đồ án kỹ thuật công trình biển Thiết kế đê biển Ninh Phú – Hậu Lộc – Thanh Hóa

Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển LỜI CẢM ƠN Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân và được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S.Nguyễn Quang Lương và Th.S Nguyễn Huyền Nga cùng các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy lợi, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình, với đề tài: “ Thiết kế đê biển Ninh Phú – Hậu Lộc – Thanh Hóa” . Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một khoảng thời gian có ích để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức đã được học và giúp em biết cách áp dụng lí thuyết vào thực tế, làm quen với công việc của một kỹ sư thiết kế công trình biển. Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thủy lợi và vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học. Dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng do nội dung đồ án nên trong đồ án em chưa giải quyết hết các trường hợp có thể xảy ra. Mặt khác trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên trong đồ này không tránh khỏi những thiếu sót. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S.Nguyễn Quang Lương và Th.S Nguyễn Huyền Nga đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu, thông tin, cũng như định hướng đồ án và tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo, Trường Đại học Thủy Lợi, Khoa Kỹ Thuật Biển đã tạo cho em một môi trường học tập lành mạnh, cho em những cơ hội để phấn đấu, rèn luyện, và trưởng thành trong suốt 4,5 năm học tập tại trường. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 15 tháng 01 năm 2011 Sinh Viên Nguyễn Thành Trung SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 1 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển Mục Lục CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU 4 1.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 4 1.2 Xác định vấn đề 4 1.3 Mục tiêu của đồ án 5 1.4 Phạm vi của đồ án 5 1.6 Phương pháp thực hiện 6 CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 7 2.1 Đặc điểm tự nhiên 7 2.1.1 Vị trí địa lí 7 2.1.2 Đặc điểm địa hình 8 2.1.3 Đặc điểm địa chất và bùn cát 8 2.2 Điều kiện khí hậu 13 2.2.1 Đặc điểm khí tượng 13 2.2.2 Đặc điểm thủy hải văn 13 2.3 Đặc điểm dân sinh kinh tế-xã hội 14 2.3.1 .Dân số, xã hội 14 2.3.2 Nông nghiệp và ngư nghiệp 14 2.3.3 Công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp 14 2.3.4 Giao thông vận tải 15 2.3.5 Nguồn điện 15 2.3.6 Nước dùng cho các ngành kinh tế khác và sinh hoạt 15 2.3.7 Điều kiện vệ sinh và sức khoẻ cộng đồng 15 2.3.8 Các lĩnh vực liên quan khác 15 CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH 17 3.1 Hiện trạng khu vực nghiên cứu: 17 3.1.1 Các vấn đề về xói bồi vùng biển Hậu Lộc 17 3.1.2 Hiện trạng tuyến công trình 18 3.1.3 Nguyên nhân gây sạt lở và phá hỏng đê 21 3.2 Các giải pháp bảo vệ 21 3.2.1 Không làm gì và di dời,dịch chuyển tới nơi an toàn 21 3.2.2 Giải pháp phi công trình 21 3.2.3 Giải pháp công trình – Giải pháp “cứng” 22 3.3 Lựa chọn giải pháp kết cấu bảo vệ bờ khu vực nghiên cứu 23 CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐIỀU KIỆN THỦY HẢI VĂN THIẾT KẾ 24 4.1 Xác định cấp công trình và tiêu chuẩn thiết kế 24 4.1.1 Xác định cấp công trình 24 4.2 Tính toán mực nước thiết kế (MNTK) 25 4.2.1 Các thành phần của mực nước thiết kế 25 4.3 Tính toán các tham số sóng thiết kế 28 4.3.1 Xác định các tham số sóng nước sâu 28 CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ 43 5.1 Tính toán các cao trình thiết kế 43 5.1.1 Sơ bộ mặt cắt đê 43 5.1.2 Xác định cao trình đỉnh đê 44 5.2 Tính toán kích thước hình học các mặt cắt thiết kế điển hình 51 SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 2 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển 5.2.1 Chiều rộng đỉnh đê 51 5.2.2 Tính toán kích thước lớp bảo vệ mái 51 5.2.3 Tính toán thiết kế lớp đệm 55 5.2.4 Tính toán cấu kiện bảo vệ chân kè 55 5.3 Tính toán chi tiết phạm vi kích thước kết cấu bảo vệ cho các mặt cắt thiết kế điển hình 60 5.3.1 Kết cấu thân đê 60 5.3.2 Kết cấu đỉnh đê 61 5.3.3 Mái phía biển 61 5.3.4 Mái phía đồng 61 5.3.5 Chân kè 62 5.4 Tính toán ổn định mái đê bằng phần mềm Geo-Slope 62 5.4.1 Giới thiệu về phần mềm Geoslope V.6 sử dụng để tính ổn định tổng thể cho công trình 62 5.4.2 Trình tự tính toán 63 5.4.3 Tính ổn định mái phía đồng 70 5.4.4 Tính ổn định mái phía biển 72 6.1 Xác định kết cấu đặt tường đỉnh 74 6.2 Tính toán các lực tác dụng lên tường chắn sóng 74 6.3 Tính ổn định tường chắn sóng 81 7.1.2 Thi công vải lọc 87 7.1.3 Thi công dăm đệm 87 7.1.4 Thi công cấu kiện 87 7.1.6 Thi công phần đá xây 88 7.1.7 Thi công phần trồng cỏ mái phía đồng 89 SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 3 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu Huyện Hậu Lộc tỉnh Thanh Hóa là huyện đồng bằng ven biển, cách trung tâm thành phố Thanh Hoá 25 km về phía đông bắc. Phía bắc giáp huyện Nga Sơn, Hà Trung; phía nam và phía tây giáp huyện Hoằng Hoá; phía đông giáp biển Ðông nên khá thuận lợi cho phát triển kinh tế biển. Ðiều kiện tự nhiên rất đa dạng, giàu tiềm năng với 3 vùng: vùng đồi, vùng đồng bằng chủ yếu là phù sa và vùng ven biển. Hệ thống giao thông của Hậu Lộc khá phát triển do có Quốc lộ 1A, tuyến đường sắt Bắc - Nam và Quốc lộ 10 chạy qua. Những yếu tố này đã tạo điều kiện thuận lợi cho kinh tế Hậu Lộc phát triển trên các lĩnh vực nông - lâm nghiệp, thuỷ hải sản, công nghiệp, thủ công nghiệp và dịch vụ. Với đường bờ biển dài 12 km, cùng 2 cửa lạch lớn (Lạch Trường và Lạch Sung) nên ở đây kinh tế biển là ngành kinh tế đóng vai trò quan trọng. Hậu Lộc có đầy đủ ba dạng địa hình, từ đồng bằng thuộc các xã Lộc Tân, Thịnh Lộc, Xuân Lộc, Hoa Lộc, Phú Lộc , đến vùng đồi núi thuộc các xã Triệu Lộc, Tiến Lộc, Thành Lộc, Châu Lộc, Đại Lộc, Đồng Lộc và ven biển là các xã Hòa Lộc, Ngư Lộc, Hải Lộc, Minh Lộc, Hưng lộc, Đa Lộc. Theo số liệu điều tra 1/4/2009, toàn huyện có tất cả 163 971 nhân khẩu.Giá trị tổng sản phẩm GDP năm 2005 đạt 755 tỷ đồng. Tốc độ tăng trưởng bình quân 5 năm(2000-2005) đạt 9,6 %.Cơ cấu kinh tế năm 2005. Nông – Lâm- ngư nghiệp: 55 %; Công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp – xây dựng ( CN-TTCS-XD): 14,2 %; Thương mại – dịch vụ 30,8 %. 1.2 Xác định vấn đề Tuyến đê biển thuộc các xã ven biển Hậu Lộc từ năm 1991 đến năm 1996 đã có 6300m kè được xây dựng. Đến năm 1995 cơn bão số 5 đã làm sập hoàn toàn 700m thuộc 2 xã Ngư Lộc và Hải Lộc. Năm 1996 đoạn kè này được làm lại với chiều dài 710m theo hình thức kết cấu bê tông tấm ghép, chân khay ống buy và đá đổ. Đến năm 2002 được làm thêm 3500m. Đoạn đê, kè biển Ninh Phú hiện nay nằm trên địa bàn ba xã Đa Lộc, Hưng Lộc và Ngư Lộc huyện Hậu Lộc bắt đầu từ đoạn cuối kè lát cấu kiện bê tông năm 2002 (Kè I-Vích) đến cuối kè PAM 4617 xây dựng năm 1997. Đoạn này hiện tại mới có 853m đê từ giáp kè I-Vích đến sau cống Ba Gồ, còn lại chưa có đê. SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 4 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển Tháng 3 năm 2005. Dự án đầu tư xây dựng công trình Đê, kè biển Ninh Phú đã được lập và được phê duyệt tại Quyết định số: 1341/QĐ-CT ngày 23/5/2005 của Chủ tịch UBND tỉnh Thanh Hoá. Tháng 4 năm 2005. Công trình Đê, kè biển Ninh Phú đã được lập TKKT-BVTC cho 546,7m từ K0+863,5-K1+410,2 và được phê duyệt tại Quyết định số: 1436/QĐ- CT ngày 30/5/2005 của Chủ tịch UBND tỉnh Thanh Hoá. Tháng 9 năm 2005 trong khi đoạn đê, kè 546,7m nêu trên đang được thi công và các đoạn còn lại đang được hoàn thiện hồ sơ TKKT-TC thì gặp bão số 7, trận bão đã phá hỏng đoạn đê hiện có từ giáp kè I-Vích đến sau cống Ba Gồ và phá huỷ hoàn toàn đoạn đang thi công. Sức phá hoại của bão và sóng biển với công trình đê biển là rất lớn. Vì vậy cần xây dựng tuyến đê đảm bảo an toàn cho tính mạng và tài sản của nhân dân, đảm bảo ngăn không cho nước mặn tràn vào đồng các xã vùng ven biển. 1.3 Mục tiêu của đồ án -Nghiên cứu các đặc điểm địa lý tự nhiên huyện Hậu Lộc bao gồm các mặt:vị trí địa lý,địa hình, địa mạo,khí tượng,khí hậu,thủy hải văn và hiện trạng kinh tế xã hội để nêu bật lên tính cấp thiết của đề tài. -Đánh giá hiện trạng tuyến đê biển,phân tích các diễn biến và các nguyên nhân gây nên các sự cố của đê biển. -Nghiên cứu các tiêu chuẩn về phân cấp đê biển và tiêu chuẩn thiết kế đê biển để làm cơ sở cho việc thiết kế đê biển khu vực 1.4 Phạm vi của đồ án Tuyến đê, kè biển Ninh Phú thuộc dự án nằm trên địa bàn ba xã Đa Lộc, Hưng Lộc và Ngư Lộc huyện Hậu Lộc bắt đầu từ đoạn cuối kè I-Vích đến cuối kè PAM 4617 Tu bổ, khôi phục đê, kè Ninh Phú đoạn từ giáp kè I-Vích đến sau cống Ba Gồ dài 853m. Xây dựng mới tuyến đê, kè Ninh Phú đoạn từ K0+666,8-K4+036,2. Đối với đoạn đê có đông dân cư ngay sau đê; đoạn từ giáp kè I-Vích đến sau cống Ba Gồ và đoạn K1+767,4 – K3+083,9 (từ sau thôn Ninh Phú đến đầu trục tiêu T8): Cấp bão đưa vào tính toán thiết kế là cấp 10. Đối với các đoạn đê còn lại : Cấp bão đưa vào tính toán thiết kế là cấp 9. SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 5 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển 1.5 Nội dung đồ án Đồ án gồm 8 chương gồm : Chương 1 : Mở đầu. Chương 2 : Tổng quan về khu vực nghiên cứu. Chương 3 : Phân tích nguyên nhân và lựa chọn giải pháp công trình. Chương 4 : Tính toán điều kiện thủy hải văn thiết kế. Chương 5 : Thiết kế công trình bảo vệ. Chương 6 : Chuyên đề tính toán ổn định tường đỉnh. Chương 7: Giải pháp thi công. Chương 8: Kết luận. 1.6 Phương pháp thực hiện -Thu thập các tài liệu, dự án, các công trình bảo vệ bờ và các số liệu địa chất, thủy hải văn để phục vụ cho việc phân tích, tính toán, xác định nguyên nhân xói lở bờ biển. -Ứng dụng các tiêu chuẩn thiết kế đê (14TCN 130 – 2002) trong việc tính toán xác định các thông số thiết kế của đê biển.Bao gồm: xác định cao trình mặt đê, cao trình tường chắn sóng, chiều rộng mặt đê, kích thước cấu kiện lát mái đê… đồng thời áp dụng lý thuyết mới và các phần mềm tính toán (phần mềm Cresswin, slope) để tính toán vận chuyển bùn cát dọc bờ. -Kế thừa những nghiên cứu trước đây và tìm hiểu các giải pháp bảo vệ bờ biển cũng ở Hậu Lộc-Thanh Hóa để đề xuất các giải pháp bảo vệ đê biển. SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 6 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm tự nhiên 2.1.1 Vị trí địa lí Hậu Lộc là huyện ven biển của tỉnh Thanh Hóa với tổng diện tích:141,5km2.Bao gồm thị trấn Hậu Lộc và 25 xã: Châu Lộc, Triệu Lộc, Đại Lộc, Đồng Lộc, Thành Lộc, Cầu Lộc, Phong Lộc, Tuy Lộc, Quang Lộc, Liên Lộc, Hưng Lộc, Đa Lộc, Ngư Lộc, Minh Lộc, Hải Lộc, Hoa Lộc, Phú Lộc, Hoà Lộc, Xuân Lộc, Thịnh Lộc, Lộc Tân, Lộc Sơn, Tiến Lộc, Mỹ Lộc và Văn Lộc. Khu vực ven biển huyện Hậu Lộc thuộc dải đất bồi lắng của phù sa sông biển bao gồm 5 xã Đa Lộc, Hưng Lộc, Minh Lộc, Hải Lộc và Ngư Lộc. Tổng diện tích đất tự nhiên 2.799 ha với chiều dài bờ biển hơn 10 km. + Phía bắc là đê hữu sông Lèn; + Phía nam là đê tả Lạch Trường; + Phía Tây là đê kênh De; + Phía Đông là biển. Xung quanh khu vực là sông và biển nên có nhiều bất lợi trong việc phòng chống thiên tai do bão lũ gây ra. Bờ biển Hậu Lộc có những nét riêng biệt so với các đoạn bờ biển khác: Nằm giữa 2 cửa sông đồng thời ở phía Nam bị chắn bởi dãy núi Sơn Trang (hữu sông Lạch Trường) nhô ra ngoài biển, phía Bắc có bãi bồi Nga Sơn và Kim Sơn (Ninh Bình) ngày càng phát triển rộng ra phía biển tạo cho bờ biển Hậu Lộc có dạng cong lõm, ngoài ra phía ngoài cách bờ biển khoảng 2km có hòn Nẹ. Tất cả những yếu tố trên đều có tác động đến quá trình diễn biến bờ biển Hậu Lộc. SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 7 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển Hình 1. 1 Bản đồ hành chính huyện Hậu Lộc 2.1.2 Đặc điểm địa hình Địa hình bãi biển phẳng, thoải và nông, độ dốc bãi nhỏ. Trong phạm vi cách bờ 1000 m, độ dốc bãi là 0,4%. Dưới cao trình +0,5 không thấy hiện tượng bãi biển bị xói hoặc bồi. Tuy nhiên khi gặp gió, bão lớn các cồn cát và bãi phi lao ven biển (trên cao trình +0,5) bị bào mòn bề mặt và sạt lở vào phí bờ làm biến đổi lớn địa hình bãi vốn có. Đặc điểm này rất quan trọng để xem xét việc cần thiết khi lựa chọn biện pháp bảo vệ bãi. Cao trình mặt đất tự nhiên khoảng +2,0 đến +3,70 trên bờ và +0,0 đến +0,60 phần dưới nước. Trên toàn bộ diện tích đó chủ yếu là rừng phi lao chống cát. Nước luôn luôn đục do sự vận chuyển phù sa của hai con sông Lạch Trường và sông Lèn chuyển ra biển, gặp tác động ngược chiều của sóng vì vậy lượng phù xa đó lại dạt vào bờ và lắng đọng tạo bùn ở khu vực cách đê kè khoảng 200 m về phía biển. Xuất phát từ lý do đó cho nên bờ biển tại đây có phủ một lớp bùn màu nâu tương đối dày từ 0,2 đến 1 m. Mặt khác do ảnh hưởng của dòng chảy ven bờ với tác động của hai mũi nhô của bãi ven 2 cửa sông Lèn và sông Lạch Trường tạo ra quy luật bồi lở tự nhiên vùng chân bãi trong trường hợp triều cao có gió mùa đông bắc, gió tây nam với tốc độ lớn hoặc gió bão. 2.1.3 Đặc điểm địa chất và bùn cát a)Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền Qua công tác khoan thăm dò và một số mẫu thí nghiệm (Tài liệu khảo sát năm 2002) cho thấy địa tầng trong phạm vi khảo sát tương đối đơn giản, kể từ trên xuống bao gồm các lớp sau: + Lớp 1: SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 8 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển Bảng 1. 1 Bảng chỉ tiêu cơ lí lớp 1 TT Chỉ Tiêu Kí Hiệu Đơn vị Giá Trị TB 1 Thành phần hạt 0,01 – 0,05 mm P % 7,5 0,05 – 0,1 mm P % 36,1 0,1 – 0,25 mm P % 30,4 0,25 – 0,5 mm P % 22,2 0,5 – 2,0 mm P % 3,8 2 Tỷ Trọng ∆ 2,67 3 Góc nghỉ của cát khi khô α k α k Độ 30 0 40' 4 Góc nghỉ của cát khi ướt α ư α ư Độ 23 0 58 5 Hệ số rỗng ở trạng thái xốp nhất e xn 1,16 6 Hệ số rỗng ở trạng thái chặt nhất e cn 0,79 7 Độ chặt của cát D 0,34 + Lớp 2: SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 9 Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển Bảng 1. 2 Bảng chỉ tiêu cơ lí lớp 2 TT Tên chỉ tiêu Kí Hiệu Đơn Vị Giá Trị TB 1 Độ ẩm tự nhiên W % 33,5 2 Khối lượng thể tích γ n g/cm 3 1,80 3 Khối lượng thể tích khô γ k g/cm 3 1,35 4 Tỷ trọng ∆ g/cm 3 2,69 5 Hệ số rỗng ε 0 1,00 6 Độ rỗng n % 49,9 7 Độ bão hòa G % 90,5 8 Giới hạn chảy W ch % 35,0 9 Giới hạn dẻo W d % 23,1 10 Chỉ số dẻo I d % 11,9 11 Độ sệt B 0,87 12 Lực dính đơn vị C kG/cm 2 0,725 13 Góc ma sát trong ϕ Độ 12 0 16' 14 Hệ số nén lún A 1-2 cm 2 /kG 0,074 15 Hệ số thấm K cm/s 4,9x10 -4 b.Các chỉ tiêu cơ lí của đất đắp: SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B 10 [...]... phía biển (4) Cơ đê phía biển (5) Mái trên phía biển (6) Đỉnh đê (7) Mái trong (8) Tường đỉnh (9) Thân đê SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển 24 CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐIỀU KIỆN THỦY HẢI VĂN THIẾT KẾ 4.1 Xác định cấp công trình và tiêu chuẩn thiết kế 4.1.1 Xác định cấp công trình Việc xác định cấp công trình ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất của công trình. Đê biển được... phân cấp đê, tuyến đê Hậu Lộc được phân cấp là cấp IV SVTH:Nguyễn Thành Trung Lớp:48B Đồ án tốt nghiệp Ngành : Kĩ Thuật Biển 25 Bảng 1 6 Tiêu chí phân cấp đê Cấp đê I (chu kì lặp lại: năm) III IV V 150 TCAT II 100 50 30 10 . Quang Lộc, Liên Lộc, Hưng Lộc, Đa Lộc, Ngư Lộc, Minh Lộc, Hải Lộc, Hoa Lộc, Phú Lộc, Hoà Lộc, Xuân Lộc, Thịnh Lộc, Lộc Tân, Lộc Sơn, Tiến Lộc, Mỹ Lộc và Văn Lộc. Khu vực ven biển huyện Hậu Lộc. thiết kế đê biển để làm cơ sở cho việc thiết kế đê biển khu vực 1.4 Phạm vi của đồ án Tuyến đê, kè biển Ninh Phú thuộc dự án nằm trên địa bàn ba xã Đa Lộc, Hưng Lộc và Ngư Lộc huyện Hậu Lộc bắt. trong khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy lợi, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình, với đề tài: “ Thiết kế đê biển Ninh Phú – Hậu Lộc – Thanh Hóa . Thời gian làm đồ án tốt nghiệp