 0,6 x0,8 x 0,8) Hình 2. Cấu kiện bê tông dạng cột b) Gia cố mái đê bằng nhựa đường (Bituminous Revetments): Hàng thế kỷ trước đây, vật liệu nhựa đường đã được sử dụng ở vùng Trung Âu vào việc làm kín nước.
Vào năm 1893, Italy dùng nhựa đường phủ mái đập đá đổ. Năm 1934 Hà Lan dùng nhựa đường phủ đáy âu thuyền Fuliana. Sau cơn bão 1953, Hà Lan đã sử dụng bê tông nhựa đường vào xây dựng đê biển. Vật liệu này thường dùng kết hợp với vật liệu khác để gia cường, chẳng hạn nhựa đường-đá xếp, nhựa đường-bê tông khối, bê tông Asphalt ứng dụng trong xây dựng công trình thủy lợi, đê biển của nhiều nước tiên tiến như Nauy, Hà lan, Mĩ và một số nước khác.6 là một dạng kè đê biển bằng đá xếp phủ nhựa đường ở Hà Lan 8 Hình 3.
Kè đê biển đá sếp phủ nhựa đường. c) Thảm bê tông: Các cấu kiện bê tông được nối với nhau tạo thành mảng liên kết. Các cấu kiện này liên kết với nhau bằng dây cáp, bằng các móc, giữa các cấu kiện thường đệm bằng cao su, hoặc lấp đầy bằng sỏi, gạch xỉ. Phải bố trí tầng lọc ngược giữa thảm bê tông với thân đê.
Cấu kiện kiểu này thường xuyên được cải tiến về hình dạng và liên kết giữa các cấu kiện. Hình 4 thể hiện thảm bê tông đang được thi công trên một đoạn đê, bên dưới lót vải địa kỹ thuật làm lọc [44]. Sau khi thi công xong thảm bê tông, tra cỏ vào các hốc bê tông để tạo cảnh quan môi trường. Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển Hà Lan d) Thảm đá: Các rọ bằng thép bọc chất dẻo hoặc chất dẻo trong đựng đầy đá gọi là “thảm đá”.
Thảm đá dùng để chống xói cho đê và bờ sông, bờ biển do tác động của sóngvà dòng chảy. Ý tưởng của kết cấu này là liên kết đá nhỏ lại thành khối lớn để sóng và dòng chảy không phá hỏng được. e) Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát: Các túi địa kỹ thuật được bơm đầy cát đặt trên lớp vải địa kĩ thuật, liên kết với nhau thành một hệ thống gọi là thảm túi 9 cát để bảo vệ mái dốc của đê, bờ sông, bờ biển.9 là ảnh chụp một đoạn kè chống xói bằng hệ thống các túi địa kỹ thuật trên đảo Sylt-Kliffende-Đức. Hình 5: Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật f) Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát: Sử dụng ống địa kĩ thuật [42], có đường kính từ 0,5m đến 2,5m, kích thước tuỳ thuộc vào yêu cầu công trình.
Chiều dài mỗi ống trung bình khoảng 60m-100m. Định vị ống vào vị trí dự kiến sau đó bơm dung dịch tỉ lệ 1 phần cát với 4 phần nước, cho đến khi ống đầy cát hoặc vữa xi măng. Hình 6: Ống địa kỹ thuật gia cường bảo vệ bờ ở Hà Lan Bên cạnh vấn đề về cấu trúc lớp gia cố mái đê, diễn toán dòng chảy, tính toán mực nước, tính toán sóng và kiểm tra ổn định là những vấn đề không thể thiếu trong việc xác định cấu trúc hệ thống đê. Để xác định cao trình mực nước và xây dựng mô hình dòng chảy sử dụng phần mềm Mike 11, để tính toán và truyền sóng sử dụng phần mềm Swan-one và tính toán ổn định công trình bằng phần mềm Geoslope, Plaxis.
10 + Phần mềm mike 11 được Viện Thuỷ lực học Đan Mạch xây dựng từ năm 1987 là mô hình dòng chảy 1 chiều để diễn toán mực nước và lưu lượng tại các nút trong hệ thống sông. Khi được áp dụng với trường hợp xem xét tất cả các thành phần trong phương trình sóng động lực, Mike 11 giải hệ phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng (phương trình St Venant). Giao diện Mike 11 được thể hiện trong hình 7: Hỉnh 7:Giao diện mike 11 + Geoslope là phần mềm giao diện đồ họa, 32 bít có thể chạy trong hệ điều hành Win 95/98/NT/2000 và XP, dùng mô hình hóa chuyển động của nước và tính toán ổn định đê đập trong môi trường đất đá theo PTHH. Giao diện Geoslope được thể hiện trong hình 8: Hình 8: Giao diện geoslope 11 1.
Lĩnh vực nghiên cứu trong nước: Vấn đề nghiên cứu quy mô và cấu trúc hệ thống đê trong nước luôn là vấn đề cấp thiết, xã hội phát triển bền vững khi mà các yếu tố về thiên tai và bão lũ được ngăn chặn và dự báo kịp thời, đảm bảo an toàn cho tính mạng về con người và của cải. Chưa có quy hoạch tổng thể cho đê biển, chưa có quy hoạch phát triển đa mục tiêu cho các ngành. Tuy nhiên tại các địa phương, đã xây dựng được các bản đồ số hóa về đê điều giúp cho quá trình quản lý và điều tra hệ thống đê được thuận lợi hơn. Hình 9: Bản đồ hệ thống đê điều tính Nam Định được xây dựng vào tháng 12 năm 2007 do chi cục quản lý đê điều và phòng chống lụt bão tỉnh Nam Định thành lập.
Hình 9: Bản đồ hệ thống đê tỉnh Nam Định Từ bản đồ hệ thống đê giúp chúng ta đánh giá được về quy mô của tuyến đê có thỏa mãn các yêu cầu về vị trí và hình dáng tuyến đê như sau hay không: + Đi qua vùng có địa thế cao địa chất nền tương đối tốt; + Nối tiếp thông thuận và đảm bảo ổn định đối với các công trình đã có; + Thuận lợi cho việc bố trí các công trình phụ trợ; + Không ảnh hưởng đến thoát lũ và công trình chỉnh trị cửa sông (đối với đê cửa sông); + Đáp ứng yêu cầu đối với các hoạt động bền vững của bến cảng bãi tắm khu du lịch, di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh; 12 + Đối với tuyến đê kết hợp với hệ thống giao thông và an ninh quốc phòng cần phải tuân thủ theo các quy định khác của ngành giao thông và quốc phòng; + Tận dụng tối đa các cồn cát tự nhiên đồi núi công trình đã có để khép kín tuyến đê đáp ứng yêu cầu kinh tế - kỹ thuật của tuyến đê; + Đối với tuyến đê quan trọng cần tiến hành thí nghiệm mô hình thủy lực để xác định vị trí tuyến thích hợp. + Hình dáng mặt bằng tuyến đê nên tránh gấp khúc giảm thiểu tối đa sự tập trung năng lượng sóng cục bộ; đồng thời nên tránh vuông góc với hướng gió thịnh hành; thông qua so sánh về khối lượng công trình và tổng mức đầu tư để quyết định dạng tuyến phù hợp; + Trong trường hợp phải bố trí tuyến đê cong cần có các biện pháp giảm sóng hặc tăng cường sức chống đỡ của đê ở khu vực cong; + Không tạo ra điểm xung yếu ở nơi nối tiếp với các công trình lân cận và không ảnh hưởng đến các vùng đất liên quan; + Trường hợp thiết kế nâng cấp tuyến đê hiện có cần phải xem xét các yêu cầu của tuyến đê mới để điều chỉnh cục bộ tuyến cho phù hợp. Về vấn đề cấu trúc mái đê, Việt Nam đã sử dụng các biện pháp gia cố mái đê như: + Kè lát mái bằng đá lát khan + Kè mái bằng đá xây, đá chít mạch + Kè mái bằng bê tông + Trồng cỏ bảo vệ mái phía đồng Các công trình nghiên cứu về cấu trúc gia cố mái đê như: a.Cấu kiện TSC-178: Cấu kiện TSC-178 do thầy Phan Đức Tác nghiên cứu đã được cấp bằng sáng chế số 178/QĐ - 118/QĐSC ngày 8 tháng 4 năm 1993 về cấu kiện gia cố mái đê phía biển, nhờ liên kết mảng và khả năng chống áp lực sóng tăng lên so với từng viên rời.
