i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

HOÀNG VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG
ỔN ĐỊNH BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN TRÀN NƯỚC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2012


ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

HOÀNG VIỆT HÙNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG
ỔN ĐỊNH BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN TRÀN NƯỚC
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 62-58-60-01


tác giả luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Vụ Đại học và Sau Đại học-Bộ Giáo dục và Đào
tạo, Hội đồng Khoa học Đào tạo Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Đại học và Sau
Đại học, Phòng Khoa học Công nghệ-Trường Đại học Thuỷ lợi, Cục Sở hữu Trí
tuệ-Bộ Khoa học Công nghệ, các nhà khoa học từ các đơn vị đã có những đóng
góp, giúp đỡ quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã
động viên, khuyến khích để tác giả hoàn thành luận án nghiên cứu.

Tác giả

Hoàng Việt Hùng


v

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ..........................................................................2
3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................2
4. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................3
5. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .............................................................4
7. Những đóng góp mới của luận án ........................................................4
8. Bố cục của luận án..............................................................................5
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN................ 7
1.1 Mở đầu .....................................................................................................7
1.2 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới ..................7
1.2.1 Giải pháp bảo vệ mái đê phía biển ..................................................7

2.4 Kết luận chương II...................................................................................57
CHƯƠNG III. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC GIẢI PHÁP TĂNG
CƯỜNG ỔN ĐỊNH BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN.................................................. 59
3.1 Mở đầu ...................................................................................................59
3.2 Thí nghiệm xác định khả năng neo giữ của neo xoắn..............................59
3.2.1 Nội dung thí nghiệm ....................................................................59
3.2.2 Lập phương trình xác định Sêry thí nghiệm .................................60
3.2.3 Thiết kế neo xoắn ........................................................................63
3.2.4 Thí nghiệm thử tải neo xoắn ........................................................65
3.2.5 Kiểm chứng biểu thức xác định sức chịu tải neo xoắn .................74
3.2.6 Thí nghiệm mô hình vật lý để đánh giá mật độ bố trí neo gia cố ..79
3.3 Nghiên cứu ứng dụng phụ gia CONSOLID ............................................85
3.3.1 Giới thiệu về sản phẩm phụ gia CONSOLID và mục đích nghiên
cứu ........................................................................................................85
3.3.2 Các thí nghiệm với đất á sét có phụ gia........................................85
3.3.3 Thí nghiệm với đất cát và á cát khi sử dụng phụ gia ...................98
3.3.4 Nhận xét về kết quả thí nghiệm đất gia cường ...........................103
3.4 Nghiên cứu khả năng xói bề mặt của đất có phụ gia .............................103
3.4.1 Mục đích....................................................................................103
3.4.2 Nội dung và kết quả thí nghiệm .................................................104
3.4.3 Nhận xét kết quả thí nghiệm xói bề mặt....................................106
3.5 Kết luận chương III ...............................................................................106
CHƯƠNG IV. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CHO
ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH...................................................................................... 109
4.1 Giới thiệu về công trình........................................................................109
4.2 Tài liệu dùng trong thiết kế...................................................................109
4.2.1 Tài liệu địa hình.........................................................................109
4.2.2 Tài liệu địa chất .........................................................................109
4.3 Giải pháp kỹ thuật nâng cấp đê.............................................................111
4.3.1 Các thông số cơ bản của đê biển Giao Thuỷ-Nam Định.............111

Hình 1.5: Cấu kiện bê tông gia cố dạng cột........................................................... 10
Hình 1.6: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường....................................................... 11
Hình 1.7: Thảm bê tông liên kết bằng dây cáp...................................................... 12
Hình 1.8: Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển Hà Lan............................. 12
Hình 1.9: Thảm gia cường bằng hệ thống túi vải địa kỹ thuật............................... 13
Hình 1.10: Mở rộng ứng dụng của túi địa kỹ thuật ............................................... 14
Hình 1.11: Ống địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè ............................................... 14
Hình 1.12: Mở rộng ứng dụng của ống địa kỹ thuật.............................................. 15
Hình 1.13: Ống địa kỹ thuật gia cường bảo vệ bờ ở Hà Lan................................. 15
Hình 1.14: Một số biện pháp kỹ thuật gia cố mái đê............................................ 16
Hình 1.15: Vải địa kĩ thuật dùng gia cố lớp bảo vệ mái ....................................... 16
Hình 1.16: Thảm cỏ chống xói mái đê .................................................................. 17
Hình 1.17: Sử dụng lưới sợi tổng hợp kết hợp trồng cỏ chống xói....................... 18
Hình 1.18: Bể bê tông có bố trí ống tiêu nước ...................................................... 18
Hình 1.19: Bể bê tông có tính năng tiêu năng ....................................................... 19
Hình 1.20: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Hải Hậu-Nam Định....................... 20
Hình 1.21: Kè đá xây liền khối ở Thái Bình.......................................................... 20
Hình 1.22: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ ...................................................... 21
Hình 1.23: Kè bằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ ...................................................... 22
Hình 1.24: Kè bằng cấu kiện bê tông khối lớn...................................................... 22
Hình 1.25: Kè lát mái bằng cấu kiện TSC-178 ..................................................... 23
Hình 1.26: Kè bằng cấu kiện BT liên kết 2 chiều.................................................. 23
Hình 1.27: Cơ chế phá huỷ đê khi sóng tràn ......................................................... 25
Hình 1.28: Lực tác dụng của sóng lên mái kè dạng tấm bê tông........................... 25
Hình 1.29: Tấm lát mái đê biển bị lún sụt ............................................................. 28
Hình 1.30: Tấm lát mái đê biển bị bong tróc......................................................... 28
Hình 1.31: Phá huỷ mái phía biển dẫn đến xói hỏng nền đê ................................. 28
Hình 1.32: Các viên gia cố không đủ trọng lượng................................................. 28
Hình 1.33: Mái đê biển phía đồng bị sóng tràn qua............................................... 29


Hình 3.8: Sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn NĐ11 - Đất nền khu vực Đại học
Thuỷ lợi................................................................................................................. 73
Hình 3.9: Thiết bị và mô hình thí nghiệm ............................................................. 76
Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm kéo mảng gia cố............................................. 80
Hình 3.11: Sơ đồ vị trí các viên gia cố tính từ điểm đặt tải (điểm 0)..................... 81
Hình 3.12: Diễn biến mẫu sau 1 giờ ngâm nước................................................... 88
Hình 3.13: Diễn biến mẫu sau 20 ngày ngâm nước .............................................. 89
Hình 3.14: Thiết bị nén một trục .......................................................................... 90


x

Hình 3.15: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông tự do sau thời
gian 6 ngày............................................................................................................ 91
Hình 3.16: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông...................... 91
tự do sau thời gian 15 ngày ................................................................................... 91
Hình 3.17: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông tự do sau thời
gian 30 ngày.......................................................................................................... 92
Hình 3.18: Thiết bị nén ba trục.............................................................................. 94
Hình 3.19: Kết quả thí nghiệm mẫu 0% phụ gia .................................................. 95
Hình 3.20: Kết quả thí nghiệm mẫu 2% phụ gia .................................................. 95
Hình 3.22: Thí nghiệm rã chân mẫu đất cát có sử dụng phụ gia ........................... 98
Hình 3.23: Thí nghiệm đánh giá độ rã chân-sập mẫu.......................................... 100
Hình 3.24: Các mẫu sau 15 phút đổ nước ........................................................... 100
Hình 3.25: Các mẫu sau 30 ngày ngâm nước...................................................... 100
Hình 3.26: Một số hình ảnh thí nghiệm mẫu trong điều kiện ngập-khô-ngập..... 102
Hình 3.27: Chuẩn bị mẫu thí nghiệm .................................................................. 104
Hình 3.28: Điều chỉnh lưu lượng chảy qua mô hình ........................................... 105
Hình 3.29: Một số mặt cắt điển hình trong quá trình thí nghiệm........................ 106
CHƯƠNG IV

Bảng 3.9: Các thông số tính toán và kết quả kiểm nghiệm ................................... 78
Bảng 3.10: Tổng hợp xác định sức chịu tải của neo xoắn (kN)............................. 78
Bảng 3.11: Kết quả kéo mảng mô hình-Trường hợp không neo........................... 81
Bảng 3.12: Kết quả kéo mảng mô hình-Trường hợp có neo ................................ 84
Bảng 3.13: Các chỉ tiêu của đất á sét..................................................................... 86
Bảng 3.14: Sức kháng nén không hạn hông của các mẫu - qu (kN / m 2 ) .................. 92
Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp của đất á sét...................................... 93
Bảng 3.16: Kết quả thí nghiệm cắt ba trục ............................................................ 96
Bảng 3.17: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất á cát........................................ 103
Bảng 3.18: Kết quả thí nghiệm xói tràn tại máng thí nghiệm.............................. 105
CHƯƠNG IV
Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất.............................................................. 110
Bảng 4.3: Các thông số thiết kế của mũi neo xoắn.............................................. 113
Bảng 4.4: Khối lượng viên gia cố tính theo các phương pháp............................. 114
Bảng 4.5: Sức chịu tải kéo của neo xoắn............................................................. 115
Bảng 4.6: Kết quả tính toán bằng phần mềm NTM-01 ....................................... 120


xii

BẢNG CÁC KÝ HIỆU
W50

: Trọng lượng viên gia cố

Hs

: Chiều cao sóng thiết kế

ρs


S

: Hệ số tổn thất

N

: Số sóng

ψu

: Hệ số nâng cấp ổn định

φ

: Hàm ổn định

σ

: Ứng suất pháp trên mặt trượt đang xét

τ

: Ứng suất tiếp trên mặt trượt đang xét

τ0

: Cường độ chống cắt của đất

c

α

: Góc mở của hình nón phá hoại giả thiết khi kéo neo tấm xoắn


xiii
ε& p

: Tốc độ biến dạng dẻo pháp hướng

γ& p

: Tốc độ biến dạng dẻo tiếp tuyến

Ti , Fi
ε ij*

: Ngoại lực tác động lên bề mặt vật thể và lực thể tích của bản
thân vật thể
: Tốc độ biến dạng

u ij*

: Tốc độ chuyển vị

V1

: Thể tích hình nón phá hoại giả thiết

V


a

: Diện tích ống đầu nước thay đổi

L

: Chiều dài mẫu thí nghiệm

t

: Thời gian nước thấm qua mẫu

A

: Tiết diện mẫu thí nghiệm thấm

ω cb

: Độ ẩm chế bị

ρ

: Khối lượng riêng ướt chế bị

ρk

: Khối lượng riêng khô chế bị

∆

LI

: Chỉ số chảy

ρkmax

: Khối lượng riêng khô lớn nhất

ω tn

: Độ ẩm tối ưu


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài, có nhiều tỉnh, thành phố tiếp
giáp với biển với dân số vùng ven biển khoảng 40 triệu người. Ven biển Việt
Nam đã có hệ thống đê biển với các quy mô khác nhau được hình thành qua
nhiều thế hệ. Hệ thống đê biển này là tài sản lớn của đất nước, nếu được tu
bổ, nâng cấp thường xuyên thì hệ thống đê biển sẽ là cơ sở vững chắc, tạo đà
phát triển kinh tế, phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Theo xu
thế phát triển chung, hiện nay vùng ven biển nước ta là một vùng kinh tế
trọng điểm năng động, ngày càng đóng góp vai trò quan trọng hơn trong nền
kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng. Đê biển không chỉ còn chống bão,
ngăn mặn mà còn phải kết hợp đa mục tiêu như giao thông, du lịch. Các nước
phát triển trên thế giới đã có nhiều đầu tư công nghệ, nhân lực, vật lực, chính
sách pháp luật để cải tạo, nâng cấp đê biển. Tuy nhiên ở Việt Nam, phần lớn
đê biển chỉ có thể đảm bảo an toàn với gió bão cấp 8, các dự án đê biển được

bê tông lắp ghép hai chiều và ổn định không xói mái đê trong đồng của đê
biển hiện có trong điều kiện tác động của sóng leo vượt tràn đỉnh đê.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học cho giải pháp neo xoắn tăng cường ổn định
mảng gia cố hiện tại bảo vệ mái đê phía biển mà không cần bóc bỏ, thay thế
bằng cấu kiện mới.
- Nghiên cứu các đặc trưng vật lý, cơ học của đất có trộn phụ gia, làm rõ
đặc tính, ưu nhược điểm, hàm lượng tối ưu của phụ gia khi dùng gia cường
cho đất á cát để đắp đê nhưng đảm bảo điều kiện không xói khi nước tràn đê.
- Kết quả nghiên cứu được tính ứng dụng cho công trình thực tế.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu neo xoắn dùng tăng cường ổn định mảng gia cố của cấu
kiện bê tông lắp ghép kiểu hai chiều cho mái đê phía biển. Neo chịu lực kéo
vuông góc với mái đê. Vật liệu đắp đê không dùng các loại đất dính ở trạng


3

thái dẻo mềm, dẻo chảy. Độ chặt đất đắp phải đạt theo tiêu chuẩn thiết kế đê
biển-2012 [6].
- Nghiên cứu ứng dụng, đánh giá hiệu quả và các ảnh hưởng phụ không
mong muốn của phụ gia CONSOLID khi sử dụng để gia cường đất tại chỗ
dùng làm vỏ bọc đê biển thay thế cho đất sét truyền thống. Chưa nghiên cứu
cơ chế tương tác gia cường đất, thành phần hoá học và chế tạo vật liệu
CONSOLID.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan các giải pháp gia cường bảo vệ mái đê biển trên thế
giới và ở Việt Nam. Đánh giá tồn tại về kỹ thuật và chỉ ra vấn đề mà luận án
tập trung giải quyết.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của neo trong đất, thiết lập biểu thức sức chịu tải
của neo xoắn mà tác giả đề xuất.

cố và lực neo. Đề xuất này có ý nghĩa để mở rộng ứng dụng neo cho các kiểu
gia cố khác nhau.
b) Ý nghĩa thực tiễn
Hiện tại đê biển của Việt Nam được đánh giá là thấp nên thường bị sóng
leo tràn qua đỉnh đê và đê trực diện với biển nên kè mái phía biển không đảm
bảo an toàn. Điều kiện kinh tế chưa cho phép xây dựng mới đê biển kiên cố
hơn, kết quả nghiên cứu của luận án này sẽ được ứng dụng để tăng cường ổn
định, gia tăng độ an toàn của đê biển hiện có, trước mắt sẽ ứng dụng cho đê
biển Giao Thuỷ -Nam Định, đóng góp một phần khoa học công nghệ cho
chương trình nâng cấp, xây mới hệ thống đê biển Việt Nam.
7. Những đóng góp mới của luận án
(1) Giải pháp neo gia cố cho tấm lát mái là giải pháp mới, có tác dụng
gia tăng ổn định và hạn chế chuyển vị, xô lệch của mảng gia cố mái đê phía


5

biển dưới tác dụng của sóng. 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.
(2) Biểu thức (2.26) được tác giả luận án thiết lập theo phương pháp
phân tích giới hạn kết hợp lý thuyết 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.
(3) 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