Phân tích cơ chế hư hỏng của kè biển điển hình tỉnh Quảng Bình

Bài viết Phân tích cơ chế hư hỏng của kè biển điển hình tỉnh Quảng Bình áp dụng lý thuyết độ tin cậy để xây dựng sơ đồ cây sự cố và xác định các xác suất xảy ra một số cơ chế phổ biến đối với công trình kè biển điển hình ở Quảng Bình.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 PHÂN TÍCH CƠ CHẾ HƯ HỎNG CỦA KÈ BIỂN ĐIỂN HÌNH TỈNH QUẢNG BÌNH Lê Văn Thịnh1, Lê Hải Trung1 Trường Đại học Thủy lợi, email: levanthinh@tlu.edu.vn ĐẶT VẤN ĐỀ Khu vực duyên hải miền Trung Việt Nam có đường bờ biển dài khoảng 1500 km thường xuyên hứng chịu nhiều loại hình thiên tai bão, áp thấp nhiệt đới, mưa lũ, xói lở bờ biển Trong năm gần đây, xói lở bờ biển trở nên phức tạp, tăng mạnh cường độ phạm vi Điển hình 116 km đường bờ biển cát Quảng Bình có tới gần 30 đoạn xói lở với tổng chiều dài 50 km năm 2017 tăng lên 65 km năm 2019 [1] Các điểm nghiêm trọng QuảngPhú, Quảng Phúc - Quảng Trạch, Lý Hòa - Bố Trạch, Nhật Lệ, Bảo Ninh - thành phố Đồng Hới Để ngăn xói lở, bảo vệ an toàn cho dân cư hoạt động kinh tế, Quảng Bình xây dựng 154 km đê biển; 101 km kè sông kè biển tập trung khu vực phía Bắc tỉnh Qua mùa mưa bão, số cơng trình bị hư hỏng hay chí đổ vỡ cố kè biển Hải Trạch, Nhân Trạch năm 2017 Khi bị cố, công trình ổn định khơng cịn đảm bảo chức thiết kế chống xói lở, bảo vệ bờ biển Do đó, việc phân tích ngun nhân chế, đánh giá khả xảy cố kè biển mang ý nghĩa thực tiễn Bài báo áp dụng lý thuyết độ tin cậy để xây dựng sơ đồ cố xác định xác suất xảy số chế phổ biến cơng trình kè biển điển hình Quảng Bình CÁC SỰ CỐ KÈ BIỂN ĐIỂN HÌNH Hình minh họa dạng mặt cắt ngang điển hình cơng trình kè biển xây dựng Quảng Bình Kết cấu kè thường gặp gồm hai tới ba lớp vật liệu vải ĐKT, đá cấp phối, cấu kiện BT… tựa mái dốc cát tự nhiên Chân kè bảo vệ ống buy thả đá kết hợp với lăng thể đá; đỉnh kè bố trí tường đỉnh nhằm tăng cao trình đỉnh, giảm sóng tràn Các cố thường gặp phân tích sau Mất ổn định kết cấu bảo vệ mái Do kích thước viên đá hay cấu kiện nhỏ so với yêu cầu ổn định tác động tuần hồn sóng nên viên đá, cấu kiện bị nhấc khỏi vị trí thiết kế Đây điểm khởi đầu cho hư hỏng, cố mái kè Cấu kiện bảo vệ mái bị dịch chuyển ổn định đáng kể kéo theo đỉnh kè bị dịch chuyển gây hư hỏng đỉnh kè Khi đỉnh kè bị hư hỏng, sóng dòng chảy đánh vào thân kè, moi vật liệu thân kè từ xuống gây sạt thân kè Hàm trạng thái ổn định cấu kiện bảo vệ mái có dạng: Z   m ψ u φDcosα (1) b b  H 0,5 Tp tanα g / / π m0   Hm0 - chiều cao sóng thiết kế xác định chân cơng trình (m); ψ u - hệ số cải thiện ổn định hệ thống; m - tỉ trọng vật liệu làm cấu kiện;  - hệ số ổn định phụ thuộc vào hình dạng phương thức thi cơng, loại liên kết;  - góc nghiêng mái kè; Tp - chu kỳ đỉnh phổ sóng (s); b - số mũ cơng thức Sóng tràn qua đỉnh kè Trong số trường hợp bão, gió mùa kết hợp với triều cường khiến cho mực nước biển dâng cao thấp đỉnh kè Chiều cao sóng tăng lên tạo sóng tràn qua 201 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 đỉnh kè Sóng tràn với lưu lượng vận tốc dịng chảy lớn gây xói lở, hư hỏng bề mặt đỉnh kè (và mái có) Mặt cắt kè bị biến đổi, chí sạt trượt từ phía biển Hàm trạng thái chế sóng tràn (sóng khơng vỡ) có dạng:  R  Z  0,01  0, gH m3  2,6 c  (2)  H m  r     Với: Rc - chiều cao lưu không đỉnh đê mực nước thiết kế (m); ξ0 - số Iribarren tính với Tm-1,0; s0 - độ dốc sóng; Tm-1,0 - chu kỳ đặc trưng phổ sóng chân cơng trình (s); γb - hệ số ảnh hưởng đê; γf - hệ số ảnh hưởng độ nhám mái đê; 0,01 - lưu lượng tràn giới hạn giả thiết (m3/s m) Xói chân kè Các hư hỏng chân kè biển nguyên nhân chủ yếu sau: phạm vi bảo vệ chiều rộng, chiều sâu… kích thước, hình dạng cấu kiện (viên đá) chưa đảm bảo yêu cầu; xử lý gây lún, sạt lở; tầng lọc không tốt, đất phía chân kè bị xói gây hư hỏng chân kè; thi công chưa thực đầy đủ yêu cầu kỹ thuật thiết kế Trượt mái kè Trượt mái chủ yếu sóng leo, sóng tràn mưa lớn kéo dài thấm vào thân kè làm đất cát đắp chuyển từ trạng thái khô sang trạng thái bão hịa hóa lỏng gây tượng trượt mái Cũng chân kè bị xói sâu khiến cho tồn trọng lượng thân thân đê đè xuống gây trượt, đặc biệt tác động sóng Mất ổn định tường đỉnh Để gia tăng cao trình đỉnh, tường BTCT thường bố trí với chiều cao khoảng 80 100 cm Dưới tác động tải trọng sóng, hai dạng cố phân biệt gồm gãy tường lật tường Cơ chế thứ xảy moment gây lật sóng vượt tổng moment chống lật gồm liên kết tường với mái, đường tải trọng thân Cả khối tường không bị gãy vỡ mà bị lật phía sau Cơ chế thứ hai xảy tường bị gãy vỡ sóng tác động Chân tường gắn kết với mái kè đường Về mặt chức năng, tường bị lật hay gẫy vỡ dẫn tới suy giảm cao trình đỉnh kè Theo đó, sóng tràn sóng leo tăng lên Hình Mặt cắt ngang điển hình kè biển Hải Trạch, huyện Bố Trạch, Quảng Bình Hình Sơ đồ cố tổng hợp kè biển Quảng Bình Sơ đồ cố điển hình cho kè biển Dựa cố phân tích trên, cố xây dựng cho kè biển điển hình hình Phương pháp bước xây dựng cố mô tả nhiều tài liệu chuyên ngành, giáo trình [2] Trong phạm vi báo này, cố đơn lẻ giả thiết độc lập với dẫn tới cố cơng trình kè biển Theo đó,cổng quan hệ luận lý ‘HOẶC’ sử dụng để diễn tả quan hệ chúng XÁC SUẤT XẢY RA SỰ CỐ KÈ BIỂN Xác suất xảy cố kè biển điển hình Hàm tin cậy cố kè biển điển hình tỉnh Quảng Bình thiết lập gồm ổn định cấu kiện bảo vệ mái, xói chân kè, ổn định trượt mái kè, cố lún thân [1] Dựa hàm tin cậy, xác suất xảy cố đơn lẻ xác định theo phương pháp độ tin cậy bậc (FORM) Bảng tổng hợp xác suất xảy 202 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 cố cho kè Nhân Trạch, huyện trình thiết kế đỉnh kè kích thước cấu kiện Bố Trạch không đáp ứng điều kiện biên thực tế Xác suất xảy sóng tràn > 0,01 [m3/s tải trọng sóng khơng xác định m] ổn định cấu kiện bảo vệ mái lần [3] Bên cạnh đó, hồ sơ năm 2006 thiết kế kè lượt 0,257 0,855 Thực tế để chống bão cấp tổ hợp với triều hai chế dẫn tới cố kè biển Nhân Trạch cường lũ sông p =10% Thực tế trận xảy vào năm 2013, 2017 bão xảy năm 2013, 2014 2017 vượt Nguyên nhân dẫn đến xác suất cố sóng tần suất thiết kế bão lên đến cấp 11 tràn ổn định cấu kiện lớn cao Bảng Tổng hợp xác suất cố cơng trình kè biển Quảng Bình Sự cố  Sóng tràn > 0,01 [m3/s m] Mất ổn định CK bảo vệ mái Hố xói > phạm vi BV Mất ổn định trượt mái Pf 0, 257 0,855 0,122 0,006 Giải pháp tăng độ bền vững kè biển Các giải pháp nâng cao độ bền vững kè biển Quảng Bình gồm tăng cấp cơng trình (hạ tần suất thiết kế), tính lựa chọn cách phù hợp kết cấu vật liệu bảo vệ mái, chân, tường đỉnh mặt đường Đồng thời, cao trình đỉnh kè cần xác định điều kiện cho phép sóng tràn qua kết hợp giải pháp gia cố bảo vệ đường mái phía (nếu có) Đặc biệt, giải pháp giảm chiều cao sóng phía trước chân cơng trình nên tiếp cận theo hướng thuận tự nhiên phát triển Hà Lan [4] số nước giới KẾT LUẬN Bài báo phân tích cố cho kè biển điển hình Quảng Bình Đánh giá định tính tính tốn theo lý thuyết độ tin cậy cho thấy sóng tràn ổn định cấu kiện bảo vệ có xác suất xảy lớn Nguyên nhân trực tiếp kích thước cấu kiện cao trình đỉnh kè chưa đảm bảo yêu cầu thiết kế Chúng tiếp tục nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao ổn định cấu kiện, nâng cao đỉnh kè hay áp dụng mặt cắt kè cho phép sóng tràn qua Điều mang ý nghĩa thiết thực Thủ tướng gần phê duyệt chủ trương đầu tư dự án khắc phục sạt lở bờ biển cho Quảng Bình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Hải Trung nnk (2020) “NC GPCN CXL bờ biển áp dụng & đề xuất GPCN phù hợp cho số vùng sạt lở trọng điểm khu vực miền Trung” [2] Mai Văn Công Lê Hải Trung (2019) Phân tích độ tin cậy kỹ thuật cơng trình biển [3] Trần Thanh Tùng (2018) Những lưu ý áp dụng TCVN 9901: 2014 tính tốn tham số sóng thiết kế cho đê biển [4] Huib de Vriend & nnk (2014) ‘Building with Nature’: the new Dutch approach to coastal and river works ICE proceedings Civil Enginering 203 ... Hình Mặt cắt ngang điển hình kè biển Hải Trạch, huyện Bố Trạch, Quảng Bình Hình Sơ đồ cố tổng hợp kè biển Quảng Bình Sơ đồ cố điển hình cho kè biển Dựa cố phân tích trên, cố xây dựng cho kè biển. .. XẢY RA SỰ CỐ KÈ BIỂN Xác suất xảy cố kè biển điển hình Hàm tin cậy cố kè biển điển hình tỉnh Quảng Bình thiết lập gồm ổn định cấu kiện bảo vệ mái, xói chân kè, ổn định trượt mái kè, cố lún thân... cao sóng phía trước chân cơng trình nên tiếp cận theo hư? ??ng thuận tự nhiên phát triển Hà Lan [4] số nước giới KẾT LUẬN Bài báo phân tích cố cho kè biển điển hình Quảng Bình Đánh giá định tính