Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

MỤC LỤC
MỤC LỤC

1

PHẦN MỞ ĐẦU

5

1. Tính cấp thiết của đề tài

5

2.Mục tiêu khoa học của đề tài

6

3.Phương pháp nghiên cứu

6

4.Tóm tắt nội dung nghiên cứu của đề tài

6

5.Kết quả dự kiến đạt được

7


10

Hình 1.4 Hiện trạng sạt lở mái đất sông, biển

11

Hình 2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

22

Hình 2.2 Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

24

Hình 2.3 Sơ đồ bể dưỡng hộ thí nghiệm

31

Hình 2.4 Bể dưỡng hộ nhiệt ẩm thực tế

32

Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm cường độ nén và uốn của gạch xây

34

Hình 3.1 Trồng cây, cỏ bảo vệ mái đất

37


46

Hình 3.10 Máy tạo hình gạch

47

Hình 3.11 Sản phẩm gạch hoàn thiện

48

Hình 3.12 Thi công mái taluy cầu rào 2 – Hải Phòng

49

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

3


Đề tài NCKH cấp Trường: Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của xi măng

20

Bảng 2.2 Thành phần khoáng của Xi măng

20

C

Cát

Đ

Đá dăm

C/Đ

Tỷ lệ cát/đá

N/X

Tỷ lệ nước và xi măng

N

Nước

X hoặc XM

Xi măng

C
C+D

Tỷ lệ cát/(cát+đá), (mức ngậm cát)

R7, 28 (MPa)


Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

5


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Kè mái đất công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi là biện pháp để
giữ mái đất không bị sụt lở trong quá trình sử dụng. Vật liệu sử dụng chủ yếu
và phổ thông hiện nay là đá hộc. Đá hộc có ưu điểm là cường độ lớn, vật liệu
sẵn có và chỉ qua gia công thô là có thể sử dụng. Tuy nhiên việc kè mái đất
bằng đá hộc cũng tồn tại những nhược điểm nhất định:
+ Khả năng liên kết giữa các hàng đá với nhau kém nên khi xuất hiện 1
vùng phá hủy sẽ dễ xảy ra phá hủy dây chuyền.
+ Kích thước đá hộc hình khối tương đối đều nên khi sụt lở sẽ lăn, gây
nguy hiểm.
+ Mất nhiều công sức cho việc vận chuyển và thi công do trọng lượng
nặng, không có tính modul, khuôn mẫu và các viên đá có kích thước không
đều nhau.
Ở nhiều nước như Đan Mạch, Trung Quốc, Nhật Bản người ta sử dụng
khác khối bê tông phức hình liên kết với nhau bằng móc nối, dây linon… tạo
thành thảm bê tông có tác dụng chống xói đáy và bảo vệ mái bờ.
Ở Hà Lan ứng dụng rộng rãi khối Hydroblock, có đặc điểm chiều dày
khối lớn, kích thước tiết diện mặt cắt của tấm nhỏ, kết quả nghiên cứu cho
thấy tấm bê tông có độ ổn định tăng cao.
Ở Việt Nam, gần đây công ty TNHH Tư vấn công nghệ kè bờ Minh Tác đã
cho ra đời thảm bê tông tự chèn đan lưới. Thảm đã được ứng dụng thành công tại
An Giang và một số công trình ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
Ngày này với sự tiến bộ về công nghệ vật liệu, người ta sử dụng các

4. Tóm tắt nội dung nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung vào một số nội dung sau:
+ Giới thiệu các giải pháp kè mái đất công trình xây dựng
+ Thiết kế hình dáng và cấp phối gạch phức hình kè mái đất.
+ Đánh giá tính chất cơ lý hóa của gạch phức hình kè mái đất.
+ Đánh giá hiệu việc sử dụng gạch phức hình kè mái đất thay đá hộc.
+ Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất gạch phức hình kè mái đất.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

6


5. Kết quả dự kiến đạt được
+ Sản phẩm nghiên cứu của đề tài là gạch phức hình kè mái đất với một
vài hình dạng hợp lý đạt mác từ 200 trở lên.
+ Quy trình công nghệ sản xuất tấm bê tông phức hình kè mái đất.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

7


CHƯƠNG 1. HIỆN TRẠNG VÀ NHỮNG HẠN CHẾ
CỦA KÈ TRUYỀN THỐNG
1.1.Khái quát về hiện trạng xây dựng kè hiện nay.
1.1.1. Đặc điểm của các loại kè hiện nay.
Việc kè mái đất công trình xây dựng là để làm chỗ dựa cho lớp bảo vệ
mái khỏi bị mất ổn định. Các công trình xây dựng sử dụng kè mái đất phổ
biến hiện nay là các công trình đê biển, sườn núi, taluy đường giao thông. Cấu


1.1.2. Những hư hỏng thường gặp.
Hư hỏng công trình bảo vệ mái đất là vấn đề được sự quan tâm lớn của
các nhà thiết kế xây dựng và khai thác sử dụng công trình này. Vấn đề là làm
sao giảm thiểu tối đa các hư hỏng, bảo đảm ở mức độ cho phép, không có ảnh
hưởng lớn đến sự hoạt động của công trình cũng như làm sao ngăn chặn các
hư hỏng do sự kém hiểu biết và bất cập trong thiết kế, thi công xây dựng cũng

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

9


như khâu duy tu bảo dưỡng khi sử dụng khai thác công trình, vì ngăn cản
hoàn toàn các hư hỏng đối với công trình bảo vệ mái đất là điều không tưởng,
đây là loại công trình có nhiều nguy cơ gặp rủi ro.

Hình 1.3 Sạt lở mái đất đèo Hòn Giao, Hải Vân

Hiện nay, trong xây dựng các công trình kè bảo vệ mái dốc, bảo vệ bờ và
đê biển, mái bờ sông, mái kênh mương phục vụ nông lâm nghiệp tại Việt Nam
chủ yếu sử dụng loại chân kè được thi công tại chỗ theo các giải pháp truyền
thống, sử dụng nhiều loại kết cấu như chân kè tường chắn rọ đá hộc, cọc cừ, đổ
bê tông tại chỗ, ống buy, bao cát...; Các công trình này chịu ảnh hưởng trực
tiếp từ áp lực đất, sóng biển, nước biển dâng, gió, dòng vận chuyển bùn cát dọc
bờ, dòng chảy ngầm, nền đất yếu và bị ăn mòn, xâm thực, xói lở trong môi
trường biển, cụ thể:
Quá trình xói lở bờ biển là do mất cân bằng bùn cát. Nếu lượng bùn cát
mang tới một vị trí nào đó của bãi biển lớn hơn lượng bùn cát mang đi, bờ
biển sẽ được bồi đắp. Trong trường hợp ngược lại, bờ biển sẽ bị xói lở. Sự



Độ bền thực tế của kết cấu bê tông cốt thép phụ thuộc vào mức độ xâm
thực của môi trường và chất lượng vật liệu sử dụng (cường độ bê tông, mác
chống thấm, khả năng chống ăn mòn, chủng loại xi măng, phụ gia, loại cốt
thép, chất lượng thiết kế, thi công và biện pháp quản lý, sử dụng công
trình...). Tác động xâm thực của môi trường biển tới độ bền công trình bê
tông và bê tông cốt thép chủ yếu do các quá trình sau: Quá trình cacbonat hoá
làm giảm nồng độ pH của bê tông theo thời gian, làm vỡ màng thụ động có
tác dụng bảo vệ cốt thép, đẩy nhanh quá trình ăn mòn cốt thép dẫn đến phá
huỷ kết cấu; quá trình thấm ion SO42- vào bê tông, tương tác với các sản phẩm
thuỷ hoá của xi măng tạo ra khoáng Ettringit trương nở thể tích gây phá huỷ
kết cấu (Ăn mòn sunfát); quá trình khuếch tán ôxy, ion Cl - và hơi ẩm vào bê
tông trong điều kiện nhiệt độ không khí cao. Ngoài các quá trình ăn mòn hóa
học và điện hóa, trên bề mặt các kết cấu còn xảy ra ăn mòn sinh vật gây nên
bởi các loại hà và sò biển, bị bào mòn cơ học do sóng biển nhất là vào những
ngày dông bão và mùa gió lớn.
Theo kết quả nghiên cứu của đề tài “Tổng kết đánh giá các kết cấu bảo
vệ chân mái đê biển và nghiên cứu đề xuất các loại hình phù hợp” do trường
Đại học Thủy lợi thực hiện năm 1999, khối lượng chân kè so với toàn kè nằm
trong khoảng từ 20% đến 40% [3]. Trong số những kè có chân kè làm việc ổn
định (tốt) thì khối lượng chân kè thường chiếm từ 35% đến 40% khối lượng
toàn bộ kè. Những kè có bề rộng chân kè lớn làm việc tương đối tốt và chưa
thấy biểu hiện hư hỏng. Điều kiện địa chất nền, kiểu đường bờ có liên quan
trực tiếp tới sự hư hỏng chân kè. Nền đất bở rời được tạo nên bởi các trầm
tích bở rời thuộc hệ đệ tứ, chủ yếu là cát, bùn, bọt sét, cuội và sạn sỏi... phân
bố tại các vùng cửa sông, các đồng bằng ven biển và chiếm khoảng 80%
chiều dài bờ biển nước ta. Nhìn chung, khả năng chịu lực của loại nền này
không lớn, dễ bị bào mòn do sóng và ảnh hưởng tới ổn định của chân kè. Kiểu
đường bờ đa dạng cũng làm thay đổi chế độ sóng, dòng ven bờ... và cũng ảnh

bảo độ chặt, độ kín nước, mức độ chống xâm thực kém hay do thiết kế cấu
kiện bê tông không đảm bảo yêu cầu chịu lực nên dễ bị gẫy vỡ, dịch chuyển
gây mất ổn định các kết cấu khác nằm liền kề. Thí dụ cho trường hợp này là
sự hư hỏng nặng Kè bảo vệ khu phố 12, 13, 14 thị trấn Liên Hương do chân
khay không đảm bảo bị sóng phá vỡ nhiều đoạn làm thân và mái kè bị sụt lún,
thiếu các công trình phụ trợ thoát nước mưa và nước thải từ khu dân cư ra

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

13


biển. Kè bị lún nhiều, không còn giữ được cao trình thiết kế. Một thí dụ nữa là
Đê chắn sóng K1 khu neo đầu tàu thuyền tránh bão Phú Hài mạch vữa của lớp
đá xây phía ngoài thân đê bị xâm thực, ăn mòn làm cho lớp đá xây bị sụt lún,
đê bị lún nhiều, không còn giữ được cao trình thiết kế.
- Do công trình được xây dựng ở điều kiện địa chất xấu, sóng gió và
dòng chảy bất lợi nhưng thiết kế và nhất là trong quá trình thi công đơn vị thi
công không có giải pháp xử lý tốt nên công trình dễ bị xói chân, lún trượt. Thí
dụ cho trường hợp này là Kè Hàm Tiến - Mũi Né, khóa kè bằng bản cừ BTCT
bị gãy, sụt lún làm cho lớp cát đắp thân kè tại vị trí tiếp giáp khóa kè bị rửa
trôi. Các cấu kiện TSC 178 bị sụt lún từng mảng.
- Do hiện tượng vi phạm Luật Đê điều và Quy định của UBND tỉnh
như: Xây dựng công trình phụ, nhà tạm trong hành lang bảo vệ đê, kè của các
KDL… Qua kiểm tra đã phát hiện và ngăn chặn khoảng 30 vụ vi phạm lấn
chiếm hành lang Kè bảo vệ bờ biển Hàm Tiến – Mũi Né (TP Phan Thiết).
Đây cũng là nguyên nhân gây nên việc đảm bảo an toàn công trình trong mùa
mưa bão và việc xử lý các hành vi, vi phạm còn gặp nhiều khó khăn và phức
tạp, nhất là đối với các tổ chức, cá nhân đầu tư dự án các khu du lịch, khu
resort dọc ven biển.

công trình theo mô hình nước ngoài chưa phổ biến và giá trị đầu tư rất lớn,
việc khắc phục hậu quả khi xảy ra sự cố, duy tu sửa chữa phức tạp, đòi hỏi
kinh phí thực hiện cao; Vì vậy, cần có một giải pháp công nghệ mới về sản
xuất, thi công kè mái đất có khả năng chống sạt lở, xói mòn, lún sụt, chống
thấm, chống ăn mòn, chống xâm thực cao hơn nhưng bền vững hơn, mỏng
hơn, nhẹ hơn, có khả năng đúc sẵn lắp ghép thuận tiện đơn giản và được sản
xuất với chi phí thấp.
1.2.2. Các vấn đề cần lưu ý khi xây dựng.
1.2.2.1. Vấn đề thiết kế, thi công.
Từ các hư hỏng trên của một số công trình, tuy không nhiều nhưng
cũng nói lên những nguyên nhân rất cơ bản gây ra các hư hỏng cho công trình
bảo vệ bờ biển, trong đó có một số điểm cần được lưu ý đặc biệt lúc thiết kế
và thi công xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển như sau:
- Các số liệu vào dùng cho thiết kế phải được đầy đủ và tương đối
chính xác để tránh các xử lý sai trong tính toán và đề xuất các giải pháp kết
cấu và nền móng.

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

15


- Việc bố trí tổng thể các công trình trong hệ thống cần tương đối hợp
lý để phát huy hiệu qủa cao nhất, tránh các hậu quả xấu có thể xảy ra, nhất là
hiện tượng xói bồi gây mất ổn định công trình và làm ảnh hưởng đến tính hiệu
quả công trình.
- Việc xem xét đầy đủ các đặc điểm của điều kiện tự nhiên (như quy
luật xói bồi, tính chất động của sóng, đặc biệt là sóng vỡ…) và đặc điểm của
từng loại công trình (như công trình loại tường đứng nhạy bén với xói chân,
công trình dạng mái nghiêng đá đổ, dễ bị xáo trộn khi bị chấn động gây phá

chế bê tông hóa bãi biển, đảm bảo việc vận chuyển tàu thuyền trong quá trình
sản xuất của ngư dân và phù hợp điều kiện địa hình, địa chất nơi xây dựng.
Thông thường hiện nay tính toán thiết kế với tần suất bão cấp 9 (để tiết kiệm
kinh phí đầu tư, chấp nhận cho sóng qua đỉnh kè), nhưng thực tế và nhất là
trong điều kiện biến đổi khí hậu việc áp dụng gió bão cấp 9 thiết kế sẽ không
an toàn cho công trình về lâu dài. Việc chọn cấp gió để thiết kế là chưa thật
khoa học. Cần tham khảo tiêu chuẩn an toàn để chọn điều kiện biên thiết kế.
- Việc dự kiến các tình huống có thể xảy ra có thể gây mất ổn định
công trình từ gió bão, sóng, dòng chảy, cấu tạo địa chất,…để có các giải pháp
đề phòng hợp lý, tránh các sơ hở gây hậu qủa nghiêm trọng.
- Chất lượng vật liệu và kỹ thuật chế tạo, lắp ráp cần được kiểm tra chặt
chẽ, bảo đảm cấu kiện không bị nứt, không bị khiếm khuyết nhằm loại trừ
nguyên nhân dẫn đến xâm thực làm giảm độ bền và gây hư hỏng công trình.
Nói chung là trong thiết kế xây dựng công trình biển cần xác định đúng khả
năng có thể gây mất ổn định, làm hư hỏng công trình và cần tìm được giải
pháp ngăn chặn hợp lý. Đó là điều mà các nhà chuyên môn kỹ thuật công
trình biển luôn mong muốn và luôn tìm cách làm tốt.
1.2.2.2. Vấn đề quản lý.
Công tác quản lý, đầu tư xây dựng đê kè phải được phân công phân cấp
đến từng huyện, thị. Tuân theo các quy định của pháp luật về quy trình, quy
phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật về xây dựng và bảo vệ đê điều. Phải kiểm tra
thường xuyên để phát hiện những hư hỏng xảy ra và duy tu sửa chữa kịp thời.
Thực hiện chức năng quản lý nhà nước trong lĩnh vực đê điều, đảm bảo hệ
thống đê được xây dựng theo quy hoạch, thành một thể thống nhất, phù hợp
với chiến lược phát triển của ngành và của từng địa phương; nghiên cứu,

Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

17


thống có cốt liệu lớn làm khung chịu lực; các hạt cốt liệu lớn tì vào nhau; cốt
liệu nhỏ lấp đầy các khe rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn; chất kết dính lấp đầy
các lỗ rỗng còn lại của phần cốt liệu nhỏ; nước và phụ gia làm cho hỗn hợp bê
tông có độ linh động để có thể thi công được. Như vậy các vật liệu thành phần
có thể bổ trợ cho nhau trong quá trình tạo thành sản phẩm bê tông có cường độ
theo thiết kế. Trong khi đối với gạch phức hình thi công bằng phương pháp ép
rung, hàm lượng hạt cốt liệu lớn là tối thiểu, phần còn lại là cốt liệu nhỏ và
lượng bột mịn. Các hạt cốt liệu lớn không trực tiếp tác động với nhau mà phải
thông qua lớp bột mịn, phụ gia bôi trơn và lực ép rung.
2.1.1 Xi măng
Ở Việt nam hiện nay có nhiều loại xi măng do nhiều nhà máy trên khắp
các tỉnh thành sản xuất. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682-2009 thì xi
măng Poóc lăng (PC) là loại xi măng không được pha phụ gia công nghệ vượt
quá 5%, tuy nhiên tại các công trình xây dựng thường có các mỏ puzơlan gần
đó, do vậy với xi măng PC có thể tiến hành nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng
của puzơlan được lựa chọn đến tính chất của vữa và của bê tông một cách rõ
ràng. Ngoài ra puzơlan còn có tác dụng làm giảm nhiệt thủy hóa, bổ sung
lượng hạt mịn, tăng tính công tác, tăng độ đặc chắc của bê tông sau khi đóng
rắn.v.v..Với loại PCB mỗi nhà máy phụ gia khoáng với hàm lượng sử dụng là
khác nhau, do vậy khi đánh giá ảnh hưởng của puzơlan sẽ khó khăn và phức
tạp hơn. Chính vì những lý do trên mà xi măng PC vẫn được lựa chọn sử dụng
cho các công trình với lượng sử dụng bê tông lớn.
Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

19


Xi măng được sử dụng trong thí nghiệm là xi măng PC40 Chinfon Hải
phòng. Tính chất cơ bản của xi măng được xác định theo tiêu chuẩn Việt nam.
(TCVN 4787-1989. Xi măng. Phương pháp lấy mẫu thử; TCVN141-1998. Xi

0,658Na2O
1,10

Bảng 2.2 Thành phần khoáng của Xi măng

Nhà máy sản
xuất
Chinfon

C3S
56

Thành phần khoáng của xi măng, %
C2S
C3A
C4AF
19
6,5
12,5

khác
3,0

Bảng 2.3 Tính chất cơ lý của xi măng

Nhà máy
sản xuất

Chifon


34,7

7,2

2.1.2 Tro bay
Tro bay là một loại bột khoáng có hoạt tính, có khả năng tác dụng với
sản phẩm thủy hóa xi măng ở điều kiện thường, hoặc ở điều kiện nhiệt độ cao
(gia công nhiệt ẩm ≤ 1000C, gia công nhiệt trong autoclave). Tro bay nói
chung chỉ thể hiện hoạt tính puzơlanic, được đánh giá bằng mức độ ngậm
canxi của 1 gam tro bay nghiền mịn. Nói chung mức độ ngậm canxi tính bằng
mg/g của tro bay phụ thuộc vào độ mịn và bản chất vật liệu cũng như vào
nhiệt độ và thời gian phản ứng. Tro bay có hàm lượng (CaO +MgO) càng cao
thì mức độ ngậm canxi càng giảm, đồng thời có độ mịn càng lớn, nhiệt độ
càng cao và thời gian càng kéo dài thì mức độ ngậm canxi càng cao.
Chủ nhiệm: TS Phạm Toàn Đức, Thành viên: ThS Nguyễn Quang Tuấn B

20


Các loại tro bay nhiệt điện đốt từ các loại than antraxit và than đá
thường có tổng hàm lượng (CaO + MgO)≤10 – 15%, chỉ số kiềm M k
Các chỉ số khác như:
Chỉ số hoạt tính Ma = Al2O3/SiO2
Chỉ số silicat Ms=1/Ma
Tro, xỉ nhiệt điện là sản phẩm phụ của các nhà máy nhiệt điện sử dụng
nhiên liệu rắn là than. Tùy theo công nghệ đốt mà lượng tro, xỉ thải ra ở các
nhà máy nhiệt điện có khác nhau.
Tro bay được sử dụng trong nghiên cứu là tro bay của nhà máy nhiệt điện Hải
Phòng. Kết quả phân tích hóa học của Tro bay được cho ở bảng 2.4
Bảng 2.4. Thành phần hóa học của Tro bay nhiệt điện Hải phòng.

Hàm lượng ôxit, %
SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

Lượng
mất
4,2

67,7
20,3
3,84

57,74

0,37

0,10

7,51

21,51 3,50

0,20

0,26

3,90

4,22

Bảng 2.6 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Sàng,
Mm
40
20
10
5
2.5
1.25
0.63
0.315

218.5
505.5
374.5
236.5
111
79
233.5

Lượng
sót sàng
0.00
161.17
1423.67
1096.33
831.33
294.83
387.00
232.02
372.17
141.17

Phần
trăm sót
0.00
3.26
28.82
22.19
16.83
5.97
7.83

cỡ hạt
Lượng sót
riêng ai (%)
Lượng sót
tích lũy Ai

0 ÷ 0.14

0.14 ÷
0.315

0.315 ÷
0.63

0.63 ÷
1.25

1.25 ÷
2.5

2.5 ÷ 5

11.97

9.33

11.04

18.46