bộ khoa học và công nghệ
học viện kỹ thuật quân sự
_____________________________________________________________

báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nớc nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình
của nền san hô ở một số vùng trọng điểm
và các giải pháp thích hợp cho xây dựng
các công trình biển phục vụ phát triển
kinh tế và quốc phòng

Mã số KC 09.08

Chủ nhiệm đề tài
GS, TS Hoàng Xuân Lợng


3

Danh sách các cán bộ tham gia đề tài

GS.TS Hoàng Xuân Lợng
GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh
GS.TSKH Nguyễn Văn Hợi
GS.TSKH Lê Đức An
GS.TSKH Phạm Văn Tỵ
GS.TS Trần Nghi
PGS.TS Nguyễn Ngọc
GS.TSKH Nguyễn Đông Anh
PGS.TSKH Nguyễn Tiến Khiêm
PGS.TS Nguyễn Minh Tuấn
KS Trần Đình Dần
KS Nguyễn Ngọc Thuận
TS Vũ Quốc Trụ
TS Phạm Tiến Đạt

nam nơi có các công trình DKI), nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô và
các đặc trng động học của nền san hô phục vụ xây dựng công trình; đề xuất các
giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp dụng trực tiếp
cho công trình trên các đảo của quần đảo Trờng Sa và các công trình tại khu vực
DKI.
Trong thời gian thực hiện, đề tài đã tổ chức 5 đoàn đi khảo sát thực địa thực
hiện các công việc: đo vẽ địa hình; khoan thăm dò địa chất; thực hiện một số thí
nghiệm xác định các đặc trng cơ lý và các đặc trng động của nền san hô ngoài
đảo; thực hiện một số thí nghiệm và đo đạc phục vụ cho việc đánh giá khả năng làm
việc và tuổi thọ của công trình DKI; đánh giá chất lợng công trình đã xây dựng. Để
thực hiện các mục tiêu đặt ra, các phơng pháp nghiên cứu đợc áp dụng là: khảo
sát đo đạc, khoan thăm dò địa chất, lấy mẫu đất đá san hô; thực hiện các thí nghiệm
ngoài hiện trờng và trong phòng thí nghiệm; xây dựng các bản đồ địa hình địa chất
ở dạng bản đồ số; sử dụng các phần mềm phân tích, xử lý số liệu để xác định các
đặc trng cơ lý của san hô; tính toán lý thuyết và xây dựng mô hình tính để xác định
các chỉ tiêu kỹ thuật cho công trình và lựa chọn các giải pháp công trình. 5
Đề tài đã đạt đợc kết quả theo các nội dung sau:
1. Hoàn thiện bộ số liệu về địa hình, địa mạo, địa chất công trình tại 5 đảo thuộc
quần đảo Trờng Sa. Thu thập các bản đồ địa hình, các tài liệu địa chất khu vực
quần đảo Trờng Sa và khu vực xây dựng DKI.
2. Xác định đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo thạch học của
các đảo vùng quần đảo Trờng Sa và khu vực DKI. Đã thiết lập đợc bản đồ địa
hình, địa mạo, địa chất công trình cho 5 đảo, thực hiện một lỗ khoan sâu 51,2m
tại đảo Song Tử Tây.
3. Xác định tính chất cơ lý và các đặc điểm khác của san hô và nền san hô thuộc
vùng nghiên cứu, bao gồm: xây dựng mô hình thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm tại
thực địa và trong phòng thí nghiệm, xử lý kết quả, đề xuất các chỉ tiêu phục vụ

đăng ở các Tạp chí Khoa học và Tuyển tập ở các Hội nghị Khoa học). Tập hợp đợc
một lực lợng Khoa học có trình độ ở nhiều Trờng, nhiều Viện. Nhóm đề tài đã có
tác dụng tốt trong công tác bồi dỡng giáo viên vừa tham gia giảng dạy, vừa nghiên
cứu phục vụ sản xuất và an ninh quốc phòng.
Về mặt kinh phí: Kinh phí đợc sử dụng đúng mục tiêu và nội dung công việc,
công việc thanh quyết toán đúng kế hoạch đúng mục.
Đề tài xin chân thành cảm ơn Bộ khoa học - Công nghệ, Bộ tài chính, Ban chủ
nhiệm Chơng trình KC.09, Học viện Kỹ thuật quân sự, Công binh Hải quân, các cơ
quan đơn vị và các cá nhân đã tích cực hợp tác giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho
đề tài hoàn thành tốt nhiệm vụ nghiên cứu. 7
Mục lục

Trang
Báo cáo tổng hợp đề tài kc.09.08 3
Danh sách các cán bộ tham gia đề tài 4
Tóm tắt đề tài 5
Mục lục 8
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt 16

2.3.2. Đặc điểm phân bố và địa hình khu vực DKI 50
2.3.3. Đặc điểm địa chất khu vực DKI 53
2.3.4. Nhận xét 60
Kết luận chơng 2 61
Chơng 3. đặc điểm địa mạo, cấu trúc địa chất
và thạch học các đảo san hô 63
3.1. Mở đầu 63
3.1.1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu 63
3.1.2. Phơng pháp nghiên cứu 63
3.1.3. Nguồn tài liệu 64
3.2. Đặc điểm địa mạo 64
3.2.1. Các kiểu nguồn gốc hình thái và một số yếu tố địa hình đặc trng 64
3.2.2. Đặc điểm địa hình các cao nguyên ám tiêu san hô 69
3.2.3. Lịch sử phát triển địa hình khu vực và phân vùng địa mạo 76
3.3. Quá trình hình thành và phát triển các rạn san hô 82
3.3.1. Một số khái niệm chung về rạn san hô và sinh vật tạo rạn 82
3.3.2. San hô-vật liệu tạo rạn chính 82
3.3.3. Quá trình hình thành và phát triển các rạn san hô 86

9
3.3.4. Lịch sử phát triển các rạn san hô 105
3.4. Đặc điểm thạch học san hô 114
3.4.1. Phân loại thạch học san hô 114
3.4.2. Các đặc điểm thạch học và quá trình hình thành chúng 120
3.4.3. Quan hệ thạch học san hô với chu kỳ trầm tích 121
3.4.4. Tuổi san hô và mối quan hệ với lịch sử tiến hoá địa chất
biển Đông trong Đệ tứ 123
3.5. Đánh giá địa chất công trình khối đá san hô 124
3.5.1. Quan niệm về khối đá 124
3.5.2. Đặc điểm cấu trúc của khối đá san hô 126

6.2.2. Các đặc trng động lực học của môi trờng đất 173
6.3. Tổng quan một số phơng pháp thí nghiệm truyền sóng trong
môi trờng và xác định đặc trng động lực học của đất
175
6.3.1. Thí nghiệm truyền sóng nổ trong môi trờng đất của Liakhov G.M 175
6.3.2. Các phơng pháp thí nghiệm hiện trờng xác định
tốc độ truyền sóng và đặc trng động lực học của đất
178
6.4. Thí nghiệm truyền sóng nổ trong nền san hô 182
6.4.1. Thí nghiệm tại hiện trờng đảo Song Tử Tây - Quần đảo Trờng Sa 182
6.4.2. Thí nghiệm tại phòng thí nghiệm 189
6.4.3. Xác định các đặc trng động lực học của vật liệu 193
6.5. Kết luận 194
Chơng 7. Ma sát giữa cọc và nền san hô 195
7.1. Mở đầu 195
7.2. Hệ số ma sát giữa một số vật liệu với san hô 195
7.2.1. Thí nghiệm tại đảo Song Tử Tây- Quần đảo Trờng Sa 195 11
7.2.2. Xác định hệ số ma sát trợt giữa san hô với bê tông và thép trong
phòng thí nghiệm
196
7.3. Lực ma sát phân bố giữa vật liệu thép mô hình cọc đơn với thềm san hô 201
7.3.1. Thí nghiệm xác định lực ma sát phân bố giữa vật liệu thép trên mô hình
cọc đơn với thềm san hô ngập nớc biển ven đảo Song Tử Tây-
Quần đảo Trờng Sa
201
7.3.2. Thí nghiệm xác định lực ma sát giữa cọc thép và nền san hô trong
phòng thí nghiệm

8.3.2. Mô hình đàn hồi phi tuyến 237
8.3.3. Mô hình đàn dẻo 238
8.4. Phơng trình chuyển động phẳng một chiều trong toạ độ Lagrăng 239
8.5. Phơng pháp giải bài toán truyền sóng phẳng một chiều trong môi trờng
đàn hồi phi tuyến và đàn dẻo
242
8.6. Giải bài toán truyền sóng nổ trong môi trờng dẻo không tính đến
biến dạng đàn hồi
246
8.7. Nghiên cứu bằng số 253
8.7.1.Bài toán 1 253
8.7.2. Bài toán 2 254
8.7.3. Bài toán 3 260
8.8. Giải bài toán truyền sóng nổ trong môi trờng dẻo có kể đến biến dạng
đàn hồi
261
8.8.1. Bài toán 4 271
Chơng 9. Nghiên cứu bài toán tơng tác cọc nền 274
9.1. Mở đầu 274
9.2. Các tham số cơ bản khi tính toán móng cọc và xác định khả năng chịu lực
của công trình xây dựng trên nền san hô
274
9.3. Xây dựng thuật toán và chơng trình để giải bài toán tơng tác cọc
nền san hô chịu tải trọng động điều hoà
275
9.3.1. Các quan hệ PTHH đối với phần tử thanh 275
9.3.2. Các quan hệ PTHH đối với phần tử cọc 281
9.3.3. Phơng trình chuyển động và các ma trận của toàn hệ 284
9.3.4. Xác định nội lực 286


10.5. Nhà ở cấp 1 324
10.6. Kiến nghị một số giải pháp thích hợp đối với công trình trên nền san hô 325

14
10.6.1. §èi víi c¸c c«ng tr×nh biÓn 325
10.6.2. §èi víi c¸c c«ng tr×nh x©y dùng trªn c¸c ®¶o san h« 325
KÕt luËn chung 341
tµI LIÖU THAM KH¶O 342

15
Bảng Các ký hiệu và chữ viết tắt

tt ký hiệu Tên gọi
1

Biến dạng dài tỉ đối
2
k


Khối lợng thể tích khi khô
3
bh


Khối lợng thể tích khi bão hoà
4

Khối lợng riêng
5 W

ứng suất
15

Góc ma sát trong
16
à
Tham số nhớt
17

0
Biến dạng dài tỷ đối ban đầu
18
l
0

Biến dạng dài tuyệt đối ban đầu
19
l(t)
Biến dạng dài tuyệt đối ở thời điểm t
20 V
S
Vận tốc sóng cắt
21 V
P
Vận tốc sóng nén
22 f
ms
Hệ số masát
23


33 m Khối lợng
34 f Tần số dao động
35 K
B
Hệ số áp lực hông
36 F Diện tích tiếp xúc
37 F
tx
, S Diện tích tiếp xúc của cọc với san hô
38
d
R
P
Lực rút cọc theo thời gian rung
39

d

áp lực động thành bên của cọc
40

th

áp lực động thành bên tới hạn của cọc
41

~

áp lực động trung bình
42
PhÇn 1
giíi thiÖu chung
Mở đầu
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nớc Nghiên cứu đặc điểm địa chất
công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích hợp
cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và Quốc phòng mã
số KC.09.08 thuộc chơng trình Điều tra cơ bản và nghiên cứu ứng dụng công
nghệ biển nhằm mục đích sau: xác định đặc điểm địa chất công trình của nền san
hô ở một số vùng biển trọng điểm (khu vực quần đảo Trờng Sa và khu vực thềm lục
địa ngoài khơi phía nam nơi có các công trình DKI), nghiên cứu xác định tính chất
cơ lý của san hô và nền san hô ở các khu vực trên để phục vụ xây dựng công trình;
đề xuất các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp
dụng trực tiếp cho công trình trên các đảo của quần đảo Trờng Sa và các công trình

nhiều nguồn tài nguyên sinh vật và khoáng sản phong phú, đa dạng, trong đó nguồn
dầu khí đợc đánh giá có triển vọng to lớn. Quần đảo có vị trí án ngữ các đờng
hàng hải quốc tế nối liền Thái Bình Dơng với ấn Độ Dơng và Đại Tây Dơng.
Mặt khác, quần đảo này đợc coi là vị trí lý tởng để thiết lập các căn cứ chiến lợc
nhằm kiểm soát các tuyến đờng biển qua lại trên biển Đông. Nằm trải dài theo bờ
biển Việt Nam, quần đảo là vị trí tiền tiêu, là lá chắn quan trọng bao quanh vùng
biển và dải bờ biển Việt nam, bảo vệ sờn phía Đông và Đông Nam của đất nớc.
Khu vực DKI là khu vực thuộc thềm lục địa Nam Việt Nam, tại đây, nhằm giữ
vững chủ quyền trên biển và an ninh quốc phòng, kết hợp phục vụ khai thác tiềm
năng kinh tế biển, các trạm dịch vụ kinh tế - khoa học kỹ thuật (gọi tắt là công trình
DKI) đã đợc tiến hành xây dựng và khai thác từ cuối năm 1989. Cho tới nay tại khu
vực này đã xây dựng đợc 19 công trình.
Với vị trí quan trọng nh vậy, quần đảo Trờng Sa và các khu vực lân cận đang
là đối tợng tranh chấp của nhiều nớc trong khu vực, tuy nhiên chỉ có Việt Nam
mới có đủ các bằng chứng xác thực chứng minh chủ quyền của mình ở vùng quần
đảo này. Sau năm 1975, chúng ta đã có nhiều hoạt động xây dựng trên các đảo của
quần đảo, tuy nhiên do không có đầy đủ các hiểu biết về mặt địa chất và đặc biệt là
địa chất công trình, số liệu về khí tợng thuỷ văn, nên một số công trình đã bị phá
huỷ, thêm vào đó môi trờng cũng nh sự bảo tồn của các đảo san hô cũng bị xâm
hại nặng. Chính vì lẽ đó, để khai thác hợp lý và bảo vệ các đảo, quần đảo san hô,
chúng ta cần làm sáng tỏ các đặc điểm của vùng này, trong đó có địa chất công trình
của nền san hô nh một đối tợng đặt nền móng cho công trình.

20
Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu về san hô, đặc biệt là tại các
quốc gia Đông Nam á và vùng các nớc thuộc Châu á Thái Bình Dơng, các công
trình nghiên cứu đã đợc công bố dới các dạng tài liệu khác nhau trên mỗi lĩnh vực
cụ thể. Trong nớc, sau khi giải phóng quần đảo Trờng Sa, vấn đề về san hô và các
đảo san hô đã đợc nhiều nhà khoa học quan tâm và tiến hành nghiên cứu. Những
nghiên cứu sớm nhất phải kể đến tác giả Đỗ Tuyết với công trình nghiên cứu về địa

và nền san hô, đã thu đợc một số kết quả đáng kể. Trong đó việc khảo sát nghiên
cứu, thu thập các tài liệu về đặc điểm địa hình và địa chất một số đảo thuộc quần
đảo Trờng Sa đã đợc tiến hành đạt kết quả tốt. Bên cạnh đó, đề tài đã thực hiện
các thí nghiệm và phân tích kết quả thu thập đa ra một số chỉ tiêu thể hiện tính chất
của san hô cơ lý của san hô, nh: tỷ trọng, dung trọng, hệ số rỗng, góc nghỉ, cờng
độ kháng nén.

- Đề tài cấp Nhà nớc thuộc chơng trình biển KHCN 06.09 (1996-2000
), do
GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh làm chủ nhiệm đã khảo sát, thu thập số liệu làm cơ sở
cho việc xây dựng các luận chứng về Xây dựng công trình biển và cải tạo môi sinh
bớc đầu đã đạt kết quả tốt, là một trong các tài liệu tham khảo tốt cho việc nghiên
cứu và xây dựng các công trình biển đảo xa bờ.
- Chơng trình công nghệ biển, do B.R Schalapak và J.B Herbich làm chủ
nhiệm nghiên cứu các tính chất đặc trng của san hô và kỹ thuật nạo vét san hô. Khu
vực nghiên cứu là các dải san hô của vùng biển Thái Bình Dơng, bao gồm từ quần
đảo Okinawa của Nhật Bản đến các đảo san hô của Philipin. Các nhà khoa học Mỹ
đã thu thập tài liệu và đã tiến hành khoan lấy rất nhiều mẫu san hô khác nhau từ các
đảo san hô ngầm để thí nghiệm xác định các đặc trng cơ lý, các đặc trng đợc chú
ý nhiều nhất ở đây là trọng lợng riêng, độ hút nớc, kích cỡ hạt, độ mài mòn, tốc
độ lắng, độ bền nén, góc ma sát trong. Công trình cũng nhấn mạnh rằng các loại san
hô là rất đa dạng, do đó đối với một đảo san hô cụ thể cần có các nghiên cứu chi tiết
riêng từ các mẫu khoan trực tiếp tại hiện trờng.
- Một phơng pháp gần đúng mới để đánh giá độ bền kháng cắt của san hô
lẫn đất, do N. Yoshida, K.Suzuky và H.Hazanwa thực hiện đối với san hô trên đảo
Okinawa (Nhật bản) đã đa ra một quy trình mới xác định các đặc trng của độ bền
kháng cắt nh giá trị K
0
, tỷ số độ bền không thoát nớc, ứng xử ứng suất biến
dạng và độ bền không đẳng hớng bằng phơng pháp thí nghiệm ba trục.

Từ tổng quan nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài Nghiên cứu đặc điểm địa
chất công trình của nền san hô ở một số vùng trọng điểm và các giải pháp thích
hợp cho xây dựng các công trình biển phục vụ phát triển kinh tế và Quốc phòng
Mục tiêu của đề tài:
1. Xác định đặc điểm địa chất công trình của nền san hô ở một số vùng biển trọng
điểm: khu vực quần đảo Trờng Sa và khu vực thềm lục địa ngoài khơi phía Nam
nơi có các công trình DKI, nghiên cứu xác định tính chất cơ lý của san hô và các
thông số động học của nền san hô phục vụ xây dựng công trình biển đảo.

23
2. Đề xuất các giải pháp thích hợp cho xây dựng các công trình trên nền san hô, áp
dụng trực tiếp cho công trình trên các đảo của quần đảo Trờng Sa và các công
trình tại khu vực DKI.
Nội dung của đề tài:
Nhằm đạt đợc các mục tiêu nêu trên, đề tài tập trung nghiên cứu theo các
hớng sau:
1. Nghiên cứu thực địa, điều tra khảo sát để hoàn thiện bộ số liệu về địa hình, địa
mạo, địa chất công trình tại một số vùng trọng điểm: khu vực quần đảo Trờng
Sa và khu vực xây dựng DKI.
2. Nghiên cứu đặc điểm phân bố san hô, địa hình, địa chất và cấu tạo thạch học của
các đảo vùng quần đảo Trờng Sa và khu vực DKI.
3. Nghiên cứu để xác định tính chất cơ lý của san hô và các thông số động lực học
của nền san hô thuộc vùng nghiên cứu, bao gồm cả xây dựng mô hình thí
nghiệm, tổ chức thí nghiệm tại thực địa và trong phòng thí nghiệm phục vụ xây
dựng công trình.
4. Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu trên máy tính về địa hình, địa mạo, tính chất
cơ lý san hô, địa chất công trình tại vùng nghiên cứu.
5. Nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật các công trình trên nền móng san hô.
6. Nghiên cứu lựa chọn các giải pháp thích hợp xây dựng công trình trên nền san hô
bao gồm cả giải pháp kết cấu, vật liệu, thiết kế và thi công.

Đoàn khảo sát địa hình, địa chất công trình tại đảo Trờng Sa lớn của Học viện
kỹ thuật quân sự từ 15/4/2003 đến 15/5/2003. Đoàn do đồng chí Vũ Quốc Trụ, cán
bộ thuộc Học viện KTQS làm trởng đoàn.
5. Tham gia đoàn nghiệm thu công trình của Quân chủng Hải quân:
Đoàn nghiệm thu công trình của Quân chủng Hải quân đã tiến hành chuyến
nghiệm thu từ 01 tháng 3 năm 2004 đến 28 tháng 3 năm 2004. Đề tài đã cử đồng chí
Vũ Quốc Trụ tham gia với nhiệm vụ đánh giá các công trình ứng dụng trên hai đảo
Song Tử Tây và Trờng Sa Lớn.

Các công việc đã làm:
Đã hoàn chỉnh hồ sơ địa hình, địa mạo, địa chất công trình, địa chất cho 5 đảo
thuộc quần đảo Trờng Sa, các bản đồ đợc lập ở dạng bản đồ số.
Đã tiến hành xử lý, thu thập các hồ sơ về địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất
công trình khu vực DKI.
Đã thu thập các bản đồ của khu vực quần đảo Trờng Sa, khu vực DKI, các cụm
đảo và các đảo của quần đảo.

25
Đã tiến hành làm thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm ngoài thực địa nhằm xác
định các chỉ tiêu cơ lý, các đặc trng động học của nền san hô.
Xây dựng bộ phần mềm quản lý và lu trữ các số liệu địa hình, địa chất và các
tính chất cơ lý san hô.
áp dụng các kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế các công trình chống xói lở các
đảo thuộc quần đảo Trờng Sa và gia cố công trình DKI.
26