Nghiên cứu các giải pháp tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển tràn nước

bị gãy ở biến dạng nhỏ. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 Biến dạng (%) Ứ ng s uấ t d ọc tr ục (k Pa ) 0% phụ gia sau 15 ngày 2% phụ gia sau 15 ngày 4% phụ gia sau 15 ngày 6% phụ gia sau 15 ngày Hình 3.16: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông tự do sau thời gian 15 ngày Hình 3.17 biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng của kết quả thí nghiệm cắt một trục nở hông tự do mẫu đất sau khi trộn phụ gia được 30 ngày. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy, theo thời gian mẫu đất có hàm lượng phụ gia 92 4%, 6% bị giòn hoá theo thời gian vì vậy cường độ chống cắt rất thấp và mẫu bị gãy ở biến dạng nhỏ. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 Biến dạng (%) Ứ ng s uấ t d ọc tr ục (k Pa ) 0% phụ gia sau 30 ngày 2% phụ gia sau 30 ngày 4% phụ gia sau 30 ngày 6% phụ gia sau 30 ngày Hình 3.17: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông tự do sau thời gian 30 ngày Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén nở hông tự do với đất á sét được trình bày ở bảng 3.14. Bảng 3.14: Sức kháng nén không hạn hông của các mẫu - ( )2/ mkNqu Mẫu % Pgia 0% 2% 4% 6% Sau 6 ngày 21,0 41,0 40,5 42,0 Sau 15 ngày 21,5 41,2 17,0 15,0 Sau 30 ngày 20,5 41,0 17,0 15,0 Nhận xét: Từ kết quả phân tích ở trên, kết luận với mẫu đất trộn 2% CONSOLID cường độ chịu nén tốt hơn trộn các tỉ lệ % khác, không nên sử dụng quá 2% phụ gia, vì vậy các thí nghiệm tiếp theo loại bớt các mẫu đất trộn tỉ lệ 4%, 6%. Cường độ của đất có phụ gia sau 15 ngày và 30 ngày không có sự chênh lệch đáng kể do đó các thí nghiệm cường độ theo thời gian kết thúc cho các mẫu để sau 30 ngày. Như vậy qua hai thí nghiệm đánh giá rã chân-sập mẫu và nén nở hông tự do đã loại bỏ được các mẫu có hàm lượng 93 CONSOLID vượt quá mức cần thiết. Tiếp theo là các thí nghiệm xác định các đặc trưng chống cắt của đất. c.3. Thí nghiệm cắt trực tiếp Thí nghiệm cắt đất trực tiếp là một phương pháp thí nghiệm thường dùng để xác định cường độ chống cắt của đất. Thông thường dùng 4 mẫu thí nghiệm, với các giá trị nén P khác nhau, gia tải lực cắt ngang để tiến hành cắt mẫu, tìm được ứng suất cắt khi phá hoại t , căn cứ vào định luật Coulomb xác định được góc ma sát trong f và lực dính đơn vị c [5]. Chuẩn bị mẫu: Mặc dù có nhận xét là không nên pha trộn quá 2% phụ gia. Tuy nhiên trong kết quả nén nở hông tự do của mẫu để sau 6 ngày thì sự sai khác về sức chống nén nở hông của các mẫu 2%, 4% , 6% là không nhiều, vì vậy vẫn chuẩn bị các tỷ lệ phụ gia 0%, 2%, 4% , 6% để tạo mẫu và sau 6 ngày mới tiến hành cắt mẫu. Các bước tạo mẫu, trộn đầm lắp mẫu và gia tải được thực hiện theo SD 128-018-84 [5]. Mẫu thí nghiệm có chiều cao 30 mm, đường kính 61,82 mm, độ ẩm chế bị 18,8 %, khối lượng riêng khô chế bị =kr 1,64 (t/m 3). Bảng 3.15 tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp với các thông số chống cắt f , c của các trường hợp. Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp của đất á sét Chỉ tiêu 0% 2% 4% 6% f (độ) 24,24 29,50 29,20 29,04 c (kN/m2) 7,89 12,15 14,43 13,90 Nhận xét: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp cho thấy, lượng phụ gia quá 2% cũng không làm gia tăng nhiều cường độ cho đất. Vậy có thể kết luận hàm lượng phụ gia chọn ở mức 2% là hợp lý. c.4. Thí nghiệm cắt 3 trục Thí nghiệm cắt đất 3 trục là phương pháp xác định cường độ chống cắt của đất khi gia tải không gian. Thường thí nghiệm với khoảng 3-4 mẫu đất 94 hình trụ, khác nhau bởi áp lực hông 3s . Mẫu bị phá hoại cắt khi ứng suất trục )( 31 ss - gia tăng đến mức độ phá hoại vỡ mẫu hoặc biến dạng mẫu lớn đến mức cho phép. Biểu diễn kết quả thí nghiệm các mẫu lên đồ thị, dựa vào lý luận Mohr-Coulom để xác định các thông số chống cắt f , c [5]. Hình 3.18 là thiết bị thí nghiệm nén 3 hướng đối xứng trục được dùng làm thí nghiệm. Hình 3.18: Thiết bị nén ba trục Chuẩn bị mẫu: Đường kính mẫu 50 mm, chiều cao mẫu 100 mm, độ ẩm chế bị 18,8 %, khối lượng riêng khô chế bị =kr 1,64 (t/m 3). Hình 3.19 biễu diễn kết quả thí nghiệm mẫu đất 0% phụ gia, quan hệ giữa độ lệch ứng suất )( 31 ss - và % biến dạng mẫu trong quá trình cắt. 95 Hình 3.19: Kết quả thí nghiệm mẫu 0% phụ gia Hình 3.20 biễu diễn quan hệ giữa độ lệch ứng suất )( 31 ss - và % biến dạng mẫu trong quá trình thí nghiệm cắt mẫu đất trộn 2% phụ gia. Hình 3.20: Kết quả thí nghiệm mẫu 2% phụ gia Bảng 3.16 tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt 3 trục với các mẫu đất 0% và 2% phụ gia, cho thông số chống cắt f , c . 96 Bảng 3.16: Kết quả thí nghiệm cắt ba trục Chỉ tiêu 0% 2% 4% 6% f (độ) 18,31 26,37 - - c(kN/m2) 8,24 12,93 - - Nhận xét: Phụ gia CONSOLID đã có ảnh hưởng đến mức độ gia tăng cường độ chống cắt của đất. Mức độ gia tăng trung bình của các thông số chống cắt khoảng 30%. c.5. Thí nghiệm thấm Chuẩn bị mẫu: Mẫu thí nghiệm thấm có chiều cao 40 mm, đường kính 61,82 mm, độ ẩm chế bị 18,8 %, khối lượng riêng khô chế bị =kr 1,64 (t/m 3). Thí nghiệm thấm được tiến hành cho mẫu đất á sét có trộn 2%, 4%, 6% phụ gia. Các mẫu đất được lắp vào hộp thấm. Đặt nắp hộp thấm lên trên mẫu đất, vít chặt các vít hãm để mẫu không bị nở khi bão hoà nước. Lắp hộp thấm vào giá thí nghiệm và đấu nối với bình chứa nước để làm bão hoà mẫu. Khi nước đã chảy đầy hộp thấm, đóng khoá ống đo bên trái, hơi nghiêng hộp thấm về bên phải để đuổi hết không khí ở phần ngoài hộp thấm. Giữ nguyên vị trí hộp thấm cho đến khi nước xuất hiện ở ống đo bên phải, đóng khoá bên phải và nghiêng hộp thấm về bên trái để đuổi khí ở phần trong của hộp thấm ra. Sau khi đuổi hết khí trong mẫu ra ngoài, đặt hộp thấm ở vị trí thăng bằng trong 24 giờ để mẫu hoàn toàn bão hoà nước. Theo dõi độ ổn định của mực nước trong hai ống đo để kiểm tra độ bão hoà mẫu. Thí nghiệm thấm với sự thay đổi cột nước thấm, bấm đồng hồ giây và đọc cột nước ban đầu 1h , sau thời gian t đọc đầu nước 2h cứ như vậy sau 2 đến 3 lần đọc. Lại làm dâng cao đầu nước đến cao độ cần thiết và lặp lại số đọc như trên. Sau 6 lần đọc và ghi, thí nghiệm kết thúc. Hệ số thấm của đất được tính toán theo công thức 97 2 1log3,2 h h At aLK = Trong đó: K- Hệ số thấm tính toán; a- Diện tích ống đầu nước thay đổi; L- Chiều cao mẫu thí nghiệm; t - Thời gian nước thấm qua mẫu; A- Tiết diện mẫu thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm cho mẫu 2%, hệ số thấm trung bình là 3,62.10-7 cm/s. Mẫu 4% hệ số thấm trung bình 6,94.10-8 cm/s, mẫu 6% hệ số thấm trung bình 8,78.10-8 cm/s. Như vậy sự sai khác về hệ số thấm của 3 mẫu là không đáng kể, không cần thiết trộn quá 2% phụ gia. c.6. Độ nứt nẻ của mẫu gia cường theo thời gian Sau chuỗi thí nghiệm xác định cường độ của đất theo thời gian, các mẫu thí nghiệm được để khô tự nhiên và quan sát nứt nẻ của mẫu. Hình 3.21 là diễn biến nứt nẻ của các mẫu sau thời gian ba tháng. Hình 3.21: Diễn biến mẫu sau 3 tháng để khô tự nhiên Kết quả cho thấy mẫu trộn 2% phụ gia rất ổn định, gần như không có nứt nẻ, mẫu 4% có nứt nẻ ở chân mẫu nhưng mức độ nứt nẻ không nhiều, các mẫu 6%, 8%, 10% mức độ nứt nẻ mãnh liệt hơn. Đây là điểm đáng chú ý khi 98 sử dụng phụ gia CONSOLID. Nếu sử dụng quá hàm lượng sẽ có ảnh hưởng xấu, giảm hiệu quả của đất gia cường. 3.3.3 Thí nghiệm với đất cát và á cát khi sử dụng phụ gia 3.3.3.1 Mục đích Đánh giá hiệu quả của phụ gia CONSOLID với đất dùng đắp đê Giao Thuỷ. Đây là loại đất hạt mịn, tơi rời ít có tính dính, có chứa hàm lượng sét nhưng không lớn. Loại đất á cát này được lấy tại Km 27 đê biển Giao Thuỷ- Nam Định, dân địa phương thường gọi đất này là cát non. Phần lớn các tuyến đê biển Nam Định đều đắp bằng đất dạng này. Loại đất này thường bị xói khi mưa kéo dài, hoặc sóng tràn qua đê vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng phụ gia để chống xói mái đê trong đồng là giải pháp hữu ích. 3.3.3.2 Nội dung các thí nghiệm a) Thí nghiệm cho đất cát Chuẩn bị mẫu : Loại bỏ thành phần bụi và sét của đất á cát có thành phần hạt trình bày ở bảng 3.2, lấy phần hạt cát. Tạo mẫu có đường kính mẫu 39 mm, chiều dài mẫu 80 mm, độ ẩm mẫu khi chế bị là 12%, khối lượng riêng khô chế bị =kr 1,65 (t/m 3). Trộn phụ gia CONSOLID theo hàm lượng 1,0%, 1,5%, 2,0% và làm thí nghiệm rã chân-sập mẫu. Hình 3.22 trình bày kết quả thí nghiệm của đất cát. Hình 3.22: Thí nghiệm rã chân mẫu đất cát có sử dụng phụ gia 99 Mẫu đất cát có hàm lượng 1,0% và 1,5 % bị đổ sập ngay sau khi đổ nước. Mẫu 2% bị rã chân ngay sau 15 phút đổ nước. Các thí nghiệm trộn phụ gia với đất cát đều không có hiệu quả. Vậy phụ gia CONSOLID không hiệu quả với đất rời. Điều này phù hợp với khuyến cáo của nhà sản xuất [31]. b) Các thí nghiệm với đất á cát Đây là loại đất được dùng để đắp đê, do hàm lượng cát cao nên thân đê thường bị xói mái phía đồng do mưa hay do nước tràn. Các chỉ tiêu cơ lý của loại đất này và thành phần hạt đã được trình bày ở bảng 3.2. Quy trình thí nghiệm tương tự như các thí nghiệm với đất á sét, tức là cũng tiến hành các thí nghiệm từ đơn giản đến các thí nghiệm phức tạp. Hàm lượng phụ gia bây giờ vào giai đoạn vi chỉnh. Chỉ thí nghiệm trong khoảng từ 0% đến 2% và tách làm 4 mẫu riêng biệt là 0% ; 1% ; 1,5% ; 2%. (*) Thí nghiệm các mẫu để 48 giờ sau khi trộn Chuẩn bị mẫu : Đường kính mẫu 39 mm, chiều dài mẫu 80 mm, độ ẩm mẫu khi chế bị 12%, khối lượng riêng khô chế bị =kr 1,65 (t/m 3). Thí nghiệm đơn giản nhất vẫn là thí nghiệm rã chân mẫu, đúc các mẫu theo hàm lượng 0% ; 1% ; 1,5% ; 2%, để sau 48 giờ cho mẫu ổn định. Đặt các mẫu thí nghiệm vào khay nhôm và đổ khoảng 2 cm nước. Đánh giá mức độ rã chân, đổ sập và thẩm thấu lên mẫu. Chọn mẫu có phần trăm phụ gia tối ưu để làm thí nghiệm tiếp theo. Hình 3.23 thể hiện 4 mẫu đất á cát được pha trộn tỷ lệ % phụ gia theo các mức khác nhau, xếp vào khay và đổ 2 cm nước. Quan sát thấy mẫu 0% phụ gia bị rã chân ngay sau khi đổ nước, các mẫu khác vẫn ổn định. 100 Hình 3.23: Thí nghiệm đánh giá độ rã chân-sập mẫu Hình 3.24 là diễn biến mẫu sau 15 phút đổ nước, mẫu 0% phụ gia đã bị đổ sập, các mẫu khác vẫn ổn định. Tuy nhiên mẫu 1% có hiện tượng thấm lên nhanh hơn hai mẫu còn lại. Hình 3.24: Các mẫu sau 15 phút đổ nước Hình 3.25 quan sát mẫu sau 30 ngày ngâm nước, các mẫu 1%, 1,5% và 2% phụ gia vẫn ổn định. Hình 3.25: Các mẫu sau 30 ngày ngâm nước 101 Một số đặc điểm của mẫu khi quan sát theo thời gian: - Sau 24 giờ, có hiện tượng rạn nứt tại một số điểm trên phần chân mẫu ngập nước do các hạt CONSOLID hút nước trương nở gây lên. - Sau 5 ngày nước thẩm thấu được 1cm lên các mẫu và sau 10 ngày thì thẩm thấu lên cao 3 cm. - Sau thời gian 30 ngày ngâm mẫu, trừ mẫu 0% bị sập, các mẫu còn lại rất ổn định. Như vậy với đất đắp đê Giao Thủy có thể chọn các tỷ lệ phụ gia CONSOLID với tỷ lệ 1,0%, 1,5%, 2,0% để tiếp tục thí nghiệm. (*). Thí nghiệm các mẫu để khô sau 6 ngày trộn phụ gia Sau khi chế bị mẫu, để mẫu khô tự nhiên sau 6 ngày rồi mới tiến hành thí nghiệm. Mục đích của thí nghiệm này là đánh giá sự gia tăng cường độ của đất có phụ gia theo thời gian. Kết quả thí nghiệm được tổng hợp ở bảng 3.17. (*). Thí nghiệm các mẫu để khô sau 6 ngày trộn phụ gia trong điều kiện ngập nước-khô-ngập nước Mục đích: Đánh giá khả năng tan rã, trương nở, nứt nẻ của đất đắp đê khi sử dụng phụ gia trong điều kiện ngâm ngập hoàn toàn trong nước, để khô và ngập nước. Nội dung: Đất đắp đê trộn 2% phụ gia, chế bị mẫu như các bước đã nêu ở trên, để sau 6 ngày sau đó ngâm ngập hoàn toàn 48 giờ trong nước. Vớt mẫu để khô sau 48 giờ, quan sát mẫu không thấy có biểu hiện tơi rời, trương nở. Tiếp tục ngâm mẫu 48 giờ, trong quá trình ngâm mẫu quan sát tơi rời, trương nở nhưng mẫu vẫn ổn định. Vớt mẫu và phơi khô ngoài trời nắng, nhiệt độ ngoài trời 320C, thời gian phơi từ 10 giờ đến 15 giờ, quan sát mẫu vẫn ổn định (hình 3.26d). 102 a) Ngâm mẫu ngập hoàn toàn b) Vớt mẫu để khô tự nhiên c) Ngâm mẫu ngập trở lại d) Mẫu sau khi phơi nắng 5 giờ Hình 3.26: Một số hình ảnh thí nghiệm mẫu trong điều kiện ngập-khô-ngập b.3. Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất cát và á cát - Loại bỏ phần bụi và sét, chỉ lấy cát để pha trộn phụ gia. Kết quả cho thấy phụ gia không hiệu quả với đất cát và mẫu bị đổ sập ngay sau khi đổ nước ngâm mẫu. - Thêm 5% hàm lượng sét, 5% hàm lượng bụi, mẫu vẫn bị đổ sập ngay sau khi đổ nước ngâm mẫu. Như vậy kết luận hàm lượng sét chưa đủ để tương tác giữa đất và phụ gia. Bảng 3.17 là kết quả thí nghiệm trên các thiết bị với đất á cát Giao Thuỷ đã mô tả ở trên. 103 Bảng 3.17: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất á cát 3.3.4 Nhận xét về kết quả thí nghiệm đất gia cường Qua các thí nghiệm về xác định hàm lượng phụ gia cho thấy không cần thiết sử dụng quá 2% phụ gia để gia cường đất vì có một số ảnh hưởng phụ không mong muốn. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án với 3 loại đất là đất sét, đất cát, đất á cát cho thấy phụ gia CONSOLID đã có ảnh hưởng gia tăng cường độ chống cắt của đất. Mức độ gia tăng trung bình các thông số chống cắt khoảng 30%. Phụ gia không hiệu quả với đất cát. Phụ gia cũng hiệu quả khi sử dụng gia cường chống thấm của đất. 3.4 Nghiên cứu khả năng xói bề mặt của đất có phụ gia 3.4.1 Mục đích Đất chọn làm thí nghiệm loại đất có hàm lượng cát cao và hiện nay là vật liệu đắp phổ biến của đê biển Giao Thuỷ-Nam Định. Đất này có thành phần hạt mịn, tơi rời ít có tính dính. Quan sát tại hiện trường cho thấy, khi mưa nước mưa tập trung trên mặt đê và chảy thành dòng trên mái gây xói thân đê. Có những vị trí rãnh xói sâu tới 1 mét. Khi sóng tràn qua đê cũng gây xói và thời gian tràn kéo dài sẽ gây vỡ đê. Để khắc phục tình trạng kỹ thuật này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phụ gia trộn vào đất và tiến hành thí nghiệm trong máng thuỷ lực đo đạc xác định khả năng xói bề mặt đất khi nước tràn. % Phụ gia 0% 1% 1.5% 2.0% uq (kN/m2) 6,50 18,00 18,20 17,60 TN nén một trục uC (kN/m2) 3,25 9,00 9,10 8,80 f (độ) 16,24 17,00 18,00 19,04 TN cắt trực tiếp C(kN/m2) 6,04 9,18 9,24 9,20 Hệ số thấm K (cm/s) 2,4.10-4 3,02.10-7 - - 104 Vì vậy mục đích của thí nghiệm này là đánh giá chính xác độ bền của đất đắp đê (đất á cát) có phụ gia dưới tác dụng của dòng chảy. 3.4.2 Nội dung và kết quả thí nghiệm Để đánh giá khả năng xói bề mặt của đất có phụ gia dưới tác dụng của dòng chảy, tiến hành chế bị mẫu đất á cát (đất đắp đê) có trộn 2% phụ gia với các kích thước của mẫu là 1,2 x 0,3 x 0,2 (m). Chiều ngang mẫu 0,3 (m) vừa kích thước ngang của máng kính, mẫu được đầm chặt với )/(65,1 3mtk =r trong máng thí nghiệm thuỷ lực. Quá trình thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm thuỷ lực tổng hợp - Trường Đại học Thuỷ lợi. Hình 3.27 là một số hình ảnh các kỹ thuật viên đang pha trộn phụ gia để chế bị mẫu. Thí nghiệm được tiến hành với các bước sau: a) KTV đang pha trộn phụ gia b) Chế bị mẫu đất mô hình Hình 3.27: Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Bước 1: Đắp mẫu với đất á cát (đất đắp đê) 0% phụ gia theo độ chặt đã nêu, điều chỉnh lưu lượng chảy tràn trên mẫu với các cấp lưu lượng khác nhau, mẫu bị phá huỷ hoàn toàn khi vận tốc trong máng đạt 0,8 m/s. Bước 2: Đắp mẫu với đất 2% phụ gia theo độ chặt đã nêu, điều chỉnh lưu lượng chảy tràn trên mẫu với các cấp lưu lượng khác nhau. Trong quá trình thí nghiệm đo đạc đánh giá mức độ bào mòn bề mặt đất. 105 Hình 3.28: Điều chỉnh lưu lượng chảy qua mô hình Kết quả thí nghiệm được tổng hợp ở bảng 3.18. Bảng 3.18: Kết quả thí nghiệm xói tràn tại máng thí nghiệm TT H (m) Q (m3/s) h (m) w (m2) q (l/s/m) V (m/s) 1 0,089 3,30.10-3 0,01 0,003 9,90 1,10 2 0,122 7,28.10-3 0,02 0,006 24,0 1,20 3 0,150 1,22.10-2 0,03 0,009 40,26 1,35 4 0,174 1,76.10-2 0,04 0,012 58,08 1,46 5 0,191 2,23.10-2 0,05 0,015 73,59 1,48 6 0,208 2,76.10-2 0,06 0,018 91,08 1,53 7 0,218 3,12.10-2 0,07 0,021 102,96 1,48 8 0,225 3,36.10-2 0,08 0,024 110,88 1,40 Kết quả thí nghiệm cho thấy vận tốc dòng chảy lớn nhất là 53,1max =V m/s nhưng mẫu thí nghiệm không bị xói, do hạn chế của thiết bị mà không thể tăng vận tốc dòng chảy hơn nữa. So sánh với vận tốc không xói của đất sét đầm chặt tốt có 9,0=kxV m/s, thì đất á cát với 2% phụ gia đảm bảo được ổn định xói khi dùng làm vỏ bọc đê biển. Trong quá trình thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tiến hành điều chỉnh cánh cống hạ lưu máng, tạo nước nhảy tại vị trí mô hình. Kết quả thí nghiệm thấy rõ phụ gia đã rất hiệu quả trong việc 106 gia cường chống thấm, chống xói mòn vỏ bọc đê biển. Thực sự có hiệu quả để thay thế vỏ bọc đất sét truyền thống. a) Tạo nước nhảy tại mô hình b) Một mặt cắt ướt điển hình Hình 3.29: Một số mặt cắt điển hình trong quá trình thí nghiệm 3.4.3 Nhận xét kết quả thí nghiệm xói bề mặt Từ kết quả thí nghiệm, có thể nhận xét một số điểm sau: - Phụ gia CONSOLID đã làm giảm tính thấm nước của đất và đảm bảo được độ bền của đất khi nước tràn qua. - Sau 4 giờ thí nghiệm cho nước chảy liên tục, tiến hành điều tiết cửa van để nước nhảy tại vị trí đất thí nghiệm nhưng mô hình vẫn ổn định. Quan sát sự mài mòn bề mặt của đất nhưng không có sự bào mòn đáng kể - Với 2% phụ gia đã đảm bảo được sự ổn định của loại đất á cát và dùng được làm vỏ bọc cho đê. 3.5 Kết luận chương III (1) Thử tải neo xoắn với đất nghiên cứu của đê biển Nam Định và đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi, kiểm chứng biểu thức (2.26) cho thấy kết quả tương đối sát với thực nghiệm và rút ra điều kiện ứng dụng của biểu thức. Khả năng neo giữ của neo là hiệu quả, thi công xoáy neo vào khối đất tương đối dễ dàng, có thể ứng dụng tốt trong thực tế. 107 (2) Thí nghiệm mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ xác định khoảng cách neo gia cố cho viên gia cố kiểu hai chiều hiện đang dùng cho đê biển Nam Định. Tìm ra được khoảng cách bố trí neo tối ưu cho kiểu gia cố này. (3) Thí nghiệm xác định hàm lượng phụ gia CONSOLID cho đất á cát, cát và á sét là 3 loại đất điển hình trong xây dựng đê biển. Đánh giá hiệu quả của phụ gia với đất cần gia cường. Kết quả nghiên cứu phù hợp với các khuyến cáo của nhà sản xuất [31], tin cậy để ứng dụng trong thực tế. Một số kết quả rút ra từ thí nghiệm: - Không cần thiết phải gia tăng lượng phụ gia nhiều hơn 2% vì có các ảnh hưởng phụ như giảm cường độ đất và nứt nẻ. Nhưng nếu cho lượng phụ gia nhỏ hơn 1% thì sẽ có vấn đề về sự trộn đều của phụ gia trong đất. Lượng phụ gia quá ít rất dễ bị phân bổ không đều, hiệu quả sẽ giảm đi nhiều. Nên dùng 2% phụ gia là hợp lý. - Phụ gia CONSOLID đã làm giảm tính thấm nước của đất và đảm bảo được độ bền của đất khi nước tràn qua. - Đất á cát có phụ gia chịu được vận tốc dòng nước chảy 53,1max =V m/s, lớn hơn vận tốc không xói của đất sét đầm chặt tốt. Tham khảo tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất [31], một số lưu ý bổ xung thêm khi ứng dụng: - Nếu mẫu xuất hiện các vết rạn trong quá trình làm khô trong vòng 48 giờ thì mẫu chứa quá nhiều sét hoặc bụi. Cần phải thêm cát hoặc vật liệu hạt thô, như vậy sẽ hạn chế quá trình co ngót của đất. Nếu mẫu có biểu hiện chảy, xệ thì mẫu cũng chứa quá nhiều sét hoặc bụi. Cần phải thêm cát hoặc vật liệu hạt thô, như vậy sẽ hạn chế quá trình nở của đất [31]. - Nếu mẫu có biểu hiện tơi rời, tức là mẫu không đủ hàm lượng sét. Nếu thấy hàm lượng sét trong đất lớn hơn 10% thì đạt yêu cầu. Nếu nhỏ hơn 10% hàm lượng sét thì phải bổ xung thêm ít nhất là bằng hoặc lớn hơn. Nhưng nếu đất 108 lớn hơn 30% sét thì cần phải bổ xung cát, hoặc vật liệu thô hơn. Việc này giúp cho vấn đề sử dụng phụ gia hiệu quả hơn, đất sẽ có cường độ tốt [31]. (4) Điều kiện áp dụng - Công thức (2.26) được sử dụng xác định sức chịu tải của neo xoắn áp dụng cho tấm gia cố mái đê. Góc fa 5,0= áp dụng trong công thức chỉ đúng với đất đắp được đầm chặt tốt theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 [6], hoặc đúng với đất đắp thân đê đã ổn định của đê biển hiện có. - Đất đắp đê có phụ gia 2% chỉ tương đương đất sét làm vỏ bọc đê biển từ trước đến nay, vì vậy khi áp dụng cần tuân thủ theo quy định lưu lượng tràn của tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 [6]. 109 CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH 4.1 Giới thiệu về công trình Đoạn đê biển từ K27+074 đến K28+800 có chiều dài 1726 m thuộc đê biển Giao Thuỷ-Tỉnh Nam Định. Đây là đoạn đê kè nằm trong dự án đầu tư nâng cấp khẩn cấp các đoạn đê kè xung yếu thuộc tuyến đê biển Nam Định. Công trình được lập dự án thiết kế nâng cấp do Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Nông nghiệp và PTNT Nam Định thực hiện năm 2009. Tài liệu thiết kế của tư vấn lập được tóm tắt dưới đây. 4.2 Tài liệu dùng trong thiết kế 4.2.1 Tài liệu địa hình Tài liệu khảo sát địa hình khu vực dự án thực hiện tháng 03/2008 bao gồm bản vẽ bình đồ toàn tuyến tỷ lệ 1/500; mặt cắt dọc tỷ lệ dài 1/2000, tỷ lệ cao 1/100; mặt cắt ngang tỷ lệ 1/200. 4.2.2 Tài liệu địa chất Kết quả khảo sát địa chất cho biết địa tầng khu vực nghiên cứu trong phạm vi chiều sâu khoan khảo sát từ trên xuống dưới như sau: (1) Lớp 1: Đất đắp thân đê thành phần là cát, cát pha màu xám đen, xám sáng, kết cấu chặt, đôi chỗ chứa chất hữu cơ, vỏ sò, vỏ hến. Đây là lớp có hệ số thấm khá lớn, nên không có khả năng chống thấm cho đê. Lớp có bề dày trung bình (4,0-4,5)m. Lớp này gặp ở tất cả các hố khoan ở đỉnh đê. (2) Lớp 1b: Đất sét pha màu xám nâu, xám đen, kết cấu kém chặt, trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy. Lớp có chiều dày từ 0,3 m đến 2,0m. (3) Lớp 2: Đây là lớp cát pha màu xám đen, xám hồng, kết cấu chặt, trạng thái bão hòa nước. Lớp này chỉ gặp ở các hố khoan HK1 đến HK9, lớp có bề dày 110 trung bình từ 5,0m đến 6,6m. Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 được trình bày trong bảng 4.1. (4) Lớp 3: Lớp này nằm dưới lớp 2 có bề dày tương đối lớn, lớp có thành phần là cát hạt mịn màu xám xanh, xám đen, xám sáng, kết cấu chặt, trạng thái bão hòa nước chứa hữu cơ. Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 3 được trình bày trong bảng 4.1. Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất TT Tên chỉ tiêu Lớp 1 Lớp 1b Lớp 2 Lớp 3 1 Thành phần hạt (%) Sét <0.005 10,28 26,0 6,50 - Bụi 0.005- 0.01 1,28 14,3 5,50 - 0.01-0.05 4,00 22,7 15,0 6,50 Cát 0.05-0.1 17,71 13,3 25,0 22,8 0.1-0.25 61,95 22,7 31,5 41,8 0.25-0.5 4,10 1,0 16,0 26,5 0.5-2.0 0,67 - 1,0 2,0 Sạn sỏi 2.0-5.0 0,00 - - 1,0 5.0-10.0 0,00 - - - 2 Giới hạn chảy, % 23,00 39,7 - - 3 Giới hạn dẻo, % 17,49 24,1 - - 4 Chỉ số dẻo, % 5,51 15,8 - - 5 Độ sệt -0,21 0,53 - - 6 Độ ẩm tự nhiên, % 16,30 32,5 20,4 - 7 Khối lượng thể tích, g/cm3 1,78 1,86 1,84 - 8 Khối lượng thể tích khô, g/cm3 1,53 1,41 1,52 - 9 Tỷ trọng 2,68 2,71 2,67 2,65 10 Hệ số rỗng 0,53 0,93 0,75 0,993 11 Độ rỗng, % 35,0 48,1 42,9 12 Độ bão hoà,% 82 94,8 72,3 13 Lực dính đơn vị, kG/cm2 0,06 0,16 0,06 14 Góc ma sát trong, độ 16048’ 13022’ 20012’ 25015’ 15 Hệ số nén lún, cm2/kG 0,092 0,123 0,095 16 Hệ số thấm, (cm/s) 2,4x10-4 4,1x10-6 1,69x10-4 111 4.3 Giải pháp kỹ thuật nâng cấp đê 4.3.1 Các thông số cơ bản của đê biển Giao Thuỷ-Nam Định Đoạn đê biển từ K27+074 đến K28+800 có chiều dài 1726 m đã được lập dự án thiết kế nâng cấp [10] năm 2009 với tiêu chí thiết kế chống được gió bão cấp 10, các thông số thiết kế điển hình tại mặt cắt K28+600 như sau: - Cao trình đỉnh đê: +4,5 m; - Cao trình đỉnh tường chắn sóng: +5,2 m; - Mái ngoài m = 4; mái trong m = 2; - Cao trình chân đê phía biển: +0,0m; - Cao trình chân kè: -2,0m; - Cấu kiện gia cố mái ngoài kiểu âm dương có kích thước (m): 0,4 x 0,4 x 0,28; - Mái trong gia cố trồng cỏ thường trong khung đá xây. Như vậy mặc dù được nâng cấp nhưng đê biển Nam Định cũng chỉ được thiết kế với gió bão cấp 10 và không tràn. Để gia tăng độ an toàn của đê biển Nam Định với cấp gió bão lớn hơn tác giả luận án kiểm tra lại thông số thiết kế tấm gia cố bảo vệ mái theo cách tính của tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012 và phương pháp do tác giả luận án đề xuất bằng cách tính trực tiếp áp lực nước đẩy ngược lên đáy viên gia cố khi sóng rút. 4.3.2 Tăng cường ổn định bảo vệ mái đê phía biển theo tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển-2012 kết hợp neo gia cố tấm lát mái Tính toán với số liệu do công ty cổ phần xây dựng nông nghiệp và phát triển nông thôn Nam Định cung cấp. Các thông số thiết kế được tác giả luận án kiểm tra lại với thông số sóng gió cấp 10 và cấp 12. Kết quả tính toán kích thước viên gia cố và lưu lượng sóng tràn theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012 được thể hiện ở bảng 4.2. 112 Bảng 4.2: Kết quả tính toán kích thước tấm lát mái TT Thông số tính toán Đơn vị Tính toán với gió cấp10 Tính toán với gió cấp12 I Số liệu tính toán Trọng lượng riêng bê tông: t/m3 2,50 2,50 Trọng lượng riêng nước biển: t/m3 1,03 1,03 Hệ số mái m = cotg a - 4,00 4,00 Chiều cao sóng Hs m 1,45 1,69 Chu kỳ sóng Ts s 5,21 5,65 Chiều dài sóng Ls m 26,81 29,49 Hệ số F - 4,00 4,00 Hệ số x - 1,23 1,20 Mực nước thiết kế m 2,30 Cao trình đỉnh tường chắn sóng m 5,20 II Kết quả tính toán Trọng lượng tấm lát Kg 109,0 138,0 Chiều dày tấm lát d cm 24,00 26,40 Lưu lượng tràn l/s/m 0,10 8,38 Hiện tại đang dùng là viên gia cố kiểu hai chiều có kích thước 0,4x0,4x0,28 (m) với khối lượng 112 kg, so sánh với kết quả tính ở bảng 4.2 cho thấy viên gia cố chỉ ổn định được ở sóng với gió cấp 10, không đủ khối lượng để ổn định khi gió bão ở cấp 12. Khối lượng còn thiếu của viên gia cố là 26 kg. Vậy cần bổ xung neo gia cố để gia tăng độ an toàn cho đê. Nếu bố trí cách n viên/neo, lực gia tăng cho một viên gia cố sẽ là 2n P M gh=D (4.1) Chọn khoảng cách các neo bố trí trong khoảng tối ưu: 4d < c < 10d. Chọn c = 5d hay n = 5, =DM 26 kg, vậy cần neo có sức chịu tải =ghP 650 kg thay giá trị ghP này vào công thức (2.26) tính được kích thước neo yêu cầu có đường kính D = 0,14 (m). Bảng 4.3 tổng hợp các thông số cần thiết của neo xoắn ứng dụng cho đê biển hiện tại. 113 Bảng 4.3: Các thông số thiết kế của mũi neo xoắn TT Đại lượng Đơn vị Trị số 1 Đường kính mũi neo m 0,14 2 Độ sâu cắm neo H m 1,12 3 Góc ma sát trong Độ 16,0 4 Lực dính đơn vị C kN/m2 6,00 5 Chiều dài mũi neo L m 0,35 6 Trọng lượng riêng đẩy nổi của đê kN/m3 11,9 7 Góc an pha độ 8,00 8 Hệ số Nd - 3,247 9 Hệ số Nc - 0,970 10 Hệ số Ng - 1,624 11 Pgh kN 7,06 Vậy với đê biển hiện có, chọn giải pháp tăng cường ổn định cho tấm lát bảo vệ mái đê phía biển như sau: Giữ nguyên kích thước viên gia cố hiện tại kích thước 0,4 x 0,4 x 0,28 (m) có khối lượng 112 kg. Bổ xung neo gia cố với kích thước như tổng hợp ở bảng 4.3. Khoảng cách neo là 5 viên/neo hay c = 5d = 5 x 0,4 = 2,0 m/neo. Kết quả tính nêu trên được tính theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012, sau đây tác giả luận án đề xuất cách khác kiểm tra ổn định tấm gia cố mái đê bằng cách tính trực tiếp áp lực nước đẩy ngược lên đáy viên gia cố khi sóng rút. 4.3.3 Đề xuất tính toán gia cố mái đê kết hợp neo khi xét cân bằng áp lực đẩy ngược do sóng Nhiệm vụ của neo gia cố là giữ cho viên gia cố ổn định hơn dưới tác dụng của áp lực đẩy ngược do sóng rút. Vì vậy việc tính toán có thể theo các bước [3] sau đây: - Tính áp lực nước đẩy ngược vào bản gia cố theo phương pháp của M.I.Buriacốp và A.V.Kunchixki. 114 - Cân bằng áp lực đẩy ngược với trọng lượng mảng gia cố kết hợp với neo để kết luận mức độ ổn định của mảng gia cố. Chi tiết các bước tính toán xem phụ lục 3. Hợp lực đẩy nổi tác dụng lên viên gia cố dnP = + = 4,0.4,0) 2 547,0577,0(dnP 0,0899 tấn hay 89,9 kg. Theo quy phạm SN- 92-60 khi xét các yếu tố bất lợi về sóng, áp lực đẩy nổi tính toán được lấy =ttdnP 1,5.89,9 = 135 kg. Bảng 4.4 tổng hợp kết quả tính toán khối lượng viên gia cố mái theo các phương pháp. Kết quả tính cho thấy khối lượng còn thiếu của viên gia cố, như vậy để giữ nguyên mảng gia cố hiện tại, cần bố trí thêm neo để gia tăng ổn định. Bảng 4.4: Khối lượng viên gia cố tính theo các phương pháp Khối lượng viên gia cố Theo TCTK-2012 [6] Theo lực đẩy ngược Hiện tại đang dùng Tính với sóng gió cấp 10 109 kg 119 kg 112 kg Tính với sóng gió cấp 12 138 kg 135 kg - Lựa chọn loại neo và khoảng cách neo Khối lượng còn thiếu của viên gia cố khi chịu sóng gió cấp 12 là 23 kg tính trực tiếp theo áp lực đẩy ngược (bằng 135 kg trừ 112 kg). Khoảng cách các neo bố trí trong khoảng tối ưu 4d < c < 10d Nếu bố trí cách n viên/neo, lực gia tăng cho một viên gia cố sẽ là: 2n P M gh=D Sức chịu tải của neo xoắn được thiết kế với độ sâu cắm neo H/D=8. Khoảng cách neo là 5d, lực gia tăng cho mỗi viên gia cố: 22 5 706 ==D n P M gh = 28,2 kg 115 Khối lượng tổng cộng của viên gia cố (kể cả neo) là 140,2 kg. Với viên gia cố kiểu hai chiều với kích thước 0,4x0,4x0,28 (m) và bố trí neo xoắn với khoảng cách 5 viên gia cố một neo hay c = 5x0,4 = 2 (m)/neo. Thông số thiết kế của neo tổng hợp ở bảng 4.5. Bảng 4.5: Sức chịu tải kéo của neo xoắn TT Đại lượng Đơn vị Trị số 1 Đường kính mũi neo m 0,14 2 Độ sâu cắm neo H m 1,12 3 Góc ma sát trong Độ 16,0 4 Lực dính đơn vị C kN/m2 6,0 5 Chiều dài mũi neo L m 0,35 6 Trọng lượng riêng đẩy nổi của đê kN/m3 11,9 7 Góc an pha độ 8,0 8 Hệ số Nd - 3,247 9 Hệ số Nc - 0,970 10 Hệ số Ng - 1,624 11 Pgh kN 7,06 Như vậy, với 2 cách tính toán đã trình bày đều thấy cần phải bố trí thêm neo gia cố để gia tăng độ an toàn của mảng gia cố bảo vệ mái đê. Thông số neo tính theo cả hai phương án đều gần nhau. Chọn thông số thiết kế neo trình bày ở bảng 4.5. 4.3.4 Xử lý đất đắp vỏ bọc đê biển phía đồng bằng phụ gia CONSOLID Kết quả thí nghiệm hàm lượng phụ gia 2% với đất thường dùng đắp đê cho thấy rõ sự gia tăng về cường độ, giảm tính thấm nước, chịu được sự xói mòn do dòng chảy. Đất á cát dùng trong thí nghiệm chính là đất được dùng cho giải pháp này. Vậy với mái phía đồng, sử dụng đất tại chỗ kết hợp phụ gia để gia cường làm vỏ bọc đê biển với các thông số sau: 116 - Sản phẩm phụ gia: CONSOLID-AG-CH-9467-FRϋSEN- Thuỵ Sỹ. - Chiều dày lớp đất có phụ gia: 50 cm. - Tỷ lệ pha trộn phụ gia: 2%. - Đất đầm nện theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012 [6] với K=0,95. 4.4 Xây dựng phần mềm tính toán viên gia cố mái đê biển kết hợp neo 4.4.1 Mục đích Để thực hiện được các bước tính toán như ví dụ đã nêu ở trên, người thiết kế mất khá nhiều thời gian. Vì vậy nhằm giảm khối lượng tính toán khi lựa chọn phương án tối ưu, việc tính toán neo gia cố cho tấm lát mái được số hoá trên cơ sở lý thuyết tính toán [3] trực tiếp áp lực đẩy ngược lên đáy viên gia cố. 4.4.2 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình Bài toán “Neo gia cố các tấm lát mái bảo vệ đê biển” V1 (NTM-01) viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 2005, đây là ngôn ngữ lập trình được dùng để phát triển các ứng dụng của Windows. Bài toán giới hạn ứng dụng cho viên gia cố liên kết kiểu hai chiều, phục vụ trực tiếp cho công tác thiết kế, nâng cấp đê biển hiện tại. Trong tương lai sẽ mở rộng ứng dụng cho các loại gia cố và neo kênh mương, công trình thuỷ. Visual Basic 2005 là ngôn ngữ lập trình dễ học, dễ dùng, phát triển được nhiều các ứng dụng mà trước đây chỉ có thể thực hiện bởi các ngôn ngữ lập trình phức tạp (C , ++C ). Giao diện của Visual Basic 2005 khá ngăn nắp, gọn gàng. Sau khi viết một ứng dụng của Windows bằng Visual Basic 2005 và biên dịch chương trình thành mã thực thi, ứng dụng có thể tự chạy được mà không đòi hỏi bất kỳ điều gì khác ngoài hệ điều hành Windows đã được cài sẵn .NET Framework. 4.4.3 Cấu trúc chương trình Chương trình được thiết lập với các tuỳ chọn sau đây 117 1. Với cấp độ sóng yêu cầu tính được áp lực đẩy ngược lên mảng cân bằng với các lực trọng lượng bản thân mảng gia cố và neo từ đó tính được mật độ neo gia cố và tính ra lực gia tải neo trên đơn vị diện tích. 2. Với cấp độ sóng yêu cầu, lực gia tải của neo tính được trọng lượng của viên gia cố. 3. Với cấp độ sóng yêu cầu, kích thước viên gia cố đã có, tính được khối lượng yêu cầu ổn định, chọn được kích thước neo và mật độ neo cần dùng gia cường thêm. Sơ đồ tính toán được trình bày ở hình 4.1 dưới đây. MENU CHÝNH CñA CH¦¥NG TR×NH Lùa chän 1 Lùa chän 2 Lùa chän 3 NhËp ®iÒu kiÖn biªn thuû lùc NhËp ®iÒu kiÖn kü thuËt cña viªn gia cè NhËp ®iÒu kiÖn biªn thuû lùc NhËp ®iÒu kiÖn biªn ®Þa kü thuËt vµ th«ng sè neo NhËp ®iÒu kiÖn biªn thuû lùc NhËp ®iÒu kiÖn kü thuËt cña viªn gia cè So s¸nh P®n Wgia cè NhËp ®iÒu kiÖn biªn ®Þa kü thuËt vµ th«ng sè neo So s¸nh P®n Wgia cè + Fneo L­u File TÝnh: Wgia cè = P®n - Fneo KÝch th­íc viªn gia cè TÝnh: Fneo = P®n - Wgia cè NhËp biªn ®Þa ki thuËt Th«ng sè neo Đúng Sai Đúng Sai Hình 4.1: Cấu trúc sơ đồ tính toán 118 Hình 4.2 dưới đây là một giao diện điển hình của chương trình NTM-01 Hình 4.2: Giao diện chương trình Hình 4.3: Giao diện chương trình tính với lựa chọn 1 119 Hình 4.4: Giao diện chương trình tính với lựa chọn 2 Kết quả tính toán được thể hiện ngay trên giao diện của chương trình hoặc lưu File dữ liệu dưới dạng bảng. Bảng 4.6 là kết quả tính toán bằng chương trình sau khi chuyển kết quả sang bảng Excel. 120 Bảng 4.6: Kết quả tính toán bằng phần mềm NTM-01 I. Điều kiện biên thuỷ lực Trị số Ghi chú Chiều cao sóng sH (m) 1,69 Chiều dài sóng l (m) 29,49 Chiều cao nước trước công trình (m) 3,45 Hệ số mái đê m 4,0 Hệ số nk 0,8 II. Thông số viên gia cố Kích thước viên gia cố (m) 0,4x0,4 Chiều dày viên gia cố (m) 0,28 Trọng lượng riêng (t/m3) 2,50 III. Điều kiện biên Địa KT Góc ma sát trong f (độ) 16,00 Lực dính đơn vị c (kN/m2) 6,00 Trọng lượng riêng đẩy nổi (kN/m3) 11,90 Khoảng cách neo (tính theo số viên gia cố) 5,00 Đường kính mũi neo (m) 0,14 Chiều dài mũi neo (m) 0,35 IV. Kết quả tính toán Hợp lực đẩy nổi lên viên gia cố (kg) 135,0 A Trọng lượng viên gia cố (kg) 112,0 Lực cần gia tăng cho viên gia cố (kg) 23,00 Tải trọng giới hạn của neo (kg) 706 Tải trọng neo phân bố cho các viên gia cố (kg) 28 Tổng trọng lượng viên gia cố + neo (kg) 140 B Kết luận sự ổn định B>A Vậy với viên gia cố hiện tại, kích thước 0,4x0,4x0,28 (m) có khối lượng 112 kg, cần gia cường thêm neo với các thông số sau: Đường kính mũi neo: 0,14 m; Chiều dài mũi neo: 0,35 m; Độ sâu cắm neo H: 1,12 m; Khoảng cách bố trí neo n: 5 viên gia cố/neo hay 2 m/neo. 121 4.5 Kết luận chương IV (1) Ứng dụng kết quả nghiên cứu, tính cụ thể cho đoạn đê biển Giao Thuỷ- Tỉnh Nam Định. Kết quả tính toán thể hiện cơ sở khoa học và mức độ chính xác của các nghiên cứu thực nghiệm. (2) Tính toán ứng dụng tăng cường ổn định cho viên gia cố mái đê phía biển được trình bày với hai nội dung: Nội dung 1 là sử dụng tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển [6] kết hợp với giải pháp neo giữ tấm lát mái. Kết quả tính toán khẳng định mức độ gia tăng an toàn rất tin cậy. Nội dung 2 là đề xuất tính toán trực tiếp áp lực đẩy ngược lên viên gia cố, so sánh áp lực này với trọng lượng viên gia cố hiện tại để quyết định gia cường neo. Đây là đề xuất để so sánh đối chứng với cách tính của tiêu chuẩn ngành, kết quả tính cho thấy khá phù hợp. Đề xuất này có thể mở rộng để tính toán với nhiều dạng gia cố khác nhau chẳng hạn gia cố bằng bản bê tông, nhiều dạng cấu kiện bê tông lắp ghép. (3) Kết quả tính toán cho thấy cần phải sử dụng giải pháp tăng cường ổn định cho đê biển hiện tại. Với mái đê phía biển, sử dụng giải pháp neo gia cố các tấm lát mái, với các thông số của neo gia cường ở bảng 4.5. Với mái phía đồng, sử dụng phụ gia CONSOLID trộn vào đất tại chỗ làm vỏ bọc đê biển dày 50 cm với hàm lượng phụ gia 2%. (4) Xây dựng được phần mềm tính ổn định tấm lát mái đơn giản, tiện dụng, giảm được khối lượng tính toán đáng kể cho người thiết kế. Cho phép các lựa chọn phương án neo, mật độ neo theo yêu cầu tiêu chuẩn kinh tế, kỹ thuật. 122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. Kết luận 1. Luận án đã nghiên cứu, phân tích, đánh giá các giải pháp gia cường bảo vệ mái đê biển ở trong và ngoài nước liên quan mật thiết đến đề tài luận án, nêu những vấn đề còn tồn tại và chỉ ra được vấn đề mà luận án tập trung giải quyết. Nêu rõ tính cấp thiết của việc tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển trước hai tồn tại chính là mái đê trong đồng thường bị xói hỏng do nước tràn và kết cấu bảo vệ mái đê phía biển thường chịu tác động trực tiếp của sóng biển nên thường bị bong tróc, lún sụt. Hai tồn tại trên có nguy cơ phá vỡ đê bất cứ lúc nào vì vậy cần phải được gia tăng độ an toàn tránh nguy cơ vỡ đê. 2. Luận án đã làm rõ cơ sở khoa học cho giải pháp dùng neo xoắn gia tăng độ an toàn lớp bảo vệ mái phía biển. Đây là giải pháp khoa học công nghệ mới để tăng cường ổn định bảo vệ mái cho đê biển hiện có, tác giả luận án đã được cấp bằng độc quyền về sáng chế số 10096. Theo quyết định số 9903/QĐ-SHTT, ngày 29.02.2012 của Cục Sở hữu Trí tuệ-Bộ Khoa học Công nghệ. 3. Thiết lập cơ sở lý thuyết khi dùng neo xoắn gia cố tấm lát mái bằng bê tông đúc sẵn kiểu hai chiều và kiểm chứng bằng các nghiên cứu thực nghiệm. Biểu thức (2.26) được tác giả luận án thiết lập theo phương pháp phân tích giới hạn kết hợp lý thuyết chảy dẻo và điều kiện bền Coulomb. Đây là điểm khác biệt cơ bản nhất với các nghiên cứu về neo đất trước đây. Ứng dụng này mở rộng bài toán cân bằng giới hạn tĩnh sang bài toán động thông qua nguyên lý bảo toàn năng lượng giữa công ngoại lực và nội năng tiêu tan khi vật thể đạt trạng thái cân bằng giới hạn. Các thí nghiệm về sức chịu tải của neo xoắn đã chuẩn hoá được biểu thức giải tích (2.26) và điều kiện ứng dụng của biểu thức này. 123 4. Thí nghiệm keo mảng gia cố mái kiểu hai chiều trên mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ đã mô phỏng được cơ chế phá hoại của mảng gia cố dưới tác dụng của sóng. Rút ra được khoảng cách bố trí neo hợp lý 4d < c < 10d với c là khoảng cách giữa các neo và d là kích thước viên gia cố. 5. Đề xuất sử dụng phụ gia CONSOLID để gia cường đất hàm lượng cát cao đắp vỏ bọc đê biển thay thế đất sét cũng là đề xuất khoa học công nghệ mới, có tính hiệu quả cao khi không có nguồn đất sét đắp vỏ bọc đê biển. Với khối lượng thí nghiệm lớn về gia cường đất trộn phụ gia CONSOLID, luận án Kết quả thí nghiệm của luận án cho thấy hiệu quả của phụ gia CONSOLID và có cơ sở ứng dụng. 6. Kết quả nghiên cứu của luận án được tính ứng dụng với thông số cụ thể, rõ ràng, thể hiện cơ sở khoa học và mức độ chính xác của các nghiên cứu thực nghiệm. 7. Đề xuất phương án tính toán ổn định viên gia cố bằng phương pháp tính trực tiếp áp lực đẩy ngược lên đáy viên gia cố. Đề xuất này có ý nghĩa để mở rộng tính toán cho nhiều kiểu gia cố mái đê biển, mái công trình thuỷ lợi. 8. Tác giả đã xây dựng được bộ phần mềm ‘Neo gia cố tấm lát mái bảo vệ đê biển-NTM-01’ tiện dụng, đơn giản giúp cho người tính toán có nhiều lựa chọn khi xác định các tham số thiết kế neo gia cố cho các tấm lát mái đê biển. II. Điều kiện áp dụng kết quả nghiên cứu 1. Công thức (2.26) được sử dụng xác định sức chịu tải của neo xoắn (dạng của tác giả đề xuất) và được áp dụng cho tấm gia cố mái đê biển. Góc fa 5,0= áp dụng trong công thức (2.26) chỉ đúng với đất đắp thân đê được đầm chặt tốt theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 [6], hoặc đúng với đất đắp thân đê đã ổn định của đê biển hiện có. Các loại đất dính ở 124 trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy hoặc đất đắp chưa được đầm chặt tốt có kr < 1,4 (t/m3) chưa được kiểm chứng trong luận án này. 2. Với neo xoắn gia cố tấm lát mái cần lưu ý vì neo tương đối nhỏ và xoáy vào đất ở độ sâu không lớn lắm nên để phát huy hiệu quả của neo phải chú ý neo được xoắn vuông góc với mái đê và ở độ sâu sao cho tỷ số (H/D)= (7÷8). 3. Với ứng dụng phụ gia, không nên sử dụng phụ gia vượt quá 2% vì có những ảnh hưởng phụ không mong muốn chẳng hạn như nứt nẻ theo thời gian mà kết quả nghiên cứu của luận án đã trình bày. Khi sử dụng vượt quá 2% phải có thí nghiệm minh chứng. Không nên sử dụng dưới 1% phụ gia, vì lượng phụ gia quá ít sẽ dẫn đến khó trộn đều trong thi công. 4. Loại đất á cát đang dùng đắp đê khi trộn 2% phụ gia chỉ tương đương đất sét, đất á sét vẫn làm vỏ bọc đê biển theo kiểu truyền thống của các thiết kế từ trước đến nay, vì vậy khi áp dụng bảo vệ mái phía đồng cần tuân thủ lưu lượng tràn theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 [6]. 5. Phụ gia CONSOLID không có hiệu quả với đất rời, vì vậy nếu đất có hàm lượng sét ít hơn 5% cần bổ xung thêm hàm lượng sét tới mức tối thiểu 10%. III Tồn tại Kết quả nghiên cứu chỉ tập trung cho đê biển Nam Định và cho một kiểu viên gia cố phổ biến nhất là viên gia cố kiểu hai chiều. Chưa mở rộng được cho các kiểu gia cố khác. Kết quả nghiên cứu chỉ mới tập trung nghiên cứu ứng dụng neo xoắn cho tấm gia cố mái đê phía biển, khi chịu lực kéo nhổ vuông góc với mái đê. Chưa nghiên cứu neo xoắn cho các ứng dụng khác của công trình thuỷ lợi nói chung và trong trường hợp neo bị kéo bởi lực nghiêng với góc nghiêng lớn hơn 300. 125 Chưa nghiên cứu cơ chế tương tác của phụ gia CONSOLID với thành phần khoáng vật của đất vì vậy chưa phân tích được thành phần phụ gia và định hướng sản xuất vật liệu thay thế. IV Kiến nghị Cần sớm đưa nghiên cứu vào ứng dụng trong thực tế để tăng cường bảo vệ mái hệ thống đê biển, gia tăng thêm độ an toàn cho đê biển. Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng neo xoắn (dạng neo của tác giả luận án đề xuất) khi kéo xiên với góc xiên lớn hơn 300 và neo xoắn làm việc trong đất dính ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy để mở rộng thêm ứng dụng neo xoắn dạng này cho một số kiểu công trình khác, chẳng hạn bảo vệ mái kênh mương qua các vùng đất yếu hoặc tường kè biển dạng mặt phía biển thẳng đứng chịu tải trọng lớn. 126 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CÔNG BỐ 1. Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ (2008)-Vật liệu đất có cốt và vấn đề ứng dụng cho xây dựng đê biển trên nền đất yếu-Tạp chí Nông nghiệp và PTNT, 8-2008 trang 74-78. 2. Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô Trí Viềng-Nguyễn Hoà Hải (2009)- Một số vấn đề tính toán thiết kế thi công và ứng dụng túi vải địa kỹ thuật- Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi và môi trường số 27-2009-Trang 15. 3. Hoàng Việt Hùng (2009)- Tổng hợp các giải pháp gia cường đê biển tràn nước- Tạp chí Địa kỹ thuật -Trang 32 số 2 /2009. 4. Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô Trí Viềng (2010)-Kết quả nghiên cứu về ứng dụng phụ gia CONSOLID gia cường đất đắp đê biển-Tạp chí Nông nghiệp và PTNT số tháng 7 năm 2010. 5. Hoàng Việt Hùng (2010)-Qui trình xử lý đất có phụ gia CONSOLID trong xây dựng đê biển-Tạp chí Địa kỹ thuật số 3-2010. 6. Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô Trí Viềng (2011)-Nghiên cứu ứng dụng neo gia cố các tấm lát mái bảo vệ đê biển-Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi và môi trường số 32-2011. 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng Việt [1] Lê Quý An-Nguyễn Công Mẫn-Hoàng Văn Tân (1998)-Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn-Nhà xuất bản Xây dựng. [2] Lê Quý An-Nguyễn Công Mẫn-Nguyễn Văn Quỳ (1976)-Cơ học Đất-Nhà xuất bản GD và THCN. [3] A.D. SABANOP (1976)-Gia cố mái đất chịu áp lực-Nhà xuất bản Nông thôn- Bản dịch của tác giả Đồng Mạnh Quỳnh-Hiệu đính Nguyễn Xuân Thi. [4] BSi-BS 8081:1989 Neo trong đất-Nhà xuất bản xây dựng-2008, Bản dịch của TS. Nguyễn Hữu Đẩu. [5] Bộ Nông nghiệp và PTNT-Vụ Khoa học Công nghệ và Chất lượng sản phẩm (2000)- Tiêu chuẩn thí nghiệm đất trong phòng thí nghiệm-Từ SD 128-001-84 đến SD 128-019-84-Hà nội 2000. [6] Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2012)-Tiêu chuẩn thiết kế đê biển- Ban hành kèm theo quyết định 1613/QĐ-BNN-KHCN ngày 9/7/2012 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. [7] BS 1377:1990-Tiêu chuẩn Anh-Các phương pháp thí nghiệm đất xây dựng-2 tập-Nhà xuất bản giáo dục-1999. [8] PGS.TS.Nguyễn Ngọc Bích, TS Nguyễn Việt Dương (2004)-Địa kỹ thuật biển và móng các công trình ngoài khơi-Nhà xuất bản Xây dựng. [9] Cục Quản lý đê điều và PCLB (2004)- Báo cáo hiện trạng và phương hướng bảo vệ củng cố đê biển tại các tỉnh có đê từ Quảng Ninh đến Quảng Nam. [10] Công ty Cổ phần tư vấn Xây dựng Nông nghiệp và PTNT Nam Định (2009)- Thiết kế cơ sở đoạn đê kè từ K27+0074 đến K28+800 đê biển huyện Giao Thuỷ-Nam Định. [11] PGS.TS. Vũ Minh Cát (2010) và nnk-Nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với từng loại đê và phù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam-Đề tài NCKH cấp Bộ năm 2010. [12] Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô Trí Viềng (2009)-Kết quả nghiên cứu bước đầu về phụ gia Consolid ứng dụng cho đất đắp đê biển. Tuyển tập Hội thảo khoa học lần 2-Chương trình KC08/06-10 tháng 12-2009. [13] Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô Trí Viềng-Nguyễn Hoà Hải (2009)- Một số vấn đề tính toán thiết kế thi công và ứng dụng túi vải địa kỹ thuật. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi và môi trường số 27-2009. [14] Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ (2008),Vật liệu đất có cốt và vấn đề ứng dụng cho xây dựng đê biển trên nền đất yếu. Tạp chí Nông nghiệp và PTNT số 8-2008. 128 [15] Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô Trí Viềng (2010)-Kết quả nghiên cứu về ứng dụng phụ gia CONSOLID gia cường đất đắp đê biển. Tạp chí Nông nghiệp và PTNT số tháng 7 năm 2010. [16] Hoàng Việt Hùng (2010)-Qui trình xử lý đất có phụ gia CONSOLID trong xây dựng đê biển-Tạp chí Địa kỹ thuật số 3-2010. [17] Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô Trí Viềng (2012) - Bản mô tả sáng chế: “Neo gia cố các tấm lát mái bảo vệ đê biển” theo bằng độc quyền sáng chế số 10096 cấp theo quyết định 9903/QĐ-SHTT ngày 29.02.2012 của Cục Sở hữu trí tuệ-Bộ Khoa học Công nghệ. [18] Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngô Trí Viềng (2011). Nghiên cứu ứng dụng neo gia cố các tấm lát mái bảo vệ đê biển. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi và môi trường số 32-2011. [19] Hoàng Việt Hùng (2009) - Tổng hợp các giải pháp gia cường đê biển tràn nước-Tạp chí Địa kỹ thuật-số 2 /2009. [20] PGS.TS. Nguyễn Bá Kế (2009)-Thiết kế và thi công hố móng sâu- Nhà xuất bản Xây dựng-2009. [21] GS.Nguyễn Công Mẫn (1983)-Xác định sức chống nhổ thẳng đứng giới hạn cọc mở rộng đáy bằng phương pháp phân tích giới hạn-Tạp chí Khoa học Kỹ thuật số 5+6 năm 1983. [22] GS.TS.Phan Trường Phiệt, TS. Phan Trường Giang (2011)-Tính toán phân tích trượt lở đất đá, giải pháp đề phòng và giảm nhẹ tác hại-Nhà xuất bản Xây dựng-2011. [23] GS.TS. Vũ Đình Phụng (2011) và nnk-Dự thảo chỉ dẫn thiết kế và thi công neo đất (dùng cho neo bơm vữa bê tông). [24] GS.TS Phạm Ngọc Quý (1998) Mô hình toán và mô hình vật lý công trình thuỷ lợi-Bài giảng Cao học. [25] Nguyễn Thanh Sơn, Phạm Quang Hưng (2011)-Ứng dụng neo xoắn trong thi công công trình ngầm cho một số địa chất ở Hà Nội-Tạp chí Địa kỹ thuật số 4-2011 trang 25. [26] Đặng Ngọc Thắng - Tổng quan về các kết cấu bảo vệ mái đê đã được sử dụng ở đê biển Nam Định- Tuyển tập hội thảo lần thứ nhất đề tài KC08-15/06-10-Tháng 1/2010. [27] PGS.TS. Nguyễn Hữu Thái (1997) Bộ môn Địa kỹ thuật-Đại học Thuỷ lợi-Tính phi tuyến của đất và phương pháp nghiên cứu chúng- Bài giảng Cao học. [28] Lê Đức Thắng-Bùi Anh Định-Phan Trường Phiệt (1998)-Nền và Móng-Nhà xuất bản Giáo dục-1998. [29] GS.TS. Ngô Trí Viềng (2011) và nnk-Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp khoa học công nghệ, đảm bảo độ bền của đê biển hiện có trong trường hợp sóng và triều cường tràn đê-Đề tài NCKH cấp nhà nước-KC08-15/06-10. [30] Viện nghiên cứu Nền và Công trình ngầm, Viện thiết kế nền móng quốc gia, Viện thiết kế móng (Liên Xô cũ), Sổ tay thiết kế Nền và 129 Móng tập 2-Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật-1975-Bản dịch của tác giả Đinh Xuân Bảng, Vũ Công Ngữ, Lê Đức Thắng. II Tiếng Anh [31] Asia-Europe Commercial LTD (2009)-Soil Test Procedure for Adititive Consolid and The Consolid System Manual. [32] Braja M. Das (1983)-Advanced Soil Mechanics -ISBN 0-07-015416-3 [33] Braja M. Das (2006)-Principles of Foundation Engineering-Fifth Edition. [34] Bristish Standards Institution: BS.8081-1989 Bristish Standard Code of practice for Ground Anchorages [35] David Muir Wood (1996)-Soil Behaviour and Critical State Soil Mechanics-Cambridge University Press. [36] GeorgHecrten, Angus Jackson, Simon Restall and Katja Stelljes- Environmental Benefits of sand Filled Geotextile Structures for Coastal Applications [37] Hoffmans, G.J.C.M. and Verheij, H.J., (1997). Scour manual. Balkema, Rotterdam. [38] Hsai-Yang Fang (1991)-Foundation Engineering Handbook- Second Edition Van Nostrand Reinhold-New York. [39] Hai-Sui Yu (2006)- Plasticcity and Geotechnics-Library of Congress Control Number: 2006928849- e-ISBN: 0-387-33599-4. [40] Wai-Fah Chen (1975) Limit Analysis and Soil Plasticity –ISBN 0- 444-41249-2-Ensevier Scientific Publishing Company Amsterdam. [41] J.H. Atkinson (1981)-Foundations and Slopes, An introduction to applications of critical state soil mechanics-McGRAW-HILL Book Company (UK) Limited. [42] Krystian W, Pilarczyk (1998) Dikes and Revestments A.A.Balkema/ Rotterdam/ Brookfield. [43] Krystian W, Pilarczyk (2000)- Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and Coastal Engineering A.A.Balkema/ Rotterdam/ Brookfield /. [44] Krystian W, Pilarczyk (2001), Wave loading on Coastal Structure- Lecture Notes, IHE-Netherlands. [45] Gerard.P.T.M-Vansantvoort (1994)-Geotextile and Geomembranes in Civil Engineering – Vansantvoort Consultancy BV Rosmalen Netherlands -A.A.Balkema/ Rotterdam/ Brookfield. III Tiếng Nga [46] М.Д. Иродов (1968) Применение винтовых свай в строительстве. Издательство Литературы по строительству- Москва. 130 [47] Ю.Г. Трофименков, канд. техн. наук; Л.Г. Мариупольский, инж (1965). Винтовые сваи в качестве фундаментов мачт и башен. Доклады к международному конгрессу по механике грунтов и фундаментостроению-Москва. IV Tiếng Pháp [48] Tran Vo Nhiem (1971) - Première thèse: “Force portante limite des fondations superficielles et résistance maximale à l’arrachement des ancrages. 131 PHỤ LỤC