Bài giảng Cơ sở thiết kế công trình cảng đường thuỷ - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CÔNG TRÌNH Bộ MÔN CÔNG TRÌNH CẢNG ĐƯỜNG THỦY PGS TS MAI VĂN CÔNG (Chủ biên) TS PHẠM THU HƯƠNG TS LÊ TUẤN HẢI TS DƯƠNG ĐỨC TOÀN BÀI GIẢNG cơ sở THẾT KÊ'''''''' CÓNG TRÌNH CÁNG ĐƯỜ[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH Bộ MƠN CƠNG TRÌNH CẢNG - ĐƯỜNG THỦY PGS.TS MAI VĂN CƠNG (Chủ biên) TS PHẠM THU HƯƠNG - TS LÊ TUẤN HẢI - TS DƯƠNG ĐỨC TOÀN BÀI GIẢNG sở THẾT KÊ' CĨNG TRÌNH CÁNG ĐƯỜNG THỦY NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI ii LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam quốc gia có đường bờ biển dài, với mạng lưới sơng ngịi dày đặc có vị trí địa trị chiến lược nằm cửa ngõ quốc tế khu vực Đông Dương nằm tuyến đường thủy quốc tế quan trọng Vì vậy, giao thơng vận tải thủy có tầm quan trọng đặc biệt trình phát triển kinh tế xã hội Bên cạnh đó, xu lợi dụng tổng hợp vùng ven sông, cửa sông, ven biển năm gần gia tăng nhanh bối cảnh kinh tế hội nhập, phát triển đa lĩnh vực, đa mục tiêu Các q trình vật lý tự nhiên sơng - biển động lực sơng, sóng, dịng chảy, vận chuyến bùn cát tương tác trình với sở hạ tầng ven sông, ven biển, với hệ thống cơng trình đường thủy, cảng biển cần thiết công tác quy hoạch, thiết kế xây dựng cơng trình cảng, đường thủy Bài giảng Cở sở thiết kế cơng trình Cảng - Đường thủy nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức tổng quan khái niệm liên quan đến hệ thống hạ tầng phục vụ giao thông thủy tuyến đường thủy nội địa, cơng trình tuyến đường thủy, cảng bến thủy nội địa, cảng biển luồng tàu biển; đồng thời cung cấp kiến thức yếu tố thủy hải văn trình vật lý, động lực học sông biển cách xác định đặc trưng thiết kế yếu tố giúp sinh viên tiếp cận nội dung hồ sơ thiết kế kỹ thuật, thiết kế vẽ thi cơng thực tế sản xuất Từ đó, sinh viên sau tốt nghiệp trường đáp ứng yêu câu công ty tu vấn thiết kế - thẩm tra, nhà thầu thi công, quan quản lý ngành xây dựng cảng - đường thuỷ, ngành xây dựng cơng trình biển, ngành xây dựng thuỷ lợi Bài giảng tài liệu thức dùng cho sinh viên theo học môn "Cơ sở thiết kê"Công trình Cảng - Đường thủy" Trường Đại học Thủy lợi Bài giảng biên soạn sở tham khảo trích dân từ nguồn tài liệu, sách giáo trình xuất Trường Đại học Thủy lợi, Trường Đại học Xây Dựng hệ thống tiêu chuâh Ngành liên quan Nhóm tác giả xin trân trọng cảm ơn quý thầy (cô) môn Cảng đường thuỳ - khoa Cơng trình, thầy (cơ) hội đồng nghiệm thu Giáo trình, cán Thư viện iii trường Đại học Thuỷ lợi góp ý quý báu chuyên môn tạo điêu kiện tốt để Bài giảng hoàn thành sớm mắt bạn đọc Tuy nhiên, trình độ kinh nghiệm có hạn, sách cịn nhiều khiếm khuyết, mong chuyên gia lĩnh vực ngành, q thây (cơ), đồng nghiệp bạn đọc góp ý để sách hồn thiện hon Trưởng Bộ mơn Cơng trình Cảng - Đường thủy Chủ biên: PGS TS Mai Văn Cơng iv MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU iii Chương TỐNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH CẢNG ĐƯỜNG THỦY .1 1.1 VAI TRỊ CỦA GIAO THƠNG VẬN TÁI THỦY VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG KINH TẾKỸ THUẬT GIAO THÔNG THỦY 1.2 LUỒNG TÀU THỦY 1.2.1 Lạch chạy tàu 1.2.2 Độ sâu bảo đảm chạy tàu 1.2.3 Bán kính cong lng tàu 1.2.4 Chế độ dòng chảy 1.3 SO LƯỢC VỀ CÁC LOẠI TÀU THUYÊN HOẠT ĐỘNG TRÊN CÁC TUYẾN ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA 1.3.1 Phân loại phương tiện 1.3.2 Các đặc trưng khai thác kỹ thuật phương tiện 10 1.3.3 Thành lập vận hành đoàn tàu 13 1.3.4 Các phương tiện vận tải đường thủy nội địa nước ta 15 1.3.5 Kích thước đường thủy nội địa mực nước đặc trưng thiết kế 17 1.4 PHÂN LOẠI - PHÂN CẤP ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA 18 1.4.1 Phân loại .18 1.4.2 Phân cấp 18 1.5 MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA Ở NƯỚC TA 26 1.5.1 Mạng lưới đường thủy Bắc Bộ 26 1.5.2 Các tuyến đường thủy miền Trung 29 1.5.3 Mạng lưới đường thủy Nam Bộ 30 1.6 NĂNG Lực THÔNG QUA CỦA TUYẾN LUỒNG VẬN TẢI THỦY 33 1.6.1 Khái niệm 33 1.6.2 Các phương pháp xác định lực thông qua tuyến 33 1.7 CẢNG SÔNG, BỂN TÀU NỘI ĐỊA 36 1.7.1 Định nghĩa 36 V 1.7.2 Phân loại cảng, bến tàu 36 1.7.3 Các yêu cầu cảng nội địa 37 1.8 TỔNG QUAN v'Ê CÁC THÀNH PHẦN CƠNG TRÌNH CẢNG, ĐƯỜNG THỦY 37 1.8.1 Cơng trình đuờng thủy nội địa 37 1.8.2 Cơng trình hàng hải 38 Chuơng SĨNG VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH BẢN 47 2.1 SÓNG VÀ PHÂN LOẠI SÓNG .47 2.2 SÓNG ĐỀU 50 2.2.1 Cơ học sóng 50 2.2.2 Tốc độ truyền sóng 55 2.3 SÓNG VEN BỜ 58 2.3.1 Mở đầu 58 2.3.2 Hiệu ứng nuớc nông 58 2.3.3 Sóng khúc xạ 59 2.3.4 Sóng vỡ 60 2.3.5 Sóng phản xạ 63 2.3.6 Sóng nhiễu xạ 64 2.3.7 Sóng dâng nuớc 65 2.3.8 Sóng leo 65 2.4 PHÂN BỐ SÓNG NGẮN hạn dài hạn (PHÂN Bố SÓNG THEO MAU TỐNG THỂ) 67 2.4.1 Phân bố sóng ngắn hạn (theo mẫu) 67 2.4.2 Phân bố sóng dài hạn(tổng thê) 71 2.4.3 ứng dụng phân bố dài hạn 72 2.5 QUAN TRẮC SÓNG 80 2.6 TÍNH TỐN Dự BÁO KHƠI PHỤC SĨNG TỪ TÀI LIỆU GIĨ 81 2.7 SỬ DỤNG TÀI LIỆU ĐO ĐẠC SĨNG TỒN CẦU 81 2.8 PHỔ SÓNG 85 2.8.1 Phổ chiêu cao sóng 85 2.9 SÓNG DÀI - CÁC PHƯƠNG TRÌNH BẢN 87 vi 2.9.1 Định nghĩa sóng dài 87 2.9.2 Phân loại sóng dài 87 2.9.3 Phương trình sóng dài .89 2.9.4 Sóng điêu hồ (Harmonic waves) 105 2.10 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ SÓNG THIẾT KỂ 87 Chương THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG 128 3.1 MỞ ĐẦU 128 3.2 NGUỒN GỐC CỦA THỦY TRIỀU 129 3.3 BIỂU DIỄN TOÁN HỌC VỀ THUỶ TRIỀU 135 3.4 CHẾ ĐỘ THUÝ TRIỀU BIỂN ĐÔNG VÀ VEN BIỂN VIỆT NAM 139 3.4.1 Chế độ thủy triều Biển Đông 139 3.4.2 Chế độ thuỷ triều dọc ven bờ biên Việt Nam 144 3.5 ĐỊNH NGHĨA CÁC Mực NƯỚC TRIỀU 150 3.6 NƯỚC DÂNG .151 3.7 SÓNG THẦN 157 3.8 DAO ĐỘNG Mực NƯỚC TRONG HỒ DO THAY ĐỒI ÁP SUẤT KHƠNG KHÍ (SEICHE) 158 Chương VẬN CHUYỂN BÙN CÁT VÀ HÌNH THÁI ĐƯỜNG BỜ 162 4.1 MỞ ĐẦU 162 4.2 CÁC QUÁ TRÌNH TRONG VÙNG SĨNG VỠ 164 4.3 CHUYỂN VẬN CỦA BÙN CÁT 166 4.3.1 Chuyển vận sóng dịng chảy 166 4.3.2 Cát vận chuyên gió 168 4.4 Sự THAY ĐỔI CỦA ĐƯỜNG BỜ VÀ TRẠNG THÁI CÂN BẰNG CỦA ĐƯỜNG BỜ 168 4.5 TÍNH TỐN LƯỢNG BÙN CÁT VEN BỜ 173 4.6 TÍNH TỐN LƯỢNG BÙN CÁT BỒI LANG cảng 174 Chương ĐỘNG Lực HỌC DỊNG SƠNG 179 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG 179 5.2 DỊNG CHẢY VÀ BÙN CÁT TRONG SƠNG 179 vii 5.2.1 Dịng chảy sơng 181 5.2.2 Bùn cát sông 188 5.2.3 Vận chuyển bùn cát sông 208 5.3 CÁC KHÁI NIỆM LƯU LƯỢNG VÀ Mực NƯỚC ĐẶC TRƯNG THIẾT KẾ 226 5.3.1 Lưu lượng tạo lòng 226 5.3.2 Lưu lượng thiết kế mực nước thiết kế 229 5.3.3 Thiết kế mặt cắt ngang lòng sông 230 5.3.4 Tuyến chỉnh trị sông 233 5.4 CÔNG TÁC CHỈNH TRỊ SÔNG 226 5.4.1 Chỉnh trị sông cong 236 5.4.2 Chỉnh trị ghềnh cạn 238 5.4.3 Chỉnh trị sơng rẽ dịng (phân dịng) 243 TÀI LIỆU THAM KHẢO 246 viii Chương TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH CẢNG ĐƯỜNG THỦY 1.1 VAI TRỊ CỦA GIAO THÔNG VẬN TẢI THỦY VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG KINH TẾ - KỸ THUẬT GIAO THÔNG THỦY Việt Nam quốc gia có biển với mạng lưới sơng ngịi dày đặc, có vị trí địa trị chiến lược nằm cửa ngõ quốc tế khu vực nằm tuyến đường thủy quốc tế Chính giao thơng nói chung giao thơng vận tải thủy nói riêng có tầm quan trọng đặc biệt kinh tế quốc dân Các phương thức giao thồng vận tải phổ cập là: đường sắt, đường (đường ô tô), đường thủy, đường hàng không, số nước xuất vận tải đường ống Tất phương thức hỗ trợ phối hợp lẫn nhau, hình thành hệ thống giao thông vận tải thống đất nước Trong phạm vi nước, khu vực khác nhau, vai trị phương thức giao thơng vận tải không giống Tỷ trọng cùa mồi phương thức tổng lượng vận chuyển thay đổi theo thời gian Nhưng xét tổng thể, khối lượng vận tải thủy ngày gia tăng rõ rệt Vận tải thủy bao gồm vận tải ven biến, đại dương vận tải thủy nội địa Biến đại dương chiếm 70% diện tích bề mặt trái đất đường giao thơng rẻ, tiện lợi Đường biển đóng vai trị quan trọng việc bảo đảm giao lưu quốc tế, đậc biệt tình hình nay, nhu cầu quan hệ quốc tế ngày tăng ngành lượng nguyên liệu cho ngành cồng nghiệp hàng đầu Tỷ trọng vận tải biên, chiếm tới 65% tống số hàng hóa vận tải giới Giao thông vận tải thủy nội địa tiến hành sông, suối thiên nhiên, hồ thiên tạo nhân tạo, sông kênh hóa kênh đào, chủ yếu sông thiên nhiên Năm 1985, tống chiều dài đường thủy nội địa khai thác giới khoảng 540.000km Sự phát triến vận tải thủy nội địa coi đặc trung nước cơng nghiệp hóa, đối tượng chủ yếu vận tải quặng, than, vật liệu xây dựng, lương thực, phân hóa học Hiệu vận tải thủy nội địa phụ thuộc vào yếu tố sau: Giá thành vận chuyến, tốc độ vận tải, lực thơng qua, tính chất hàng hóa, tính liên tục, tính quy luật mức độ bảo đảm - Giá thành vận chuyên: Đối với vận tải thủy nội địa đơn (không kể trung chuyển) thành phần giá thành vận chuyến (đồng/tấn-km) gồm: giá khấu hao, lãi đầu tư, chi phí quản lý tu, trả lương nghĩa vụ với xã hội, chi phí nhiên liệu, chi phí bảo hiểm chi phí chung khác - Đầu tư đơn vị luồng lạch vận tải thủy (đồng/km) thường biến đối phạm vi lớn Nó thường thấp trường hợp sông thiên nhiên cao sồng kênh hóa kênh vận tải chuyên dụng Đối với sơng có cơng trình lợi dụng tổng hợp (phòng lũ, vận tải, phát điện, tưới tiêu, cấp nước ) chi phí tính riêng cho mục tiêu sử dụng giảm đáng kế - Thông qua việc gia tăng lực vận chuyển, thông qua đơn giản hóa kết cấu tàu (đặc biệt đồn tàu đẩy) đầu tư đơn vị cho phương tiện (đồng/tấn hàng hóa) giảm đáng kể, thời hạn phục vụ thường thấp (khoảng 25-30 năm) có khuynh hướng giảm dần hư hỏng - Chi phí tu luồng lạch thường bé, máy móc phương tiện lại cần tu sửa thường xuyên - Chi phí trả lương nghĩa vụ với xã hội có xu hướng giảm xuống tăng lực vận chuyển phương tiện, ứng dụng đoàn tàu đẩy, tự động hóa điều khiển làm giảm số lượng thủy thủ - Chi phí nhiên liệu cho động chịu ảnh hưỏng chủ yếu lực cản dòng chảy, tỷ số trọng lượng thân phương tiện trọng lượng hàng hóa; hệ thống động lực máy Thực tiễn chứng minh, cần tàu thủy chạy với tốc độ khơng q 2m/s (từ 7-8km/h), sức cản dịng chảy tàu thủy nhỏ gấp lần sức cản mà tàu hỏa phải chịu đường sắt - Xác định tuyến chỉnh trị mùa nước trung khống chế phát triến lịng sơng mùa nước trung mùa nước kiệt, khơng có lợi cho việc phịng lũ, bảo vệ bờ mà cịn có lợi cho đường vận tải thuỷ mùa kiệt - Đối với tuyến chỉnh trị mùa kiệt hạn chế phát triến lịng sơng mùa kiệt phục vụ cho vận tải thuỷ Do điều kiện thi cồng, điều kiện cồng tác cơng trình mùa nước trung khó khăn nhiều so với mùa nước kiệt Cho nên nhiệm vụ hàng đầu chỉnh trị phục vụ vận tải thuỳ ta cần chỉnh trị lòng sông mùa kiệt (xác định tuyến chỉnh trị mùa kiệt) - Chỉnh trị mùa nước trung mùa nước kiệt lúc việc phòng lũ vận tải thuỷ quan trọng tiến hành Nhiệm vụ quy hoạch tuyến chỉnh trị sông xác định xác vị trí, đặc tính đường cong chiều rộng tuyến chỉnh trị Việc xác định tuyến chỉnh trị mùa nước trung tuyến chỉnh trị mùa nước kiệt có thê xác định theo phương pháp dựa vào đoạn sơng điến hình theo cồng thức kinh nghiệm phương pháp đường cong - Tuyến chỉnh trị mùa nước trung thích hợp dựa theo đoạn sồng điên hình có điều kiện thuỷ văn, địa lý, địa chất tương tự với đoạn sông chỉnh trị đế xác định Gọi đoạn sơng điển hình đoạn sơng tối thiểu phải có điều kiện sau: - Bán kính cong tương đối lớn, dịng chảy xi thuận, xói lở bờ lõm khơng nghiêm trọng đoạn sơng có đặc tính dịng sơng cong, bãi bên bờ sông không di chuyển đồng thời với nhau, mùa kiệt khơng có tượng phân dòng rẽ - Lạch sâu dài, ghềnh cạn ngắn, chênh chiều sâu không lớn, độ dốc mặt nước tương đối nhỏ - Mặt cắt đoạn sông độ nên gần giống hình bán nguyệt, hướng ghềnh cạn nên thăng góc với đường trục dịng nước chảy, vực sâu không so le Chọn đoạn sơng điên hình ta có thê vào đê thiết kế chỉnh trị cho đoạn sơng chỉnh trị Neu khơng có đoạn sơng điển hình ta phải dựa vào kinh nghiệm Tuyến chỉnh trị nên có dạng cong hình sin, đỉnh đoạn cong nên có bán kính cong nhỏ R = Rmin, ngồi điếm nên tăng lớn dần, đoạn độ đạt trị số cực đại R = oo Phương trình đường cong có dạng: 234 y = y0cos^ zx0 (5.100) Trong đó: y0 = K2Rmm K = t82 - Rmin bán kính cong nhỏ - ọ góc tâm tính theo radian Hình 5.11 Đường cong phức hợp Khi chọn Rmin, (p vào cồng thức (5.100) đế vẽ đường cong Việc xác định tuyến chỉnh trị thường không cần xác nên dùng đường cong cung trịn phức hợp thay cho hình sin (hình 5.11) Bán kính đoạn sơng cong hàm số lưu lượng, lưu lượng lớn lịng sơng rộng, bán kính cong lớn Chọn bán kính cong có thê dựa vào cơng thức sau: R = K.B (5.101) Trong đó: - B chiều rộng đoạn sông thẳng - K hệ số, theo kinh nghiệm lấy từ 4.13, nhỏ Yêu cầu vận tải thuỷ dịng sơng cao K phải chọn lớn, đồng thời xét kết hợp với chiều dài đồn thuyền Đoạn q độ khơng nên ngắn dài Neu ngắn phát sinh chảy vòng theo hướng ngang đoạn độ, phát sinh bãi cát so le Neu dài bồi lắng đoạn độ tăng lên nhiều, diễn biến ghềnh cạn trở nên phức tạp Nói chung, chiều dài đoạn độ L nên lấy theo: L = (1 4- 3)B 235 Khoảng cách đỉnh cong: s = (12 -rl4)B Xác định tuyến chỉnh trị mùa kiệt xác định tương tự tuyến chỉnh trị mùa nước trung thân tuyến chỉnh trị mùa nước kiệt có số đoạn chung với tuyến chỉnh trị mùa nước trung Trên thực tế gọi tuyến chỉnh trị mùa nước kiệt thường tuyến chỉnh trị để hạn chế đoạn độ Trong xác định tuyến chỉnh trị cần ý số điếm sau: - Tuyến chỉnh trị nên triệt đê lợi dụng cơng trình trị sơng có (ví dụ cơng trình bảo vệ bờ), đồng thời lợi dụng ln bờ sơng khó xói lở; tuyến chỉnh trị mùa kiệt nên cố gắng lợi dụng bãi bên bãi sông - Tuyến chỉnh trị nên tận dụng xu phát triến tự nhiên dịng sơng, lúc khơng cần thiết không nên làm trái với phát triến tự nhiên - Lúc bố trí tuyến chỉnh trị (đặc biệt tuyến chỉnh trị mùa kiệt) nên xét đến phương hướng dòng chảy lúc lũ tràn qua bãi Những nơi dòng chảy bãi lạch sâu lệch góc (> 45°) lũ sinh bồi lắng khơng có lợi cho vận tải thuỳ - Lúc bố trí tuyến chỉnh trị nên ý đến bên bờ thượng hạ lưu - Tuyến chỉnh trị nên thoả mãn yêu cầu ngành kinh tế quốc dân đề Trong chỉnh trị dịng sơng, việc xác định tuyến chỉnh trị chiếm vị trí quan trọng, tuyến chỉnh trị có quan hệ mật thiết với kích thước khối lượng dẫn đến định giá thành cơng trình chỉnh trị Xác định xác tuyến chỉnh trị điều mấu chốt cơng tác chỉnh trị dịng sơng Do cần phải ý vấn đề 5.4 CÔNG TÁC CHỈNH TRỊ SƠNG 5.4.1 Chỉnh trị sơng cong Khi dịng sơng q cong khơng có lợi, u cầu phịng lũ vận tải thuỷ Do địi hỏi phải có biện pháp cải thiện thích hợp u cầu phịng lũ: sơng cong gấp khúc nhiều sức cản lớn, dịng chảy bị ứ tích lại, trở ngại nhiều cho việc tiêu lũ Đồng thời dịng chảy khơng xi thuận, phía bờ lõm dịng chảy thúc thẳng vào bờ gây xói lở uy hiếp nghiêm trọng đến an tồn cơng trình đê phòng lũ yêu cầu vận tải thuỷ mà xét thấy bán kính cong sồng cong gấp khúc bé, góc tâm lớn, làm cho tàu bè chuyến hướng khó khăn, tránh khó dễ gây tai nạn Khi sơng cong có hệ số cong lớn kéo dài chiều dài đường vận chuyến làm cho số 236 chuyến chuyên chở thuyền bè giảm thấp Nếu sơng có hàng phao kinh phí bảo vệ, sửa chữa tăng lên nhiều Ngược lại, trường hợp bán kính cong q lớn, góc (p tâm cung trịn q nhỏ lạch sâu phía bờ lõm dễ xuất bãi bên, khiến đường vận tải thuỷ mùa kiệt quanh co nhiều không lợi Đe khắc phục nhược điếm khơng có lợi ta cần phải tìm biện pháp chỉnh trị theo hai mặt sau: Giữ trạng thái ốn định, ngăn chặn không cho sông phát triển theo bất lợi Biện pháp chủ yếu hộ bờ Thay đổi hẳn tình trạng để sơng phát triển theo hướng có lợi Biện pháp cắt dòng nắn thắng tạo thành dòng chảy triệt dòng cũ a) Bảo vệ bờ sông Ở sông cong, sạt lở phía bờ lõm nghiêm trọng khơng có lợi vấn đề chủ yếu diễn biến dịng sơng cong Khi mực nước lên cao, dòng chảy vòng mạnh lên, sức mang bùn cát dòng nước tăng lên, lượng bùn cát thượng lưu đem bị bồi lắng đoạn độ nên lượng ngậm cát khơng tăng lớn Do mái bờ sơng đáy sơng bị xói lở mạnh, nước rút, bờ sơng bị xói nên dốc lại thêm tác dụng nước ngầm làm cho bờ sông tiếp tục bị sạt lở Nhất bờ sơng có địa chất xấu sạt lở nhanh, mùa lũ có nơi sạt lở hàng chục mét/ngày Sự xói lở bờ lõm nhân tố ảnh hưởng thân đoạn sơng cong cịn chịu ảnh hưởng thay đổi đoạn thượng hạ lưu Trong quy định bố trí cơng trình bảo vệ bờ cần phải nắm vững tình hình diễn biến xu phát triên đoạn sông cần bảo vệ: dịng chảy cần nắm vững vị trí dịng chảy thúc vào bờ gây xói lở phạm vi vị trí đế làm xác định phạm vi cần bảo vệ tình hình bùn cát cần xét đến lượng cát từ thượng lưu mực nước đoạn sông thay đơi lượng cát bờ sơng cung cấp, đồng thời kết hợp với thay đổi khả mang bùn cát để xác định rõ trình xói lở lịng sơng, tình hình thổ nhường bờ sơng cần nắm vững tình hình phân bố cùa đất ven sơng để suy đốn vị trí dễ xói xu chuyến dịch đoạn cong mặt hình thành đất lịng sơng, cần nắm vững chiều dày phạm vi tầng xói tầng khơng xói đế làm xác định xói lở cực hạn xu đoạn sơng thượng hạ lưu đoạn cong ta cần dự tính khả thay đổi ảnh hưởng đến cơng trình bảo vệ đoạn sơng 237 Cuối vào tài liệu thu thập ta định tuyến chỉnh trị, tiến hành thiết kế cơng trình bảo vệ bờ vào thay đôi đoạn cong mà định trình tự thi cơng Ví dụ: đỉnh đoạn cong có thê di chuyến phía trước tiên cần khống chế phía đoạn cong Nếu đỉnh cong khơng dịch chuyển dịch chuyển theo hướng có lợi cho sơng trước tiên cần khống chế đoạn đợi cho sơng phát trien đến có lợi bảo vệ Hình 5.12 Sư đồ cơng trình bảo vệ bờ Tuyến chỉnh trị; Đường bờ lõm; Góc khuếch tán dịng chảy Bờ bảo vệ, R - Bán kính cong lớn Các cơng trình bảo vệ bờ thường dùng kè hộ bờ, đập mỏ hàn, thả gây bồi, trồng Phần chi tiết giới thiệu chương sau b) Cắt dịng, nắn thẳng (uốn thẳng) sơng Những đoạn sông cong gấp khúc, phát triên đến mức độ cong bất lợi, nhìn bình diện có vịng khố vịng giống hình bầu (thắt cố bầu), mặt cắt cửa vào mặt cắt cửa đoạn sơng lại gần nhau, chảy xi dịng hướng chảy hai bên mặt căt lại ngược Đê cải thiện hình thái cần tiến hành cắt dịng nắn thẳng Thiết kế cơng trình nắn dịng bao gồm số mặt chủ yếu sau: định tuyến sơng đào, thiết kế mặt cắt ngang sơng đào, tính sơ diễn biến dịng sơng sau cắt dịng nắn thăng hiệu ích cơng trình 5.4.2 Chỉnh trị ghềnh cạn Sơng đồng thường có lưu lượng lớn, chiều sâu lớn, lưu tốc lại nhỏ, dòng chảy tương đối bình lặng thuận cho giao thơng vận tải thuỷ Song sơng đồng cịn 238 nhiều trở ngại cho vận tải thuỷ muốn sử dụng thật thuận lợi ta phải chỉnh trị cải tạo dòng chảy Ví dụ có đoạn sơng q cong, đoạn sơng q hẹp phân nhiều dịng rẽ đặc biệt vấn đề phát sinh ghềnh cạn Cho nên việc nạo vét ghềnh cạn sông vùng đồng vấn đề quan trọng a) Sự hình thành phân loại ghềnh cạn Trong dịng sơng cong cong thường phát sinh bãi bồi, đối diện bãi bồi có lạch sâu Đoạn nối tiếp lạch sâu gọi ghềnh cạn (xem hình 5.13) Ghềnh cạn phát sinh bùn cát xói lở bờ lõm, q trình vận động xuống hạ lưu tiêu hao lượng lắng đọng phần sinh ghềnh cạn Hoặc tượng tiêu hao lượng chỗ tiếp giáp dịng chảy vịng có véctơ ngược chiều nhau, điểm nối tiếp lượng bị tiêu hao, tốc độ dịng nước giảm nhỏ sinh bồi lắng Ngồi ra, có nhiều nguyên nhân khác sinh điều kiện hình thành ghềnh cạn như: nước ứ nước rút, ảnh hưởng nhân tố làm cho nước dồn ứ làm cho bùn cát lắng đọng mạnh, nước rút chủ lực khơng qua chồ bồi lắng sinh ghềnh cạn; lưu lượng đơn vị giảm nhỏ, tốc độ giảm nhỏ, sức mang bùn cát dòng nước giảm xuống phát sinh bồi lắng phía thượng lưu xói lở mạnh hay có sơng nhánh chảy vào lượng ngậm cát tăng đột ngột, sức mang bùn cát dòng nước nhỏ phát sinh bồi lắng tạo thành ghềnh cạn b) Biện pháp chỉnh trị ghềnh cạn Nhiệm vụ yếu chỉnh trị ghềnh cạn xây dựng công trình chỉnh trị đế cải thiện đoạn sơng có chướng ngại, phục vụ vận tải thuỳ Khi cần thiết tiến hành nạo vét Các nhiệm vụ chủ yếu bao gồm: - Ón định đường vận tải thuỷ; 239 - Tăng thêm chiều sâu chiều rộng vận tải thuỷ; - Tăng bán kính cong cải thiện dịng chảy Các biện pháp thường dùng là: - Thu hẹp hướng cho dòng chảy tập trung; - Cố định bãi thượng hạ lưu; - Bịt bớt nhánh rẽ; - Ơn định điều chỉnh bờ sơng * Thu hẹp dòng chảy: Thu hẹp dòng chảy xây dựng loạt cơng trình chỉnh trị dọc tuyến chỉnh trị, làm cho lịng sơng có chiều rộng định, gần giống để có độ sâu tương đối đều, nhằm cải thiện điều kiện chạy tàu Công trình chỉnh trị thường dùng đập đinh, đập dọc Hình 5.14 Dùng đập đinh, đập dọc đế thu hẹp dòng chảy * Cố định bờ cát bãi cạn: Bãi cạn trở nên xấu thường bờ cát kéo dài xuống phía hạ lưu Lúc dùng cơng trình chỉnh trị để cố định vị trí doi cát, khơng cho kéo dài phía hạ lưu, thông thường dùng đập đinh loại lớn hay loại vừa để cố định Nếu hàm lượng cát sông lớn, xây cồng trình chỉnh trị thấm nước để tăng nhanh bồi, nâng cao trình bãi bên Ngồi trồng đê cố định Biện pháp cố định giúp cho bãi cạn bị xói vực sâu trở nên thắng độ sâu tăng lên tương ứng Ớ bãi cạn có lạch ngược, đồng thời với cố định bờ cát trên, cần lấp lạch ngược làm cho dòng chảy mùa kiệt tập trung xói sâu bãi cạn để tăng độ sâu Đế tránh bờ cát di chuyến phía hạ lưu san hai bên làm thành bãi sông, trở ngại cho vận tải, tốt nên cố định hai bờ cát 240 Hình 5.15 Cố định bờ cát Ở sông nhỏ vừa, đặc biệt sông nhỏ có nhiều cát bùn, để ngăn ngừa bờ cát kéo dài phía lạch tàu, xây cơng trình hướng dịng bờ đối diện với bờ cát nhằm hướng dịng phía mút bờ cát để ngăn kéo dài phía hạ lưu Hình 5.16 Xây dựng cơng trình hướng dịng đế ngăn bờ cát di chuyến dẫn vể phía hạ lưu * Cố định bờ cát bãi cạn: Độ sâu bãi cạn khơng đủ bờ cát có cao trình q thấp bờ cát hẹp làm cho dòng chảy đoạn q độ tràn qua mà khơng tập trung, có chiều hướng thẳng làm cho dòng chảy vòng yếu Trong trường họp này, bố trí cơng trình chỉnh trị bờ cát để tạo đoạn độ tưong đối gấp, làm cho dòng chảy vòng thêm mạnh nhằm tăng độ sâu Tác dụng công trình chỉnh trị cố định bờ cát đế khơng bị dịng nước xói, đồng thời nâng cao mở rộng bờ cát Thực tế thí nghiệm chứng minh biện pháp tăng cường cải biến dịng chảy đế xói đỉnh bãi cạn 241 Hình 5.17 Cố định bờ cát * Bịt kín khe lạch: Độ sâu bãi cạn khơng đủ có tồn nhiều khe lạch làm phân tán dòng nước đoạn độ Lấp khe lạch tập trung nước, xói đoạn độ, tăng độ sâu Lúc lấp khe lạch này, thường phải xây cơng trình hướng dịng phía thượng lưu Hình 5.18 Lấp khe lạch đập khố * Ơn định điều chỉnh tuyến bờ: Khi dịng chảy lịng sơng tốt, có chiều hướng phát triển phía bất lợi cho vận tải tìm cách ổn định trạng cũ, khơng ngăn cho chúng phát triển xấu Khi đoạn sông cong độ sâu bãi cạn không đủ bất lợi cho vận tải cần điều chỉnh tuyến bờ lõm hay tuyến bờ lồi, hay điều chỉnh hai tuỳ theo tình hình cụ thể mà định Đối với ghềnh cạn biện pháp chỉnh trị khác dùng biện pháp nạo vét để tập trung dòng chảy tăng thêm chiều sâu vận tải thuỷ Ưu điểm cơng trình nạo vét là: - Cồng tác chuẩn bị dễ, tàu nạo vét dễ di chuyền đất nạo vét lợi dụng làm cơng trình chỉnh trị - Hiệu nhanh, đầu tư không lớn 242 Hình 5.19 Lịng lạch trước sau chỉnh trị ã) Trước chỉnh trị; b) Sau chỉnh trị Tuy vậy, nhược điếm nghiêm trọng cơng trình nạo vét nạo vét xong dễ bồi lắng lại, phải nạo vét nhiều lần bị động diễn biến dịng sơng Khi thiết kế cơng trình nạo vét cần ý số vấn đề bố trí mặt thi cơng thiết kế mặt cắt ngang lạch đào Mặt thi cơng nên bố trí cho thuận tiện cho việc thi công tàu cuốc, bãi đố vật liệu ý tránh gây cản trở giao thông ảnh hưởng đến diễn biến dịng sơng làm phát triển theo hướng bất lọi Sau chọn vị trí lạch đào thích họp nên tìm cách giảm bớt lượng bồi lấp Do cần chọn mặt cắt ngang lạch đào thích đáng Kích thước mặt cắt nên thiết kế hình thang, cần thơng qua tính tốn thuỷ lực khả chuyến cát đế chọn kích thước hợp lý chiều sâu, chiều rộng, hệ số mái dốc cao trình đáy Đồng thời vào yêu cầu vận tải thuỷ đế khống chế kích thước Khi tính tốn cần ý ngun tắc dịng chảy lạch mang tồn bùn cát từ thượng lưu đưa về, lạch cần tạo lưu tốc dọc tương đối lớn 5.4.3 Chỉnh trị sơng rẽ dịng (phân dịng) Trên bình diện sơng rẽ dịng thường có ngó sen, nơi vào nơi chồ rẽ dịng có dịng chảy vịng tương đối phức tạp đồng thời chiều rộng mặt nước chiều sâu dịng rẽ so với đoạn khơng phân dịng nhở nhiều Sơng rẽ dịng tương đối tốt ứng với cấp tỷ số phân lưu lượng phân phối bùn cát tương đối ổn định, đồng thời sức mang bùn cát lượng bùn cát phân phối sơng phân dịng tương đối phù hợp Khi sơng rẽ dịng khơng ơn định, phát triên theo hướng khơng có lợi phải chỉnh trị Nhìn chung biện pháp chỉnh trị sơng rẽ dịng gồm loại chính: * Cố định lạch phân dịng rẽ 243 Neu tình hình dịng rẽ tốt, có lợi dùng biện pháp cơng trình để cố định lạch phân dịng rẽ, bảo vệ trạng thái cũ Khi cố định dòng rẽ cần đạt yêu cầu với cấp mực nước, tỳ lệ phân phối lưu lượng phân phối bùn cát tương đối ổn định Để ổn định nơi cửa lạch vào dịng rẽ xây tường (đê phân dòng) làm kè gia cố đầu bãi (hình 5.20) Thiết kế tường thiết kế theo đập hướng dịng bố trí kè gia cố thường ý liên kết tường kè với bãi phải tốt tránh xói lở phá hoại cơng trình * Biện pháp cải thiện dòng rẽ Trong trường hợp trước mắt dịng rẽ khơng có lợi khơng nghiêm trọng ta dùng biện pháp chỉnh trị cục Cục lạch có ghềnh cạn ảnh hưởng đến vận tải thuỷ ta tiến hành nạo vét, bờ sông bãi bị sạt lở nhiều sông phát triên không thuận lợi ta xây dựng cơng trình bảo vệ bờ Tiến hành nạo vét nhánh cần cải thiện tạo khả xói cho nhánh luu lượng tăng thêm Vùng cạn nhánh sông thường tập trung đoạn đầu nên trường họp cần nạo vét mương ngắn, tạo điều kiện cho nhánh sơng tự đào xói ghềnh cận nhánh sông, cần phải nạo vét hàng năm Xây dựng đập hướng dòng đập đón dịng đế tăng lun lượng cho nhánh đưa bùn cát nhánh phụ Neu vị trí đặt chúng họp lý tác dụng chúng có hiệu lớn 244 Hình 5.21 Đập hướng dịng * Bịt bớt dòng rẽ Nơi dòng rẽ mùa kiệt thường xuất bãi cạn nơi cửa cửa vào làm cho chiều sâu vận tải thuỷ không đủ Đe tăng chiều sâu cho vận tải thuỷ thường thiết kế cơng trình đế bịt dịng giữ lạch Bịt dịng rẽ dùng đập hướng dịng đập khố cơng trình chảy vịng Hình 5.22 sơ đồ bố trí cồng trình bịt dịng rẽ Hĩnh 5.22 Sư đồ vị trí đặt đập khố Khi bịt dịng rẽ ta cần phải ý xét thêm đến cơng tác phịng lũ ngành khác cơng trình lấy nước, tiêu nước không đơn phục vụ cho giao thông thuỷ Cần phải đánh giá mức độ lợi hại phải chiếu cố cách toàn diện đến ngành lợi dụng để chọn phương án chỉnh trị tốt 245 TÀI LIỆU THAM KHẢO Charlier, Roger H Coastal erosion, response and management, 1998, Clark, Jonh R, 1996 Coastal zone management hand- book Đào Văn Th Cơng trình đường thủy Đại học Hàng Hải (Nhà xuất xây dựng 2002) Lưong Phưong Hậu Động lực học cơng trình cửa sơng Nhà xuất xây dựng, 2005 Luong Phuong Hậu, Nguyên Thanh Hồn, Ngun Thị Hải Lý Chỉ dẫn kỹ thuật Cơng trình chỉnh trị sơng Nhà xuất xây dựng Hà Nội, 2011 Luong Phuong Hậu, Trần Đình Hợi Động lực học dịng sơng Chỉnh trị sơng Nhà xuất Nông nghiệp, 2004 Luong Phuong Hậu Đường thủy nội địa Nhà xuất Xây dựng Hà Nội, 1995 Massie, W.W, 1982w, 1986 Coastal Engineering, Vol Introduction, Lecture notes for HEb courses at International Institute for Infrastructural, Hydraulic and Environmental Engineering, 2000,2001 Nguyen Hồng Trí Sinh thái học rừng ngậy mặn, 1999 10 Nguyên Thế Tuởng Sổ tay tra cứu đặc trưng khí tượng thủy văn vùng thêm lục địa Việt Nam, 2000 11 Nguyễn Thị Nga, Trân Thục Động lực học sông Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, 2003 12 Nguyễn Văn Lai Giáo trình Hải dương học Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 2006 13 Phạm Văn Giáp, Nguyên Ngọc Huệ & Phan Bạch Châu Biển Cảng biển thếgiớỉ 14 Phan Nguyên Hồng Thực vật rừng ngập mặn Việt Nam, 1996 15 Pierre Y Julien River Mechanics Cambridge University Press, 2002 16 Prof ir K.d' Angremond and Ir E.T.J.M Pluim - Van der Velden Introduction Coastal Engineering, CT4300; Faculty of Civil Engineering and Geotechnical Engineering, 2001 17 Prof Ir K.d' Angremond Introduction Coastal Engineering; Faculty of Civil Engineering and Geotechnical Engineering, 1999 18 Storm surge disaster study for Vietnam Coast, 2000 UNDP project VIE/97/002-DMU 246 19 TCCS 03:2014 - Luong đường thủy nội địa - Tiêu chuẩn thiết kế 20 TCVN 10305:2015 Cảng bên thủy nội địa - Phân cấp kỹ thuật 21 The world's Coastline, NITG-TNO, Van Nostrand Reihold Company, New York 22 Tiêu chuẩn phấn cấp đường thủy nội địa 5664 -2009 23 Tiêu chuẩn thiêỉ kếcảng biêh-22TCN 207-92 24 Tiêu chuẩn thỉêỉ kếcảng sông-22TCN 219-94 25 Vietnam Vulnernability Assessment Study due sea level rise, project report, 1996 26 Vũ Uyển Dĩnh Môi trường biển tác động lên cơng trình, Nhà xuất Xây dựng, 2002 27 Vũ Minh Cát & nnk Cơ sở kỹ thuật bờ biêh Nhà xuất Xây dựng, 2017 28 Wave, tides and shallow water processes, open University, 1997 247 Bài giảng co sơ THIẼĨ KE CÔNG TRĨNH CẢNG - ĐƯỜNG THỦY NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Trụ sở: Ngõ 17, Tạ Quang Bửu, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội Điện thoại: 024.38684569; Fax: 024.38684570 Email: http://www.nxbbk.hust.edu.vn Chịu trách nhiệm xuất Giám đắc - Tong Biên tập: TS Bùi Đức Hùng Biên tập: NGUYỄN THỊ HÀ XUÂN, NGỤY THỊ LIỄU Chế bản: NGUYỄN HÀ XUÂN Sửa in: NGUYỄN HÀ XUÂN Thiết kế bìa: ĐINH XUÂN DŨNG In 100 cuốn, khổ 19 X 27 cm, Công ty TNHH In Khuyến học, số 9/64, ngõ 35, Cát Linh, Đống Đa, Hà Nội Số xuất bản: 2724-2018/CXBIPH/01-69/BKHN; ISBN: 978-604-95-0578-2 Số QĐXB: 193/QĐ-ĐHBK-BKHN cấp ngày 04/10/2018 In xong nộp lưu chiêu Quý IV năm 2018