Tổng Quan Về Giải Pháp Bảo Vệ Mái Đê Biển Ở Việt Nam

Hình 1.19: Bể bê tông có tính năng tiêu năng

Trên đây là tổng hợp các giải pháp công nghệ bảo vệ mái và tăng cường ổn định cho mái đê biển của một số nước trên thế giới. Có thể thấy rõ nhất là đê biển của họ vững chãi, an toàn và mỹ quan nhờ có sự thay đổi công nghệ vật liệu và gia tăng trọng lượng của cấu kiện gia cố. Tiếp sau đây là một số tổng hợp các giải pháp bảo vệ mái đê biển đang áp dụng ở Việt Nam.

1.3 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam

1.3.1 Một số hình thức kết cấu kè mái đê phía biển

a) Kè lát mái bằng đá lát khan

Đá hộc với kích thước xác định nhằm đảm bảo ổn định dưới tác dụng của sóng và đẩy nổi của nước, dòng chảy [26]. Đá được xếp chặt theo lớp để bảo vệ mái. Với loại kè này thường có một số biểu hiện hư hỏng do lún sụt, chuyển vị xô lệch, dồn đống trong khung bê tông cốt thép. Hình thức này đã được sử dụng ở hầu hết các địa phương, vật liệu hay dùng là đá hộc có kích thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25m - 0,30m.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 157 trang tài liệu này.

Ưu điểm của hình thức này: Khi ghép chèn chặt làm cho mỗi viên đá hộc được các viên khác giữ bởi bề mặt gồ ghề của viên đá, khe hở ghép lát lớn sẽ thoát nước mái đê nhanh, giảm áp lực đẩy nổi và liên kết mềm dễ biến vị theo độ lún của nền.

Hình 1.20: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Hải Hậu-Nam Định

Bề mặt gồ ghề, độ nhám lớn làm giảm sóng leo lên mái và giảm vận tốc dòng rút. Về mặt kỹ thuật thì thi công và sửa chữa dễ dàng.

Nhược điểm: Khi nền bị lún cục bộ hoặc dưới tác dụng của sóng dồn nén, các liên kết do chèn bị phá vỡ, các hòn đá tách rời nhau ra. Vì trọng lượng bản thân quá nhỏ nên dễ bị sóng cuốn trôi. Khe hở giữa các hòn đá khá lớn, vận tốc sóng làm cho dòng chảy trong các khe đá ép xuống nền thúc đẩy hiện tượng trôi đất nền tạo nhiều hang hốc lớn, sụt sạt nhanh, gây hư hỏng đê.

b) Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch

Hình thức này đã được sử dụng ở Thái Bình, Nha Trang,...với vật liệu là đá hộc kích thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25 – 0,3m (tận dụng cả đá nhỏ) [26]. Hình 1.21 là hình thức kè đá xây liền khối ở Thái Bình tại nơi có bãi và rừng ngập mặn trước đê.

Hình 1.21: Kè đá xây liền khối ở Thái Bình

- Kè lát mái bằng đá xây: Đổ vữa lót nền và xây từng viên đá liên kết thành tấm lớn có chiều rộng 2m, tạo khớp nối bằng bao tải nhựa đường.

- Kè lát mái bằng đá chít mạch: Xếp đá chèn chặt và đổ vữa chít các mạch phía trên.

Ưu điểm của hình thức này: Liên kết các viên đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lượng để ổn định, đồng thời các khe hở giữa các hòn đá được bịt kín, chống được dòng xói ảnh hưởng trực tiếp xuống nền.

Nhược điểm: Khi làm trên nền đất yếu, lún không đều sẽ làm cho tấm lớn đá xây, đá chít mạch lún theo tạo vết nứt gẫy theo mạch vữa, dưới tác động của dòng chảy trực tiếp xuống nền và dòng thấm tập trung thoát ra gây mất đất nền gây lún sập kè nhanh chóng. Khi thi công tại chỗ vữa xây bị mặn xâm thực sẽ làm giảm cường độ của khối xây.

c) Kè mái bằng bê tông

- Kè lát mái bê tông đổ tại chỗ [26]: Hình thức này đã được sử dụng ở kè Hải Hậu - Nam Định, phá Tam Giang - Thừa Thiên-Huế, Bàu Tró - Quảng Bình. Bê tông tấm lớn đổ tại chỗ có khớp nối với kích thước và trọng lượng theo tính toán cho từng công trình cụ thể, thường là lớn đủ trọng lượng chống sóng, tuy nhiên nếu nền lún không đều tấm bản dễ bị gãy, sập gây mất đất nền và do bê tông đổ tại chỗ bị mặn xâm thực nên cường độ chịu lực kém (hình 1.22).

Hình 1.22: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ

- Kè bê tông lắp ghép tấm bản nhỏ, một mặt hình vuông: Tấm bê tông đúc sẵn chất lượng tốt, thi công nhanh, có khe hở làm thoát nước mái đê để giảm áp lực đẩy nổi, nhưng tấm bản nhỏ không đủ trọng lượng và dễ bị bóc ra khỏi mái (hình 1.23) [26].

- Kè lát mái bê tông tấm lập phương: Các khối có kích thước: (0,45 x 0,45 x 0,45)m, nặng 218kg và (0,53 x 0,53 x 0,53)m, nặng 328kg. Trọng lượng của khối bê tông lớn, bề dày lớn không bị gẫy nhưng thi công phải có cần cẩu rất khó khăn (hình 1.24) [26].

Hình 1.23:

Kè bằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ

Hình 1.24:

Kè bằng cấu kiện bê tông khối lớn

- Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép có lỗ thoát nước: Đã được xây dựng ở Bầu Tró - Quảng Bình. Kích thước của tấm: (0,45 x 0,5 x 0, 5)m. Loại này có ưu điểm thoát nước mái đê tốt, thi công nhanh, dễ sửa chữa nhưng dễ xói đất nền dưới tác động của dòng chảy.

- Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép liên kết một chiều: Do lắp ghép có ngàm nên trọng lượng bản thân được tăng lên và chiều có ngàm giảm đáng kể dòng xói trực tiếp xuống nền, nhưng không có khả năng liên kết thành tấm lớn nên dễ bị sóng bóc ra khỏi mái.

- Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép có ngàm hai chiều: Cấu kiện TAC-2 đã thi công ở Bầu Tró-Quảng Bình, Ngọc Xá-Trúc Lý-Quảng Bình, Quảng Trị, đê biển 1-Đồ Sơn-Hải Phòng... Cấu kiện TAC-3 đã thi công ở Tây Cổ Vậy-

Xuân Thủy-Nam Định, Đồ Sơn-Hải Phòng, Phá Đông, Phá Cầu Hai-Thừa Thiên-Huế, Hà Tĩnh...

Ưu điểm: Có khả năng phân bố lực xung, lực cục bộ cho các cấu kiện bên cạnh. Vì vậy giảm được hiện tượng lún sâu, cục bộ, đồng thời do nối với nhau bằng các ngàm đối xứng dạng nêm hai chiều đan giằng vào nhau chặt chẽ đã tạo được một kết cấu như một tấm bản lớn và khớp nối dích dắc hạn chế dòng xói trực tiếp xuống nền.

Nhược điểm: Ban đầu các loại TAC-2, TAC-3 chiều dày độ vát quá nhỏ dễ bị gẫy, sứt mẻ trong quá trình vận chuyển và thi công, vì vậy các loại sau có độ dày lớn hơn nên khắc phục được nhược điểm này.

- Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép có ngàm ba chiều TSC 178. Dạng kè này đã được thi công ở Hải Phòng, Nam Định hiện đang sử dụng loại bề dày 0,28 m.

Hình 1.25:

Kè lát mái bằng cấu kiện TSC-178

Hình 1.26:

Kè bằng cấu kiện BT liên kết 2 chiều

Ưu điểm: Kết cấu có ngàm 3 chiều lắp ghép mềm thích hợp với nền yếu, lún không đều vì có khả năng tự điều chỉnh lún đồng bộ với nền. Ngàm liên kết có hình dích dắc kéo dài, nên hạn chế nước xói trực tiếp xuống nền, đồng thời liên kết thành mảng có chân đế rộng, giảm đáng kể ứng suất của trọng lượng mảng và áp lực sóng xuống nền, hạn chế hiện tượng lún cục bộ của từng cấu kiện. Bề mặt cấu kiện được tạo mố nhám tiêu năng giảm chiều cao sóng leo và vận tốc dòng rút.

Nhược điểm: Vì liên kết mảng khi sóng đã đánh bung thì bung cả mảng, các cấu kiện trọng lượng nhỏ rời ra dễ bị cuốn trôi theo sóng. Do liên kết giữa các cấu kiện rất khít nên khi nền lún sụt, mảng vẫn ổn định do vậy tạo hốc dưới nền, khó phát hiện. Một nhược điểm nữa là chỉ có thể thi công thủ công nên giá thành xây dựng cao.

Các hình thức kè bảo vệ mái rất phong phú và đa dạng, nhưng việc áp dụng hình thức nào thì căn cứ vào điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của từng khu vực sao cho hệ thống kè đó hạn chế được nhiều nhất nhược điểm và tận dụng được hết các ưu điểm, đem lại lợi ích lớn nhất.

1.3.2 Bảo vệ mái đê phía trong đồng

Mái trong đồng chủ yếu trồng cỏ bảo vệ mái, hoặc bê tông hoá phía trên đỉnh đê, phía dưới trồng cỏ. Nhìn chung vấn đề gia cường mái đê trong đồng với đê biển Việt Nam là chưa được chú trọng.

Kết quả thống kê cho thấy Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu đầu tư để đê biển Việt Nam bền vững hơn. Các cấu kiện TAC-2, TAC-3. TSC- 178, chân kè lục lăng đã chứng minh điều này. Tuy nhiên, hiện nay đê biển Việt Nam phần lớn chỉ chống chọi được với gió bão cấp 8. Nhiều tuyến đê vẫn bị sụt sạt, mảng gia cố bị bong tróc không đảm bảo an toàn cho đê. Tiếp theo sẽ phân tích chi tiết vấn đề gây mất ổn định bảo vệ mái đê biển.

1.4 Một số vấn đề gây mất ổn định lớp bảo vệ mái đê biển thường gặp

1.4.1 Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn

Hình 1.27 mô tả tác động của sóng tràn với mặt cắt đê biển (K.W.Pilarczyk-2006), phía biển có tải trọng của sóng tác dụng lên mái kè. Thân đê có thể bị phá hỏng ở phía biển do tác động của sóng và áp lực thấm đẩy ngược dưới đáy viên gia cố. Đỉnh đê có thể bị xói bề mặt, lớp sét bọc ngoài thân đê có thể bị xói, trượt cục bộ do thấm hoặc trượt tổng thể cả mái. Vậy khi sóng tràn, cả mái trong đồng và mái ngoài biển đều bị tác động.

Hình 1.27: Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn (K.W.Pilarczyk-2006)

a) Tải trọng tác động lên mái kè phía biển

Quá trình sóng leo lên, vỡ ra rồi rút xuống sẽ gây ra các áp lực nước động tác dụng lên đất thân đê và kết cấu kè. Các lực thuỷ động này bao gồm: Áp lực sóng dương tác dụng lên mái dốc làm thay đổi trạng thái của ứng suất của đất thân đê. Khi sóng rút, mực nước bên ngoài mái đê hạ thấp, tạo ra sự chênh lệch áp lực nước bên trong thân đê và mặt ngoài kết cấu kè - đó chính là áp lực sóng âm đẩy lên mặt đáy kết cấu kè, có xu thế kéo vật liệu đất ra ngoài gây lún sụt thân đê. Các đợt sóng leo lên và rút xuống liên tục, áp lực thuỷ động tác dụng lệch tâm tạo ra động ngẫu lực làm bập bênh kết cấu kè, tróc và moi đất thân đê [11], [42]. Khi sóng đến gây nén bề mặt kè, nước theo các khe trên bề mặt kè thấm vào lớp đất thân đê. Khi sóng rút, áp lực nước từ trong thân đê hướng ra ngoài tạo thành lực đẩy ngược nâng viên gia cố lên, gây dão và biến dạng bề mặt kè (hình 1.28)[42].

Vùng sóng vỡ

Mực nước ngầm

D 

Dòng thấm đẩy ngược Lớp chống thấm

Lớp lọc

Hình 1.28: Lực tác dụng của sóng lên mái kè dạng tấm bê tông

b) Tính toán gia cố mái đê

Ngoài công thức (1.1) của Pilarczyk (1990) một số tác giả khác cũng đưa các công thức kinh nghiệm để tính toán ổn định các cấu kiện gia cố.

(1) Tính trọng lượng viên gia cố theo công thức Hudson [42]

ρ H 3

Công thức Hudson:

W s s

(1.5)

Trong đó:

50 K Δ3cotgα

H s : Chiều cao sóng thiết kế (m);

s : Khối lượng riêng của vật liệu ( kg / m );

w : Khối lượng riêng của nước biển ( kg / m );

: Hệ số dung trọng

: Góc mái dốc;

s

w

 1 ;

K D : Hệ số ổn định tra bảng theo tài liệu [42].

(2) Tính kích thước viên gia cố theo công thức Van Der Meer [42]

Theo Thonpson và Shuttler (1975), một loạt các thí nghiệm đã được tiến hành tại Delft Hydraulics do Van Der Meer thực hiện. Các thí nghiệm được tính toán bao gồm những công trình với sự biến đổi của cỡ vật liệu và với các điều kiện sóng khác nhau.

Điều kiện nước sâu [42]:

+ Trường hợp 1: Đối với sóng đổ, hệ số sóng vỡ  ≤ (2  3)

H s  6,2P0,18 S

0,2

0,5

(1.6)

Dn50

m

N 

+ Trường hợp 2: Đối với sóng dềnh, hệ số sóng vỡ  ≥ 3

H s  1,0P 0,13 S

0,2

cot g0,5

(1.7)

Dn 50

m

N 

Điều kiện nước nông [42]:

+ Đối với sóng đổ:

H 2%

 8,7P 0,18 S

0,2

0,5

(1.8)

Dn50

m

N 