. Hình 1: Hình ảnh cấu kiện công trình Kè Đèn Đỏ-Tiền Giang (sáng chế số 178) Tuy nhiên, khi địa chất công trình mềm yếu hoặc một khối đắp mới chưa ổn định lún hay biến dạng cục bộ thì liên kết mảng tạo bởi các mặt bên nghiêng tiếp xúc nhau của cấu kiện bê tông trong mảng bê tông lắp ghép bị phá hoại cục bộ phát sinh khe hở tại các mặt bên tiếp giáp nhau, như trường hợp công trình kè Tân Châu - tỉnh An Giang, kè Mương Chuối - TP. Hồ Chí Minh. Hình 2: Hình ảnh phá vỡ liên kết mảng kè Tân Châu - An Giang (sáng chế số 178) Hình 3: Hình dạng phức tạp ván khuôn gia công đúc cấu kiện (sáng chế số 178) Nguyên nhân do liên kết hình thành trong mảng bê tông lắp ghép không có khả năng ngàm khóa chống chuyển vị gây trượt theo phương pháp tuyến với mặt phẳng mái, và chuyển vị xoay giữa các cấu kiện bê tông lắp ghép tiếp giáp nhau. Khi mái công trình bị lún hay biến dạng cục bộ, cấu kiện bê tông tại những vị trí này bị trượt theo các mặt nghiêng tiếp xúc và tách rời nhau, tạo ra khe hở giữa các cấu kiện bê tông, phá hủy liên kết tự chèn dẫn đến mất ổn định mái công trình, đặc biệt tại các điểm nút giao nhau giữa ba cấu kiện nếu đã phát sinh khe hở thì mảng bê tông lắp ghép không còn khả năng che kín nền chống lại các tác động xâm thực. Ngoài ra, kiểu dáng và hình thức liên kết của cấu kiện bê tông đúc sẵn lắp ghép phù hợp khi cấu kiện có chiều cao và trọng lượng đủ lớn, khả năng thoát nước giảm áp lực đẩy nổi hạn chế bởi các mặt bên nghiêng tiếp xúc nhau. Điểm hạn chế nữa là việc chế tạo gia công khuôn mẫu rất phức tạp, đòi hỏi phải có độ chính xác cao thì cấu kiện bê tông lắp ghép mới bảo đảm độ kín khít, điểm này cũng là điều bất lợi khi thi công công trình thường chịu tác động của mực nước dao động theo thủy triều, thời gian thi công không cho phép kéo dài. Hiện nay, thực trạng sạt lở bờ sông, bờ biển diễn ra ngày càng phức tạp, không còn tuân thủ theo quy luật tự nhiên do tác động của biến đổi khí hậu trên khắp các tỉnh thành cả nước. Đặc biệt, là các tỉnh ven biển miền Trung và ĐBSCL. Nhiều giải pháp KHCN trong và ngoài nước đã được ứng dụng triển khai vào trong lĩnh vực phòng chống sạt lở bờ sông, bờ biển. Điển hình là giải pháp kết cấu mảng bê tông lắp ghép 2 chiều, 3 chiều bảo vệ mái kè sông, kè biển. Tuy nhiên, dạng mảng bê tông lắp ghép hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế trong quá trình thiết kế, thi công và khai thác sử dụng công trình. Trước thực trạng hiện nay, chúng tôi đề xuất giải pháp mảng bê tông liên kết gài tự chèn ba chiều lắp ghép bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn có kiểu dáng và kết cấu tối ưu dùng để lát mái hay lát mặt các công trình phòng chống xâm thực của sóng, dòng chảy gây sạt lở bờ sông, bờ biển. Đặc biệt là công trình kè bảo vệ bờ có địa chất nền mềm yếu tại các tỉnh ven biển ĐBSCL. Ngoài ra, còn có thể ứng dụng giải pháp này để bảo vệ mái taluy của mố biên cầu, đường giao thông, lát nền và trang trí tại các công trình công cộng (công viên, vỉa hè, lề đi bộ, sân vườn.v.v.) hoặc dùng để chống nóng mái nhà dân dụng. Giải pháp đã được Cục sở hữu Trí tuệ cấp bằng độc quyền sáng chế số 7775 "Mảng bê tông liên kết gài tự chèn ba chiều dùng cho các công trình xây dựng” theo Quyết định số 12103/QĐ-SHTT ngày 15-06-2009 và đã được triển khai ứng dụng thành công tại các công trình kè sạt lở bờ sông, bờ biển các tỉnh phía nam như TP.Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu, Tiền Giang, Đồng Tháp… II. NỘI DUNG VÀ HIỆU QUẢ CỦA GIẢI PHÁP 2.1 Nội dung của giải pháp Để đạt được mục tiêu nêu trên, cấu kiện bê tông đúc sẵn lắp ghép tạo thành mảng bê tông theo giải pháp bao gồm phần thân cấu kiện là một khối trụ đặc có kiểu dáng là hình lăng trụ lục giác đều bị khuyết lõm bởi ba hình khối nửa trụ tròn đối xứng theo ba mặt bên không kề nhau, ba phần thể tích khuyết lõm của thân cấu kiện mục đích chính là tạo ra ba ngàm cấu kiện có tác dụng ngàm tạo liên kết với ba cấu kiện không kề nhau tiếp giáp nó. Tương ứng ba hình khối lăng trụ đặc đối xứng lồi hoàn toàn so với ba mặt bên không kề nhau của thân cấu kiện tạo thành chân cấu kiện có tác dụng gài tạo liên kết với ba cấu kiện không kề nhau tiếp giáp nó. Khác biệt ở chỗ, khi lắp ghép cấu kiện bê tông đúc sẵn theo nguyên tắc gài chân-ngàm thành mảng bê tông hoàn chỉnh thì liên kết tạo thành trong mảng bê tông lắp ghép là liên kết gài tự chèn ba chiều, chân cấu kiện là một hình khối lăng trụ đặc tiết diện hình thang cân nội tiếp hay nằm lọt hoàn toàn trong ngàm cấu kiện là một hình khối nửa trụ tròn rỗng tiết diện nửa hình tròn, ngàm cấu kiện có tác dụng như một khóa mềm khống chế toàn bộ chuyển dịch cho phép của chân cấu kiện. Hình 4: Hình dạng cấu kiện theo bằng độc quyền sáng chế số 7775 Nhờ kiểu dáng và khả năng tạo liên kết của ngàm cấu kiện, chân cấu kiện sau khi gài hoàn toàn vào trong ngàm cấu kiện thì ngoài khả năng tạo ra liên kết gài tự chèn ba chiều trong mảng bê tông, ngàm cấu kiện còn có tác dụng như một khóa mềm khóa chân cấu kiện, triệt tiêu hoàn toàn chuyển vị đứng gây trượt theo các mặt bên và chuyển vị xoay của cấu kiện, hướng chuyển vị tự do duy nhất của cấu kiện là hướng về phía mặt phẳng nền công trình. Vì vậy, khi nền công trình bị lún hay biến dạng cục bộ võng xuống thì các cấu kiện cũng chuyển vị theo và mảng bê tông lắp ghép cũng biến dạng mềm tương ứng theo mặt nền, hiện tượng trượt và xoay theo mặt bên của cấu kiện tạo ra khe hở tại các mặt bên tiếp giáp bị triệt tiêu hoàn toàn, nói cách khác là liên kết gài tự chèn ba chiều trong mảng bê tông lắp ghép không bị phá hủy, nền công trình luôn được che kín chống lại mọi tác động xâm thực gây mất ổn định cho công trình. Mặt khác, ngàm cấu kiện là một hình nửa trụ tròn rỗng, cho phép tạo ra vô số kiểu chân cấu kiện lăng trụ đặc có kích thước và tiết diện khác nhau dạng hình thang cân, nửa hình tròn, tam giác cân.v.v. nội tiếp hay nằm lọt hoàn toàn trong ngàm. Chính điều này cho phép linh hoạt lựa chọn kiểu chân cấu kiện có kích thước hợp lý, kết cấu và khả năng tạo liên kết gài tự chèn ba chiều tối ưu, phù hợp cho từng đặc thù công trình khác nhau. Ngoài ra, tại mỗi liên kết gài chân-ngàm hoàn thiện đều dư một phần thể tích rỗng của ngàm, chúng tự biến thành lỗ thoát nước ngược từ mái công trình ra, như vậy khi một cấu kiện lắp ghép hoàn thiện có ba phẩn thể tích rỗng đối xứng phân bổ đều theo mặt dưới của cấu kiện tạo thành các lỗ thoát nước, giảm áp lực đẩy nổi lên mái công trình. Trình tự lắp ghép cấu kiện bê tông thành mảng hoàn chỉnh theo giải pháp tuân thủ nguyên tắc là từ dưới lên đối với mái nghiêng và từ ngoài vào trong đối với mặt phẳng, lắp ghép theo nguyên tắc gài chân-ngàm của cấu kiện. 2.2 Hiệu quả của giải pháp Sử dụng vật liệu truyền thống (cát, đá, xi măng), dễ thi công lắp ghép, công trình bền vững, thích nghi cao với điều kiện địa chất nền mềm yếu hay khối đắp mới chưa ổn định về lún, khả năng ứng dụng đa lĩnh vực (thủy lợi, giao thông, xây dựng…). Thi công nhanh và kiểm soát chất lượng tốt hơn hơn do cấu kiện được sản xuất hàng loạt trên bờ, vận chuyển đến nơi lắp đặt. Trong tương lai có thể sản xuất định hình, cung cấp phổ biến cho thị trường, người dân có thể tự mua về sử dụng. III. KẾT QUẢ ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP 3.1 Các địa điểm đã triển khai ứng dụng a. Công trình Xử lý và làm thêm hai đầu kè Đèn Đỏ, tỉnh Tiền Giang [3] Công trình được chủ đầu tư là Ban QLDA đầu tư và xây dựng ngành Nông nghiệp tỉnh Tiền Giang có văn bản xác nhận sau khi thi công hoàn thành và đưa vào khai thác sử dụng từ năm 2009 đến nay vẫn bền vững, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật, hiệu quả về kinh tế và đặc biệt phù hợp với điều kiện địa chất nền mềm yếu vùng cửa sông ven biển của tỉnh Tiền Giang chống xói lở bờ do sóng biển và triều cường là các tác nhân chính gây ra. Mảng bê tông liên kết gài tự chèn ba chiều lắp ghép bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn cho thấy hiệu quả và ưu việt hơn các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn khác hiện nay về khả năng liên kết, chịu lực, thoát nước ngầm giảm áp lực đẩy nổi cũng như về mặt kinh tế và mỹ thuật. Mặt khác, cấu kiện bê tông còn có hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, thi công và lắp ghép, khả năng liên kết gài tự chèn ba chiều tốt đặc biệt phù hợp với công trình có địa chất nền mềm yếu hay công trình nằm trên khối đắp chưa ổn định về lún và biến dạng như công trình “Xử lý và làm thêm hai đầu kè Đèn Đỏ” Hình 5: Thi công đúc cấu kiện Hình 6: Mảng cấu kiện hoàn thiện b. Công trình Kè chống xói lở bờ sông Tiền thị trấn Hồng Ngự, tỉnh Đồng Tháp[4] Giải pháp đã được UBND tỉnh Đồng Tháp tặng Bằng khen năm 2010 khi ứng dụng vào công trình Kè chống xói lở bờ sông Tiền thị trấn Hồng Ngự, tỉnh Đồng Tháp (nguồn vốn WB). Công trình thiết kế lấn dòng tạo mặt bằng xây dựng công viên thị xã Hồng Ngự và toàn bộ mái kè nằm trên khối đắp mới mềm yếu không được gia cố và chưa ổn định về lún. Công trình sau khi hoàn thành và đưa vào khai thác sử dụng từ năm 2010 đến nay vẫn bền vững, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật, hiệu quả về kinh tế và đặc biệt giải quyết được tình trạng mái kè bị phá vỡ liên kết do lún (xem hình 2). Hiện nay UBND tỉnh Đồng Tháp đồng ý tiếp tục triển khai ứng dụng rộng rãi tại các công trình kè An Lạc – thị xã Hồng Ngự, kè Sa Đéc (giai đoạn 3) – thị xã Sa Đéc. Hình 7: Thi công đúc cấu kiện Hình 8: Mảng cấu kiện hoàn thiện 3.2 Triển vọng áp dụng và triển khai Giải pháp được Cục sở hữu trí tuệ cấp Bằng độc quyền sáng chế số 7775 "Mảng bê tông liên kết gài tự chèn ba chiều dùng cho các công trình xây dựng” ngày 15-06-2009. Giải pháp đã giải quyết triệt để hạn chế về khả năng ổn định liên kết mảng của giải pháp kỹ thuật mảng bê tông lắp ghép dùng cho các công trình bảo vệ bờ bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn hiện nay (Bằng độc quyền sáng chế số 178, ngày 08 tháng 04 năm 1994 của Cục sở hữu công nghiệp) [2] khi địa chất mái công trình mềm yếu hoặc là một khối đắp mới chưa ổn định và còn lún hay biến dạng cục bộ. Mặt khác, trong thi công chế tạo gia công khuôn mẫu đơn giản, đúc và lắp ghép cấu kiện thuận lợi, tiết kiệm vật liệu [5]. Nước ta là một trong số các nước theo dự báo chịu tác động nặng nề nhất của biến đổi khí hậu và nước biển dâng toàn cầu hiện nay. Hậu quả là trong những năm qua Trung ương và các địa phương phải đầu tư xây dựng nhiều công trình phòng chống sạt bở bờ sông bờ biển, điển hình là chương trình phục hồi nâng cấp đê biển toàn quốc,… Giải pháp kỹ thuật này rất có triển vọng và khả năng triển khai áp dụng toàn quốc dùng để lát mái hay lát mặt các công trình (thủy lợi, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, giao thông, công cộng, dân dụng). Đặc biệt là trong lĩnh vực thủy lợi - kè bảo vệ bờ có địa chất nền mềm yếu, chiều cao đắp cát hay bao tải cái tạo mái lớn. IV. KẾT LUẬN Giải pháp kỹ thuật của mảng bê tông liên kết gài tự chèn ba chiều lắp ghép bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn cho thấy hiệu quả và ưu việt hơn các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn khác hiện nay về khả năng liên kết, chịu lực, thoát nước ngầm giảm áp lực đẩy nổi cũng như về mặt kinh tế và mỹ thuật. Mặt khác, cấu kiện bê tông còn có hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, thi công và lắp ghép, khả năng liên kết gài tự chèn ba chiều tốt đặc biệt phù hợp với công trình có địa chất nền mềm yếu hay công trình nằm trên khối đắp chưa ổn định về lún và biến dạng. Sản phẩm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, từ khi ra đời đã giúp các chủ đầu tư và đơn vị tư vấn thiết kế phía Nam chủ động về công nghệ trong xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông, bờ biển Phạm vi bài báo chỉ giới thiệu về mặt kết cấu và khả năng ứng dụng thực tiễn. Vấn đề tính toán ổn định, kết cấu, khối lượng và hiệu quả kinh tế đã được trình bày cụ thể trong các hồ sơ tư vấn thiết kế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Anh Tiến, Bằng độc quyền sáng chế số 7775 "Mảng bê tông liên kết gài tự chèn ba chiều dùng cho các công trình xây dựng”, Cục sở hữu Trí tuệ cấp theo Quyết định số 12103/QĐ-SHTT ngày 15-06-2009. [2] Phan Đức Tác, Bằng độc quyền sáng chế số 178 – Mái bê tông lắp ghép dùng cho các công trình bảo vệ bờ, Cục Sở hữu công nghiệp cấp theo Quyết định số 118/QĐSC ngày 8-4-1994. [3] Viện khoa học thủy lợi Miền Nam- Hồ sơ thiết kế công trình: Xử lý và làm thêm hai đầu kè Đèn Đỏ, tỉnh Tiền Giang, tháng 9/2007. [4] Viện khoa học thủy lợi Miền Nam- Hồ sơ thiết kế công trình: Kè chống xói lở bờ sông Tiền thị trấn Hồng Ngự, tỉnh Đồng Tháp, tháng 9/2008. [5] Nguyễn Anh Tiến - Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế thi công mảng bê tông liên kết gài tự chèn ba chiều lắp ghép dùng cho các công trình bảo vệ bờ có địa chất nền mềm yếu. Đề tài cơ sở năm 2008. Tác giả: ThS. Nguyễn Anh Tiến Viện Kỹ thuật Biển