Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp Asphalt vào khe rỗng đá hộc và mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:138

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án trình bày việc thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt với kích thước đá hộc và độ nhớt hỗn hợp asphalt cho kết cấu bảo vệ mái đê biển Việt Nam; Thiết lập mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc ở trong phòng thí nghiệm và hiện trường; Chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt và mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển kiểm tra, tính toán trên mô hình áp dụng thực tế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp Asphalt vào khe rỗng đá hộc và mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM NGUYỄN MẠNH TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU THÂM NHẬP CỦA HỖN HỢP ASPHALT VÀO KHE RỖNG ĐÁ HỘC VÀ MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM NGUYỄN MẠNH TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU THÂM NHẬP CỦA HỖN HỢP ASPHALT VÀO KHE RỖNG ĐÁ HỘC VÀ MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số : 958 02 02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Nguyễn Thanh Bằng 2. GS.TS. Hồ Sĩ Minh Hà Nội - 2020
-i- LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Nguyễn Mạnh Trường
-ii- LỜI CẢM ƠN Với tất cả tình cảm của mình, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn là PGS.TS. Nguyễn Thanh Bằng và GS.TS. Hồ Sĩ Minh đã dành nhiều công sức, trí tuệ, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt quá trình tác giả thực hiện luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài Viện đã có những đóng góp quí báu, chân tình và thẳng thắn để tác giả hoàn thiện luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Cơ sở đào tạo Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và công tác. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè luôn động viên, khích lệ để tác giả hoàn thành luận án. Tác giả Nguyễn Mạnh Trường
-iii- MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ......................................................................... vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................x MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề .............................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ..............................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................3 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...............................................................................3 6. Những đóng góp mới của luận án .........................................................................4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN BẰNG VẬT LIỆU HỖN HỢP ASPHALT CHÈN TRONG ĐÁ HỘC ..........................................................................................................................5 1.1. Khái quát chung về đê biển và kè bảo vệ mái ....................................................5 1.1.1. Khái quát chung .......................................................................................5 1.1.2. Các dạng kết cấu bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam ...................................6 1.2. Vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc ......................................................8 1.2.1. Thành phần vật liệu ..................................................................................8 1.2.2. Vai trò, tính chất của vật liệu thành phần. ...............................................9 1.3. Tổng quan về kết quả nghiên cứu ứng dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc cho kết cấu bảo vệ mái đê biển ..........................................................11 1.3.1. Trên thế giới ...........................................................................................11 1.3.2. Ở Việt Nam ............................................................................................20 1.4. Các nghiên cứu về chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt và mô đun đàn hồi của kết cấu mái đê biển ..............................................................................22 1.4.1. Chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc ...........22
-iv- 1.4.2. Mô đun đàn hồi của kết cấu mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc ........................................................................................27 1.5. Những vấn đề đặt ra và hướng nghiên cứu ......................................................33 1.5.1. Nghiên cứu chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc ......................................................................................................................33 1.5.2. Nghiên cứu mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc .............................................................34 1.6. Kết luận chương 1 ............................................................................................35 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........36 2.1. Chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc ....................36 2.1.1. Những yếu tố ảnh hưởng đến chiều sâu thâm nhập ...............................36 2.1.2. Xác định chiều sâu thâm nhập theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm .....................................................................................................................40 2.2. Mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển ..............................................46 2.2.1. Những yếu tố ảnh hưởng tới mô đun đàn hồi ........................................46 2.2.2. Xác định mô đun đàn hồi theo phương pháp thực nghiệm ....................48 2.3. Kết luận chương 2 ............................................................................................57 CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU THÂM NHẬP CỦA HỖN HỢP ASPHALT VÀO KHE RỖNG ĐÁ HỘC VÀ MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN ......................................................................58 3.1. Chiều sâu thâm nhập hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc ...........................58 3.1.1. Mô phỏng toán học.................................................................................58 3.1.2. Các yêu cầu mẫu và thiết bị thí nghiệm .................................................60 3.1.3. Trình tự thí nghiệm ................................................................................61 3.1.4. Kết quả thí nghiệm .................................................................................62 3.1.5. Tìm phương trình thực nghiệm ..............................................................66 3.2. Mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc .......................................................................................71
-v- 3.2.1. Xác định mô đun đàn hồi trong phòng thí nghiệm ................................71 3.2.2. Xác định mô đun đàn hồi ngoài hiện trường ..........................................77 3.2.3. Xây dựng công thức thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi .................87 3.3. Kết luận chương 3 ............................................................................................92 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN HẢI HẬU - NAM ĐỊNH ..............................................94 4.1. Đặc điểm đoạn đê biển thi công thử nghiệm ...................................................94 4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu xác định mô đun đàn hồi tính toán thiết kế kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc .......95 4.2.1. Xác định điều kiện biên..........................................................................95 4.2.2. Tính toán chiều dày lớp giá cố ...............................................................97 4.2.3. Kiểm tra điều kiện an toàn lớp gia cố ..................................................100 4.2.4. So sánh, đánh giá kết quả nghiên cứu ..................................................106 4.3. Ứng dụng kết quả nghiên cứu xác định chiều sâu thâm nhập so sách, đánh giá với kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN cấp nhà nước ĐTĐL.2012-T/06 ...106 4.3.1. Mô hình thi công thử nghiệm ...............................................................106 4.3.2. So sánh đánh giá độ nhớt nghiên cứu của luận án với kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN cấp nhà nước ĐTĐL.2012-T/06 ........................................110 4.4. Kết luận chương 4 ..........................................................................................111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................113 1. Kết luận: ............................................................................................................113 2. Những tồn tại, hạn chế. .....................................................................................113 3. Kiến nghị ...........................................................................................................114 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ......................................................115 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................116 PHỤ LỤC ..............................................................................................................120
-vi- DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AASHTO Hiệp hội những người làm đường và vận tải Hoa Kỳ (American Association of State Highway and Transportation Officials) ASTM Tiêu chuẩn thí nghiệm của Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ (American Society for Testing and Materials) BTCT Bê tông cốt thép BTN Bê tông nhựa ĐHTL Đại học Thủy lợi ĐTĐL Đề tài độc lập EAPA Hiệp hội mặt đường asphalt Châu Âu (European Asphalt Pavement Assosication) FGSA Vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc (Fully grouted stone asphalt) GTVT Giao thông vận tải HMT Hàm mục tiêu KHCN Khoa học công nghệ KHTL Khoa học Thủy lợi NCS Nghiên cứu sinh NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn NXB Nhà xuất bản PTHQ Phương trình hồi qui TCN Tiêu chuẩn ngành TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TRRL Phòng nghiên cứu vận tải và đường (Transport and Road Research Laboratory) TSKT Tiến sỹ kỹ thuật
-vii- DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. 1- Các dạng mặt cắt ngang đê biển [7].........................................................6 Hình 1. 2- Một số hình ảnh kết cấu bảo vệ mái đê biển Việt Nam [11],[12] ...........7 Hình 1.3- Ứng dụng loại vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc thi công đê biển ở Hà Lan năm 2013 [10] ....................................................................12 Hình 1. 4 - Mô hình thử nghiệm gia tăng áp lực đẩy nổi [33] ................................14 Hình 1. 5 - Mô phỏng số của kè trong quá trình thử kéo (Frissen 2002)[33] .........15 Hình 1. 6- Mặt cắt điển hình đê chắn sóng [30] ......................................................16 Hình 1. 7- Mặt cắt đề xuất sử dụng vật liệu asphalt [21] ........................................16 Hình 1. 8- Mặt cắt đê truyền thống và đê sử dụng vật liệu asphalt [21] .................17 Hình 1. 9- Đê biển phía Tây Nam Hà Lan sử dụng vữa asphalt chèn đá bazan[33] .........................................................................................................17 Hình 1. 10- Thiết bị rải san đầm vật liệu asphalt trên mái nghiêng [28] ................19 Hình 1. 11- Thiết bị vận chuyển và trạm trộn di động chuyên dụng [10] ..............19 Hình 1. 12- Thiết bị đo độ nhớt Kerkhoven[31] .....................................................23 Hình 1. 13- Biểu đồ để dự tính mô đun độ cứng của vật liệu hỗn hợp có bitum[17] .........................................................................................................32 Hình 1. 14- Biểu đồ xác định mô đun độ cứng của bitum (Van de Poel)[17] .......33 Hình 2. 1- Xác định tải trọng trục bánh xe ..............................................................52 Hình 3. 1- Sơ đồ kế hoạch thực nghiệm ..................................................................59 Hình 3. 2 - Một số trang thiết bị dụng cụ thí nghiệm ..............................................61 Hình 3. 3- Một số hình ảnh quá trình thí nghiệm chiều sâu thâm nhập ..................65 Hình 3. 4- Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu thâm nhập với kích thước đá hộc và độ nhớt, dạng 2D .............................................................................................68
-viii- Hình 3. 5- Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu thâm nhập với kích thước đá hộc và độ nhớt, dạng 3D .............................................................................................68 Hình 3. 6- Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu thâm nhập với kích thước đá hộc ứng với các độ nhớt khác nhau .......................................................................69 Hình 3. 7- Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu thâm nhập với độ nhớt hỗn hợp asphalt ứng với các loại kích thước đá hộc khác nhau ....................................70 Hình 3. 8- Một số hình ảnh trong quá trình đúc mẫu thí nghiệm trong phòng .......73 Hình 3. 9 - Một số hình ảnh quá trình thí nghiệm mô đun đàn hồi trong phòng .........................................................................................................................75 Hình 3. 10 - Biểu đồ tương quan giữa nhiệt độ thí nghiệm và mô đun đàn hồi trong phòng .....................................................................................................76 Hình 3. 11- Hê thống chất tải bằng máy đào ..........................................................78 Hình 3. 12- Kích thủy lực sử dụng đo mô đun đàn hồi hiện trường .......................78 Hình 3. 13- Tấm ép cứng sử dụng đo mô đun đàn hồi hiện trường ........................79 Hình 3. 14- Đồng hồ đo biến dạng tại hiện trường .................................................79 Hình 3. 15 - Sơ đồ bố trí các điểm đo mô đun đàn hồi tại hiện trường ..................82 Hình 3. 16- Chi tiết cấu tạo các lớp kết cấu mái đê biển ........................................83 Hình 3. 17 - Biểu đồ tương quan giữ nhiệt độ và mô đun đàn hồi tại hiện trường .........................................................................................................................86 Hình 3. 18 - Biểu đồ tương quan giữa nhiệt độ với mô đun đàn hồi trong phòng và mô đun đàn hồi hiện trường .......................................................................87 Hình 3. 19 - Biểu đồ tương quan giữa mô đun đàn hồi trong phòng và mô đun đàn hồi hiện trường .........................................................................................88 Hình 3. 20 - Biểu đồ tán xạ giữa Eht và Etp .............................................................89 Hình 3. 21- Đường biểu diễn mối liên hệ giữa mô đun đàn hồi hiện trường và mô đun đàn hồi trong phòng ...........................................................................91
-ix- Hình 4. 1- Vị trí đoạn đê biển nghiên cứu...............................................................94 Hình 4. 2- Hiện trạng hư hỏng đê biển Cồn Tròn - Hải Hậu [10]...........................94 Hình 4. 3- Đoạn đê sau thi công thử nghiệm ..........................................................95 Hình 4. 4- Quan hệ chiều dày, phản lực nền, độ cao sóng tiêu chuẩn, mái dốc đê đối với lớp gia cố bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc [31] ..................................................................................................................97 Hình 4. 5 - Biều đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất tác dụng lên mái dốc ...............98 Hình 4. 6- Biểu đồ áp lực sóng phân bố đều trên mặt cắt .......................................99 Hình 4. 7- Biến dạng lớp gia cố bằng hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc [32]....101 Hình 4. 8- Sơ đồ tính toán kiểm tra tác động của sóng dội [32] ...........................101 Hình 4. 9- Sơ đồ áp lực đẩy nổi dưới đáy lớp gia cố asphalt [31] ........................104 Hình 4. 10- Kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc [10] ..........................................................................................107 Hình 4. 11- Sơ đồ bố trí tổng thể mặt bằng thi công [10] .....................................108 Hình 4. 12- Mặt bằng bố trí các điểm thí nghiệm rút viên đá [10] .......................109 Hình 4. 13- Cân khối lượng viên đá hộc và thí nghiệm rút viên đá hộc [10] .......110
-x- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1- Sản lượng sử dụng asphalt cho các công trình đê biển trên thế giới[10] ............................................................................................................18 Bảng 1. 2- Bảng quan hệ giữa chiều cao sóng và chiều dày lớp vật liệu hỗn hợp[31] ............................................................................................................18 Bảng 1. 3- Kết quả thí nghiệm độ nhớt của hỗn hợp asphalt [10] ..........................24 Bảng 1. 4- Đặc trưng tính toán của hỗn hợp đá nhựa [1] ........................................29 Bảng 1. 5 - Đặc trưng tính toán của các loại vật liệu [1] ........................................30 Bảng 2. 1- Ma trận thực nghiệm theo mô hình bậc hai (5 thí nghiệm ở tâm) .........44 Bảng 2. 2- Giá trị cánh tay đòn d ............................................................................44 Bảng 2. 3- Các thông số của trục sau xe đo tiêu chuẩn...........................................52 Bảng 3. 1- Khoảng biến thiên của các biến .............................................................59 Bảng 3. 2- Ma trận kế hoạch hóa thực nghiệm .......................................................60 Bảng 3. 3- Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý của cát vàng [10] ..................62 Bảng 3. 4- Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của bột đá [10] ...........................63 Bảng 3. 5- Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý bitum [10] ............................63 Bảng 3. 6- Kết quả thí nghiệm đá hộc[10] ..............................................................64 Bảng 3. 7- Cấp phối hỗn hợp asphalt [10] ..............................................................64 Bảng 3. 8- Kết quả thí nghiệm chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt .............66 Bảng 3. 9- Mô hình và kết quả phân tích ANOVA với hàm mục tiêu là chiều sâu thâm nhập hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc (ℓ) ................................67 Bảng 3. 10 - Bảng tra chiều sâu thâm nhập hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc ...................................................................................................................71 Bảng 3. 11- Tổng hợp giá trị thí nghiệm mô đun đàn hồi trong phòng ..................76 Bảng 3. 12- Tổng hợp kết quả đo mô đun đàn hồi chung hiện trường ...................83
-xi- Bảng 3. 13- Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi của lớp kết cấu bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc .........................................................................84 Bảng 3. 14- Tổng hợp kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi hiện trường Eht của lớp kết cấu bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc .........................85 Bảng 4. 1- Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu chất lượng của hỗn hợp asphalt [10] .......................................................................................................................108 Bảng 4. 2- Kết quả thí nghiệm rút viên đá khỏi khối đổ tại hiện trường [10] ......110
-1- MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Nước ta có trên 3260 km bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam với hệ thống đê biển đã được hình thành củng cố qua nhiều thời kỳ. Hệ thống đê biển là tài sản quý của Quốc Gia, là hạ tầng cơ sở quan trọng đối với sự phát triển ổn định kinh tế, xã hội, quốc phòng và an ninh [10]. Đê biển là loại công trình quan trọng, dù nó không quá phức tạp về mặt kết cấu, nhưng có những đặc điểm riêng. Đó là chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều cao, đi qua nhiều dạng địa hình địa chất khác nhau, được hình thành trong thời gian dài với nhiều công nghệ thi công không giống nhau. An toàn và hiệu quả của đê biển phụ thuộc rất lớn vào điều kiện tự nhiên (nhất là địa chất nền và tác động của các yếu tố thủy hải văn, sóng biển), hoạt động của con người. Sự cố với đê biển có thể xảy ra bất ngờ cả về thời gian và không gian. Do chuẩn thiết kế ở mức độ nhất định mà thực tế có thể xảy ra vượt thiết kế, thiết kế chưa tính hết, hình thức công trình chưa phù hợp, thi công chưa đảm bảo chất lượng ở đâu đó, công tác duy tu bảo dưỡng chưa tốt, hỏng dần theo thời gian… An toàn và hiệu quả của đê biển trong bảo vệ đất đai, dân cư, kinh tế và phòng chống thiên tai (nhất là nước biển dâng, sóng bão, xói lở bờ bãi, biển xâm lấn…) phụ thuộc rất nhiều vào quy mô, độ bền về cường độ về ổn định trượt, biến dạng của các bộ phận tạo nên đê, các công trình trong đê biển, trên đê biển, trong đó có kết cấu bảo vệ mái đê biển. Các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, ngoài vật liệu truyền thống như: đá hộc, bê tông, bê tông cốt thép..., đã nghiên cứu ứng dụng loại vật liệu bitum điển hình nhất là Hà Lan đã sử dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc từ những năm 1960. Loại vật liệu đó vẫn bền vững cho đến ngày nay. Nếu biết thừa hưởng những nghiên cứu trên ở các nước phát triển để nghiên cứu kết cấu bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam là cần thiết. Ở Việt Nam do thay đổi về điều kiện thủy lực, thủy văn, vật liệu xây dựng, công nghệ thi công… nên việc nghiên cứu sẽ theo hướng kế thừa những kết quả nghiên cứu của các nước phát triển và điều chỉnh cho phù hợp. Qua các kết quả nghiên cứu của các nước trên thế giới và đề tài KHCN cấp nhà
-2- nước, mã số ĐTĐL.2012-T/06 “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu hỗn hợp để gia cố đê biển chịu được nước tràn qua do sóng, triều cường, bão và nước biển dâng” đã cho thấy tính khả thi và sự phù hợp của loại vật liệu này. Tuy nhiên trong đề ĐTĐL.2012- T/06 vẫn còn nhiều vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu, trong đó có hai nội dung chính mà NCS muốn tiếp tục đi sâu vào nghiên cứu hoàn thiện. Thứ nhất: Theo nghiên cứu ở ngoài nước, chiều sâu thâm nhập hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc hiện chưa có công thức tính toán hoặc việc xác định chiều sâu thâm nhập bằng kết quả thí nghiệm sẽ mất rất nhiều thời gian. Một vấn đề nữa là trong tính toán cấp phối của vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc, việc xác định độ nhớt của hỗn hợp asphalt vẫn lấy theo kinh nghiệm. Vì vậy, tác giả tiến hành nghiên cứu thiết lập quan hệ giữa chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt với kích thước đá hộc và độ nhớt hỗn hợp asphalt. Qua đó xác định được chiều sâu thâm nhập và độ nhớt phục vụ tính toán thiết kế, thi công ứng dụng loại vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc cho kết cấu bảo vệ mái đê biển. Thứ hai: Ở nước ngoài, theo [31] chiều dày của lớp gia cố được tính bằng hai phương pháp là tra biểu đồ hoặc công thức giải tích. Ở Việt Nam nghiên cứu [10] đã sử dụng phương pháp tra biểu đồ. Theo đó, việc tính toán rất thuận lợi, nhưng kết quả có độ chính xác không cao. Để hoàn thiện tiếp phương pháp tính toán chiều dày lớp 5 27 1 𝑝 𝑠 gia cố (h) bằng công thức giải tích h = 0,75. √ . . ( )4 . ( ) [31], cần phải xác 16 (1−𝜈2 ) 𝜎𝑏 𝑐 định được giá trị mô đun độ cứng (S), là một chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc. Vì vậy tác giả sẽ nghiên cứu phương pháp tính toán, thí nghiệm xác định mô đun độ cứng (S). Với những lý do nêu trên, tác giả đề xuất tên luận án: “Nghiên cứu xác định chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc và mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt với kích thước đá hộc và độ nhớt hỗn hợp asphalt cho kết cấu bảo vệ mái đê biển Việt Nam. Thiết lập mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng
-3- vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc ở trong phòng thí nghiệm và hiện trường. Chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt và mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển kiểm tra, tính toán trên mô hình áp dụng thực tế. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là kè đá hộc bảo vệ mái đê phía biển, dạng mái nghiêng m = 3 ÷ 4 các tỉnh phía Bắc. Phạm vi nghiên cứu là sự thâm nhập của hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc và một số chỉ tiêu cơ học của vật liệu và kết cấu. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước về xây dựng công thức thực nghiệm xác định chiều sâu thâm nhập và mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển. Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và hiện trường về chiều sâu thâm nhập, độ nhớt hỗn hợp asphalt, kích thước đá hộc, mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển theo các tiêu chuẩn hiện hành trong nước và Quốc tế, đồng thời kết hợp với các phương pháp phi tiêu chuẩn để có những kết quả chính xác, là cơ sở chứng minh cho những nhận định, luận điểm mà lý thuyết đưa ra. Phương pháp chuyên gia: Tổ chức hội thảo khoa học và các cuộc họp có phản biện, bao gồm các nhà khoa học có hiểu biết chuyên sâu về chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy đến họp, cho ý kiến góp ý, đánh giá, phản biện kết quả nghiên cứu. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Về khoa học: Luận án đã nghiên cứu làm rõ mối quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu, để xác định chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc và mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển. Về thực tiễn: Góp phần hoàn thiện phương pháp xác định chiều sâu thâm nhập, độ nhớt của hỗn hợp asphalt và mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển, phục vụ cho việc tính toán chiều dầy lớp kết cấu bảo vệ mái, thiết kế cấp phối và thi công kè bảo vệ mái đê biển bằng đá hộc có sử dụng hỗn hợp asphalt ở Việt Nam.
-4- 6. Những đóng góp mới của luận án (1) Luận án đã xây dựng phương pháp luận và thiết lập công thức thực nghiệm xác định chiều sâu thâm nhập của hỗn hợp asphalt vào khe rỗng đá hộc, công thức (3.3). (2) Luận án đã xây dựng phương pháp luận và thiết lập công thức thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi của kết cấu bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc, công thức (3.7).
-5- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN BẰNG VẬT LIỆU HỖN HỢP ASPHALT CHÈN TRONG ĐÁ HỘC 1.1. Khái quát chung về đê biển và kè bảo vệ mái 1.1.1. Khái quát chung Việt Nam là một quốc gia năm trong khu vực ổ bão tây bắc Thái Bình Dương với đường bở biển dài. Hệ thống đê biển của nước ta đã được hình thành từ rất sớm, là minh chứng cho quá trình chống chọi với thiên nhiên không ngừng của người Việt Nam. Hệ thống đê biển đã được xây dựng, bồi trúc và phát triển qua nhiều thế hệ với vật liệu chủ yếu là đất và đá lấy tại chỗ do người địa phương tự đắp bằng phương pháp thủ công. Theo xu thế phát triển hiện nay, vùng ven biển nước ta sẽ là một vùng kinh tế trọng điểm năng động và ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng. Do vậy, phải xây dựng tuyến đê biển kết hợp đa mục tiêu vừa phòng chống thiên tai, ngăn lũ, kiểm soát mặn, bảo đảm an toàn dân sinh, kinh tế cho vùng đê bảo vệ, đồng thời kết hợp là tuyến đường giao thông ven biển quan trọng phục vụ phát triển kinh tế, du lịch, an ninh quốc phòng. Tạo tiền đề thúc đẩy phát triển kinh tế, đảm bảo phát triển bền vững khu vực ven biển. Đê biển là loại công trình quan trọng, tuỳ thuộc vào quy mô và tính chất của khu vực tuyến đê bảo vệ mà được phân thành 5 cấp [7]. Cấp công trình đê biển là căn cứ để xác định các yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân thủ theo các mức khác nhau phù hợp với quy mô và tầm quan trọng của công trình đê biển, là cơ sở và căn cứ pháp lý để thiết kế và quản lý đê biển. Cấp thiết kế công trình đê biển cũng là cấp công trình đê biển. Căn cứ vào điều kiện dân sinh kinh tế và môi trường, địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn, hải văn… để lựa chọn vị trí tuyến đê, hình dạng tuyến đê và hình dạng mặt cắt đê biển. Căn cứ vào đặc điểm hình học của mái đê phía biển, mặt cắt đê biển được chia thành 3 loại chính là đê mái nghiêng, đê tường đứng và đê hỗn hợp (trên nghiêng dưới đứng hoặc trên đứng dưới nghiêng). Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, thủy hải văn, vật liệu xây dựng, điều kiện thi công và yêu cầu sử dụng để chọn dạng mặt cắt đê biển phù hợp. Hình 1.1 giới thiệu 8 dạng mặt cắt điển hình [7].
-6- Hình 1. 1- Các dạng mặt cắt ngang đê biển [7] Để đảm bảo an toàn và hiệu quả của đê biển, việc tính toán lựa chọn quy mô, hình thức xử lý nền, hình dạng mắt cắt và vật liệu sử dụng cho thân đê, các công trình qua thân đê, các công trình trên đê trong đó có hình thức kè bảo vệ mái đê biển là vô cùng quan trọng. Kè bảo vệ mái có 3 bộ phận chính: Đỉnh kè (thường có tường đỉnh), thân kè và chân kè. Kè có rất nhiều loại cấu tạo khác nhau (cứng-mềm; bê tông - đá xây - đá đổ - đá lát khan - đá chít mạch; đổ tại chỗ - lắp ghép; phối hợp). 1.1.2. Các dạng kết cấu bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam Hệ thống đê biển của nước ta hiện tại đang sử dụng phổ biến các dạng kết cấu bảo vệ mái, bao gồm: Trồng cỏ (1); Đá hộc thả rối (2); Đá hộc lát khan (3); Đá hộc xây (4); Thảm rọ đá (5); Tấm bê tông đúc sẵn, ghép rời (6); Tấm bê tông đúc sẵn, liên kết mảng (7); Hỗn hợp nhiều loại (8)…[7]. Một số hình ảnh kết cấu mái đê biển như hình 1.2.
-7- a. Giá cố mái bằng trồng cỏ tuyến đê biển b. Đá hộc thả rối, đê biển Cát Hải Hải Phòng Đồng Môn Hà Tĩnh c.Đá lát khan, giữ bằng khung đá xây đê biển d.Đá xây chia ô, đê biển Hải Thịnh II Hải Hậu, Nam Định Nam Định e.Thảm rọ đá đê biển Lạch Vạn Nghệ An f.Cấu kiện bê tông đúc sẵn ghép rời g.Cấu kiện bê tông đúc sẵn, liên kết mảng đê biển Nghĩa Phúc Nam Định Hình 1. 2- Một số hình ảnh kết cấu bảo vệ mái đê biển Việt Nam [11],[12]