nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính ổn định cho đê chắn sóng theo các dạng mặt cắt khác nhau, phục vụ xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính ổn định cho đê chắn sóng theo các dạng mặt cắt khác nhau, phục vụ xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão” là kết

Xin cảm ơn Trường ĐHTL và các thầy cô Khoa Công trình đã đào tạo và hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học cao học, cán bộ thư viện trường đã giúp

đỡ tác giả trong quá trình tìm kiếm tài liệu để thực hiện luận văn

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn TS.Nguyễn Trung Anh, NGND.GS.TS Lê Kim Truyền đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả về chuyên môn trong suốt quá trình nghiên cứu

Xin cảm ơn tới cơ quan: Công ty CPTV Thiết kế giao thông thủy TEDI WECCO,

sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Quảng Bình đã giúp đỡ tác giả trong quá trình đi thực địa công trình, thu thập tài liệu

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban QLDA Đầu tư xây dựng Ngành NN & PTNT đã tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình học và thực hiện luận văn

Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ động viên để tác giả hoàn thành luận văn này!

Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2012

Tác giả

Tr ần Hoài Nam

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính

ổn định cho đê chắn sóng theo các dạng mặt cắt khác nhau, phục vụ xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão” là kết quả nghiên cứu của tôi

Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình

thức kỷ luật nào của Nhà trường

Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2012

Tác giả

Tr ần Hoài Nam

1.1.2.1T 1TPhân loại đê chắn sóng1T 31T

1.1.2.1.1T 1TPhân loại vị trí của đê chắn sóng trên mặt bằng1T 31T

1.1.2.2.1T 1TPhân loại theo tương quan với mực nước1T 41T

1.1.2.3.1T 1TPhân loại theo công dụng đê chắn sóng.1T 51T

1.1.2.4.1T 1TPhân loại theo hình dạng mặt cắt ngang đê chắn sóng1T 51T

1.2.1T 1TCác dạng mặt cắt đê chắn sóng công trình biển1T 71T

1.2.1.1T 1TCác dạng mặt cắt ĐCS mái nghiêng1T 81T

1.2.2.1T 1TĐê chắn sóng tường đứng1T 91T

1.2.3.1T 1TĐê chắn sóng dạng hỗn hợp1T 101T

1.2.4.1T 1TĐê chắn sóng bằng cừ, cọc1T 111T

1.2.5.1T 1TĐê chắn sóng có kết cấu đặc biệt1T 121T

1.3.1T 1TNội dung chính liên quan đến tính toán thiết kế đê chắn sóng1T 121T

1.3.1.1T 1TChọn tuyến ĐCS1T 121T

1.3.2.1T 1TThiết kế mặt cắt và kết cấu ĐCS1T 121T

1.3.2.1.1T 1TCao trình đỉnh đê1T 121T

1.3.2.2.1T 1TThiết kế mặt cắt ngang ĐCS1T 131T

1.3.3.1T 1TTác động của môi trường lên ĐCS1T 141T

1.3.4.1T 1TTính toán ổn định ĐCS1T 141T

1.4.1T 1TMột số hư hỏng đê chắn sóng và vấn đề ổn định1T 151T

1.4.1.1T 1TMột số hư hỏng ĐCS thường gặp1T 151T

1.4.1.1.1T 1THư hỏng đối với đê chắn sóng tường đứng1T 15

1.4.1.2.1T 1THư hỏng đối với đê chắn sóng mái nghiêng1T 151T

1.4.2.1T 1TVấn đề ổn định của ĐCS1T 161T

1.5.1T 1TĐê chắn sóng và khu neo đậu tàu thuyền trú bão1T 171T

1.5.1.1T 1TTiêu chí xây dựng khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão1T 171T

1.5.1.1.1T 1TYêu cầu về địa điểm xây dựng khu neo đậu tránh trú bão1T 171T

1.5.1.2.1T 1TYêu cầu về kỹ thuật đối với khu tránh trú bão1T 181T

1.5.2.1T 1TTiềm năng và hiện trạng khu neo đậu tàu thuyền TTB ở nước ta1T 191T

1.5.2.1.1T 1TTiềm năng xây dựng các khu neo đậu tàu thuyền TTB1T 191T

1.5.2.2.1T 1TChủ trương xây dựng khu neo đậu tàu thuyền TTB1T 191T

1.5.2.3.1T 1TTình hình xây dựng khu neo đậu tàu thuyền TTB ở nước ta1T 201T

1.5.3.1T 1TMột số vấn đề về khu neo đậu tàu thuyền TTB và ĐCS1T 211T

1.6.1T 1TKết luận chương I1T 221T

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO ĐÊ

2.1.2.1.1T 1TPhương pháp tính theo trạng thái giới hạn1T 231T

2.1.2.2.1T 1TPhương pháp ứng suất cho phép1T 251T

2.1.2.3.1T 1TPhương pháp tính theo hệ số an toàn1T 251T

2.1.2.4.1T 1TPhương pháp tính theo độ tin cậy1T 251T

2.2.1T 1TTính ổn định cho đê chắn sóng dạng tường đứng1T 271T

2.2.1.1T 1TĐặt vấn đề1T 271T

2.2.2.1T 1TTính toán ổn định theo tiêu chuẩn 22-TCN-207-921T 271T

2.2.2.1.1T 1TĐặc điểm tính toán1T 271T

2.2.2.2.1T 1TĐánh giá sự ổn định của của công trình1T 281T

2.2.3.1T 1TTính toán ổn định theo đề tài cấp Bộ mã số 96-34-101T 35

2.2.3.1.1T 1TTính toán ổn định công trình1T 351T

2.2.3.2.1T 1TXói chân công trình1T 361T

2.2.3.3.1T 1TĐiều kiện ổn định về lún1T 361T

2.2.4.1T 1TPhương pháp tính của Van de Kreeke (1963) [14]1T 371T

2.2.4.1.1T 1TTính toán ổn định trượt phẳng1T 371T

2.2.4.2.1T 1TỔn định do lật1T 411T

2.3.1T 1TTính ổn định cho đê chắn sóng mái nghiêng1T 431T

2.3.1.1T 1TYêu cầu chung về tính toán ổn định đê chắn sóng mái nghiêng1T 431T

2.3.1.1.1T 1TNguyên tắc chung1T 431T

2.3.1.2.1T 1TCông thức tổng quát tính ổn định1T 431T

2.3.2.1T 1TTính toán ổn định ĐCS mái nghiêng theo phương pháp phân thỏi (14 TCN 130-2002)1T 441T

2.3.2.1.1T 1TPhương pháp xác định mặt trượt nguy hiểm nhất1T 451T

2.3.2.2.1T 1TPhương pháp xác định hệ số an toàn K1T 481T

2.3.3.1T 1TTính toán ổn định ĐCS mái theo phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát GLEM1T 51

2.4.1.1T 1TCác dạng mặt cắt và khả năng mất ổn định1T 551T

2.4.2.1T 1TNội dung tính toán ổn định ĐCS hỗn hợp1T 561T

2.5.1T 1TKết luận chương II1T 561T

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH CHO CÁC DẠNG MẶT CẮT ĐCS KHU NEO ĐẬU TÀU THUYỀN TRÁNH TRÚ BÃO1T 58

3.1.1.1.1T 1TTải trọng bản thân1T 581T

3.1.1.2.1T 1TÁp lực thủy tĩnh1T 581T

3.1.1.3.1T 1TTải trọng do áp lực sóng1T 581T

3.1.2.1T 1TĐiều kiện làm việc đê chắn sóng mái nghiêng1T 661T

3.1.2.1.1T 1TTải trọng bản thân1T 661T

3.1.2.2.1T 1TÁp lực thủy tĩnh1T 671T

3.1.2.3.1T 1TTác động của sóng lên đê chắn sóng mái nghiêng1T 671T

3.2.1T 1TĐiều kiện xây dựng, khai thác với các ĐCS có dạng mặt cắt khác nhau1T 771T

3.2.1.1T 1TĐê chắn sóng dạng tường đứng1T 771T

3.2.1.1.1T 1TĐiều kiện áp dụng1T 771T

3.2.1.2.1T 1TĐiều kiện khai thác1T 771T

3.2.2.1T 1TĐê chắn sóng dạng mái nghiêng1T 781T

3.2.2.1.1T 1TĐiều kiện áp dụng1T 781T

3.2.2.2.1T 1TĐiều kiện khai thác1T 781T

3.3.1T 1TYêu cầu về ổn định ĐCS khu neo đậu tàu thuyền trú bão1T 791T

3.3.1.1T 1TTải trọng tác dụng lên ĐCS khu neo đậu tàu thuyền TTB1T 791T

3.3.1.1.1T 1TTải trọng va tàu1T 791T

3.3.1.2.1T 1TTải trọng neo tàu1T 801T

3.3.1.3.1T 1TTải trọng tựa tàu1T 821T

3.3.2.1T 1TYêu cầu về ổn định của ĐCS khu neo đậu tàu thuyền1T 831T

3.4.1T 1TPhân tích lựa chọn phương pháp tính ổn định cho đê chắn sóng tường đứng1T 831T

3.4.1.1T 1TPhân tích đặc điểm của các phương pháp tính ổn định ĐCS tường đứng1T 841T

3.4.1.1.1T 1TPhương pháp Gerxevanov1T 841T

3.4.1.2.1T 1TPhương pháp tính ổn định theo tiêu chuẩn 22 TCN 207-921T 851T

3.4.1.3.1T 1TTheo phương pháp Van de Kreeke1T 851T

3.4.2.1T 1TLựa chọn phương pháp tính toán ổn định ĐCS tường đứng1T 86

3.5.2.1T 1TLựa chọn phương pháp tính ổn định cho ĐCS mái nghiêng1T 891T

3.6.1T 1TKết luận chương III1T 891T

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN KHU NEO ĐẬU TRÁNH TRÚ BÃO NHẬT LỆ1T 91

4.1.2.2.1T 1TĐiều kiện thuỷ hải văn khu vực công trình1T 961T

4.1.2.3.1T 1TĐiều kiện địa hình1T 1011T

4.1.2.4.1T 1TĐiều kiện địa chất công trình1T 1011T

4.2.1T 1TGiải pháp thiết kế ĐCS, ngăn cát1T 1011T

4.2.1.1T 1TChọn tuyến đê1T 1011T

4.2.2.1T 1TTính chọn kích thước cơ bản của mặt cắt ngang ĐCS mái nghiêng1T 1021T

4.2.2.1.1T 1TCao trình đỉnh đê1T 1031T

4.2.2.2.1T 1TChiều rộng đỉnh đê1T 104

4.2.2.3.1T 1TChọn mái dốc m1T 1051T

4.3.1T 1TTính toán ổn định ĐCS1T 1051T

4.3.1.1T 1TTheo 14TCN 130-20021T 1051T

4.3.2.1T 1TTheo phương pháp phần tử hữu hạn1T 1091T

4.3.3.1T 1TTính toán ổn định trượt ngang1T 1091T

4.4.1T 1TMột số nội dung tổ chức thi công xây dựng công trình1T 1121T

4.4.1.1T 1TTrình tự thi công các hạng mục chính khu neo đậu Nhật Lệ1T 1121T

4.4.2.1T 1TBiện pháp thi công các hạng mục công trình chính1T 1131T

4.4.3.1T 1TMột số lưu ý trong quá trình thi công1T 1151T

4.4.4.1T 1TTiến độ thi công1T 1161T

4.4.5.1T 1TCác yêu cầu về bảo vệ môi trường, an toàn, phòng chống cháy nổ trong quá trình thi công1T 1161T

4.5.1T 1TKết luận chương IV1T 1171T

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Với yêu cầu phát triển kinh tế biển, hàng năm chúng ta phải xây dựng nhiều công trình biển, công trình bảo vệ bờ: các công trình cảng biển khu vực ven bờ, cảng nằm ở vùng hải đảo, công trình an ninh quốc phòng, cảng cá, khu neo đậu tàu thuyền trú bão….Chỉ riêng việc đáp ứng nhu cầu cấp bách bảo vệ tàu thuyền khai thác hải sản trên biển khi có bão, giảm thiệt hại về tài sản và tính mạng của ngư dân các tỉnh ven biển nước ta, ngày 9/8/2011 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 1349/QĐ-TTg Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 Theo đó cả nước có trên 100 khu neo đậu trú bão, một số khu có quy mô cấp vùng đảm bảo an toàn cho hàng ngàn tàu các loại

Đê chắn sóng là một trong các hạng mục quan trọng trong công trình biển, để bảo vệ khu vực công trình và tạo vùng nước “yên tĩnh’’ phía sau Đê chắn sóng thường làm việc trong điều kiện bất lợi về sóng gió, chiều sâu cột nước, điều kiện nền và điều kiện hải văn

Đê chắn sóng thường có các dạng mặt cắt chính: dạng mái nghiêng, dạng tường đứng, dạng hỗn hợp Mỗi loại có điều kiện ứng dụng, điều kiện làm việc khác nhau (về nền công trình, áp lực sóng, khả năng trượt, lật….) Một trong những nội dung quan trọng trong tính toán thiết kế đê chắn sóng là tính toán ổn định trong những điều kiện bất lợi Hiện tại ở nước ta đang tính toán ổn định cho loại công trình này

theo các tiêu chuẩn, quy phạm hiện hành như: Tiêu chuẩn 14TCN 130-2002, Hướng

dẫn thiết kế đê biển, Quy phạm tải trọng và lực tác dụng lên công trình (do sóng và tầu) của Bộ Nông nghiệp &PTNT, Tiêu chuẩn 22TCN 207-95 của Bộ Giao thông

vận tải, tham khảo Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình cảng, đường thuỷ Nhật

Bản…phương pháp tính ổn định đối với các dạng mặt cắt cơ bản vẫn giống nhau,

chưa được xem xét đầy đủ về đặc điểm làm việc, điều kiện xây dựng và khai thác nên đôi khi tính toán thiết kế chưa phù hợp hoặc thiếu đầy đủ về sự an toàn cho loại công trình này

Để góp phần cho công tác thiết kế các đê chắn sóng công trình, nội dung nghiên

cứu đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính ổn định cho đê chắn sóng theo

các dạng mặt cắt khác nhau, phục vụ xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão”

mang tính thực tiễn nhằm đáp ứng xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão đang

được quan tâm ở nước ta và có tính khoa học, góp phần cho chuyên ngành xây dựng công trình biển

2 Mục đích của đề tài

Trên cơ sở nghiên cứu, luận văn đề xuất phương pháp tính toán ổn định phù hợp đối với các dạng mặt cắt khác nhau của đê chắn sóng, tập trung cho mặt cắt thường được sử dụng là dạng mái nghiêng và tường đứng, nhằm phục vụ việc xây dựng đê chắn sóng khu neo đậu tàu thuyền trú bão ở nước ta

3 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là đê chắn sóng khu neo đậu tàu thuyền trú bão

4 Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp lý thuyết

+ Phương pháp tổng hợp, phân tích đánh giá

+ Tham khảo kinh nghiệm chuyên gia

- Các tiếp cận: + Tiếp cận qua các nghiên cứu, tài liệu đã công bố

+ Tiếp cận qua công trình thực tế

+ Qua các nguồn thông tin khác

5 Kết quả dự kiến đạt được

- Nêu được tổng quan các phương pháp tính toán ổn định cho đê chắn sóng công trình biển;

- Dựa trên đặc điểm điều kiện làm việc và điều kiện áp dụng, phân tích lựa chọn phương pháp tính toán ổn định phù hợp cho đê chắn sóng có dạng mặt cắt khác nhau, tập trung cho 2 dạng mặt cắt là đê mái nghiêng và đê dạng tường đứng, phục

vụ xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão ở nước ta

- Ứng dụng tính toán phục vụ cho xây dựng đê chắn sóng khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão Nhật Lệ - Quảng Bình

CHƯƠNG I: MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐÊ CHẮN SÓNG CÔNG

để đảm bảo an toàn cho tàu thuyền neo đậu, bốc xếp hàng hóa tránh các yếu tố bất lợi của tự nhiên và của động lực biển như sóng, bão, thuỷ triều, hải lưu, nước dâng, chuyển động của bùn cát ven bờ, nước ngầm, động đất …v.v

Đê chắn sóng là một giải pháp công trình nhằm tiêu tán, phản xạ năng lượng sóng biển, nhằm tạo ra một khu nước yên tĩnh, phù hợp với yêu cầu khai thác vận hành cảng biển đồng thời đảm bảo an toàn cho việc neo đậu tàu thuyền, tránh trú bão

Ngoài ra đê chắn sóng còn được xây dựng để bảo vệ luồng tàu, bảo vệ bờ biển, chống xói lở, tạo bãi, nuôi bãi, lấn biển

1.1.2 Phân loại đê chắn sóng

Đê chắn sóng được phân thành một số loại, tuỳ theo mục tiêu nghiên cứu, phương thức tiếp cận và các đặc trưng của đê Dưới đây là một số cách phân loại phổ biến và thường được áp dụng [1], [3]

1.1.2.1 Phân loại vị trí của đê chắn sóng trên mặt bằng

Căn cứ vào vị trí bố trí đê chắn sóng trên mặt bằng các tuyến đê có thể phân loại thành:

- Đê chắn sóng liền bờ (đê nhô) là đê có một đầu nối tiếp với đường bờ;

- Đê chắn sóng xa bờ (đê đảo hay đê tự do) là đê chắn sóng mà cả 2 đầu đê không nối với bờ (tuyến đê có thể hoặc không song song với bờ);

- Đê hỗn hợp: trên thực tế, nhiều trường hợp thường kết hợp bố trí xây dựng tuyến đê chắn sóng theo cả hai kiểu nói trên

Hình 1.1: Đê nhô (Cảng Karpaz, miền bắc đảo Síp)

Hình 1.2: Đê đảo (Đê đảo lớn nhất thế

giới tại Coastal Azul, Mexico)

Hình 1.3: Đê hỗn hợp

1.1.2.2 Phân loại theo tương quan với mực nước

Theo tiêu chí đánh giá tương quan giữa cao trình đỉnh đê chắn sóng với cao trình

mực nước biển có thể phân ra làm 2 loại như sau:

có trường hợp thấp hơn cả mực nước thấp thiết kế Đê ngập thường được xây dựng

để tiêu giảm năng lượng sóng biển và ngăn cát cho mục đích bảo vệ bờ khỏi bị xói

lở, bảo vệ luồng tàu ở vùng cửa sông chịu tác động ảnh hưởng của sóng biển và khi

bể cảng dùng làm bãi tắm hoặc chỉ ngăn cát, phù sa

- Đê không ngập có cao trình đỉnh đê luôn cao hơn mực nước cao thiết kế Đê

không ngập còn chia ra thành hai loại: đê hạn chế sóng tràn (cho phép một mức độ

sóng tràn qua đỉnh đê) và đê không cho phép sóng tràn qua đỉnh

1.1.2.3 Phân loại theo công dụng đê chắn sóng

Dựa vào công dụng và mục đích xây dựng, đê chắn sóng có thể phân thành các

loại như sau:

- Đê dùng để chắn sóng: để chắn sóng hay tiêu tán một phần năng lượng sóng

khi tiếp cận công trình nhằm tạo ra một khu nước có độ tĩnh lặng theo yêu cầu;

- Đê ngăn cát: ngăn chặn sự xâm nhập bùn cát vào khu nước được quan tâm;

- Đê chắn sóng, ngăn cát: ngăn chặn bùn cát và giảm chiều cao sóng cho khu

nước sau công trình

- Đê hướng dòng chảy: xây dựng tại cửa sông, chỗ có hải lưu mạnh để cải thiện

điều kiện luồng hàng hải, chỉnh trị cửa sông

1.1.2.4 Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang đê chắn sóng

Cách phân loại này thông dụng nhất vì nó phản ánh được các đặc trưng cơ bản

của kết cấu, không những về cấu tạo mà cả về phương pháp tính toán, các giải pháp

thi công Nội dung này được trình bày chi tiết trong phần tiếp theo

Dựa trên góc độ này kết cấu đê được phân thành:

thân đê bằng các vật như đá không phân loại, đất, cát…Các lớp ngoài là đá có kích

thước lớn hơn, khối bê tông hoặc các khối bê tông dị hình Thi công đê mái nghiêng

tốn nhiều vật liệu so với đê tường đứng, song có ưu điểm thuận lợi là khai thác

được vật liệu sẵn có ở địa phương, khi xảy ra hư hỏng cục bộ dễ sửa chữa hơn kết

cấu tường đứng Loại đê này có khả năng tiêu hao năng lượng sóng tương đối cao

có thể tận dụng làm kết cấu bến phía mép trong bể cảng Thân đê thường được làm

bằng các loại thùng chìm bê tông cốt thép Đê tường đứng trọng lực tốn ít vật liệu,

thi công nhanh Tuy nhiên yêu kỹ thuật thi công hiện đại và có nhược điểm là bị

phản xạ sóng cao

Hình 1.4: Đê chắn sóng mái nghiêng (Manila, Philippines)

chắn sóng là mái nghiêng có khối phủ bảo vệ, phần sau là kết cấu tường đứng; phần trên là dạng đê tường đứng (khối bê tông hoặc thùng chìm bê tông cốt thép) đặt trên phần nền móng (phần dưới) là dạng đê khối đổ có mặt cắt ngang kiểu mái nghiêng

khí, đê bằng ống địa kỹ thuật…Tuy nhiên chưa được ứng dụng rộng rãi do hiệu quả chưa cao và phức tạp tốn kém trong quá trình vận hành

Hình 1.7: Đê chắn sóng cọc gỗ

(Hà Lan)

Hình 1.9: Đê kiểu phao (Canada)

1.2 Các dạng mặt cắt đê chắn sóng công trình biển

Cùng với sự phát triển của công nghệ thiết kế và thi công ĐCS, hiện nay các

dạng mặt cắt ĐCS rất đa dạng, phong phú, cho phép người thiết kế có nhiều sự lựa

chọn phù hợp với đặc điểm tự nhiên, khí hậu, địa hình…tại vị trí xây dựng công

trình Có 3 loại mặt cắt cơ bản của ĐCS: đê mái nghiêng, đê tường đứng và đê hỗn

hợp Hai dạng mặt cắt ĐCS phổ biến nhất là ĐCS có mặt cắt dạng tường đứng và

mái nghiêng hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi ở nước ta và trên thế giới, các dạng

mặt cắt khác ít phổ biến hơn [4]

1.2.1 Các dạng mặt cắt ĐCS mái nghiêng

Đê chắn sóng mái nghiêng là loại công trình mà mặt đê có hình dạng mái nghiêng Điển hình của loại kết cấu này là được xây dựng với lõi thân đê bằng các vật liệu như đá không phân loại, đất, cát…để chống lại tác động của sóng lên công trình khối phủ bên ngoài (cover-layer) được sử dụng bằng các vật liệu có kích thước lớn hơn như đá khối lớn, khối bê tông, các cấu kiện bê tông phức hình Loại kết cấu

đê chắn sóng mái nghiêng được dùng phổ biến với mọi loại nền có các điều kiện địa

chất khác nhau

Đê chắn sóng mái nghiêng có đặc điểm tốn rất nhiều vật liệu do mặt cắt ngang lớn song lại có thể tận dụng được vật liệu ở địa phương, giảm chi phí vận chuyển, nếu chọn được khối phủ phù hợp thì khả năng tiêu hao năng lượng sóng tương đối cao Đê chắn sóng mái nghiêng thuộc loại kết cấu ‘‘mềm ’’ nên khi xảy ra hư hỏng cục bộ dễ sửa chữa hơn so với kết cấu tường đứng

Các bộ phận cấu tạo nên mặt cắt ĐCS mái nghiêng bao gồm:

- Thượng tầng: khối tường đỉnh đê

- Trung tầng: lõi đê, mái đê, lớp phủ mái

- Hạ tầng: lớp đệm, lăng thể chân đê

Thông thường có thể chia ra 4 loại hình mặt cắt phổ biến như sau:

- Lõi đê đá đổ không phân loại, được bọc một lớp đá hộc lớn xếp khan, lớp phủ mái bằng đá hộc hoặc bằng bê tông, có lăng thể chân phía biển (hình 1.10.a)

- Tại mực nước thi công có bậc cơ (đê có thềm giảm sóng), mái phía trên bậc cơ

là đá lát khan hoặc đá xây (hình 1.10.b)

- Các khối bê tông hình hộp được chất trực tiếp trên đệm đá, hình thành chân đê (hình 1.10.c)

- Trên đỉnh có đặt khối bê tông dạng tường góc (Hình 1.10.d)

Hình 1.10: Một số loại mặt cắt ĐCS mái ngiêng

1.2.2 Đê chắn sóng tường đứng

Đê chắn sóng tường đứng là loại công trình mà mặt đê phía đón sóng có dạng thẳng đứng Thân đê thường được làm bằng các khối xếp, thùng chìm bê tông cốt thép (BTCT) và trong một số trường hợp cũng có thể sử dụng một số dạng kết cấu khác như chuồng BTCT đổ đá, cừ hay cọc kết hợp đổ đá, cát…ở giữa hai hàng cừ, cọc

- Kết cấu đê tường đứng trọng lực tốn ít vật liệu do mặt cắt ngang nhỏ, cho phép thi công nhanh, có thể tận dụng làm kết cấu bến phía trong bể cảng Nhược điểm của loại đê này là yêu cầu về nền tương đối cao, tạo phản xạ sóng cao trước công trình và đòi hỏi nhiều công đoạn chế tạo - thi công hiện đại

Đê chắn sóng tường đứng có kết cấu khá đa dạng, nhưng thường có thể sử dụng một số kết cấu chính gồm:

- Công trình có kết cấu dạng thùng chìm bê tông cốt thép (hình 11.a)

- Công trình sử dụng kết cấu khối bê tông có hình dạng đơn giản (hình 11.b)

- Loại kết cấu Cyclopit

- Loại kết cấu khối rỗng

1.2.4 Đê chắn sóng bằng cừ, cọc

Đê bằng cọc và cừ trên loại nền phù hợp, loại đê này tốn ít vật liệu nhưng phải

thêm công đoạn đóng cọc;

- Loại 1 hàng cọc gỗ đơn, đóng thẳng, zic-zắc, so le, có thanh nẹp dọc có cọc

chống Quanh chân cọc có rải đá hộc chống xói Loại kết cấu này ứng dụng cho mỏ

hàn chắn cát ven bờ, chiều cao thường không lớn (hình 1.13.a)

- Loại hàng cọc gỗ, tạo thành tường vây có liên kết ngang, dọc có chất liệu tạo

khối ở giữa 2 hàng cọc (hình 1.13.b)

- Cọc bê tông cốt thép đơn hoặc kép, có mang bản chắn được sử dụng trong công

trình chắn sóng không lớn, trong điều kiện thuận lợi về thi công đóng cọc bê tông

cốt thép (hình 1.13.c)

- Công trình bằng cừ thép đơn hoặc thép dùng trong vùng sóng lớn, bãi biển

tương đối sâu, yêu cầu độ ổn định cao (hình 1.13.d)

Hình 1.13: Đê chắn sóng bằng cọc, cừ

1.2.5 Đê chắn sóng có kết cấu đặc biệt

Các loại đê này thường có hình dạng và kết cấu rất đa dạng, có thể kể ra các loại:

đê kiểu phao, đê rỗng, đê thủy khí…mặc dầu các loại đê chắn sóng kiểu này có chi phí xây dựng ban đầu thấp hơn các loại đê nói trên nhưng lại rất ít được áp dụng trên thực tế vì hiệu quả giảm sóng, chắn cát hạn chế qua quá trình khai thác cũng như chi phí duy tu bảo dưỡng cũng khá phức tạp và tốn kém

1.3 Nội dung chính liên quan đến tính toán thiết kế đê chắn sóng

1.3.1 Chọn tuyến ĐCS

Tuyến ĐCS được chọn trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, trên

cơ sở xem xét:[2]

- Sự phù hợp quy hoạch tổng thể phát triển toàn vùng;

- Điều kiện địa hình, địa chất;

- Diễn biến cửa sông và bờ biển;

- Vị trí công trình hiện có và công trình xây dựng theo quy hoạch;

- Hiệu quả của việc chắn sóng; an toàn, thuận lợi trong xây dựng, quản lý, khai thác ĐCS và khu vực được ĐCS bảo vệ;

1.3.2 Thiết kế mặt cắt và kết cấu ĐCS

Nội dung thiết kế mặt cắt và kết cấu ĐCS bao gồm các nội dung chính: Xác định cao trình đỉnh đê, kích thước mặt cắt, kết cấu đỉnh đê và thân đê, bảo vệ chân đê và một số tính toán theo quy định [2], [4]

- Các thông số mực nước, chiều cao sóng thiết kế…

Theo các tài liệu hiện có, việc quy định tính toán xác định và lựa chọn cao trình đỉnh đê cũng có một số khác biệt Bảng 1.1 trình bày các biểu thức tính toán xác định cao trình đỉnh đê chắn sóng mái nghiêng để tham khảo Ngoài ra, khi xem xét lựa chọn cao trình đỉnh đê chắn sóng, người kỹ sư thiết kế cần phải cân nhắc đến cao trình đỉnh khối lõi đê nhằm tạo điều kiện thuận lợi trong thi công Cao trình đỉnh khối lõi đê chắn sóng thường được lựa chọn cao hơn mức nước thi công cao

nhất để thuận lợi cho việc đi lại, an toàn cho người và thiết bị sử dụng trong quá trình xây dựng

Bảng 1.1: Một số quy định về tính toán xác định cao trình đỉnh ĐCS [8]

- Yêu cầu của thi công và sử dụng mặt đê đảm bảo cho xe máy thi công hoạt động trong quá trình xây dựng và yêu cầu của phương tiện đi lại trên mặt đê trong giai đoạn khai thác, duy tu, bảo dưỡng công trình

b, Mái dốc hai bên thân đê (đối với ĐCS mái nghiêng)

Mái dốc hai bên thân đê chắn sóng mái nghiêng m = cotgα được lựa chọn tuỳ thuộc vào vật liệu làm thân đê và loại hình các khối phủ bảo vệ (theo yêu cầu ổn định và khả năng thi công) Mái dốc phía biển chịu tác dụng của sóng nên thường được thiết kế thoải hơn so với mái đê phía cảng Theo kinh nghiệm thực tế, mái dốc phía biển thường áp dụng m = 1,50 ÷ 2,00; mái dốc phía khu nước m = 1,25 ÷ 1,50 khi cao độ đỉnh đê được thiết kế không cho phép sóng tràn (hoăc cho phép sóng tràn

không đáng kể), và m = 1,23 ÷ 1,50 khi đỉnh đê được thiết kế cho phép sóng tràn hoặc sóng sau đê khá lớn Lựa chọn mái dốc hai bên thân đê cũng cần được tính toán cân nhắc kỹ lưỡng vì nếu quá dốc thì nguy cơ mất ổn định trượt cao và yêu cầu

về kích thước khối phủ ngoài cũng lớn hơn; mái dốc hai bên thân đê quá thoải thì giá thành xây dựng đê cao

Trọng lượng, kích cỡ khối phủ ngoài việc thoả mãn yêu cầu ổn định dưới tác dụng của sóng biển, dòng chảy Đây là đối tượng được rất nhiều nhà nghiên cứu dày công đầu tư phát triển Hiện nay, một số biểu thức tính toán của các nhà nghiên cứu Anh, Mỹ, Liên Xô cũ, Tây Ban Nha, Na Uy, Thụy Điển đã được công bố đều là các công thức thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm Trong những điều kiện tương tự, kết quả tính toán theo các công thức này vẫn còn có kết quả khác biệt đáng kể

1.3.3 Tác động của môi trường lên ĐCS

Đê chắn sóng là một giải pháp công trình nhằm tiêu tán, phản xạ một phần năng lượng sóng biển Với ĐCS ở các cảng, nó có nhiệm vụ tạo ra một khu nước tương đối yên tĩnh, phù hợp với yêu cầu khai thác cảng, đảm bảo an toàn cho việc neo cập tàu thuyền để làm hàng hoặc phục vụ neo trú tàu thuyền khi biển động Các tác động chính của môi trường lên ĐCS gồm: áp lực thủy tĩnh, áp lực sóng, va đập của tàu thuyền, tác động của dòng chảy, thiết bị đi lại, động đất (nếu có) và một số tác động khác v v Một trong các tác động quan trọng lên kết cấu này trong suốt tuổi thọ của công trình là tác động của sóng biển

Các loại lực tác động do sóng biển gây ra có thể là: áp lực sóng đứng, áp lực sóng nhiễu xạ, áp lực sóng vỡ, áp lực sóng đổ, áp lực sóng leo, áp lực đẩy nổi…Tùy theo hình dạng và hình thức kết cấu, vị trí công trình mà các lực tác dụng do sóng tạo ra có thể khác nhau

1.3.4 Tính toán ổn định ĐCS

Tùy vào hình dạng mặt cắt, cấu tạo, địa chất nền và điều kiện làm việc của ĐCS

mà yêu cầu tính toán ổn định cũng có những điểm khác nhau

Ví dụ, với ĐCS dạng tường đứng việc tính toán ổn định bao gồm:

- Ổn định trượt phẳng theo mặt tiếp xúc giữa kết cấu tường đứng và nền, trượt theo một mặt cắt bất kỳ, trượt theo đáy bệ đê…và kiểm tra ổn định lật ở điểm góc phía cảng

- Sức chịu tải của bệ đê, đất nền…

- Tính toán lún

Liên quan đến ổn định với ĐCS mái nghiêng, việc tính toán thường có:

- Ổn định trượt sâu, ổn định trượt phẳng theo mái và ổn định của khối phủ bê tông dị hình, ổn định của chân khay, tường đỉnh (nếu có); tính toán lún

Tính toán ổn định và lựa chọn trường hợp tính ổn định phù hợp với từng loại mặt cắt ĐCS là nội dung chính của đề tài, phần này sẽ được trình bày chi tiết trong chương sau của luận văn

1.4 Một số hư hỏng đê chắn sóng và vấn đề ổn định

1.4.1 Một số hư hỏng ĐCS thường gặp

Đối với các loại đê chắn sóng với các dạng mặt cắt khác nhau, vấn đề hư hỏng cũng không giống nhau

1.4.1.1 H ư hỏng đối với đê chắn sóng tường đứng

- (1) Kết cấu tường đứng của đê chắn sóng có thể bị trượt do trọng lượng bản thân thiết kế không đủ, ma sát của lớp tiếp giáp không tốt

- (2) Phần dưới của đê chắn sóng bị lún, không đủ ổn định để đỡ thân đê

- (3) Lật phần tường đứng trên đê, trọng lượng thiết kế không đủ, nền đê bị lún

- (4) Xói chân đê do phần bảo vệ không tốt

- (6) Phá hoại nền do địa chất không tốt, chưa có biện pháp công trình phù hợp

xử lý gia cố nền

Hình 1.14: Một số kiểu phá hoại thường gặp với ĐCS dạng tường đứng

1.4.1.2 H ư hỏng đối với đê chắn sóng mái nghiêng

- Hư hỏng thường gặp nhất chính là mất ổn định khối gia cố bảo vệ mái (có các hình thức gia cố mái khác nhau: khối bê tông thường, khối phức hình, đá tảng, đá hộc…) Do khối gia cố mái không đủ trọng lượng hoặc do sự cài nối không chặt giữa các khối, giữa khối và mặt đê…

- Sự dịch chuyển của lớp khối gia cố mái do chọn các thông số sóng tính toán chưa phù hợp, hoặc do chất lượng cả lớp, khối gia cố không đạt yêu cầu thiết kế;

- Sự xê dịch các cấu kiện trên đỉnh đê do kiểm tra ổn định lật, trượt với hệ số chưa phù hợp;

- Do quá trình tính toán còn thiếu sót, cao trình đỉnh đê thấp so với yêu cầu hoặc việc chọn các thông số sóng nhỏ, làm sóng tràn qua mặt đê gây xói phía sau đê;

- Chân khay gia cố bị xói, do tốc độ dòng chảy của sóng, của dòng hải lưu bằng hoặc lớn hơn tốc độ xói tính toán;

- Hư hỏng do các hình thức phá hoại nền móng đê;

- Chất lượng vật liệu lớp đắp đê chưa đảm bảo ảnh hưởng đến ổn định toàn bộ công trình;

- Gặp phải sự cố lún công trình trong quá trình áp lực lỗ rỗng vượt quá mức giới hạn

- Xói nền trên đáy biển

Những hư hỏng trên đây có thể xảy ra đồng thời hoặc riêng lẻ, gây ra những hư hỏng nhỏ hoặc nghiêm trọng Một số trường hợp sau trận bão hoặc khi hư hỏng

không được sửa chữa kịp thời dẫn đến làm hỏng toàn bộ hệ thống đê chắn sóng

Hình 1.15: Các kiểu phá hoại thường gặp với ĐCS mái nghiêng

1.4.2 Vấn đề ổn định của ĐCS

Từ việc xem xét, đánh giá các hư hỏng thường gặp đối với các hạng mục ĐCS

có thể thấy nguyên nhân gây hư hỏng, phá hoại phần lớn là do mất ổn định (cục bộ hay tổng thể) dưới tác động của môi trường Do vậy, công tác tính toán, kiểm tra ổn định ĐCS là hết sức quan trọng Điều này cũng cần quan tâm do hiện nay ở nước ta chưa có tiêu chuẩn thiết kế ĐCS phù hợp, một số trường hợp sử dụng tiêu chuẩn nước ngoài chưa hoàn toàn phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật ở nước ta; hoặc

sử dụng tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm của nước ngoài có điều kiện tự nhiên và địa lý khác chúng ta khá nhiều

1.5 Đê chắn sóng và khu neo đậu tàu thuyền trú bão

1.5.1 Tiêu chí xây dựng khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão

Đối với các khu neo đậu tàu thuyền trú bão, khi xây dựng cần đáp ứng được nội dung trong “Quy định tiêu chí khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá” tại Quyết định

số 27/2005/QĐ-BTS ngày 01 tháng 9 năm 2005 do Bộ trưởng bộ Thủy sản (cũ) ban hành [20] Nội dung cơ bản như sau:

1.5.1.1 Yêu cầu về địa điểm xây dựng khu neo đậu tránh trú bão

Khi chọn địa điểm khu tránh trú bão vùng cần xem xét các điều kiện sau đây:

1 Gần ngư trường trọng điểm

2 Vùng có tần suất bão cao trong năm

3 Điều kiện tự nhiên thuận lợi cho tránh trú bão

4 Thời gian di chuyển của tàu cá vào tránh trú bão nhanh

5 Có thể neo đậu được nhiều tàu cá, kể cả các tàu cá cỡ lớn:

- Số lượng tàu thuyền có thể neo đậu từ 800 chiếc trở lên,

- Cỡ tàu lớn nhất đến 1000 CV có thể ra vào được,

- Tàu cá nước ngoài có thể ra vào (đối với những vùng đã có cam kết quốc

tế

6 Điều kiện đầu tư thuận lợi, có thể tận dụng tối đa các điều kiện tự nhiên, tiết kiệm kinh phí đầu tư

Khi chọn địa điểm khu tránh trú bão của tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương cần xem xét các điều kiện sau đây:

1 Gần ngư trường truyền thống hoặc các tụ điểm nghề cá lớn của địa phương

2 Điều kiện tự nhiên, địa hình thuận lợi cho neo đậu tránh trú bão, bảo đảm an toàn cho tàu cá vào trú bão

3 Lợi dụng chủ yếu địa hình tự nhiên, với hạng mục đầu tư và kinh phí đầu tư thấp hơn so với khu tránh trú bão vùng

4 Đáp ứng cho việc tránh trú bão của tàu cá địa phương :

- Số lượng tàu cá có thể tránh trú bão đến 800 chiếc,

- Đáp ứng cho các loại tàu thuyền có công suất nhỏ nhất tránh trú bão

1.5.1.2 Yêu cầu về kỹ thuật đối với khu tránh trú bão

1 Vùng nước đậu tàu cần tương đối lặng sóng, kín gió, được che chắn tối thiểu

là 3 phía khỏi sóng biển, tốt nhất là nằm sâu trong các vịnh kín hoặc cửa sông cách

1 Luồng vào đủ rộng và sâu để loại tàu cá cỡ trung bình có thể ra vào đồng thời (luồng hai chiều), loại tàu cá cỡ lớn nhất ra vào an toàn theo tiêu chuẩn luồng một chiều

2 Chiều rộng tối thiểu của luồng bằng 8 lần chiều rộng của tàu cá cỡ trung bình hoặc 4 - 5 chiều rộng của tàu cá cỡ lớn nhất ra vào khu tránh trú bão

3 Chiều sâu luồng tối thiểu bằng 1,1 - 1,5 mớn nước của tàu cá cỡ lớn nhất ra vào khu tránh trú bão kể từ mực nước thấp nhất tuỳ thuộc địa chất đáy

4 Trên luồng phải có đèn báo cửa và hệ thống báo hiệu dẫn đường đảm bảo cho tàu ra vào an toàn cả ngày lẫn đềm

5 Điều kiện khí tượng, thuỷ văn trên luồng bảo đảm chạy tàu an toàn

1 Trên vùng đất của khu tránh trú bão cần có các cơ sở cung ứng dịch vụ thiết yếu phục vụ ngư dân và tàu cá (nước ngọt, lương thực thực phẩm, thông tin liên lạc,

y tế…) tối thiểu đảm bảo giải quyết các yêu cầu cấp thiết và sự cố tai nạn

2 Phương tiện, trang thiết bị thông tin báo hiệu hỗ trợ cứu hộ cứu nạn, đủ để chủ động ứng phó và phối hợp với các lực lượng phòng chống lụt bão, cứu hộ cứu nạn trên biển của Trung ương và địa phương

3 Các hạng mục cung ứng dịch vụ và hỗ trợ cứu hộ cứu nạn chủ yếu dựa vào các cơ sở hiện có của cảng cá, cảng giao thông, thị trấn, thị tứ ở khu vực hoặc các cảng cá, cơ sở dịch vụ nghề cá sẽ triển khai xây dựng

1.5.2 Tiềm năng và hiện trạng khu neo đậu tàu thuyền TTB ở nước ta 1.5.2.1 T iềm năng xây dựng các khu neo đậu tàu thuyền TTB

Dọc bờ biển nước ta có nhiều cửa sông đổ ra biển, các lạch, đầm có thể lợi dụng

để xây dựng khu neo đậu (Văn úc, Trà Lý, Ninh Cơ, Cửa Sót, Cửa Gianh, Cửa Việt, Cửa Đại, Mỹ á, Tam Quan, Định An, Cái Lớn, lạch Bạng, lạch Hới, đầm Thị Nại, Đầm Cù Mông, )

- Theo địa hình bờ biển có nhiều dãy núi nhô ra tạo thành các vũng, vịnh có tác dụng che gió, chắn sóng tương đối thuận lợi cho việc xây dựng khu TTB (Vịnh Hạ Long, Mũi Né, Vịnh Cam Ranh, Vũng Rô, Xuân Đài, Vũng Me, );

- Một số địa phương lợi dụng địa hình đào thành âu ven bờ tạo khu nước tĩnh như khu TTB Lạch Hới (Thanh Hoá), cửa sông Đáy (Ninh Bình);

- Ngoài ra, ven bờ biển có nhiều đảo (Cô Tô, Cát Bà, Bạch Long Vỹ, Hòn La, Cồn Cỏ, Phú Quí, Đá Tây, Phú Quí, Côn Đảo, Hòn Khoai, Hòn Tre ) có thể được chọn vị trí xây dựng khu TTB cấp vùng, đáp ứng thời gian di chuyển nhanh nhất tàu

cá vào nơi an toàn khi có bão.[12]

1.5.2.2 Chủ trương xây dựng khu neo đậu tàu thuyền TTB

Trước yêu cầu cấp bách bảo vệ tàu thuyền đánh cá và khai thác hải sản trên biển khi có bão, Thủ tướng Chính phủ có Quyết định số 135/2001/QĐ-TTg ngày 14/9/2001 về xây dựng các khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão; Quyết định số 288/2005/QĐ-TTg ngày 8/11/2005 phê duyệt điều chỉnh, quy hoạch khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá đến năm 2010 và tầm nhìn đến năm 2020; Hiện tại, Quyết định số 1349/QĐ-TTg ngày 9/8/2011 Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 hiện nay đang có hiệu lực, với các nội dung chính như sau: [19]

1 Hoàn chỉnh hệ thống khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá ven biển, đảo, các cửa sông, cửa lạch có điều kiện tự nhiên thuận lợi, đáp ứng nhu cầu neo đậu tránh trú bão và dịch vụ hậu cần cho tàu cá

2 Từng bước tập trung đầu tư xây dựng các khu neo đậu tránh trú bão mới có vị trí quan trọng ở ven biển và hải đảo, đồng thời tập trung nâng cấp, hoàn chỉnh các khu neo đậu tránh trú bão hiện có, gắn với cảng cá, bến cá, khu hậu cần dịch vụ ở các địa phương ven biển và hải đảo, đảm bảo nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống khu trú bão cả khi có bão và khi không có bão

b, Quy hoạch theo tiêu chí

Đến năm 2020 có 131 khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá với năng lực đáp ứng chỗ neo đậu cho 84.200 tàu cá, gồm:

1 Tuyến bờ có 115 khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá với tổng năng lực đáp ứng neo đậu cho 75.650 tàu cá Trong đó có 12 khu neo đậu tránh trú bão cấp vùng,

103 khu neo đậu tránh trú bão cấp tỉnh

2 Tuyến đảo có 16 khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá với tổng năng lực đáp ứng neo đậu cho 8.550 tàu cá Trong đó có 5 khu neo đậu tránh trú bão cấp vùng, 11 khu neo đậu tránh trú bão cấp tỉnh

1 Vùng biển vịnh Bắc Bộ: có 35 khu neo đậu, trong đó có 32 khu neo đậu ven

bờ và 03 khu neo đậu ở đảo (Cô Tô - Thanh Lân, Cát Bà và Bạch Long Vỹ)

2 Vùng biển miền Trung: có 57 khu neo đậu, trong đó có 52 khu neo đậu ven bờ

và 5 khu neo đậu ở đảo (Cồn Cỏ, Cù Lao Chàm, Lý Sơn, Đá Tây, Phú Quý)

3 Vùng biển Đông Nam Bộ: có 23 khu neo đậu, trong đó có 21 khu neo đậu ven

bờ và 2 khu neo đậu ở đảo (Côn Đảo và Hòn Khoai)

4 Vùng biển Tây Nam Bộ: có 16 khu neo đậu, trong đó có 9 khu neo đậu ven bờ

và 7 khu neo đậu ở đảo (đảo Nam Du, đảo Hòn Tre và 5 khu ở đảo Phú Quốc: An Thới, Mùi Gành Dầu, Vũng Trâu Nằm, cửa Dương Đông, Cầu Sấu)

1.5.2.3 Tình hình xây dựng khu neo đậu tàu thuyền TTB ở nước ta

Dọc theo bờ biển nước ta có nhiều dự án khu TTB đã được xây dựng và đưa

vào khai thác sử dụng Hiện nay có trên 30 dự án đang khẩn trương triển khai thực hiện [12]

- Các khu neo đậu cấp vùng đã xây dựng, quy mô có thể neo đậu 1000-1200 tàu/600CV như : Trân Châu (Cát Bà), Tam Quan (Bình Định), Ninh Chữ (Ninh Thuận), Sông Dinh (Vũng Tàu), Rạch Gốc (Cà Mau) tổng mức đầu tư m ột số khu tới hơn 100 tỷ đồng

- Các khu neo đậu cấp tỉnh đã và đang xây dựng quy mô có thể neo đậu

200-1000 tàu từ 45 - 600CV: cửa sông Đáy (Ninh Bình), Ninh Cơ (Nam Định), Lạch Hới (Thanh Hoá), cửa Nhượng (Hà Tĩnh), cửa Roòn, cửa Gianh (Quảng Bình), Phú Hải (Bình Thuận), Kênh Ba (Sóc Trăng), Cung Hầu (Trà Vinh)

1.5.3 Một số vấn đề về khu neo đậu tàu thuyền TTB và ĐCS

Qua việc xem xét hiện trạng các công trình khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão

đã và đang được xây dựng ở nước ta có thể thấy một số đặc điểm sau: [12]

- Các khu TTB có 2 phần chính là kết cấu cơ sở hạ tầng và khu dịch vụ hậu cần Các hạng mục chính gồm: ĐCS và ngăn sa bồi thường xây dựng bằng đá đổ có phủ khối bê tông dị hình, luồng tàu và hệ thống phao luồng, các trụ neo hoặc phao neo,

hệ thống phao tiêu, hiệu báo, thông tin, cứu hộ;

- Qui mô xây dựng còn đơn giản, chủ yếu vẫn chọn vị trí khuất gió, sóng nhỏ lợi dụng địa hình để che chắn, một số địa phương sử dụng cảng cá làm nơi neo đậu

Số lượng khu neo đậu so với yêu cầu tránh trú bão còn chưa nhiều, do vậy mỗi khi

dự báo có bão đổ bộ, các tàu thuyền thường phải di chuyển trên quãng đường dài mới vào được khu trú ẩn; quy mô các khu TTB mới phù hợp với tàu thuyền nhỏ đánh cá gần bờ, còn thiếu các khu xa bờ ở ngoài các đảo

- Biện pháp công trình để đảm bảo biên độ dao động mực nước trong khu TTB cũng chưa được quan tâm đúng mức ĐCS mới có ở một số khu neo đậu và các đê này chưa có giải pháp tiêu sóng hiệu quả Do vậy khi biển động, dao động mực

nước trong bến lớn vượt quá quy định an toàn cho tàu thuyền Đặc biệt khi có bão, một phần sóng tràn qua đê kết hợp với sóng nhiễu xạ làm cho mực nước trong bến dao động mạnh, tàu thuyền neo đậu trong bến va chạm, bị vỡ và bị chìm, một số

trường hợp tàu thuyền neo cạnh bờ bị sóng đánh bật lên bờ

- ĐCS chủ yếu vẫn có kết cấu truyền thống là đê mái nghiêng cả 2 phía, có mặt cắt ngang lớn, khả năng tiêu giảm sóng thấp, chưa sử dụng được mái phía bến để neo đậu tàu thuyền, muốn cho tàu neo cập phải xây dựng hệ thống cầu tàu, kinh phí xây dựng lớn mà hiệu quả kinh tế không cao;

- Thông thường kinh phí xây dựng khu neo đậu tương đối lớn nhưng hiệu quả kinh tế chưa cao do chưa được kết hợp làm cảng cá hoặc các dịch vụ khác để khai thác thường xuyên, mỗi năm chỉ tập trung khai thác vài lần khi có bão Ngoài ra do

ít được khai thác sử dụng nên ở một số khu tránh trú bão công tác duy tu bảo dưỡng

chưa được quan tâm đúng mức Hiện tại, đây cũng là vấn đề được các nhà quản lý đang quan tâm

1.6 Kết luận chương I

- Đê chắn sóng được xây dựng từ lâu trên thế giới, đặc biệt những cảng nằm ở khu vực chịu tác động mạnh của sóng gió Kết cấu này đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng công trình biển, công trình bảo vệ bờ, phục vụ cho việc phát triển kinh tế biển và bảo vệ lãnh hải

- Đê chắn sóng chịu tác động của ngoại lực, chủ yếu là sóng biển Tác động của sóng biển lên đê chắn sóng là quá trình thường xuyên liên tục và lâu dài, ngoài ra đê chắn sóng còn chịu nhiều tác động khác từ môi trường biển như: do động đất, do khai thác, do tàu thuyền gây ra… Đặc biệt trong điều kiện mưa bão, gây nên những cơn sóng lớn tác động mạnh mẽ lên đê chắn sóng, làm hư hỏng, phá huỷ đê chắn sóng gây nên những thiệt hại to lớn về người và kinh tế

- Việc lựa chọn giải pháp kết cấu, dạng mặt cắt ĐCS phụ thuộc nhiều vào địa hình, địa chất, mực nước, điều kiện thi công khu vực xây dựng Trong đó điều kiện địa chất nền là một trong các yếu tố quan trọng liên quan đến việc lựa chọn trên, bên cạnh đó nó cũng ảnh hưởng đến ổn định về trượt, lật và lún của đê chắn sóng

- Đê chắn sóng là hạng mục chiếm tỷ trọng tương đối lớn về khối lượng và kinh phí trong các công trình biển, việc xây dựng lại thường rất tốn kém và khó khăn, tuổi thọ của đê liên quan nhiều đến điều kiện ổn định Điều này đòi hỏi trong quá trình thiết kế, tính toán người thiết kế cần phải chọn được sơ đồ, trường hợp tính toán ổn định phù hợp với từng loại ĐCS đảm bảo cho công trình hoạt động an toàn

và hiệu quả, hạn chế hư hỏng trước những tác dụng bất lợi của môi trường

CH ƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO ĐÊ

độ bền chịu tác động của rất nhiều yếu tố khác nhau, và biến đổi theo quy luật ngẫu nhiên Do đó việc ấn định trước các giá trị tính toán cho công trình trong suốt quá trình làm việc là chưa thỏa đáng Bù lại, để tăng mức độ dự trữ an toàn, người ta phải giản bớt các trị số ứng suất cho phép, hay tăng các hệ số an toàn cho phép lên Với cách làm như vậy việc tăng hay giảm này không tránh khỏi yếu tố chủ quan Việc chuyển tính toán công trình theo phương pháp trạng thái giới hạn được đánh giá là một bước tiến trên đáng kể trong công tác thiết kế xây dựng công trình Phương pháp trạng thái giới hạn thực chất là phương pháp nửa xác suất, ở đây các

hệ số an toàn cục bộ (nR c R, KR n R, m, n, KR VL R) được xác định theo xác suất thống kê Bước tiến tiếp theo là việc chuyển sang các phương pháp xác xuất trong khuôn khổ lý thuyết độ tin cậy Lý thuyết này xét đến bản chất thay đổi thường xuyên của tải trọng và tác động của môi trường lên công trình, tính chất vật liệu, bản thân kết cấu và các điều kiện trong quá trình khai thác và sử dụng Hiện nay lý thuyết này đã được áp dụng tương đối rộng rãi trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông…Trong xây dựng thủy lợi, lý thuyết này cũng đã bắt đầu được ứng dụng và đang tiếp tục được nghiên cứu để hoàn thiện quy trình tính toán.[7]

2.1.2 Các phương pháp tính ổn định công trình

2.1.2.1 Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn

Nét đặc thù của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn là việc sử dụng một nhóm các hệ số an toàn mang đặc trưng thống kê: hệ số tải trọng nc, hệ số điều kiện làm việc m, hệ số tin cậy Kn, hệ số lệch tải n, hệ số an toàn về vật liệu KR VL R Nhóm các hệ số này thay thế cho hệ số an toàn chung K

a, Các trạng thái giới hạn:

Công trình và nền của nó được gọi là đạt đến trạng thái giới hạn khi chúng mất khả năng chống lại các tải trọng và tác động từ bên ngoài, hoặc khi chúng bị hư hỏng hay biến dạng quá mức cho phép, không còn thỏa mãn được các yêu cầu bình thường

Có thể phân biệt 2 nhóm trạng thái giới hạn như sau: [7]

Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I): Công trình, kết cấu và nền của chúng

làm việc trong điều kiện khai thác bất lợi nhất, gồm: các tính toán về độ bền và ổn định chung của hệ công trình – nền; độ bền thấm chung của nền và công trình đất;

độ bền của các bộ phận mà sự hư hỏng của chúng sẽ làm cho việc khai thác công trình bị ngưng trệ; các tính toán về ứng suất, chuyển vị của kết cấu bộ phận mà độ bền hoặc độ ổn định công trình chung phụ thuộc vào chúng…

Trạng thái giới hạn thứ hai (THGH II): Công trình, kết cấu và nền của chúng

làm việc bất lợi trong điều kiện khai thác bình thường, gồm: các tính toán độ bền cục bộ của nền; các tính toán về hạn chế chuyển vị và biến dạng, về sự tạo thành hoặc mở rộng vết nứt và mối nối thi công; về sự phá hoại độ bền thấm cục bộ hoặc

độ bền của kết cấu bộ phận và chúng chưa được xem xét ở trạng thái giới hạn thứ nhất

b, Biểu thức tính toán:

Việc đánh giá sự xuất hiện các trạng thái giới hạn được thực hiện bằng cách so sánh các trị số tính toán của ứng lực, ứng suất, biến dạng, chuyển vị, sự mở rộng khe nứt…với khả năng chịu tải tương ứng của công trình, độ bền của vật liệu, trị số cho phép của bề rộng khe nứt, biến dạng… Các trị số này được quy định trong các quy phạm

Điều kiện đảm bảo ổn định hay độ bền của công trình là:

nR c RNR tt R≤ mR/KR n R; (2-1)

Trong đó:

- NR tt R: trị số tính toán của tải trọng tổ hợp;

- R : trị số tính toán của sức chịu tải tổng hợp của công trình hay nền Các

hệ số khác như đã giải thích ở trên

Khi kiểm tra theo (2-1), để đảm bảo điều kiện kinh tế, thường yêu cầu đại lượng

ở vế phải không vượt quá (10÷15)% so với đại lượng ở về trái ứng với tổ hợp tải trọng bất lợi nhất

2.1.2.2 Phương pháp ứng suất cho phép

Theo phương pháp này điều kiện bền có dạng:

2.1.2.3 Phương pháp tính theo hệ số an toàn

Phương pháp này thường được ứng dụng trong tính toán ổn định, khi đó công thức kiểm tra là:

cp t

g K F

2.1.2.4 Phương pháp tính theo độ tin cậy

Ta gọi thông số tải trọng N là một tổ hợp bất kỳ của tải trọng lên công trình, còn thông số độ bền R là đặc trưng của kết cấu hay tính chất của vật liệu xây dựng đảm bảo cho khả năng chịu tải công trình Quan hệ giữa thông số tải trọng N và thông số

độ bền R cho phép thiết lập bài toàn tính độ tin cậy của công trình như là xác suất p đảm bảo sự làm việc an toàn đó [7]

p(R>N) hay p(R-N>0) (2-6) Công trình hay kết cấu được ho là thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy nếu đảm bảo điều kiện:

Trong đa số trường hợp, các hàm tải trọng và độ bền phù hợp với quy luật phân

bố chuẩn của lý thuyết xác suất được biểu thị như sau:

N N

,2

1exp2

1)

(

2σπ

R N

, 2

1 exp 2

1 )

(

2σπ

Trong đó:

- N, R : trị số bình quân số học (kỳ vọng toán học) của tải trọng và độ bền;

- σR N, RσR R R: khoảng lệch quân phương của tải trọng và độ bền

Ta gọi hàm y = R - N Trong trường hợp chung, hàm này cũng có dạng phân phối chuẩn với trị số bình quân số học:

N R

và khoảng lệch quân phương

2 2

N R

Xác xuất làm việc an toàn:

dy y y y

p p

1)

0(

σπ

Trị số của p có thể tìm thấy ở các bảng tra tích phân của hàm số phân bố chuẩn trong các tài liệu về lý thuyết xác suất, thống kê xác suất và độ tin cậy

Các nội dung cần tiếp tục nghiên cứu là tìm cách xác định đặc trưng thống kê

N, R, σR N, RσR R R cũng như mức độ tương quan của 2 hàm R và N cho từng loại công trình, loại nền và trạng thái chịu lực của kết cấu.R

2.2 Tính ổn định cho đê chắn sóng dạng tường đứng

2.2.1 Đặt vấn đề

Cũng như đối với các kết cấu công trình biển khác, trong tính toán ổn định đê trọng lực tường đứng cần phải tiến hành các tính toán sau:

Theo nhóm TTGH I (mất khả năng chịu tải) cần tính toán:

- Ổn định chung của đê theo trượt cung tròn, trượt gấp khúc và theo các phương pháp dựa trên lý thuyết cân bằng tới hạn;

- Ổn định theo sơ đồ trượt phẳng theo các lớp khối xếp, theo tầng đệm, cũng như theo ổn định trượt của kết cấu phần trên khi kết cấu đó không được liên kết với kết cấu chính của bến, ổn định chống lật quanh điểm quay;

- Khả năng chịu tải của đất nền, độ bền của kết cấu

Theo nhóm TTGH II (biến dạng và vết nứt) cần tính toán:

- Kết cấu BTCT kiểm tra theo độ mở rộng của vết nứt;

- Biến dạng của công trình: lún công trình

Với cơ sở tuân thủ các bước tính toán trên, ngày nay các phương pháp tính toán

đã có nhiều thay đổi, cải tiến để phù hợp hơn với từng điều kiện tự nhiên cụ thể cũng như đặc điểm làm việc của các hình thức kết cấu công trình Các phương pháp tình toán ổn định cho đê chắn sóng tường đứng trong đề tài được là:

- Tính toán ổn định theo tiêu chuẩn 22-TCN-207-92 (được tổng kết trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước – mã số KH-CN-10-07)

- Tính toán ổn định theo đề tài cấp Bộ mã số 96-34-10

- Tính toán ổn định theo phương pháp của Van de Kreeke [17]

2.2.2 Tính toán ổn định theo tiêu chuẩn 22-TCN-207-92

2.2.2.1 Đặc điểm tính toán

a, Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất (khi mất khả năng chịu tải hoặc

không thuận lợi cho việc khai thác)

- Tính toán ổn định chung của công trình theo cung trượt tròn, trượt gấp khúc theo các phương pháp dựa trên thuyết cân bằng giới hạn;

- Ổn định theo sơ đồ trượt phẳng, theo các mặt tiếp xúc của các phần công trình,

ổn định chống lật quanh điểm quay

- Khả năng chịu tải của đất nền

b, Theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai (biến dạng và vết nứt)

- Tính toán kết cầu bê tông cốt thép theo sự hình thành vết nứt;

- Kết cấu bê tông cốt thép với sự hình thành và mở rộng vết nứt vuông góc và vết nứt nghiêng

Sự ổn định của công trình phụ thuộc vào kết cấu của nó, việc tính toán được tiến hành cho một phân đoạn hay 1m dài (trong trường hợp mặt cắt ngang công trình không thay đổi trên một khoảng cách lớn thì việc phân đoạn như trên thường được

áp dụng)

2.2.2.2 Đánh giá sự ổn định của của công trình

Đánh giá độ ổn định chung được xem xét cho các trường hợp mất ổn định của công trình dưới tác dụng của tổ hợp ngoại lực bất lợi nhất Dạng tổng quát thì điều kiện về ổn định có thể biểu diễn như sau:

- m : hệ số điều kiện làm việc;

- mR đ R : hệ số điều kiện làm việc bổ sung;

- kR n R : hệ số độ tin cậy

a, Độ ổn định trượt phẳng của công trình trên bề mặt tiếp xúc với đệm đá

(hình 2.1) theo điều kiện sau:

f G K

m E m n n

n d

Trong đó:

- n, nc, m, mR đ R, Kn như ở công thức (2-17)

- E : Tổng hợp các lực đẩy ngang tác dụng lên công trình;

- G : Tổng hợp các lực đứng tác dụng lên đáy công trình;

- f : Hệ số ma sát của mặt đáy công trình tiếp xúc với tầng đệm đá; thông thường lấy bằng 0,5 (và được lấy chính xác bằng phương pháp thực nghiệm)

b, Ổn định trượt phẳng của công trình cùng với lớp đệm đá được xác định:

) (

' b , 0 h '.

b

K

2 1

2 1

dI

dI f m

f m

−

+0

0.1

Trong đó

- b', hR K R, và bR 1 R xem trên hình 2.1

- σR 1 R, σR 2 R: ứng suất pháp trong đất nền nơi tiếp xúc với đệm đá tương ứng cạnh trước và cạnh sau gây ra bởi trọng lượng bản thân công trình kể cả trọng lượng của đất, thành phần thẳng đứng của áp lực đất chủ động và tải trọng tạm thời được xác định theo công thức:

K Y

h b

b

2'

'min max

KF

- g và E : như trong công thức (2-17)

- gR 4 R : Trọng lượng khối đá đệm EMC xác định theo công thức:

- Mg : mô men tổng của các lực giữ ứng với mép quay phía trước;

- M1 : mô men tổng của các lực gây lật với mép quay phía trước;

- m : hệ số điều kiện làm việc với công trình biển m=1.25;

- mR d R : hệ số phụ về điều kiện làm việc (trường hợp lật tại một mép quay

mR d R = 1,2);

- n : hệ số vượt tải (với công trình biển n = 1,25)

- nc : hệ số tổ hợp tải trọng, lấy như sau:

nc = 1,0 đối với tổ hợp lực cơ bản;

nc = 0,9 đối với tổ hợp lực đặc biệt;

nc = 0,95 đối với tổ hợp lực khi thi công;

- Kn : hệ số bảo đảm xét theo cấp công trình, lấy theo bảng:

d, Kiểm tra ổn định công trình theo mặt trượt cung tròn

Đây là phương pháp kiểm tra ổn định chung của công trình theo Peterson người Thụy Điển (1916) Sự hình thành mặt trượt cung tròn là hợp lý nhất khi công trình mất ổn định Theo phương pháp này cần xác định được tâm và bán kính cung tròn sao cho với vị trí tâm và bán kính đó tỷ số giữa lực giữ (ma sát, lực dính) và lực đẩy

Ti = GR i R cosαR i R tgϕR i R (2-32)

Trong đó:

- GR i R : lực đứng bằng trọng lượng của phần tử tải trọng;

- αR i R : góc giữa chiều thẳng đứng và tia được kẻ từ tâm 0 đến điểm đặt lực đứng trên mặt trượt

Lực dính trên đoạn mặt trượt có chiều dài li bằng tích của lực dính trên đơn vị diện tích mặt trượt vơí chiều dài của đoạn đó CR i R.lR i