Bài báo giới thiệu kinh nghiệm khi thiết kế, thi công nâng cấp các tuyến đê thuộc dự án Thượng Mỹ Trung. Đây là một dự án có diện tích hơn 4188 ha, phức tạp về đặc điểm tự nhiên và đặc điểm xã hội do trải dài trên địa giới hành chính của 2 huyện Quảng Ninh và Lệ Thủy.
Vùng dự án là vùng trũng nhất nằm ở trung tâm của lưu vực sông Nhật Lệ - Kiến Giang, rốn trũng là phá Hạc Hải vì vậy địa chất nền là đất yếu, cộng thêm với sự phức tạp của đặc điểm địa hình, thủy văn, dòng chảy làm cho công tác thiết kế, thi công đê gặp rất nhiều khó khăn.
Để xây dựng các công trình này, đơn vị tư vấn đã áp dụng nhiều công nghệ mới trong lĩnh vực Thủy Lợi như công nghệ đất có cốt, công nghệ Jet Grouting...vv kết hợp với các công nghệ truyền thống nhằm mục tiêu làm giảm giá thành xây dựng công trình.
Trong khuôn khổ bài báo này giới thiệu một số kinh nghiệm thiết kế, thi công trên tuyến đê có chiều dài lớn. Trong đó, có loại đắp mới hoàn toàn, có loại được nâng cấp trên cơ sở những tuyến đê do người dân tự đắp để sản xuất với đặc điểm đê thấp, mặt cắt nhỏ và được đắp bằng đất tại chỗ trong nhiều năm.
I. Tổng quan về dự án
1.1 Giới thiệu chung
Dự án Thượng Mỹ Trung nằm trải dài trên địa giới hành chính của 2 huyện Quảng Ninh và Lệ Thuỷ - tỉnh Quảng Bình. Dự án có toạ độ địa lý từ 170 15' 20'' đến 170 19' 30'' vĩ độ Bắc và từ 1060 42' 00'' đến 1060 45' kinh độ Đông. Phía bắc giáp đập Mỹ Trung, phía nam giáp đường Cam Liên, phía Tây giáp Hói Sỏi, Hói Đò, Hói An Sơn và sông Kiến Giang, phía đông giáp đường quốc lộ 1A.
Mục tiêu của dự án nhằm: (1) giải quyết công tác Thủy Lợi nội đồng nhằm đưa nước tưới vào ruộng, đảm bảo tốt nhiệm vụ tưới tiêu;(2) Xây dựng mới và nâng cấp toàn bộ hệ thống đảm bảo khả năng phòng chống tác động của thiên tai như ngăn lũ tiểu mãn, lũ sớm ngăn mặn cho vùng chuyên canh lúa; (3) Trả lại môi trường tự nhiên cho phá Hạc Hải để tổ chức khai thác nguồn lợi Thủy Hải Sản, tạo điều kiện để nhân rộng mô hình sản xuất lúa và nuôi trồng Thủy sản cho vùng trong đê đồng thời cải thiện chất lượng đất canh tác, khắc phục tình trạng ô nhiễm nước.
Để đạt được mục tiêu trên, dự án đã xây dựng một hệ thống đê bao quanh 11 tiểu vùng với chiều dài 82,3 km đê được thiết kế có khả năng cho nước tràn. Cạnh đó, một hệ thống gồm 40 trạm bơm (15 trạm xây mới, 25 trạm nâng cấp) cùng với hệ thống tưới và tiêu đã được xây dựng đồng bộ kết hợp với hệ thống 94 cống dưới đê và 3 cống lớn gồm Hói Đại, Hạc Hải 1 và Hạc Hải 2 làm nhiệm vụ điều tiết nước thành hệ thống công trình khép kín hoàn chỉnh.
1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất
Vùng dự án phân bố dọc theo hạ du sông Kiến Giang, địa hình có dạng lòng chảo, vùng ven sông có cao độ phổ biến từ 1 m ÷ 3.5 m, thấp dần về phía sông Kiến Giang và phá Hạc Hải có cao độ phổ biến từ - 0.5 m ÷ + 0.5 m. Địa hình vùng dự án bị chia cắt nhiều bởi các sông, hói... Đây là vùng chịu ảnh hưởng của thiên tai một cách trực tiếp và toàn diện trên các mặt úng, hạn, lũ, mặn.
Địa chất công trình ở vùng dự án là đất yếu, lớp trầm tích chứa bùn nhiều. Các lớp đất được hình thành từ bề mặt đến độ sâu 10 mét, chủ yếu có 2 lớp đất.
· Lớp đất 1 (Lớp trên bề mặt): Đất sét dạng bùn, chứa tạp chất hữu cơ và xác ngao, sò, ốc, hến. Màu xám đen, xám xanh, có nguồn gốc trầm tích sông biển (amQIV3). Lớp đất có kết cấu xốp, trạng thái chảy, cường độ kháng cắt rất thấp (Ctb = 0.02÷0.06 kg/cm2; Fitb = 3030'÷50). Tính nén lún lớn a = 0.038÷0.061 cm2/kg. Cường độ chịu tải rất thấp E0 = 2.6÷3.2 kg/cm2. Được hình thành trên toàn bộ bề mặt của vùng dự án với bề dày từ 4.0 ÷10 m. Một số khu vực ven phá Hạc Hải và phần tiếp giáp với sông Kiến Giang lớp đất có kết cấu rất xốp. Cường độ kháng cắt rất thấp.
Lớp đất 2: Chủ yếu là đất sét có chứa ít sỏi nhỏ đến đất sét cát, màu vàng nhạt sẩm nâu. Kết cấu chặt vừa, trạng thái dẻo cứng đến cứng. Nguồn gốc trầm tích thềm bậc I sông biển (amQIV1-2). Cao trình bề mặt của lớp được hình thành không đồng đều. Mặt lớp cách mặt đất tự nhiên từ 4.0 ÷10.0 m. Đặc điểm của lớp đất có kết cấu chặt vừa, trạng thái dẻo cứng đến cứng. Lực dính kết lớn C = 0.20÷0.70 kg/cm2. Góc ma sát trong trung bình Fi = 60÷150. Hệ số nén lún vừa a = 0.023÷0.048cm2/kg . Cường độ kháng nén trung bình E0 = 23.4÷37.0 kg/cm2. Hệ số thấm nước nhỏ k = 10÷5 cm/s. Do lớp đất được hình thành cách mặt đất tương đối sâu, nên ít được sử dụng để làm nền trực tiếp công trình.
1.3 Phương án thiết kế, thi công công trình
Với những đặc điểm địa hình, địa chất, dòng chảy … như đã nêu trên, đơn vị tư vấn đã đề xuất các giải pháp thiết kế đê phù hợp với đặc điểm của từng khu vực trong vùng dự án. Theo đó, có 3 giải pháp thiết kế cho 3 đối tượng: (1) Đê nâng cấp mở rộng, (2) Đê vùng cát;(3) Đê đắp mới trên nền đất yếu. Ứng với mỗi giải pháp thiết kế, có các phương án thiết kế mặt cắt đê phù hợp. Các mặt cắt đê điển hình [3]:
a. Đê nâng cấp mở rộng
c. Đê đắp mới trên nền đất yếu
II. Kinh nghiệm thiết kế, thi công đê
2.1 Về công tác khảo sát địa hình, địa chất
Như đã nói ở trên, vùng dự án có đặc điểm địa hình phức tạp, địa bàn trải dài trên diện rộng do đó các tài liệu khảo sát địa hình, địa chất chưa phản ánh đầy đủ và chính xác đặc điểm của vùng. Tài liệu thiết kế giai đoạn trước là tài liệu NCKT vì vậy khi sử dụng cho giai đoạn BVTC chỉ đáp ứng được ở một mức độ nào đó.
Địa chất các tuyến đê là đất yếu, thường xuyên bị ngập lụt, nên xảy ra nhiều biển đổi cục bộ. Theo báo cáo khảo sát địa chất, khoảng cách giữa các lỗ khoan là 100 ÷ 200 m/1 lỗ khoan, thậm chí có tiểu vùng chỉ có 3 lỗ khoan. Các khoảng cách này là rất thưa, nếu giữa các lỗ khoan có sự biến đổi cục bộ địa chất thì cũng không thể đánh giá được. Thực tế hiện tượng lún cục bộ ở tiểu vùng 3, 9 đã chứng tỏ điều đó.
Do địa bàn rộng, công tác khảo sát địa hình chuẩn bị không kỹ dẫn đến việc khảo sát thiếu một số hạng mục. Mặt khác do địa hình tuyến đê được khảo sát từ năm 2007, đến năm 2011 mới tiến hành thi công đắp đê. Trải qua thời gian 5 năm, với sự biến đổi khí hậu, thủy văn dòng chảy và chịu tác động của những trận lụt lịch sử (đặc biệt lũ năm 2010), do đó địa hình ở các tuyến đê đã có nhiều sự biến đổi so với khảo sát ban đầu. Thực tế, việc khảo sát lại địa hình ở một số gói thầu thi công như gói thầu 23, 25 cho thấy địa hình thấp hơn so với khảo sát ban đầu trung bình 20 ÷ 25 cm. Cá biệt có nơi đến 40 cm.
Bài học rút ra ở đây là công tác khảo sát địa hình, địa chất cần được quan tâm, xem xét kỹ lưỡng hơn. Trên địa bàn rộng, địa chất phức tạp đòi hỏi công tác khảo sát địa hình, địa chất phải được lập kế hoạch chi tiết, rõ ràng, tiến hành khảo sát theo từng bước, từng khu vực. Để tránh khảo sát thiếu khối lượng gây khó khăn cho công tác tư vấn.
Việc áp dụng tiêu chuẩn khảo sát địa chất 14TCN 195-2006 là không thích hợp đối với đất yếu. Cần phải có tiêu chuẩn khảo sát riêng cho việc khảo sát công trình trên đất yếu, do Các tuyến đê thường rất dài, đi qua nhiều vùng có điều kiện địa chất nền khác nhau nhưng nếu áp dụng tiêu chuẩn trên thì khoảng cách giữa các hố khoan quá xa dẫn đến không phát hiện được các lớp đất yếu, các túi bùn bị che phủ bởi các lớp đất mỏng tương đối tốt ở trên.
2.2 Về công tác chọn giải pháp thiết kế
Khi chọn giải pháp thiết kế cần chú ý phân các loại đê: (1) Đê nâng cấp; (2) Đê làm mới….vv. Ngoài ra cần dựa vào điều kiện địa hình, địa chất để có ứng xử thích hợp. Đối với đê qua nền đất yếu cần tính toán giới hạn đắp cho phép và tình hình thực tế để phân đoạn cần xử lý và đoạn không cần xử lý từ đó có giải pháp thiết kế thích hợp.
2.3 Về công tác tham vấn cộng đồng
Do vùng dự án trải dài trên hai Huyện, do vậy ngoài sự phức tập về đặc điểm công trình, còn là sự phức tạp về mặt xã hội.
Nhận thức và ứng xử của nhân dân mỗi địa bàn khác nhau đều có sự khác nhau gây khó khăn cho công tác tham vấn cộng đồng phục vụ thiết kế.
Trong quá trình triển khai thi công, các địa phương thuộc vùng dự án thường xuyên có công văn đề nghị bổ sung, điều chỉnh một số hạng mục nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng công trình và phù hợp với địa bàn. Chính vì vậy, quá trình triển khai thi công gặp nhiều trở ngại về thời gian, kinh phí.
Vì vậy, để một dự án được tiến hành suôn sẻ, phục vụ được tối đa lợi ích của người dân, thì công tác tham vấn cộng đồng phải được tiến hành kịp thời, đúng thời điểm ngay từ lúc bắt đầu dự án cho đến khi hoàn thành việc đề xuất các giải pháp, phương án công trình. Công tác tham vấn phải đảm bảo được đi sâu đi sát vào cộng đồng, để trực tiếp lắng nghe ý kiến đóng góp của chính quyền địa phương và người dân, cũng đồng thời chỉ ra những cái đúng, cái sai trong ý kiến cùa họ và lợi ích mà dự án mang đến cho họ. Có như vậy, công tác tham vấn công đồng mới được thành công tốt đẹp và dự án mới đạt được hiệu qủa tối đa của mục đich đầu tư.
2.3 Về phương pháp tính toán
2.3.1 Bài học về chọn cao trình đỉnh đê hợp lý: Việc tính toán cần phải xem xét kỹ từng yếu tố. Cân nhắc xem yếu tố nào là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất ở khu vực, yếu tố nào là yếu tố thứ yếu. Qua đó, cuối cùng là chọn được phương pháp tính các yếu tố như: sóng, mực nước… thích hợp.
2.3.2 Bài học về chọn phần mềm và mô hình vật liệu: Phần lớn các bài toán xây dựng công trình trên nền đất yếu là những bài toán có điều kiện biên phức tạp. Đặc biệt nó đều liên quan đến đối tượng kết cấu khác, ngoài đất. Vì vậy nên chọn những phần mềm địa kỹ thuật thương mại có khả năng mô phỏng nhiều đối tượng kết cấu, ví dụ: Phần mềm Plaxis ..vv. Việc tính toán ở công trình Thượng Mỹ Trung sử dụng phần mềm Plaxis.
Ban đầu với số liệu địa chất như đã được cung cấp, việc tính toán dự định sử dụng mô hình Mohr-Coulomb để mô phỏng đất yếu, đất đắp và dùng mô hình “vải địa kỹ thuật” với các thông số chống kéo EA, EI. Tuy nhiên khi chạy chương trình, hầu hết mới hết pha đắp thứ 1 sang pha đắp thứ 2, đều bị báo lỗi “đất bị phá hoại” và chương trình tự động dừng lại. Không riêng dự án Thượng Mỹ Trung, nói chung các dự án khác việc mô phỏng đất yếu bằng mô hình Mohr-Coulomb đều có những hạn chế nhất định. Trong dự án này, sau đó việc mô phỏng đất yếu đã sử dụng mô hình SSC (Soft Soil Creep). Tuy nhiên, vì thông số khảo sát địa chất không đáp ứng được đầy đủ. Vì vậy, dự án đã tham khảo thêm tài liệu của công trình tương tự và sử dụng một số công thức kinh nghiệm của nước ngoài [1]. Kết quả đo đạc tại các mặt cắt tính toán cho thấy có thể chấp nhận được (độ lún tính toán DTT = 0,56 m so với độ lún đo đạc DQT = 0,48 m). Bài học ở đây là đối với đất yếu nên sử dụng mô hình vật liệu phi tuyến để mô phỏng sự làm việc. Tuy nhiên, tùy thuộc loại đất mà cân nhắc nên sử dụng loại mô hình vật liệu SS (Soft Soil) hay SSC (Soft Soil Creep) cho thích hợp. Lưu ý rằng, việc chọn loại mô hình nào để tính toán sẽ liên quan đến yêu cầu khảo sát địa chất ngay từ đầu.
2.4 Về triển khai bản vẽ thi công
Theo thiết kế ban đầu, chỉ có một số đường thi công (có những tuyến đường thi công phục vụ nhiều tiểu vùng). Tuy nhiên, do khối lượng lớn, tiến độ ADB yêu cầu gấp, Ban QLDA đã mời một số lượng lớn nhà thầu thi công để đáp ứng yêu cầu về tiến độ. Do vậy, phải bổ sung và nâng cấp thêm một số tuyến đường thi công. Vì vậy, trong công tác thiết kế cần tính toán kỹ và bố trí hợp lý đường thi công hợp lý đảm bảo cho xe, máy đi lại thuận tiện mà không làm ảnh hưởng đến tiến độ và chất lượng công trình.
Một số tính toán phục vụ cho công tác thiết kế, ví dụ như tính toán xử lý nền bằng cọc tre… Theo tiêu chuẩn, việc thiết kế cọc tre ban đầu bằng các công thức tính toán chỉ mang tính chất dự kiến. Trước khi thi công cần phải thực hiện thí nghiệm nén tĩnh để xác định chính xác khối lượng cọc tre cần phải xử lý. Do vậy, khi triển khai thi công ngoài thực tế, số lượng cọc tre xử lý nền có thể thay đổi so với tính toán ban đầu. Vì vậy, trong bản vẽ thi công, cần lưu ý đến vấn đề này và có hướng dẫn cụ thể để quá trình thi công được triển khai thuận lợi và có cơ sở cho việc nghiệm thu khối lượng thi công.
Trong quá trình thi công, đơn vị thi công, giám sát chưa thực hiện đúng theo một số chỉ dẫn kỹ thuật. Vì đây là công nghệ mới, các đơn vị này mới được tiếp xúc lần đầu. Vì vậy, các chỉ dẫn kỹ thuật trong các thuyết minh, bản vẽ cần được trình bày rõ ràng, dễ hiểu và phải đảm bảo các bên liên quan nắm bắt được hết trước khi triển khai bản vẽ thi công.
2.5 Về công tác giám sát tác giả
Trong suốt thời gian thi công công trình, cán bộ của đơn vị tư vấn phải thực hiện tốt nhiệm vụ giám sát tác giả. Đặc biệt là phải kịp thời có mặt tại hiện trường khi có sự cố xẩy ra. Phối hợp chặt chẽ với chủ đầu tư các bên liên quan xử lý ngay sự cố với phương châm “ trước hết công trình phải an toàn” mọi vấn đề khác xem xét sau.
Các vấn đề khác như bổ sung hạng mục, điều chỉnh thiết kế cho hợp lý với điều kiện thi công cần quyết định nhanh chóng thậm chí có thể bàn bạc quyết định ngay trên thực địa nhằm mục tiêu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng và tiến độ dự án.
III. Kết luận
Trong quá trình thiết kế cũng như trong khi đi tham vấn cộng đồng tại khu vực dự án. Các cán bộ thiết kế đã nhận được nhiều ý kiến phản ánh, của người dân cũng có, của cán bộ cũng có và đặc biệt là của một số cán bộ công tác trong ngành Thủy Lợi Quảng Bình lâu năm, trong số đó có cả những người đã nghỉ công tác. Các ý kiến đó đều hoài nghi và cho rằng không thể thi công được con đê với quy mô như thế ở Thượng Mỹ Trung.
Tuy nhiên, cho đến nay hầu hết các tuyến đê đã được thi công xong. Có nhiều tuyến đê đã được thử thách trong trận lũ lịch sử năm 2010. Đến nay, mặc dù còn nhiều vấn đề cần phải tổng kết rút kinh nghiệm, nhiều vấn đề cần phải được kiểm chứng qua thời gian. Tuy vậy, phải công nhận rằng đây là dự án thành công đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và tiến độ do ADB đề ra.
TS. Phùng Vĩnh An
ThS Nguyễn Thu Nga
