Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng hạ lưu của sông Mê Kông với địa hình bằng phẳng, có diện tích lớn bị ngập sâu trong mùa lũ hàng năm. Riêng tỉnh Đồng Tháp, nơi nghiên cứu thử nghiệm, có hơn 3/4 diện tích dạng lòng chảo, chịu ảnh hưởng trực tiếp của lũ từ sông Tiền với lưu lượng lũ chiếm khoảng 80% tổng lượng nước mùa lũ. Hệ thống đường đê ven sông (ĐĐVS) tại đây vừa là đê bao chống lũ vừa là đường giao thông nông thôn, đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ sản xuất nông nghiệp và phát triển kinh tế địa phương. Tuy nhiên, các tuyến đê chủ yếu được xây dựng bằng đất đắp tại chỗ, có độ rỗng lớn, dễ bị xói mòn và sạt lở trong mùa lũ, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản với hơn 84 điểm sạt lở, tổng chiều dài 163 km và hơn 7.800 hộ dân phải di dời trong giai đoạn 2000-2013.

Công nghệ đất trộn xi măng (soilcrete) trộn sâu – trộn ướt nhỏ gọn (NSV) được nghiên cứu nhằm gia cố bền vững ĐĐVS chống lũ tại Đồng Tháp. Công nghệ này có ưu điểm như thi công nhanh, thiết bị nhỏ gọn, ngăn dòng thấm hiệu quả và tạo ổn định cho thân đê. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá chất lượng soilcrete hiện trường tạo bởi công nghệ NSV trên đoạn đê dài 30 m tại xã An Hòa, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp, từ đó đề xuất quy trình ứng dụng đại trà phù hợp với điều kiện ĐBSCL. Nghiên cứu thực hiện trong hai mùa lũ năm 2013 và 2014, cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc phát triển giải pháp gia cố đê chống lũ hiệu quả, góp phần giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra và nâng cao an toàn giao thông nông thôn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cơ lý soilcrete: Soilcrete là hỗn hợp đất trộn xi măng, có cường độ chịu nén nở hông tự do (qu) phụ thuộc vào hàm lượng xi măng (Ac), loại đất, độ ẩm và thời gian bảo dưỡng. Cường độ soilcrete tăng theo hàm lượng xi măng, đạt tối thiểu 5% và tăng chậm khi vượt quá 20%. Biến dạng phá hoại εf khoảng 1.5%, mô đun đàn hồi cát tuyến E50 có tỷ số từ 28 đến 140 lần so với qu.

  • Lý thuyết ổn định mái dốc: Phân tích hệ số an toàn FS dựa trên phương pháp cân bằng giới hạn (General Limit Equilibrium Theory) và phương pháp Bishop, xác định khả năng chống trượt của mái đê. FS được tính dựa trên sức kháng cắt và ứng suất cắt trong đất, xét đến áp lực nước lỗ rỗng và các điều kiện tải trọng thực tế.

  • Lý thuyết quan trắc hiện trường: Hệ thống quan trắc mực nước ngầm và chuyển vị ngang sử dụng thiết bị giếng quan trắc và inclinometer để thu thập dữ liệu về áp lực nước lỗ rỗng và biến dạng đất, giúp đánh giá hiệu quả chống thấm và ổn định của tường soilcrete sau thi công.

Các khái niệm chính bao gồm: cường độ nén nở hông tự do (qu), mô đun đàn hồi cát tuyến (E50), biến dạng phá hoại (εf), hệ số an toàn mái dốc (FS), áp lực nước lỗ rỗng, và chuyển vị ngang.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa tổng quan tài liệu, thi công thử nghiệm hiện trường và phân tích số liệu quan trắc:

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ thi công thử nghiệm 30 m ĐĐVS tại kênh 2/9, xã An Hòa, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp; mẫu soilcrete khoan lõi lấy từ hiện trường; số liệu quan trắc mực nước ngầm và chuyển vị ngang trong hai mùa lũ 2013-2014.

  • Phương pháp phân tích: Thí nghiệm cơ lý mẫu soilcrete theo tiêu chuẩn ASTM và TCVN (nén một trục nở hông tự do, xác định qu, E50, εf); phân tích ổn định mái dốc bằng phần mềm Slope/W2007 theo phương pháp Bishop; mô phỏng dòng thấm bằng Seep/W2007; xử lý số liệu quan trắc mực nước ngầm và chuyển vị ngang bằng thiết bị chuyên dụng.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu tổng quan và thiết kế thí nghiệm từ đầu năm 2013; thi công thử nghiệm và lấy mẫu tháng 8/2013; quan trắc hiện trường trong hai mùa lũ 2013 và 2014; phân tích dữ liệu và hoàn thiện luận văn cuối năm 2014.

Cỡ mẫu khoan lõi lấy mẫu soilcrete liên tục theo chiều sâu 4 m, đảm bảo đánh giá đồng đều và liên tục của tường soilcrete. Phương pháp chọn mẫu và phân tích nhằm đảm bảo độ tin cậy và tính đại diện cho toàn bộ đoạn đê gia cố.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng thi công và đồng đều soilcrete: Tường soilcrete tạo bởi công nghệ NSV có độ đồng đều và liên tục theo chiều sâu, với đường kính cọc đơn 0.6 m. Hàm lượng xi măng thực tế đạt 250-300 kg/m³, cường độ nén nở hông tự do qu khoảng 0.2 MPa, cao hơn 30% so với cường độ thiết kế 0.15 MPa.

  2. Cường độ soilcrete tại vị trí chồng nối và trọng tâm: Qu tại điểm chồng nối đạt trung bình 1.74 MPa, cao hơn vị trí tim cọc khoảng 1.5 lần và vượt 5 lần cường độ thiết kế. Qu tại trọng tâm giữa ba cọc đạt 0.87 MPa, lớn hơn cường độ thiết kế 2.5 lần nhưng nhỏ hơn tim cọc 1.7 lần.

  3. Biến dạng và mô đun đàn hồi: Biến dạng phá hoại εf của mẫu soilcrete hiện trường nằm trong khoảng 1.5%. Tỷ số mô đun đàn hồi cát tuyến E50 so với qu dao động từ 28 đến 140 lần, cho thấy soilcrete có tính đàn hồi tốt và khả năng chịu lực ổn định.

  4. Hiệu quả chống thấm và ổn định đê: Quan trắc mực nước ngầm cho thấy tường soilcrete ngăn dòng thấm hiệu quả, làm giảm đáng kể mực nước ngầm trong thân đê. Phân tích ổn định mái dốc bằng phần mềm Slope/W2007 cho thấy hệ số an toàn phía sông tăng từ 1.0 lên khoảng 1.5 sau khi gia cố, vượt mức yêu cầu thiết kế.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy công nghệ NSV với thiết bị nhỏ gọn phù hợp thi công trên mặt bằng đê hẹp, không làm mất ổn định mái đê trong quá trình thi công, đồng thời đảm bảo lưu thông cho người dân. Cường độ soilcrete hiện trường cao hơn thiết kế chứng tỏ quá trình trộn và bảo dưỡng đạt hiệu quả, phù hợp với các điều kiện đất đặc thù của Đồng Tháp.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, cường độ soilcrete hiện trường thấp hơn so với mẫu phòng thí nghiệm khoảng 1/2 đến 1/5 lần đối với đất sét, phù hợp với đặc điểm trộn sâu – trộn ướt nhỏ gọn. Việc tăng cường cường độ tại điểm chồng nối và trọng tâm giữa các cọc cho thấy sự liên kết tốt giữa các cọc soilcrete, góp phần nâng cao tính liên tục và ổn định của tường.

Dữ liệu quan trắc mực nước ngầm và chuyển vị ngang minh họa rõ ràng hiệu quả chống thấm và gia cố ổn định thân đê, có thể trình bày qua biểu đồ biến động mực nước ngầm theo thời gian và đồ thị chuyển vị ngang theo độ sâu. Điều này khẳng định khả năng ứng dụng công nghệ NSV trong điều kiện thực tế ĐBSCL, góp phần giảm thiểu nguy cơ sạt lở và thiệt hại do lũ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai ứng dụng công nghệ NSV đại trà: Khuyến nghị các địa phương trong ĐBSCL, đặc biệt là Đồng Tháp, áp dụng công nghệ NSV để gia cố ĐĐVS chống lũ, nhằm nâng cao độ bền và ổn định của đê. Thời gian thực hiện trong vòng 3-5 năm, ưu tiên các đoạn đê có nguy cơ sạt lở cao.

  2. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật thi công NSV cho cán bộ kỹ thuật và công nhân địa phương, đảm bảo vận hành thiết bị đúng quy trình, nâng cao chất lượng thi công. Chủ thể thực hiện là các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp thi công.

  3. Xây dựng quy trình giám sát và quan trắc hiện trường: Thiết lập hệ thống quan trắc mực nước ngầm và chuyển vị ngang tại các công trình gia cố để theo dõi hiệu quả và cảnh báo sớm nguy cơ sạt lở. Thời gian triển khai song song với thi công, do các cơ quan quản lý địa phương phối hợp thực hiện.

  4. Nghiên cứu bổ sung và tối ưu hóa vật liệu: Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia cải thiện tính đàn hồi và cường độ soilcrete, phù hợp với điều kiện đất đặc thù của ĐBSCL nhằm nâng cao hiệu quả gia cố. Thời gian nghiên cứu 1-2 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý xây dựng và phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và kế hoạch đầu tư gia cố đê chống lũ hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do sạt lở.

  2. Doanh nghiệp thi công công trình giao thông và thủy lợi: Áp dụng công nghệ NSV trong thi công gia cố đê và nền đất yếu, nâng cao chất lượng công trình, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí vận chuyển thiết bị.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng đường ô tô, thủy lợi: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả thí nghiệm và phân tích hiện trường để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về công nghệ đất trộn xi măng và gia cố nền đất.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư vùng ĐBSCL: Hiểu rõ về giải pháp gia cố đê bền vững, từ đó phối hợp giám sát, bảo vệ công trình và nâng cao nhận thức về phòng chống thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ NSV có ưu điểm gì so với các phương pháp gia cố truyền thống?
    Công nghệ NSV sử dụng thiết bị nhỏ gọn, dễ dàng thi công trên mặt bằng hẹp của đê ven sông, không làm mất ổn định mái đê trong quá trình thi công, đồng thời ngăn dòng thấm hiệu quả và tạo độ bền cao cho soilcrete. Ví dụ, tại Đồng Tháp, NSV giúp thi công nhanh và đảm bảo lưu thông giao thông trong mùa lũ.

  2. Cường độ soilcrete hiện trường có đạt yêu cầu thiết kế không?
    Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ nén nở hông tự do qu của soilcrete hiện trường đạt khoảng 0.2 MPa, cao hơn 30% so với cường độ thiết kế 0.15 MPa, đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định cho đê.

  3. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả chống thấm của tường soilcrete?
    Hiệu quả chống thấm được đánh giá qua quan trắc mực nước ngầm trong thân đê bằng giếng quan trắc. Kết quả cho thấy mực nước ngầm giảm rõ rệt sau khi gia cố, chứng tỏ tường soilcrete ngăn dòng thấm hiệu quả, góp phần tăng hệ số an toàn mái đê.

  4. Phương pháp quan trắc chuyển vị ngang có vai trò gì trong nghiên cứu?
    Quan trắc chuyển vị ngang giúp xác định vị trí, độ lớn và tốc độ chuyển vị của khối đất trong thân đê, từ đó cảnh báo sớm nguy cơ sạt lở. Thiết bị inclinometer được sử dụng để đo chuyển vị theo hai hướng, cung cấp dữ liệu chính xác cho phân tích ổn định.

  5. Có thể áp dụng công nghệ NSV cho các vùng khác ngoài Đồng Tháp không?
    Công nghệ NSV có thể áp dụng rộng rãi cho các vùng có điều kiện địa chất và địa hình tương tự ĐBSCL, đặc biệt là các khu vực có mặt bằng thi công hạn chế và yêu cầu gia cố đê chống lũ bền vững. Việc điều chỉnh hàm lượng xi măng và quy trình thi công cần phù hợp với đặc điểm đất địa phương.

Kết luận

  • Công nghệ đất trộn xi măng trộn sâu – trộn ướt nhỏ gọn (NSV) đã được thử nghiệm thành công trên đoạn đê ven sông dài 30 m tại xã An Hòa, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp, đảm bảo chất lượng thi công và an toàn giao thông.

  • Soilcrete hiện trường có cường độ nén nở hông tự do qu đạt khoảng 0.2 MPa, vượt yêu cầu thiết kế, với độ đồng đều và liên tục theo chiều sâu, biến dạng phá hoại khoảng 1.5%.

  • Tường soilcrete ngăn dòng thấm hiệu quả, làm giảm mực nước ngầm trong thân đê và tăng hệ số an toàn mái dốc từ 1.0 lên khoảng 1.5, góp phần nâng cao ổn định đê chống lũ.

  • Nghiên cứu đề xuất quy trình ứng dụng đại trà công nghệ NSV phù hợp với điều kiện ĐBSCL, đồng thời khuyến nghị đào tạo, quan trắc và nghiên cứu bổ sung để tối ưu hóa hiệu quả.

  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng thi công thử nghiệm, hoàn thiện quy trình kỹ thuật và chuyển giao công nghệ cho các địa phương trong vùng nhằm giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra và phát triển bền vững hệ thống đê ven sông. Đề nghị các cơ quan, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu phối hợp triển khai ứng dụng công nghệ này.