Nghiên cứu giải pháp bảo vệ bờ dạng đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật, ứng dụng bảo vệ khu vực bờ biển tỉnh Bạc Liêu

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Đỗ Hữu Linh ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Thiều Quang Tuấn là ngƣời hƣớng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận văn. Xin cám ơn Thày đã dành nhiều công sức, trí tuệ và thời gian để tác giả hoàn thành luận văn nghiên cứu đúng thời hạn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới tập thể Thày, cô giáo khoa Kỹ thuật Biển đã có những đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thiện luận văn một cách hoàn chỉnh hơn. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khuyến khích để tác giả hoàn thành luận văn nghiên cứu. Tác giả Đỗ Hữu Linh iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài. 1 2. Mục đích của đề tài. 1 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 2 4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN BẰNG KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT 3 1.1 Tổng quan về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng bao địa kỹ thuật trên thế giới. 3 1.2 Tổng quan về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng bao địa kỹ thuật tại Việt Nam. 7 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC CHO TÍNH TOÁNỔN ĐỊNH ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT 11 2.1 Các tham số ảnh hƣởng. 11 2.1.1 Ảnh hƣởng của chiều cao lƣu không. 11 2.1.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ cát đƣợc đóng vào bao. 12 2.1.3 Ảnh hƣởng của độ dốc mái 15 2.1.4 Ảnh hƣởng của vật liệu vải 15 2.1.5 Ảnh hƣởng của ma sát giữa các bao địa kỹ thuật. 18 2.1.6 Ảnh hƣởng của sự sắp đặt bao địa kỹ thuật. 19 2.2 Xây dựng công thức tính ổn định đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật. 20 2.2.1 Sự cần thiết phải thiết lập công thức tính ổn định. 20 2.2.2 Các công thức ổn định thủy lực đang tồn tại. 20 2.3 Cơ sở xác định khả năng chiết giảm sóng của đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật. 25 2.3.1 Hệ số truyển sóng K t 25 2.3.2 Các nghiên cứu xác định hệ số truyền sóng K t 25 2.3.3 Mặt bằng bố trí và các đặc trƣng hình thái 27 iv CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT BẢO VỆ ĐƢỜNG BỜ TỈNH BẠC LIÊU 30 3.1 Giới thiệu về đƣờng bờ tỉnh Bạc Liêu 30 3.1.1 Phạm vi nghiên cứu 30 3.1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 30 3.1.2.1 Vị trí địa lý 30 3.1.2.2 Đặc điểm địa hình 31 3.1.2.3 Khí hậu 31 3.1.2.4 Điều kiện thủy văn 31 3.1.2.5 Điều kiện hải văn 32 3.1.2.6 Điều kiện địa chất 32 3.1.3 Phân tích đặc điểm hệ thống công trình đê, kè biển đã xây dựng 32 3.2 Tính toán thiết kế đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật 33 3.2.1 Mục đích của việc thiết kế 33 3.2.2 Các tài liệu thiết kế 33 3.2.2.1 Tài liệu các mực nƣớc 33 3.2.2.2 Tài liệu sóng nƣớc sâu 35 3.2.2.3 Tài liệu địa hình 36 3.2.2.4 Tài liệu địa chất 36 3.2.3 Các thông số thiết kế 37 3.2.3.1 Mực nƣớc thiết kế 37 3.2.3.2 Xác định sơ bộ độ sâu sóng vỡ 37 3.2.3.3 Lựa chọn vị trí đặt công trình 38 3.2.3.4 Lựa chọn chiều dài của đê ngầm và khoảng cách giữa các đê ngầm 38 3.2.3.5 Chiều cao sóng trƣớc chân công trình 39 3.2.4 Lựa chọn sơ bộ kích thƣớc hình học của đê ngầm 43 3.2.4.1 Hệ số mái đê ngầm 43 3.2.4.2 Bề rộng đỉnh đê ngầm 44 3.2.4.3 Cao trình đỉnh đê thiết kế 45 v 3.2.5 Thiết kế bao địa kỹ thuật. 45 3.2.5.1 Tính toán chỉ số ổn định Ns theo chức năng 45 3.2.5.2 Kiểm tra chỉ số ổn định Ns trong điều kiện cực trị. 48 3.2.5.3 Lựa chọn kích thƣớc của vỏ bao và tính toán lƣợng cát đóng vào bao 49 3.2.6 Thiết kế mặt cắt ngang điển hình 50 3.2.7 Tính toán độ lún ổn định của nền 51 3.2.7.1 Trƣờng hợp tính toán 51 3.2.7.2 Tài liệu phục vụ tính toán 51 3.2.7.3 Phƣơng pháp và phần mềm tính toán 53 3.2.7.4 Mô phỏng mặt cắt tính toán 54 3.2.7.5 Kết quả tính toán theo trạng thái giới hạn 1 54 3.2.7.6 Kết quả tính toán theo trạng thái giới hạn 2 56 3.2.8 Kết luận 58 CHƢƠNG 4: KIẾN NGHỊ QUY TRÌNH THIẾT KẾ ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT 59 4.1 Đánh giá điều kiện biên áp dụng 59 4.2 Xác định chức năng đê ngầm 61 4.3 Bố trí tuyến xây dựng đê ngầm 62 4.4 Xác định kích thƣớc cấu tạo hình học và lựa chọn kết cấu mặt cắt ngang đê ngầm 62 4.5 Phƣơng án thi công 65 4.6 Công tác duy tu bảo dƣỡng đê ngầm 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 vi HÌNH ẢNH Hình 1-1. Bãi biển tại Sheraton Hotel, Jumeirah trƣớc khi xử lý. 3 Hình 1-2. Bãi biển tại Sheraton Hotel, Jumeirah sau khi xử lý. 3 Hình 1-3. Thi công bao địa kỹ thuật 4 Hình 1-4. Kè biển Stockton (2009). 4 Hình 1-5. Cửa sông Maroonchy (2005). 5 Hình 1-6. Hình ảnh tác động của sóng bão và thi công lắp bao địa kỹ thuật (2012). . 5 Hình 1-7. Mặt cắt ngang đại diện kết cấu bảo vệ bãi (Pauselli 2013). 5 Hình 1-8. Bãi trƣớc Durban trƣớc và sau khi nâng cấp (Pauselli 2013). 6 Hình 1-9. Bãi ngầm nhân tạo đƣợc thi công bằng bao địa kỹ thuật (Trƣờng hợp nghiên cứu ở Australia,2000). 6 Hình 1-10. Mặt cắt ngang của đê ngầm đƣợc xây dựng năm 1995. 7 Hình 1-11. Kè bao quanh bởi bao địa kỹ thuật (Pianc,2011). 7 Hình 1-12. Cắt dọc mỏ hàn. 8 Hình 1-13. Cắt ngang mỏ hàn. 8 Hình 1-14. Cắt ngang mỏ hàn không neo. 9 Hình 1-15. Cắt ngang mỏ hàn có neo. 9 Hình 1-16. Sơ đồ bố trí các công trình Stabiplage 9 Hình 2-1. Đƣờng cong ổn định thủy lực mới đối với một kết cấu ngầm (Dassanayake 2013) 12 Hình 2-2. Sự tính toán của thể tích theo lý thuyết ban đầu của bao địa kỹ thuật 13 Hình 2-3. Vải địa kỹ thuật không dệt (Trái) và vải địa kỹ thuật (Phải) (Ảnh: Geosintex,2012) 15 Hình 2-4. Sắp xếp bao địa kỹ thuật nghiêng 15 o so với phƣơng nằm ngang(Dassanayake 2013) 19 vii Hình 2-5. Mặt bằng của các bao địa kỹ thuật liên quan với hƣớng sóng (Christophe Marc Eric Baret 2013) 19 Hình 2-6: Hình minh họa sự chiết giảm sóng tới qua đê ngầm 25 Hình 2-7: Các định nghĩa đối với các công trình ngầm 28 Hình 2-8: Các đặc trƣng đƣờng bở thông qua mô hình toán nhƣ là một hàm của sự truyền sóng và sự kiểm định tiếu chí đƣợc đề xuất theo Hanson & Kraus, 1990. 29 Hình 3-1: Đoạn đƣờng bờ nghiên cứu 30 Hình 3-2: Hiện trạng một số công trình đê biển tại tỉnh Bạc Liêu. 33 Hình 3-3: Đƣờng tần suất mực nƣớc tổng hợp tại điểm 103 (105 o 29’, 9 o 05’) Long Điền Tây, Gia Rai, Bạc Liêu 34 Hình 3-4: Hoa sóng khí hậu ở nƣớc sâu tại trạm Vũng Tàu 35 Hình 3-5: Mặt cắt ngang bãi. 36 Hình 3-6: Độ sâu sóng vỡ của sóng khí hậu. 37 Hình 3-7: Tham số sóng cực trị nƣớc sâu. 40 Hình 3-8: Phân bố truyền sóng ngang bờ của sóng cực trị 41 Hình 3-9: Phân bố chiều dài sóng với sóng cực trị 41 Hình 3-10: Tham số sóng khí hậu nƣớc sâu. 42 Hình 3-11: Phân bố truyền sóng ngang bờ của sóng khí hậu. 42 Hình 3-12: Phân bố chiều dài sóng với khí hậu. 43 Hình 3-13: Kích thƣớc bao địa kỹ thuật dài 2.50m 50 Hình 3-14: Mặt cắt ngang đê ngầm. 51 Hình 3-15Mô phỏng mặt cắt tính toán 54 Hình 3-16 Mặt trƣợt sâu vào trong nền. 55 Hình 3-17 Hệ số an toàn tổng thể SF. 55 Hình 3-18: Lực kéo trong vải địa kỹ thuật 56 Hình 3-19 Chuyển vị đứng của các nền. 56 viii Hình 3-20 Chuyển vị tại các điểm trong lớp đất 2 trên đƣờng thẳng qua tâm đê 57 Hình 3-21 Chuyển vị thẳng đứng của các điểm dƣới đáy móng 57 Hình 3-22 Áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣ trong nền. 57 ix BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Các đặc tính vật lý của polypropylene polymers (PP) (PIANC, 2011) 16 Bảng 2-2: Các cƣờng độ của các kiểu nối khác nhau (đƣợc tra từ PIANC, 2011) 16 Bảng 2-3: Các góc ma sát và các hệ số ma sát đƣợc xác định từ thí nghiệm cắt trực tiếp( Naue,2004; Reico,2007) 17 Bảng 2-4: Bảng các công thức tổng quát tính ổn định của đê ngầm 22 Bảng 3-1: Các thông số kinh nghiệm Dassanayake (2013) 46 Bảng 3-2 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 51 Bảng 4-1: Các thông số kinh nghiệm Dassanayake (2013) 64 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Trƣớc thực trạng xói lở bờ biển ngày một nghiêm trọng, để khai thác hết các tiềm năng của biển và hạn chế những tác hại của biển gây ra, Nhà nƣớc ta đã đầu tƣ cho nhiều dự án, công trình bảo vệ bờ biển. Bên cạnh phƣơng án truyền thống là đê, kè bảo vệ bờ biển bằng kết cấu và vật liệu truyền thống nhƣ bê tông, đá… nhiều nơi đã xây dựng thử nghiệm bằng các công nghệ mới, đó là bằng vải địa kỹ thuật chứa cát ở trong tạo ra những giải pháp mềm chống xói lở bờ biển. Những kết cấu kè mềm này ngoài nhiệm vụ chống xói lở bờ biển có nhiều ƣu điểm nhƣ thân thiện với môi trƣờng, tạo cảnh quan môi trƣờng, sử dụng vật liệu sẵn có tại địa phƣơng là cát để bảo vệ bờ biển, giảm giá thành các công trình xây dựng. Xuất phát từ những nhiệm vụ đó bằng các nguồn vốn khác nhau, các dự án thử nghiệm một số hệ thống kè mỏ hàn mềm sử dụng công nghệ của Pháp, Hà Lan, Đài Loan… tại những bờ biển bị xói lở nhƣ: tại Phú Thuận – Phú Vang- Thừa Thiên Huế, tại Tam Hải – Núi Thành – Quảng Nam, tại Đồi Dƣơng – Phan Thiết - Bình Thuận, tại cửa Lộc An - Đất Đỏ- Bà Rịa – Vũng Tàu. Tuy nhiên, những kết cấu trên trong quá trình sử dụng thực tế đã bộc lộ nhiều khuyết điểm. Chính vì thế, việc nghiên cứu thêm các giải pháp để bảo vệ đƣờng bờ là cần thiết để khác phục những khiếm khuyết của những phƣơng pháp khác. Trong luận văn, tác giả đã đi sâu vào nghiên cứu và ứng dụng giải pháp đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật nhƣ là một giải pháp bảo vệ đƣờng bờ hiệu quả. 2. Mục đích của đề tài. Trong nội dung của luận văn, tác giả tập trung vào việc nghiên cứu giải pháp đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật theo các khía cạnh: cách xác định các điều kiện biên thiết kế cho tuyến đê ngầm, cách bố trí mặt bằng đê ngầm, các yếu tố ảnh hƣởng đến sự ổn định của đê ngầm vv Từ đó mục đích cuối cùng của luận văn cần đạt đƣợc đó là: - Xây dựng các kiến nghị cho thiết kế đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật. - Áp dụ ng các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc vào điều kiện thực tế của đƣờng bờ tỉnh Bạc Liêu. [...]... mt trong nhng ng dng ca bao a k thut l Kliffende Haus Mt b mt b ỏ ang xúi nhanh t ngụi nh c kớnh trong s nguy hieenmr ca vic ri xung bin mt cụng trỡnh kố bao quanh bi bao a k thut c xõy dng nm 1990 tm dng s xúi l mi ỏ iu ny chng t s hiu qu cng nh cú th c trong bc nh bờn di Hỡnh 1-11 Kố bao quanh bi bao a k thut (Pianc,2011) 1.2 Tng quan v gii phỏp bo v b bin bng kt cu dng bao a k thut ti Vit Nam... hay cnh di nht ca bao l song song vi hng súng Hỡnh 2-5 Mt bng ca cỏc bao a k thut liờn quan vi hng súng (Christophe Marc Eric Baret 2013) 20 2.2 Xõy dng cụng thc tớnh n nh ờ ngm kt cu bao a k thut 2.2.1 S cn thit phi thit lp cụng thc tớnh n nh Do tớnh mm do ca bao a k thut v trng lng riờng ca bao a k thut l nh hn khi c so sỏnh vi ỏ hoc cỏc cu kin lp ph bng bờ tụng, vỡ th m ng x ca bao a k thut khi chu... 14 Phự hp vi Robin (2004), khi cỏc kớch thc ca mt bao ch nht phng, th m chu dón cng nh chu ct, vi cỏc kớch thc a, b, cỏc ranh gii cho th tớch ln nht (Vmax) ca mt cỏi bao c úng t c bng lm phng bao mt cỏch y c a ra xp x bi: 0.142(1 10 ) Trong ú: = 3 - a = chiu di ca bao a k thut [m] - b = b rng ca bao a k thut [m] Th tớch thc s (V thc s) ca mt bao a k thut riờng bit c tớnh toỏn da trờn khi lng... úng vo bao T s cỏt c úng vo bao a k thut ó c nh ngha nh l mt thụng s quan trng i vi s n nh thy lc ca cỏc cụng trỡnh kt cu bao a k thut (Venis 1967, Grune 2006, Oumeraci v cng s 2007, Oumeraci v Reico 2010, Wilms v cng s 2011) Nú nh hng kh nng bin dng ca cỏc bao a k thut, s dch chuyn ca cỏt trong bao, v sc khỏng chng li s trt, th m nh hng mt cỏch trc tip n s n nh thy lc ca mt cụng trỡnh kt cu bao a k... bao a k thut núi riờng t ú a ra mt gii phỏp bo v mi ú l gii phỏp bo v b bng ờ ngm kt cu bao a k thut - Da trờn c s khoa hc: Hng tip cn da trờn mt c s khoa hc vng chc s to iu kin nh hng ỳng n cho mi nghiờn cu ti ó da vo cỏc tham s nh hng a ra phng phỏp tớnh toỏn n nh cho bao a k thut 3 CHNG 1: TNG QUAN V GII PHP BO V B BIN BNG KT CU BAO A K THUT 1.1 Tng quan v gii phỏp bo v b bin bng kt cu dng bao. .. n nh thy lc ca bao a k thut Cỏc thớ nghim ó c thit k kim tra s n nh thy lc ca cỏc bao a k thut vi cỏc t l thờm vt liu khỏc nhau Qua cỏc thớ nghim mụ hỡnh ny h ó tỡm ra rng t l cỏt thờm vo ti u l nm gia 90%-100% iu ny dn ti chng li cỏc nghiờn cu trc õy th m c khuyn ngh rng t l cỏt khụng nờn vt quỏ 80% nh vy bao a k thut s quỏ cng v do ú s khụng cú kh nng iu chnh theo nn cỏt hoc cỏc bao a k thut xung... 2.1.5 nh hng ca ma sỏt gia cỏc bao a k thut C ch ly li cõnbng ca bao a k thut ó c quan sỏt khụng ch trong sut cỏc thớ nghim trong phũng (Oumeraci, 2003, 2007), m cũn trong cỏc d ỏn thc t (Jackson, 2006) Recio (2007) ó n lc kho sỏt qua thớ nghim v phng phỏp s quỏ trỡnh cõn bng li ca cỏc bao a k thut t mt kố kt cu bao a k thut do tỏc ng súng v c kt lun rng ma sỏt mt gia cỏc bao a k thut nh hng mt cỏch... t bao a k thut Dassanayake (2013) trong thớ nghim mụ hỡnh ca mỡnh ó ch ra rng ch s n nh khi sp xp cỏc bao a k thut nghiờng mt gúc 15 o s tng lờn ti 30% so vi vic t bao a k thut nm ngang Hỡnh 2-4 Sp xp bao a k thut nghiờng 15 o so vi phng nm ngang(Dassanayake 2013) Christophe Marc Eric Baret (2013) ó tin hnh thớ nghim mụ hỡnh vt lý trong mỏng súng ó ch ra s n nh thy lc ca cụng trỡnh l ln hn khi cỏc bao. .. u ca mt bao vi a c thi phng v khi lng th tớch khụ ca cỏt Hỡnh dng ca bao a k thut ban u l phng v hai chiu Nú c thờm cỏt v tr thnh mt cỏi gi ba chiu Hỡnh dng cui cựng ca bao a k thut cú mt hỡnh dng phc tp th m thc s khú khn lý tng húa bng mt hỡnh dng n gin Do ú, s tớnh toỏn th tớch ln nht ca mt bao a k thut c thờm cỏt y ang l thỏch thc Hỡnh 2-2 S tớnh toỏn ca th tớch theo lý thuyt ban u ca bao a k... cỏc ti trng bờn ngoi l rt khỏc 2.2.2 Cỏc cụng thc n nh thy lc ang tn ti Nhúm 1: Cỏc cụng thc c thit k t trc kia s dng cụng thc n nh thy lc i vi cỏc lp khi kh ỏ chng hn nh cụng thc Hudson (1956) Ch cú trng lng ca bao a k thut c cõn nhc tng t mt s kt cu b bin thụng thng khỏc Nhúm 2: Cỏc cụng thc Hudson khụng bao gm chu kỡ súng m bao gm cỏc h s kinh nghim kD th m khụng phự hp vi cỏc kt cu bao a k thut . 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT BẢO VỆ ĐƢỜNG BỜ TỈNH BẠC LIÊU 30 3.1 Giới thiệu về đƣờng bờ tỉnh Bạc Liêu 30 3.1.1 Phạm vi nghiên cứu 30 3.1.2 Tổng quan về khu vực nghiên. các nghiên cứu từ trƣớc về các giải pháp bảo vệ bờ nói chung và giải pháp bảo vệ bờ bằng bao địa kỹ thuật nói riêng để từ đó đƣa ra một giải pháp bảo vệ mới đó là giải pháp bảo vệ bờ bằng đê ngầm. phƣơng pháp tính toán ổn định cho bao địa kỹ thuật. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN BẰNG KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT 1.1 Tổng quan về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng