nghiên cứu đánh giá hiệu quả các giải pháp bảo vệ mái đê biển hiện có và đề xuất giải pháp hợp lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ********** LÊ KHẮC LƯƠNG NGHI£N CøU Vµ ®¸NH GI¸ HIÖU QU¶ C¸C gi¶i PH¸P B¶o VÖ M¸I ®ª BIÓN HIÖN Cã Vµ §Ò XUÊT GI¶I PH¸P HîP Lý LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ********** LÊ KHẮC LƯƠNG NGHI£N CøU Vµ ®¸NH GI¸ HIÖU QU¶ C¸C gi¶i PH¸P B¶o VÖ M¸I ®ª BIÓN HIÖN Cã Vµ §Ò XUÊT GI¶I PH¸P HîP Lý LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ Mà SỐ: 60-58-40 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS. NGÔ TRÍ VIỀNG HÀ NỘI – 2010 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện với sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả các giải pháp bảo vệ mái đê biển hiện có và đề xuất giải pháp hợp lý” nhằm nghiên cứu, đánh giá, tính toán nhằm xác định được giải pháp bảo vệ mái đê biển hợp lý, góp phần vào công tác phòng chống lụt, bão và giảm nhẹ thiên tai một cách có hiệu quả. Tác giả xin gửi lới cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giảng dạy, đào tạo và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập sau đại học. Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Ngô Trí Viềng đã hướng dẫn tận tình, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả cũng xin được cảm ơn gia đình, các bạn bè và đồng nghiệp ở Vụ Quản lý nguồn nước & nước sạch nông thôn, Cục Quản lý đê điều & Phòng chống lụt bão đã giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này. Với trình độ hiểu biết và kinh nghiêm thực tế trong lĩnh vực nghiên cứu đê biển còn nhiều hạn chế, đồng thời với nhiệm vụ nghiên cứu ổn định mái đê biển là một vấn đề phức tạp đòi hỏi phải sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu nên nội dung của luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các Quý vị quan tâm./. Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành XDCT thuỷ 1 M ĐU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nước ta có trên 3.200 km bờ biển và có nhiều vùng cửa sông từ Quảng Ninh đến Kiên Giang. Tuyến bờ biển, hệ thống đê biển chịu tác động của sóng, thuỷ triều và hoạt động ở cửa sông nên tình hình xói lở diễn ra rất phức tạp. Do thường xuyên chịu tác động trực tiếp của sóng và gió nên hiện nay một số tuyến đê biển đã bị xuống cấp nghiêm trọng, một trong những nguyên nhân đó là sạt lở mái đê biển. Thực tế cho thấy đã có nhiều giải pháp công trình bảo vệ mái đê biển, trình độ công nghệ về mọi mặt trên thế giới đã phát triển ở mức độ cao và đòi hỏi bảo vệ an toàn cho con người, tài sản và môi trường thiên nhiên ngày càng cao hơn. Mặt khác, những biến đổi lớn về biến đổi khí hậu cũng như các điều kiện khác của biển đã khẳng định nhiệm vụ nghiên cứu các giải pháp để tăng cường an toàn cho đê biển hiện nay là một trong những nhiệm vụ cấp bách ở Việt Nam nói riêng và các quốc gia có bờ biển nói chung. Ở Việt Nam, để bảo vệ an toàn các tuyến đê biển đã và đang được đầu tư xây dựng, đồng thời ổn định cuộc sống của người dân sống trong khu vực ven biển, cần phải nghiên cứu và đánh giá những giải pháp bảo vệ mái đê biển hiện có nhằm phát huy những giải pháp hiệu quả góp phần vào công tác phòng chống lụt, bão và giảm nhẹ thiên tai. Công trình đê biển gồm 03 bộ phận chính: Đỉnh, thân và chân công trình được liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành một khối thống nhất và bền vững. Để bảo vệ cho 03 bộ phận đó chịu được tác động của nước biển bao gồm bão, sóng, triều cường cần có lớp bảo vệ mái đê biển bằng nhiều biện pháp khác nhau. Tuỳ thuộc vào hình dạng bờ biển, địa chất vùng bờ, đặc tính Học viên: Lê Khc Lương Lớp Cao học 17C1 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành XDCT thuỷ 2 sóng, thuỷ triều để hình thành các dạng kết cấu công trình đê biển, trong đó mái đê là một bộ phận quan trọng để duy trì ổn định tổng thể công trình. Vì vậy, cần nghiên cứu và đánh giá các giải pháp bảo vệ mái đê biển hiện có để có những giải pháp hiệu quả đảm bảo an toàn mái đê biển nhằm ứng dụng vào điều kiện ở nước ta. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu các biện pháp tăng cường ổn định mái đê biển. - Tìm giải pháp thích hợp bảo vệ mái đê biển, - Ứng dụng tính toán cho một số vùng trọng điểm. 3. CCH TIẾP CN VÀ PHƯƠNG PHP NGHIÊN CỨU - Sử dụng phương pháp tổng hợp, thống kê, đánh giá hiệu quả các dạng kết cấu mái bảo vệ đê biển. - Sử dụng lý thuyết tính toán và thực tế ứng dụng. - Phân tích mô hình tính và sử dụng phần mềm tính ổn định. 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Xác định được giải pháp bảo vệ mái đê biển hợp lý. - Áp dụng phương pháp tính để chứng minh hiệu quả của biện pháp bảo vệ mái đê biển. 5. B CỤC CỦA LUN VĂN • Mục lục • Mở đầu • Chương I: Tổng quan các giải pháp bảo vệ mái đê biển • Chương II: Cơ sở lý luận • Chương III: Tính toán công trình ứng dụng • Kết luận • Tài liệu tham khảo Học viên: Lê Khc Lương Lớp Cao học 17C1 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành XDCT thuỷ 3 CHƯƠNG I: TNG QUAN CC GIẢI PHP BẢO V MI ĐÊ BIN 1.1. TNH HNH XÂY DNG ĐÊ BIN TRÊN THẾ GII VÀ VIT NAM 1.1.1. Tình hình xây dng đê bin trên th gii Hàng năm, các quốc gia trên thế giới có bờ biển đã đầu tư nhiều nguồn vốn vào các công trình bảo vệ bờ biển, đặc biệt trong các năm gần đây thời tiết, bão lũ khắc nghiệt, vấn đề sạt lở bờ, các hiểm hoạ từ biển gia tăng đột biến và trở thành vấn đề cấp bách trên toàn cầu. Trên thế giới việc bảo vệ đê, kè biển được các nước có bờ biển đặc biệt quan tâm, nhất là các thành phố, khu vực sản xuất ven biển. Xu hướng chung là ngoài nhiệm vụ bảo vệ dân cư và các cơ sở hạ tầng, các công trình bảo vệ bờ còn tạo ra các địa điểm du lịch nghỉ dưỡng phù hợp với cảnh quan thiên nhiên. Với các công trình đê, kè biển ngoài tác dụng bảo vệ bờ biển, còn có các tuyến đê, kè nhằm tạo ra các vùng trú ẩn cho tàu thuyền, bảo vệ các cảng lớn khi có gió bão (hình 1.1). Hình 1.1 Đê chắn sóng bảo vệ khu du lịch và là nơi tr ẩn của tàu thuyền ở Thái Lan Học viên: Lê Khc Lương Lớp Cao học 17C1 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành XDCT thuỷ 4 Bờ biển được bảo vệ bằng nhiều hình thức kết cấu khác nhau như: Đê, kè mỏ hàn, kè lát mái, đê chắn sóng, cấu kiện phá sóng, mỏ hàn cát nuôi bãi…, tuỳ từng khu vực bờ biển mà có những hình thức kết cấu bảo vệ bờ riêng, qua đó thể hiện được đặc trưng của khu vực bờ biển đó. Nhìn chung các hình thức bảo vệ đê, kè biển trên thế giới có thể phân thành các dạng sau: 1.1.1.1. Kè lát mái bảo vệ bờ bin: Hình thức kết cấu này thường được áp dụng khá phổ biến với các nước có bờ biển với các dạng kết cấu bảo vệ mái khác nhau như: bảo vệ mái bằng đá lát, bằng tấm bê tông đúc sẵn, tấm bê tông tự chèn, bê tông đổ tại chỗ thành mảng lớn bảo vệ mái đê… Các cấu kiện này thường được liên kết với nhau hoặc đặt trong khung nhằm hạn chế tối đa cơ chế phá hoại do sóng, gió và bão gây ra. Ở các nước phát triển, đặc biệt ở Hà Lan là một nước nằm thấp dưới mực nước biển, các dạng kết cấu bảo vệ mái đê thường có kích thước lớn và được liên kết với nhau dưới dạng gối tựa hoặc ngàm để tăng tính ổn định cho công trình (hình 1.2). Hình 1.2 Kè lát mái bảo vệ bờ bin ở Hà Lan Học viên: Lê Khc Lương Lớp Cao học 17C1 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành XDCT thuỷ 5 1.1.1.2. Kè mỏ hàn giữ bãi, bảo vệ bờ: Kết cấu này thường được áp dụng với các vùng biển sâu, biển tiến, các khu du lịch biển và được áp dụng phổ biển ở các nước Hà Lan, Pháp, Mỹ, Singapo và Nhật Bản. Các mỏ hàn được xây dựng thành hệ thống, tối thiểu 3 đến 5 mỏ, có nhiều dạng mỏ hàn khác nhau như: Mỏ hàn chữ T, mỏ hàn vuông góc với sóng, mỏ hàn bằng cát… thường kết hợp với hệ thống mỏ hàn là việc trồng cây để bảo vệ bãi. Hình 1.3 Hệ thống mỏ bảo vệ bãi tạo khu du lịch Malaga, Tây Ban Nha 1.1.1.3. Đê, cấu kiện rời phá sóng: Kết cấu này được áp dụng ở các vùng biển có sóng lớn, vùng biển chịu ảnh hưởng thường xuyên của bão gió như ở các nước Hà Lan, Mỹ, Nhật Bản và Trung Quốc. Đê phá sóng thường làm bằng các khối bê tông dị hình (hình 1.4) được xếp sát nhau nằm cách xa bãi biển cần bảo vệ hoặc các đê phá sóng ngầm bằng bê tông, đá hộc…, hình thức kết cấu này đã hạn chế được một phần tác động của sóng tới bờ biển. Học viên: Lê Khc Lương Lớp Cao học 17C1 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành XDCT thuỷ 6 Hình 1.4 Đê phá sóng bằng cấu kiện bê tông dị hình ở Mỹ 1.1.1.4. Bảo vệ bờ bin bằng biện pháp phi công trình: Biện pháp phi công trình thường được áp dụng với những vùng biển bồi, những vùng cần nuôi bãi, một trong những biện pháp đó là trồng cây, rừng ngập mặn đễ giữ và nuôi bãi (hình 1.5). Biện pháp này được áp dụng ở các nước phát triển và đang phát triển như: Trung Quốc, Nhật Bản, Hà Lan, Thái Lan, Việt Nam…, hình thức này hạn chế những rủi do của bão và nâng cao ý thức của cộng đồng người dân bảo vệ bờ biển. Hình 1.5 Rừng ngập mặn bảo vệ bãi và đê bin ở Việt Nam Học viên: Lê Khc Lương Lớp Cao học 17C1 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành XDCT thuỷ 7 1.1.2. Tình hình xây dng đê, kè bin ở Việt Nam Nước ta có chiều dài trên 3.200 km bờ biển, việc xây dựng đê biển đã có lịch sử hàng trăm năm và đến nay đã hình thành tuyến đê dọc bờ biển với chiều dài trên 2.700 km. Nhiều tuyến đê kè được làm từ thời Pháp, tuy nhiên sau khi hoà bình được lập lại (năm 1954) mới được Đảng và Nhà nước quan tâm đầu tư. Hầu hết các tuyến đê biển thời kỳ đó là công trình bằng đất, mái đê được bảo vệ bằng cỏ và có nhiệm vụ bảo vệ sản xuất nông nghiệp và các khu dân cư. Các tuyến đê biển hình thành và được củng cố do nhân dân tự bỏ công sức đắp, kinh phí nhà nước hỗ trợ. Chỉ một số tuyến đê quan trọng ở đồng bằng Bắc bộ được đổ đá để bảo vệ. Sau những năm đổi mới (sau năm 1986) việc củng cố đê biển và chống xói lở bờ biển được Đảng và Nhà nước quan tâm nhiều hơn. Nhiều cuộc khảo sát và kết quả nghiên cứu đã ứng dụng vào việc thiết kế, xây dựng đê, kè và các công trình bảo vệ bờ biển. Một số tuyến đê, bờ biển bị sạt lở đã được làm kè lát mái bảo vệ, hình thức kè lát mái đã có tiến bộ rõ rệt. Kè lát mái được làm bằng đá hộc lát khan trong khung đá xây, dưới lớp lọc được cấu tạo lớp dăm lót dày 10cm và tiếp dưới là lớp cát dày 5cm, chân kè bằng khối đá đổ. Một số tuyến đê trồng các loại cây sú, vẹt chắn sóng bảo vệ đê. Trước năm 2000, được sự quan tâm của Nhà nước và sự hỗ trợ của các tổ chức quốc tế thông qua các dự án PAM 4617, PAM 5325, OXFAM, CEC có khoảng 719km đê biển thuộc các đoạn đê xung yếu đã được đầu tư củng cố, nâng cấp nhằm đảm bảo chống gió bão cấp 9 với mức nước triều tần suất 5%. Tuy nhiên, do nguồn vốn đầu tư còn hạn chế nên hệ thống đê biển chưa đảm bảo kiên cố, chưa đồng bộ. Từ sau năm 2000 (sau khi kết thúc dự án PAM) đến 2005, hầu như đê biển không được đầu tư củng cố, chủ yếu đầu tư mang tính chất sửa chữa các hư hỏng (thời gian này đầu tư đáng kể nhất cho Học viên: Lê Khc Lương Lớp Cao học 17C1 [...]... rộng mặt đê: Có tuyến đê mặt đê chỉ rộng từ 2 ÷ 3m, nhưng cũng có tuyến mặt đê rộng từ 8 ÷ 10m + Mái đê: Phần lớn còn rất dốc ở cả hai phía của mái đê (m = 1 ÷ 2), kể cả một số tuyến đê được đắp bằng đất pha cát và đất hữu cơ, điển hình các tuyến đê Gò Công, đê Vũng Tàu, mái thoải nhất đối với các tuyến đê cao và quan trọng này cũng chỉ đạt từ m = 1,75 ÷ 2 Nhìn chung đê biển Nam Bộ còn thấp nhỏ, có nơi... phải làm bằng các loại vật liệu khác như khối bê tông, đá lát khan, 1.3 CÁC SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VÀ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG 1.3.1 Các sự cố chủ yếu của mái đê, kè biển Qua các báo cáo tổng kết, thực trạng của đê, kè biển Việt Nam, các hư hỏng chủ yếu của mái đê, kè biển xuất hiện dưới các dạng điển hình sau: - Mái đê, kè gia cố chống sóng trượt cùng mái - Mái đê, kè trượt theo mái dốc là mái bị biến... 4 loại chính sau: • Lát mái đê biển bằng đá lát khan • Lát mái đê biển bằng đá xây, đá chít mạch • Lát mái đê biển bằng bê tông đổ tại chỗ • Lát mái đê biển bằng bê tông đúc sẵn lắp ghép: Lắp ghép bình thường, lắp ghép có liên kết một chiều, 2 chiều, 3 chiều 1.2.1.1 Lát mái đê biển bằng đá lát khan Hình thức này đã được sử dụng ở hầu hết các tỉnh, vật liệu hay dùng là đá hộc có kích thước (0,25 - 0,3)m... bằng đất thịt nhẹ pha cát, có tuyến được đắp bằng đất sét pha cát, đất cát Một số tuyến nằm sâu so với các cửa sông và ven đầm phá, đất thân đê ven biển là đất cát như các tuyến đê của các huyện Quảng Xương, Tĩnh Gia (Thanh Hoá), Diễn Châu (Nghệ An), Kỳ Anh (Hà Tĩnh), Vĩnh Hài, Vĩnh Trinh (Quảng Trị) + Mái đê: Mái đê các tỉnh miền Trung hầu hết được bảo vệ bằng cỏ Một số đoạn đê trực tiếp chịu sóng,... các hình thức kè bảo vệ mái rất phong phú và đa dạng, nhưng việc áp dụng hình thức nào thì căn cứ vào điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của từng khu vực sao cho hệ thống kè đó sẽ hạn chế được tối đa nhược điểm và tận dụng được hết các ưu điểm, đem lại lợi ích lớn nhất 1.2.2 Các hình thức lát mái đê biển đã được sử dụng trên thế giới 1.2.2.1 Lát mái đê biển bằng đá đổ, đá xếp, đá xây, đá lát có. .. móc hai chiều: Các khối bê tông đúc sẵn có móc cài vào nhau ở hai đầu Loại này có thể chống trượt, chống nâng lên khi chịu tác động của sóng và dòng chảy Các loại liên kết linh hoạt thành mảng này đặc biệt thích hợp khi dùng cho các loại nền tương đối ổn định không lún cục bộ và có lớp lọc đảm bảo, và không dùng trong trường hợp nền mềm yếu 1.2.2.4 Lát mái đê biển bằng kết cấu thảm bao và túi chứa cát,... phù hợp với từng trường hợp cụ thể Như hình thức trồng cỏ ở đỉnh kết hợp với kè bằng cấu kiện bê tông ở dưới bảo vệ mái được sử dụng ở Hà Lan Hình 1.24 Bảo vệ mái kết hợp 2 hình thức ở Hà Lan Hình thức này được dùng khi sóng tác động không quá lớn (chiều cao leo sóng khoảng 0.5m) Thảm cỏ có tác dụng chống xói mòn mái đê do nước mưa và dòng chảy gây ra; tạo nên sự thân thiện với môi trường và có thể... Một số đoạn đê ở phía Tây Đầm Phá thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế được lát tấm bê tông ở ba mặt cách đây gần 20 năm, tuyến đê biển Nhật Lệ thuộc Quảng Bình được lát tấm bê tông 2 mặt + Ngoài các đoạn đê trực tiếp sóng gió được kè đá, còn lại mái đê được bảo vệ bằng cơ Hầu hết các tuyến cửa sông được bảo vệ bằng cây chống sóng với các loại cây như sú, vẹt, được b) Thời kỳ sau năm 2005 đến nay Đê biển Bắc Trung... thuật 28 Chuyên ngành XDCT thuỷ Hình 1.27 Mái đê biển bị sập do bão ở Hải Phòng 1.3.2 Nguyên nhân gây hư hỏng mái đê, kè Hàng năm, đê kè biển nước ta chịu tác động trực tiếp từ 6 - 8 cơn bão biển, tập trung chủ yếu đê biển Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Từ thực tế tác động của các trận bão, áp thấp nhiệt đới , có thể đánh giá một số nguyên nhân chính gây hư hỏng đê, kè biển như sau: - Do sự tác động trực tiếp... nhanh gây trượt mái ngoài c) Mất ổn định mái dốc Dạng phá hoại này có thể xảy ra ở mái ngoài hoặc mái trong đê Khi mực nước biển rút xuống nhanh, ở mái ngoài dễ xảy ra mất ổn định mái dốc khi tính chất của vật liệu đắp thay đổi theo không gian, thời gian Trượt mái phía ngoài Hình 1.35 Phá hoại do mất ổn định mái dốc d) Mất ổn định lớp bảo vệ Các lớp đất đắp cũng như lớp bảo vệ bên ngoài có thể bị mất . gian nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện với sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả các giải pháp bảo vệ mái đê biển hiện có. biển hiện có và đề xuất giải pháp hợp lý nhằm nghiên cứu, đánh giá, tính toán nhằm xác định được giải pháp bảo vệ mái đê biển hợp lý, góp phần vào công tác phòng chống lụt, bão và giảm nhẹ. nghiên cứu và đánh giá những giải pháp bảo vệ mái đê biển hiện có nhằm phát huy những giải pháp hiệu quả góp phần vào công tác phòng chống lụt, bão và giảm nhẹ thiên tai. Công trình đê biển