“Nghiên cứu kết cấu và biện pháp thi công cho tuyến kè bảo vệ đê biển của huyện Quỳnh Lưu tỉnh Nghệ An”

- Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn:  Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đê biển trong nước và trên thế giới;  Nghiên cứu tổng quan về giải pháp bảo vệ mái cho đê biển

L ỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS Vũ Thanh Te đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường

Cảm ơn chân thành đến Lãnh đạo Sở Nông Nghiệp và phát triển nông thôn Nghệ An, tập thể Ban Quản lý dự án ngành Nông nghiệp Nghệ An nơi tác giả đang công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành chương trình học tập

và luận văn đúng thời hạn

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả

B ẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên: Đặng Quang Hào

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu và biện pháp thi công cho tuyến kè

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết

quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức

kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Học viên cao học

Đặng Quang Hào

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

PHẦN MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đề tài 1

II Mục đích của đề tài: 2

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : 2

IV Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 2

IV Kết quả đạt được của luận văn: 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ 4

1.1 Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới 4

1.1.1 Đê biển Hà Lan 4

1.1.2 Dự án đê biển Saemangeum – Hàn Quốc 7

1.1.3 Đê biển bảo vệ thành phố St Peterburg – Nga 9

1.1.4 Công trình New Orleans - Mỹ 11

1.1.5 Đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên 13

1.2 Tổng quan các dạng công trình đê biển Việt Nam 14

1.2.1 Đê biển Bắc Bộ 15

1.2.2 Đê biển Miền Trung 18

1.2.3 Đê biển Miền Nam 23

1.3 Kết luận chương 1 24

1.4 Những vấn đề nghiên cứu của luận văn 26

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHÙ HỢP CHO TUYẾN ĐÊ BIỂN BÃI NGANG 27

2.1 Cơ sở lý luận xác định các yếu tố động lực biển tác dụng lên đê 27

2.1.1 Lý thuyết về sóng biển 27

2.1.2 Yếu tố sóng và các xác định 29

2.2 Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê, kè biển 32

2.2.1 Giải pháp bảo vệ mái đê, kè biển trên thế giới 32

2.2.2 Giải pháp bảo vệ mái đê kè của Việt Nam 41

2.3 Những sự cố, hư hỏng đã xẩy ra ở các công trình hiện nay 49

2.4 Các vấn đề cần nghiên cứu cụ thể cho tuyến đê biển 53

2.4.1 Yêu cầu chung 53

2.4.2 Yêu cầu cụ thể 54

2.4.3 Nghiên cứu, thiết kế ổn định kè biển 54

2.4.4 Hình dạng kết cấu mặt cắt đê biển 56

2.5 Lựa chọn mặt cắt ngang cho tuyến kè biển Bãi Ngang 59

2.5.1 Sự cần thiết phải lựa chọn mặt cắt ngang 59

2.5.2 Lựa chọn mặt cắt ngang đê 62

2.6 Kết luận chương 2 64

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ CHO TUYẾN ĐÊ BIỂN BÃI NGANG HUYỆN QUỲNH LƯU 66

3.1 Vai trò của tuyến đê biển Bãi Ngang 66

3.2 Đặc điểm tự nhiên đê biển huyện Quỳnh Lưu 66

3.2.1 Phạm vi công trình 66

3.2.2 Đặc điểm dòng chảy thủy triều 68

3.2.3 Đặc điểm khí tượng 69

3.2.4 Đặc điểm về địa chất 71

3.3 Tính toán kết cấu đê 75

3.3.1 Chỉ tiêu thiết kế 75

3.3.2 Xác định cao trình đỉnh đê 76

3.3.3 Mặt đê 78

3.3.4 Thiết kế bảo vệ mái đê 79

3.3.5 Thiết kế chân khay 80

3.3.6 Tính toán ổn định tổng thể đê 81

3.3.7 Bố trí giải pháp kết cấu đê 84

3.4 Giải pháp thi công tuyến đê biển 86

3.4.1 Đường thi công 86

3.4.2 Điều kiện cung cấp vật liệu 86

3.4.3 Thi công 87

3.5 Kết luận chương 3 94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 99

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Bản đồ đê biển ở Hà Lan 5

Hình 1.1: Mặt cắt ngang đê qua các thời kỳ 6

Hình 1.2: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan 6

Hình 1.3: Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk 7

Hình 1.4: Đê biển Saemangeum 8

Hình 1.5: Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum 8

Hình 1.6: Vị trí tuyến đê biển St Peterburg - Nga 9

Hình 1.7: Mặt cắt ngang đê St.Peterburg 10

Hình 1.8: Một số hạng mục công trình đê biển St Peterburg 10

Hình 1.9: Vị trí của dự án New Orleans Surge Barrier 11

Hình 1.10: Mặt cắt ngang New Orleans 12

Hình 1.11: Đê Nam Pho – Bắc Triều Tiên 13

Hình 1.12: Hạng mục chính của đê biển Nam Pho 14

Hình 1.13: Kết cấu điển hình của đê biển ở Việt Nam 14

Hình 1.14: Mặt cắt điển hình đê biển Bắc Bộ 16

Hình 1.15: Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định 17

Hình 1.16: Mặt cắt điển hình đê biển miền Trung 18

Hình 1.17: Tuyến kè bảo vệ bờ Phước Thể, tỉnh Bình Thuận 21

Hình 1.18: Đê biển Cà Mau 23

Hình 1.19: Một số công trình đê biển ở Trà Vinh, Kiên Giang 24

Hình 2.1: Quy đạo hạt nước trong sóng 27

Hình 2.2: Quy đạo hạt nước trong sóng với độ sâu khác nhau 28

Hình 2.3: Hình vẽ biểu các yếu tố của sóng biển 30

Hình 2.4: Giải pháp gia cường mái đê ở Hà Lan 33

Hình 2.5: Cấu kiện bảo vệ mái bằng bê tông lắp ghép 33

Hình 2.6: Một dạng cấu kiện gia cố đê biển Nhật Bản 34

Hình 2.7: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường ở Hà Lan 34

Hình 2.8: Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển Hà Lan 35

Hình 2.9: Hệ thống các túi địa kỹ thuật trên đảo Sylt-Kliffende-Đức 35

Hình 2.10: Các ứng dụng khác của túi địa kỹ thuật 36

Hình 2.11: Các dạng ứng dụng của ống địa kỹ thuật 36

Hình 2.12: Ống địa kỹ thuật gia cường bảo vệ bờ ở Hà Lan 37

Hình 2.13: Gia cường mái đê biển bằng vải địa kỹ thuật tổng hợp 37

Hình 2.14: Giải pháp gia cố mái đê bằng tấm bê tông bọc vải địa tại Hàn Quốc38 Hình 2.15: Bảo vệ mái kè bằng cột Basalton 39

Hình 2.16: Bảo vệ mái kè bằng cấu kiện Haringman 39

Hình 2.17: Thảm cỏ chống xói mái đê 40

Hình 2.18: Sử dụng lưới sợi tổng hợp kết hợp trồng cỏ chống xói 40

Hình 2.19: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Hải Hậu-Nam Định 41

Hình 2.20: Kè sử dụng đá đổ rối 41

Hình 2.21: Kè đá xây liền khối ở Thái Bình 42

Hình 2.22: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ 43

Hình 2.23: Kè bảo vệ bằng cấu kiện bê tông 43

Hình 2.24: Kè bảo vệ bằng cấu kiện Tsc 45

Hình 2.25: Các dạng kết cấu chân kè biển – chân kè nông 47

Hình 2.26: Bảo vệ chân kè bằng 1 hàng ống buy 48

Hình 2.27: Bảo vệ mái đê phía đồng trong trường hợp có lũ nội đồng 49

Hình 2.28: Tấm lát mái đê biển bị lún sụt 51

Hình 2.29: Tấm lát mái đê biển bị bong tróc 51

Hình 2.30: Phá huỷ mái phía biển dẫn đến xói hỏng nền đê 51

Hình 2.31: Các viên gia cố không đủ trọng lượng 51

Hình 2.32: Mái đê biển phía đồng bị sóng tràn qua 52

Hình 2.33: Đê biển đắp bằng đất có hàm lượng cát cao bị xói hỏng 52

Hình 2.34: Viên gia cố bị đẩy ngược 52

Hình 2.35: Đê biển Hải Phòng được cứng hoá bề mặt-chống sóng tràn 53

Hình 2.36: Bão số 2-2005 mái hạ lưu bị phá huỷ toàn bộ do sóng tràn 53

Hình 2.37: Mặt cắt đê biển dạng mái nghiêng 57

Hình 2.38: Mặt cắt đê biển dạng tường đứng 58

Hình 2.39: Mặt cắt ngang đê biển hỗn hợp trên nghiêng, dưới đứng 58

Hình 2.40: Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên đứng, dưới nghiêng 59

Hình 2.41: Mặt cắt ngang đê biển tường bê tông – thân đê đất 59

Hình 2.42: Mặt cắt ngang đê biển tường bê tông – móng bằng đá 59

Hình 2.43: Mặt cắt ngang đê biển được lựa chọn 63

Hình 2.44: Tuyến đê biển thuộc huyện Quỳnh Lưu – Nghệ An 64

Hình 3.1: Vị trí của tuyến đê biển Bãi Ngang trên bản đồ tỉnh Nghệ An 67

Hình 3.2: Tuyến đê biển Bãi Ngang 67

Hình 3.3: Đường cong dao động mực nước triều trong một tháng 69

Hình 3.4: Chiều dài ảnh hưởng của sóng leo khi có tường chắn 78

Hình 3.5: Kết cấu tường chắn sóng 79

Hình 3.6: Kết cấu mặt đê 79

Hình 3.7: Phương pháp xác định Kod theo cân bằng giới hạn 81

Hình 3.8: Mô hình tính toán ổn định 83

Hình 3.9: Kết quả tính toán ổn định tổng thể tuyến đê 84

Hình 3.10: Mặt cắt kè biển đại diện 85

Hình 3.11: Mặt bằng đoạn kè biển đại diện 86

Hình 3.12: Biện pháp trải vải địa kỹ thuật cho mái đê 88

Hình 3.13: Biện pháp thi công chân kè 90

Hình 3.14: Biện pháp gia cố chân kè 91

Hình 3.15: Gia cố đá hộc ngoài ống buy 91

Hình 3.16: Đổ bê tông dầm mái 92

Hình 3.17: Thi công đất đắp thân đê 92

Hình 3.18: Thi công đá hộc gia cố mái kè 92

Hình 3.19: Thi công tường chắn sóng 93

Hình 3.20: Hình ảnh thực tế thi công tường chắn sóng 93

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Đê biển Bắc Bộ 15

Bảng 1.2 Đê biển Miền Trung 19

Bảng 2.1 Một số dạng hư hỏng của kết cấu mái đê kè 50

Bảng 2.2 Các dạng kết cấu bảo vệ mái và điều kiện áp dụng 55

Bảng 3.1 Một số đặc trưng bất đẳng triều chu kỳ nửa tháng tại một số trạm 69

Bảng 3.2 Đặc trưng về gió 71

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý lớp 2 71

Bảng 3.4 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp 3 72

Bảng 3.5 Các đặc trưng cơ lý của lớp 4 73

Bảng 3.6 Chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp 5 74

1

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài khoảng 3.444 km xếp thứ 32 trong

156 quốc gia có giáp biển, có 28 tỉnh và thành phố tiếp giáp với biển với dân số vùng ven biển khoảng 40 triệu người Với đường bờ biển dài đã và đang mang lại

những nguồn lợi lớn cho kinh tế đất nước như phát triển dầu khí, điện lực, khai thác các sa khoáng, tạo đà phát triển cho các vùng ven biển, đặc biệt là hệ thống cảng

biển Trong quá trình hình thành và phát triển đất nước, ven biển Việt Nam đã có hệ

thống đê biển với quy mô khác nhau được hình thành qua nhiều thế hệ Hệ thống đê

biển là tài sản lớn của đất nước, sẽ là cơ sở vững chắc tạo đà phát triển kinh tế, phục

vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đảm bảo an ninh quốc phòng ổn định dân sinh Đê biển không chỉ chống bão, ngăn mặn mà còn phải kết hợp đa mục tiêu như giao thông, du lịch… Các nước phát triển trên thế giới đã có nhiều đầu tư công nghệ, nhân lực vật lực, chính sách pháp luật để cải tạo, nâng cấp đê biển đáp ứng được mục tiêu và nhiệm vụ Tuy nhiên đê biển ở Việt Nam phần lớn mới chỉ đảm

bảo an toàn ứng với gió bão cấp 9 ở điều kiện mức triều trung bình đạt tần suất 5%

Hầu hết các tuyến đê biển không đủ sức chống chọi với điều kiện thay đổi của biển

do sự biến đổi bất thường của biến đổi khí hậu làm nước biển dâng đã và đang gây

ra xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt, vấn đề úng ngập, thoát lũ đối với nước ta Đặc

biệt tuyến đê biển Miền Trung hàng năm phải hứng chịu nhiều cơn bão với tần suất

xuất hiện ngày càng nhiều, tính chất ngày càng phức tạp làm ảnh hưởng tới cuộc

sống của người dân, phá hoại và hư hỏng các công trình mỗi khi cơn bão đi qua Trong những năm vừa qua, Chính phủ đã phê duyệt 2 chương trình nâng cấp

đê biển (chương trình nâng cấp đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam từ năm 2006; chương trình nâng cấp đê biển từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang từ năm 2009 đến năm 2020), đây là căn cứ quan trọng để tiến hành tính toán thiết kế các tuyến đê

biển đảm bảo ổn định trong điều kiện khí hậu đang biến đổi ngày càng khốc liệt và khó lường như hiện nay

thọ

II Mục đích của đề tài:

Đề xuất kết cấu hợp lý và giải pháp thi công tuyến đê biển Bãi Ngang huyện

Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :

- Đối tương nghiên cứu: Kết cấu và giải pháp thi công đê biển huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An

- Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn:

 Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đê biển trong nước và trên

thế giới;

 Nghiên cứu tổng quan về giải pháp bảo vệ mái cho đê biển;

 Phân tích điều kiện xây dựng và các yêu cầu kỹ thuật của đê biển đã

và đang áp dụng ở nước ta;

 Phân tích, đề xuất giải pháp kết cấu tuyến kè đê biển Bãi Ngang, huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An;

 Đề xuất phương pháp tính toán xác định mặt cắt đê ổn định;

 Đề xuất giải pháp thi công tuyến kè đê biển Bãi Ngang

IV Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

+ Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực về thiết kế và thi công đê biển

+ Tiếp cận về lý luận, lý thuyết động lực biển

+ Tiếp cận các chuyên gia, đặc biệt là các chuyên gia về lĩnh vực cần nghiên

cứu

3

+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng

+ Phương pháp chuyên gia

+ Phương pháp phân tích, tổng hợp

IV Kết quả đạt được của luận văn:

 Tổng quan về các giải pháp bảo vệ đê biển ở trong nước và trên thế giới;

 Các giải pháp kết cấu công trình đê biển có thể ứng dụng để xây dựng cho tuyến kè biển Bãi Ngang, huyện Quỳnh Lưu Nghệ An

 Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu cho phương án nghiên cứu

 Đưa ra giải pháp kết cấu bảo vệ dựa trên các thông số động lực biển tác động vào tuyến kè biển

 Đề xuất biện pháp thi công kè biển

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ 1.1 Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới

Ngay từ xa xưa đê biển đã được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu cho việc

chống lại các tác hại do thủy triều, gió bão, ngập lụt và cả mở rộng thêm đất đai (quai đê lấn biển) Ngày nay, với sự phát triển khoa học và kỹ thuật, đê biển được xây dựng không chỉ nhằm mục đích bảo vệ ngăn triều và chống ngập lụt cho các khu vực thấp mà còn lợi dụng tổng hợp đa mục tiêu như tạo hồ dự trữ nước ngọt

phục vụ phát triển nông nghiệp, thủy sản, hình thành các khu đô thị, khu kinh tế,

cảng biển mới, tạo trục giao thông kết nối các vùng, các khu kinh tế, phát triển du

lịch trong vùng, xây dựng các nhà máy điện triều…

Cho đến nay, nhiều nước trên thế giới đã và đang xây dựng những tuyến đê

biển có quy mô lớn với nhiệm vụ tổng hợp như : Hà Lan, Triều Tiên, Hàn Quốc, Ấn

Độ, Bangladesh, Nga, Mỹ …

Đất nước Hà Lan là vùng đất thấp hay còn gọi là vùng trũng, với nhiều khu

vực ngập lụt, nhiễm mặn, phèn hoá, châu thổ chịu lũ chính của lưu vực sông Rhin, thường xuyên hứng chịu triều cường của biển Bắc Nhưng cũng vì đặc điểm này

mà người Hà Lan đã trở thành một trong những chuyên gia số một về thuỷ lợi và công trình biển với rất nhiều thành tựu đáng khâm phục

5

Hình 1.1: Bản đồ đê biển ở Hà Lan

Tại Hà Lan, đê biển đã được sử dụng để bảo vệ lũ lụt trong hàng trăm năm qua Chính vì thế, Hà Lan là đất nước có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế đê biển Cho đến nay, nhiều quốc gia đã và đang áp dụng các dạng thiết kế của Hà Lan trong

việc xây dựng đê biển

Trong thiết kế đê biển, Hà Lan sử dụng chủ yếu là kết cấu đê dạng mái nghiêng, mặt cắt điển hình của đê biển được khuyến cáo theo thiết kế sau đây:

- Độ dốc mái đê phía biển thường lấy 1:3 → 1:6, thiết kế này có thể làm giảm các tác động của sóng biển

- Độ dốc mái đê phía đất liền từ 1:2 → 1:3, giảm thiểu diện tích chiếm đất phía sau công trình và tối đa hóa sự ổn định của đê

- Các lớp không thấm nước: thường bao gồm đất sét nhưng đôi khi được bổ sung bởi nhựa đường nhằm vào mục đích bảo vệ phần lõi cát

- Khối bảo vệ chân (chân khay): đây là lớp bảo vệ ngoài cùng của bãi biển và ngăn ngừa các ảnh hưởng của sóng làm mất bãi do tác động vận chuyển bùn cát ngang cũng như dọc bờ

- Phần lõi của đê thường là cát để đảm bảo rằng nước ngấm qua thân đê có thể

chảy ra Phần lõi này hỗ trợ cho các lớp phủ và gia tăng trọng lượng cho cấu trúc

của đê biển góp phần chống lại áp lực nước cao

6

- Kênh thoát nước: cho phép dòng thấm sau khi chảy ra được tiêu thoát đi, đảm bảo kết cấu đê biển không bị suy yếu khi gặp trường hợp bão hòa nước

Hình 1.1: Mặt cắt ngang đê qua các thời kỳ

Đê biển ở Hà Lan đã được nâng cấp hai lần trong thế kỷ 20 Tất cả đê biển đều

cần thiết được xây dựng đến cao trình +4,30 Sau trận lũ thảm họa năm 1953, cao trình đê đã được quyết định nâng lên đến mức +7,65m Phần nửa dưới của đê cho

thấy cao trình trước và sau khi nâng cao về phía trong của đê

* Hệ thống đê biển Afsluitdijk

Đê biển Afsluitdijk là một trong những minh chứng điển hình nhất cho đất nước Hà Lan trong lĩnh vực đê biển Công trình này chạy dài từ mũi Den Oever (Noord Holland) lên đến mũi Zurich (Friesland) Mục đích chính của dự án là nhằm giúp Hà Lan giảm thiểu tối đa các tác động của biển Bắc đến hoạt động thuỷ sản và nông nghiệp khu vực các tỉnh phía Bắc

Hình 1.2: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan

7

Tổng chiều dài tuyến đê biển hơn 30km, rộng 90m; với độ cao ban đầu 7,50m trên mực nước biển trung bình, nền đất yếu được xử lý bằng thảm cây nhấn chìm

bằng đá hộc; 5 cống thoát với tổng lưu lượng qua cống 5.000m3/s, mỗi cống có 5

cửa rộng 12m, sâu 4m; âu thuyền đảm bảo cho tàu có tải trọng 6000 tấn Thời gian thi công được tiến hành trong khoảng thời gian có 6 năm từ 1927 đến 1933

Giai đoạn thi công được tiến hành từ bốn điểm xuất phát, bao gồm hai đầu từ hai phía đất liền và hai đảo thi công trung gian được hình thành ngay giữa biển Bắc

Từ bốn điểm xuất phát này, chân đê cơ bản được mở rộng dần bằng cách đóng cọc

và phun trực tiếp sét tảng lăn xuống biển từ tàu thi công, tạo nên hai chân đập nhỏ song song đồng thời, phần lòng giữa được bổ sung bằng cát Tiếp theo, các phương

tiện thi công cơ giới bao mặt đê bằng sét, gia cố móng bằng đá bazan Bề mặt trên cùng được phủ cát, đất, trồng cỏ và trải nhựa phục vụ mục đích giao thông

Hình 1.3: Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk

Hiện nay mực nước phía trong đất liền được kiểm soát và điều chỉnh mức thấp hơn mực nước biển bên ngoài khoảng 5÷6m

Đê biển Saemangeum cách thành phố Seoul khoảng 200km về phía nam Nó

có một hệ thống đường giao thông ở phía trên Đê biển mang tên Saemangeum bao quanh một vùng biển có diện tích 401km2 bằng khoảng 2/3 diện tích thành phố Seoul Với chiều dài 33,9 km, nằm giữa biển Hoàng Hải và cửa sông Saemangeum

Dự án được tiến hành từ năm 1991 và được hoàn thành năm 2010 Dự án được kỳ

vọng sẽ mang lại lợi ích to lớn cho phát triển công nghiệp, nông nghiệp, nuôi trồng

thủy sản và kết nối giao thông thuận lợi giữa hai khu vực quan trọng là Gunsan và Buan (rút ngắn khoảng cách giữa 2 khu vực này từ 99 km xuống còn 33 km)

8

Hình 1.4: Đê biển Saemangeum

Tuyến đê từ hai bờ kết nối với 3 đảo tạo thành 4 đoạn Bốn đoạn này có chiều cao khác nhau do cao trình đáy biển khác nhau, đoạn đê thấp nhất có chiều cao trung bình 16m và chiều rộng đáy đê là 198m Đoạn cao nhất có chiều cao trung bình 35m với chiều rộng chân đê 290m Cao trình đỉnh đê so với mực nước biển từ +8,50m đến +11,0m

Hình 1.5: Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum

Trên tuyến đê còn có hai hệ thống xả lũ có khả năng thoát nước lên đến 16.000

m3/s Hệ thống xả lũ Garyeok có 8 cổng và hệ thống xả lũ Shinsi có 10 cổng, mỗi

Vị trí công trình nằm gần vịnh Neva và vịnh Phần Lan, nối liền các thị trấn Gorki; Kronstadt và Lomonosov với chiều dài tổng cộng là 25,4km, trong đó có 22,2km băng ngang vịnh Phần Lan ở độ sâu trung bình 2,9m

Hệ thống đê biển St.Peterburg được xây dựng với mục đích bảo vệ thành phố

khỏi ngập lụt khi mực nước dâng lên với tần suất 0,01%, kết hợp làm đường giao thông vành đai gồm 6 làn xe

Hình 1.6: Vị trí tuyến đê biển St Peterburg - Nga

Dự án được bắt đầu từ năm 1978 và tạm dừng từ năm 1990 đến đầu những năm 2000, dự án tiếp tục vào năm 2005 và cuối cùng được khánh thành vào năm

2011

Dự án bao gồm một tuyến đê bằng đất và đá liên kết các phần giữa các công trình cửa xả và cổng hàng hải từ Kotlin đến phần bờ vịnh Phần Lan với chiều dài đập là 23,4km Bốn đập (D1-D4) tổng chiều dài 8118,5m nằm trong vùng nước phía

Nam, đập D5 dài 2025m nối đến Kotlin và 6 đập (D6-D11) dài tổng cộng 13223m

nằm trong vùng phía Bắc của vịnh Neva Chiều rộng nhỏ nhất của đập là 29m để

bảo đảm cho việc xây dựng đường cao tốc 6 làn xe Đập D3 cao nhất tại điểm cắt

10

ngang luồng hàng hải hiện hữu Đập có đặc điểm liên quan đến điều kiện địa chất khác nhau của phần đất nền, đến kỹ thuật xây dựng và sử dụng vật liệu xây dựng

Hình 1.7: Mặt cắt ngang đê St.Peterburg

Căn cứ vào các điều kiện địa chất công trình trên toàn chiều dài tuyến, kết cấu

đê sử dụng vật liệu xây dựng tại chỗ để đảm bảo cho độ bền vững cần thiết của công trình trong điều kiện ngập nước, chống được các tác động mạnh của sóng biển

và lực va của băng trôi Phần đỉnh đê có tính triệt tiêu sóng đặc biệt nhờ cấu tạo mái

dốc bằng đá hộc; gờ tiêu sóng rộng 8m ở cao độ +3,0m; mái dốc nối tiếp phía trên

bằng các tấm bê tông cốt thép chuyển tiếp đến tường chắn sóng cao 8,0m; tiếp giáp

với cửa xả hoặc bằng đá

Hình 1.8: Một số hạng mục công trình đê biển St Peterburg

Phần thân đê là đường ôtô gồm 6 làn xe rộng 29m cao trình 6,5m cho phép lưu thông hơn 30.000 xe/ngày đêm; phía vịnh có tường chắn sóng cao 1,5m

Trên tuyến công trình còn có 2 âu thuyền C1 và C2 với kênh chuyển tiếp và 6

cửa thoát nước B1÷B6, 11 phân đoạn đê từ D1÷D11 cùng với các công trình phục

vụ điều hành chung

11

Hệ thống cửa xả: cho phép luân chuyển nước qua lại, bảo tồn sự trao đổi nước

tự nhiên giữa vịnh Neva và vịnh Phần Lan ở phía Bắc và phía Nam, bảo vệ thành

phố khỏi ngập lụt khi gặp triều cường

Năm 2005, siêu bão Katharina đổ bộ vào đất liền New Orleans với vận tốc gió lên tới 140 dặm một giờ (193km/h), kèm theo là chiều cao nước dâng lên đến 6 m, vượt đỉnh và tràn qua một nửa của hệ thống bảo vệ lũ lụt, nó đã nhấn chìm phía Đông Nam của Lousiana Đã có hơn 1.830 người bị mất nhà cửa khi cơn bão đi qua

và hậu quả mà nó để lại trong các khu vực ven biển của sông Mississippi, Alabama

và Louisiana là rất lớn Vấn đề chính là New Orleans không có hệ thống chống bão

và bảo vệ lũ lụt Các hệ thống đê hiện tại không được thiết kế chống lũ có tần suất

lớn Sau khi cơn bão đi qua, vấn đề cấp thiết đặt ra với thành phố New Orleans là nhu cầu về một hệ thống đê biển bảo vệ cho các cơn bão mới

Vị trí của dự án nằm trong vùng đất ngập nước của hồ Borgne, phía Đông của thành phố New Orleans, gần với nơi hợp lưu của vịnh Intracoastal và cửa ra của

sông Mississippi

Hình 1.9: Vị trí của dự án New Orleans Surge Barrier

Mục tiêu của công trình được thiết kế là để làm giảm nguy cơ thiệt hại do bão cho một số khu vực dễ bị ảnh hưởng nhất như: phía Đông của New Orleans, các ga tàu điện ngầm và khu vực St Bernard Parish

12

Công trình bao gồm một tuyến đê chống bão dài 1,8 km và 2 cửa xả Cửa xả 1

có chiều rộng thông nước là 17m, ngưỡng cống đặt ở cao độ -2,4m Cửa xả thứ 2 được xây dựng để phục vụ cho giao thông thủy trên vịnh Intercoastal Cửa cống có

cấu tạo dạng cửa van cổng Mỗi cửa có chiều rộng thông nước là 46m, cao trình ngưỡng cống đặt ở -4,9m

Điều kiện địa chất tại khu vực này tương đối mềm yếu, do đó vấn đề xử lý nền

là một trong những thử thách lớn đối với các kỹ sư thiết kế nền móng công trình Toàn bộ tuyến đê có cấu tạo bởi 1.271 cọc ống bê tông dự ứng lực đường kính 1,7m; chiều dài mỗi cọc là 44m, trọng lượng mỗi cọc là gần 96 tấn Hệ thống cọc xiên gia cường có cấu tạo là cọc ống thép được đóng xiên 1:1,5 Phần dầm đầu cọc

kết hợp làm cầu công tác là những khối bê tông đúc sẵn

Hình 1.10: Mặt cắt ngang New Orleans

Đất nền được thay thế 1 lớp bằng cấu tạo dạng bên trái và bên phải được đổ

bằng đá hộc chạy dọc theo tuyến tường cừ, ở giữa được đổ bằng cát

Đáy biển phía trước chân công trình được gia cố bằng một lớp đá hộc kết hợp

với vải địa kỹ thuật để bảo vệ và chống lại sự xói mòn

Dự án được thiết kế bởi Hiệp hội các kỹ sư của quân đội Mỹ Đây là dự án dân

sự lớn nhất của họ từ trước tới nay và lớn nhất trên thế giới về công nghệ Foodwall

13

Việc thiết kế theo phương án tường cọc cừ đã giảm được ít hơn một nửa khối lượng vật liệu so với đê biển bình thường

Hệ thống đê biển Tây hay còn gọi là đê biển Nam Pho nằm tại vị trí cửa ra của sông TaeDong, cách thành phố Nam Pho - Bắc Triều Tiên khoảng 15km về phía Tây Tuyến đê có chiều dài 8km, được xây dựng bởi quân đội nhân dân Triều Tiên trong vòng 5 năm, từ năm 1982 đến năm 1986

Hình 1.11: Đê Nam Pho – Bắc Triều Tiên

+ Giải quyết nhu cầu tưới tiêu và mở rộng diện tích đất nông nghiệp

Đê biển Nam Pho không chỉ giúp nền kinh tế của khu vực Nam Pho phát triển

mà còn biến sông Taedong thành một hồ nước nhân tạo, đảm bảo nước sạch phục

vụ cho nông nghiệp, cuộc sống hàng ngày của người dân và tránh nguy cơ lũ lụt

Đê có kết cấu dạng đê mái nghiêng bằng vật liệu đất đá hỗn hợp, đê được kết

hợp làm tuyến đường sắt, đường cao tốc, đường đi bộ Ngoài tuyến đê chính, công

14

trình còn có 36 khoang cửa cống tiêu thoát nước, 3 âu thuyền cho phép tàu thuyền

có tải trọng lên đến 50.000 tấn qua lại hàng ngày

Hình 1.12: Hạng mục chính của đê biển Nam Pho

1.2 Tổng quan các dạng công trình đê biển Việt Nam

Hệ thống đê, kè biển Việt Nam được xây dựng, bồi trúc và phát triển theo thời gian và do nhiều thế hệ thực hiện Đê chủ yếu là đê đất, vật liệu lấy tại chỗ và do người dân địa phương tự đắp bằng những phương pháp thủ công, hệ số đầm chặt

thấp, vật liệu đắp chưa đạt yêu cầu Hệ thống đê, kè biển hình thành là kết quả của quá trình nghiên cứu, phân tích, xây dựng để chống chọi với thiên nhiên, lấn biển

của các thế hệ người Việt Nam đi trước Chính vì vậy đê không thành tuyến mà là các đoạn nằm giữa các cửa sông

Hình 1.13: Kết cấu điển hình của đê biển ở Việt Nam

Bờ biển nước ta trải dài từ Bắc vào Nam, ba miền Bắc, Trung, Nam có đặc trưng khí hậu, sắc thái địa hình khác nhau Trong thực tế, nhiệm vụ cũng như cấu

tạo mặt cắt đê biển mỗi vùng miền có những đặc trưng khác nhau

15

Đê biển và đê cửa sông vùng Bắc bộ từ Móng cái Quảng Ninh đến bắc Thanh Hoá với chiều dài 720 km Trong đó chiều dài đê trực tiếp với biển là 454 km với

219 km kè bảo vệ đê Nhiệm vụ của đê biển Bắc Bộ là ngăn mặn, chống sóng bảo

vệ sản xuất lúa và đồng muối, nuôi trồng thuỷ sản Những nét chính đê biển Bắc

Tổng chiều dài kè (km)

T ổng cửa sông

Đê cửa sông

Trực tiếp với biển Tổng

Từ số liệu bảng trên ta thấy rằng: 48% chiều dài đê trực tiếp với biển đã có kè

bảo vệ Tuy nhiên sau mồi lần mưa bão, chỉ có khoảng (10 ÷15)% kè có khả năng

chống chịu được sóng khi có bão cấp 9 triều cường, số đê kè còn lại thường xuyên

bị hư hỏng phải tu sửa hàng năm

Vùng ven đồng bằng Bắc Bộ là một trung tâm kinh tế của cả nước, nhưng địa hình thấp trũng, biển có biên độ thủy triều cao (khoảng 4 mét) và nước dâng do bão

lớn Tuy nhiên đê biển Bắc Bộ có cao trình từ 3,5÷5,5m, mặt cắt đê rộng từ 4-6m

- Tuyến: Cơ bản được khép kín; phía trước bãi có cây chắn sóng như sú, vẹt

- Cấu tạo: Mặt cắt ngang đê biển có dạng hình thang, mặt đê rộng từ (3÷5)m, mái đê phía biển m1 = (3÷4); phía đồng m2 = (2÷2,5)

16

Hình 1.14: Mặt cắt điển hình đê biển Bắc Bộ

- Cao trình đỉnh đê biến đổi từ +4m đến +5m Với cao độ này đê biển Bắc Bộ

chống được mực nước ứng với tần suất P = 5% và gió cấp 9

- Theo các tài liệu khảo sát thì đất ở nền đê, thân đê vùng Bắc bộ hiện nay là đất thịt, thịt pha cát, đất phù sa Hàm lượng bùn cát tăng khi tuyến đê càng ở xa cửa sông

- Bộ phận bảo vệ: Mái đê cửa sông, ven biển Bắc bộ phần lớn được bảo vệ

bằng cỏ Những đoạn chịu tác dụng trực tiếp của sóng được bảo vệ bằng kè lát mái,

hoặc tấm bê tông kết hợp đá lát khan trong khung xây chia ô

- Kết cấu kè đang được sử dụng: Đá xếp khan, khung bê tông trong đổ đá hộc;

hoặc sử dụng cấu kiện bê tông đúc sẵn

- Mái đê kè chống sóng gồm hai lớp: lớp ngoài trực tiếp chịu tác dụng của sóng bằng các loại vật liệu như đá, bê tông, có chiều dày từ (20÷50)cm; lớp thứ hai là lớp chuvển tiếp giữa lớp trực tiếp sóng với thân đê, lớp này làm nhiệm vụ

tầng lọc ngược bàng vật liệu hạt rời như cát, sỏi Thời gian gần đây ở một số đoạn

đê, lớp cát sỏi này được thay thế bằng vải địa kỹ thuật

Ngoài hình thức đê, kè ở trên, một số đoạn đê được kết hợp giữa đê đất và tường kè để tạo cảnh quan và giảm chi phí đầu tư

M ột số vấn đề còn tồn tại như sau:

- Nhiều đoạn thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Giao Thủy (Nam Định) đang đứng trước nguy cơ bị phá vỡ do bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp gây sạt lở chân, mái kè bảo vệ mái đê biển, đe dọa trực tiếp đến an toàn đê biển Một số đoạn trước đây có rừng cây chắn sóng nên mái đê biển chưa được bảo vệ, đến nay, rừng cây

17

chắn sóng bị phá hủy, đê trở thành trực tiếp chịu tác động của sóng, thủy triều nên

nếu không được bảo vệ sẽ có nguy cơ vỡ bất cứ lúc nào Có đoạn trước đây đê có hai tuyến nên tuyến đê trong không được bảo vệ mái, đến nay tuyến đê ngoài bị vỡ nên tuyến đê trong cấp thiết phải được củng cố, bảo vệ chống vỡ

(c) Đê biển Thịnh Long, Nam Định 2010

(d) Đê biển Nghĩa Hưng - Nam Định Hình 1.15: Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định

- Nhiều đoạn đê biển, đê cửa sông chưa bảo đảm cao trình thiết kế, cao độ đinh đê khoảng từ +3,5m đến +5m trong khi cao trình thiết kế là từ +5m đến +5,5m

- Một số tuyến đê có chiều rộng mặt nhỏ gây khó khăn trong việc giao thông cũng như kiểm tra, ứng cứu đê như các tuyến đê Hà Nam (Quảng Ninh), đê biển

Hải Hậu, Giao Thủy (Nam Định), đê biển số 5, 6, 7, 8 (Thái Bình),

18

(a) Đê biển Cát Hải, Hải Phòng (b) Đê biển Đồ Sơn, Hải Phòng

- Trừ một số đoạn đê đã được cải tạo nâng cấp để kết hợp giao thông ở Hải Phòng, Nam Định, hầu hết mặt đê chưa được gia cố cứng hóa nên khi mưa lớn hoặc trong mùa mưa bão mặt đê thường bị sạt lở, lầy lội, nhiều đoạn không thể đi lại được

- Đất đắp đê chủ yếu là đất cát pha, có độ chua lớn không trồng cỏ được, có tuyến chủ yếu được đắp bằng đất cát có phủ lớp đất thịt như đê biển Hải Hậu, hầu

hết mái đê phía đồng chưa có biện pháp bảo vệ, nên thường xuyên bị xói, sạt khi mưa, bão

Đê biển miền Trung có tổng chiều dài 1.425,2 km

Hình 1.16: Mặt cắt điển hình đê biển miền Trung

Những nét chính của đê biển miền Trung:

19

Bảng 1.2 Đê biển Miền Trung

TT Địa phương

Chiều dài bờ biển (km)

Chiều dài đê

Mái dốc

Tổng chiều dài kè (km)

Tổng cửa sông

Đê cửa sông

Trực tiếp với biển

trọng tâm phát triển kinh tế, địa hình thấp trũng và cao dần về phía Tây Đây là

những vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của bão Mặc dù đã được quan tâm đầu

tư khôi phục, nâng cấp, nhưng tuyến đê biển nhìn chung còn một số tồn tại như sau:

- Nhiều đoạn đê biển, đê cửa sông thấp, nhỏ, chưa đủ cao trình chống lũ, bão theo tần suất thiết kế, nước tràn thường xuyên khi có bão hoặc gió mùa duy trì dài ngày (cao trình đỉnh đê còn thiếu (0,5÷1)m so với cao trình thiết kế

- Chiều rộng mặt đê nhỏ (2,0÷2,5) gây khó khăn trong việc duy tu bảo dưỡng, đặc biệt trong những trận lũ gây sạt lở hay vỡ đê

- Lõi đê gồm phần lớn là đất cát, phần gia cố bằng lớp đất sét bao bên ngoài không đủ dày, không đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý đất đắp nên chỉ cần một hư hỏng

- Mái đê phía biển nhiều nơi chưa được bảo vệ, vẫn thường xuyên có nguy

cơ sạt lờ đe dọa đến an toàn của đê, đặc biệt trong mùa mua bão Mái đê phía đồng chưa được bảo vệ nên nhiều đoạn bị xói, sạt khi mưa lớn hoặc sóng tràn qua

- Một vấn đề tồn tại lớn đối với đê biển Bắc Trung Bộ là hệ thống cống dưới

đê hầu hết được xây dựng từ vài chục năm trước đây với kết cấu tạm bợ và đang bị

xuống cấp nghiêm trọng

*) Đê biển Trung Trung Bộ (Từ Quảng Bình đến Quảng Nam)[9]

: Vùng ven biển Trung Trung Bộ là vùng có diện tích nhỏ hẹp, phần lớn các tuyến đê biển đều ngắn, bị chia cắt bởi các sông, rạch, địa hình đồi cát ven biển

Một số tuyến bao diện tích canh tác nhỏ hẹp dọc theo đầm phá Đây là vùng có biên

độ thủy triều thấp nhất, thường xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai

- Nhiệm vụ chính của đê là ngăn mặn, giữ ngọt, chống lũ tiểu mãn hoặc lũ

sớm bảo vệ sản xuất 2 vụ lúa đông xuân và hè thu, đồng thời phải đảm bảo tiêu thoát nhanh lũ chính vụ Một số ít tuyến đê có nhiệm vụ bảo vệ các khu nuôi trồng

nằm sâu so với các cửa sông và ven đầm phá, đất thân đê ven biển là đất cát như các tuyến đê của huyện Quảng Xương, Tĩnh Gia (Thanh Hóa), Diễn Châu (Nghệ An),

Kỳ Anh (Hà Tĩnh)

- Bảo vệ mái đê: Hầu hết được bảo vệ bằng cỏ Một số đoạn đê trực tiếp chịu sóng, gió được kè đá hoặc tấm bê tông

21

Một số tồn tại như sau:

- Còn nhiều đê biển, đê cửa sông chưa được đầu tư nâng cấp nên còn thấp,

nhỏ, chưa đảm bảo cao độ phòng lũ yêu cầu

- Trừ một số đoạn đê thuộc thành phổ Đà Nẵng có chiều rộng mặt đê trên 4m, còn lại hầu hết chiều rộng mặt đê nhỏ hơn 3,5m, một số đoạn có bề rộng mặt

chỉ (1,5÷2)m Chiều rộng mặt đê nhỏ gây khó khăn rất lớn trong việc kết hợp giao thông bộ cũng như cứu hộ đê

- Toàn bộ mặt đê chưa được gia cố cứng hóa, về mùa mưa bão mặt đê thường bi lầy lội nhiều đoạn không thể đi lại được

- Phần lớn mái đê phía biển chưa được bảo vệ, một số nới đã được bảo vệ nhưng chưa đồng bộ hoặc chưa đủ kiên cố nên vẫn thường xuyên bị sạt lở, đe dọa đến an toàn của các tuyến đê biển

- Cũng như vùng Bắc Trung Bộ, số lượng cống dưới đê lớn nhưng do đã được xây dựng từ vài chục năm trước nên đang xuống cấp nghiêm trọng

*) Đê biển Nam Trung Bộ:

Từ Quảng Nam đến Bình Thuận được hình thành qua nhiều thời kỳ khác nhau, thiếu sự đồng bộ, không thống nhất về các chỉ tiêu thiết kế, xây dựng và hầu như chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nhất là triều cường kết hợp với gió bão, đặc biệt là trong xu thế nước biển ngày càng dâng cao

Hình 1.17: Tuyến kè bảo vệ bờ Phước Thể, tỉnh Bình Thuận

22

- Đặc điểm hệ thống đê biển, đê cửa sông vùng này là tuyến ngắn và bị chia

cắt nhiều bởi các cửa sông, đầm phá, dãy núi hoặc đồi cát Các tuyến đê hầu hết do dân tự đắp nên khá tạm bợ, chỉ một số ít đoạn đê được Nhà nước đầu tư xây dựng

có kết cấu khá vững chắc, một số đoạn đê được lát bê tông cả 3 mặt nhằm vừa đảm

bảo chống triều cường, ngăn mặn vừa đảm bảo yêu cầu thoát lũ

- Nhiệm vụ ngăn mặn đảm bảo yêu cầu thoát lũ, bảo vệ mùa vụ, đất đai sản

xuất nông nghiệp, lập thành vành đai dân cư cho từng làng, xóm riêng lẻ cũng như

lấn biển đê nuôi trộng thủy sản

Một số vấn đề còn tồn tại là:

- Dải ven biển miền Trung đã hình thành một số tuyến đê ven biển, đê cửa sông khá sớm như: Đê Đông tỉnh Bình Định, đê Xuân Hòa xây dựng năm 1930, đê Xuân Hải tỉnh Phú Yên được xây dựng và bồi trúc trong những năm 1956-1958; đê Ninh Giang, Ninh Phú huyện Ninh Hòa tỉnh Khánh Hòa được đắp trước năm 1975 Còn lại các tuyến đê khác ở các tỉnh Nam Trung bộ phần lớn được hình thành sau năm 1975 Đặc điểm hệ thống đê biển ở khu vực này là ngắn và bị chia cắt bởi các

cửa sông, đầm phá, dãy núi hoặc đồi cát Các tuyến đê được hình thành chủ yếu do

người dân tự đắp, mang tính tự phát Chính vì vậy đê biển ở khu vực này khá tạm

bợ, chỉ có một số ít đoạn đê được Nhà nước đầu tư xây dựng có kết cấu khá vững

chắc, một số đoạn đê được lát bê tông cả 3 mặt nhằm vừa đảm bảo chống triều cường, ngăn mặn vừa đảm bảo yêu cầu thoát lũ

- Hầu hết các tuyến đê có bề rộng mặt nhỏ hơn 4m gây khó khăn cho việc bảo dưỡng cũng như cứu hộ nhất là trong mùa mưa bão Cao trình đỉnh đê các tuyến đê không đồng bộ và hầu hết chưa đạt yêu cầu chống lại nước dâng và nước dâng do sóng Đê biển mất ổn định trong điều kiện khí tượng hải văn không bình thường với

mực nước triều cao trung bình đến cao, gặp gió bão cấp 8 trở lên thì đê biển bị hư

hỏng

- Đê biển xây dựng trên nền đất yếu;

- Đê không có rừng phòng hộ

- Chưa bố trí đủ các đường tràn, các cống xả dọc chiều dài đê

- Nhiều công trình cống tiêu thoát lũ dưới đê đã bị xuống cấp hư hỏng

23

Nhiệm vụ của đê biển Nam bộ là ngăn mặn, giữ ngọt bảo vệ sản xuất 2 vụ lúa, nuôi trồng thủy sản Các tuyến đê biển được đắp phần lớn là sau ngày giải phóng

miền Nam năm 1975 Cao trình đê biển từ l,5m đến 3m; mặt đê rộng từ 2m đến 3m,

có tuyến kết hợp giao thông mặt đê rộng từ 8m đến 12m Mái phía biển và phía đồng cùng một độ dốc từ 2,5 đến 3 Đến mùa nước lớn, đê ngập chìm trong nước

Vì vậy có đoạn đê không chỉ có kè chống sóng mà còn được kè cả hai mái và đỉnh

Hình 1.18: Đê biển Cà Mau

Nhìn chung đê biển, đê cửa sông vùng Nam Bộ đã phát huy tác dụng ngăn

mặn xâm nhập vào đồng, bảo vệ đất canh tác cho những vùng ngọt hóa Ớ nhiều nơi

đê đã góp phần khai hoang lấn biển, mở rộng đất canh tác Việc xây dựng đê biển trong những năm qua trên thực tế đã góp phần quan trọng trong việc chủ động điều

tiết nguồn nước góp phần chuyển đổi cơ cấu sản xuất, phát triển giao thông nông thôn, củng cố an ninh quốc phòng Tuy nhiên vẫn còn nhiều mặt hạn chế như:

- Cao trình nhiều tuyến đê biển, đê cửa sông hiện chưa đủ khả năng phòng

chống thiên tai, khi gặp triều cường và bão thường thiệt hại lớn

- Các tuyến đê biển, đê cửa sông hầu hết còn thiếu cống nên chưa chủ động trong tiêu úng, tiêu phèn, hạn chế hiệu quả ngăn mặn, giữ ngọt, chưa đáp ứng yêu

cầu chuyển đổi sản xuất cho mọt số vùng

24

- Do được xây dựng qua nhiều thời kỳ nên đê biển Nam Bộ thiếu tính hệ thống

về vùng và đối tượng bảo vệ, không thống nhất về tiêu chuẩn kỹ thuật

Hiện nay các tuyến đê biển đang được nâng cấp xây dựng nhằm đảm bảo khả năng chống chọi được với điều kiện bão, nước biển dâng

(a) Đê Hiệp Thạnh - Trà Vinh (b) Đê biển Rạch Giá - Kiên Giang Hình 1.19: Một số công trình đê biển ở Trà Vinh, Kiên Giang

1.3 Kết luận chương 1

Qua tình hình tổng quan chung thấy rằng đê biển ngăn triều, chống bão, bảo

vệ phạm vi lãnh thổ đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới Hầu hết các công trình đê vượt biển đều có kết cấu dạng mái nghiêng bằng vật liệu đất đá hỗn hợp Đây là dạng kết cấu truyền thống, tận dụng vật liệu tự nhiên, thiết bị và biện pháp thi công khá đơn giản, đã có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế và thi công

Ngoài ra, một số dạng kết cấu mới trong thi công đê biển như: Kết cấu dạng tường cừ bằng cọc ống bê tông dự ứng lực Mỗi loại công trình phù hợp với một điều kiện địa chất nền, chiều sâu cột nước và mục tiêu nhiệm vụ cụ thể của tuyến

25

Công trình bảo vệ bờ biển, hải đảo là loại công trình có tầm quan trọng to lớn trong nền kinh tế xã hội, nó có ảnh hưởng trực tiếp đến dân sinh xã hội và đang chiếm một khối lượng không nhỏ trong công trình biển Như chúng ta đã biết, bờ

biển thường bị đẩy lùi vào dưới tác động của sóng và dòng chảy (biển tiến, gây sụp

đổ nhiều nhà cửa, các công trình ven biển, thiệt hại về người và tài sản của nhân dân, cũng như cơ sở hạ tầng của nhà nước) Nhìn chung đê, kè biển Việt Nam đã được hình thành và thường xuyên được tu bổ, nâng cấp và làm mới Tuy nhiên cho đến nay đê, kè biển Việt Nam vẫn còn một số những tồn tại sau:

- Mặt cắt đê, kè nhỏ, cao trình đỉnh thấp, hầu hết chưa được cứng hóa hoàn thiện nên khi có mưa bão lớn, nước tràn qua mặt đê dễ bị sạt lở, mặt đê bị lầy lội gây khó khăn rất nhiều cho giao thông đi lại và công tác hộ đê

- Các tuyến đê, kè bị chia cắt nhiều, tạo nên sự gián đoạn cho việc giao thông

- Đối với một số tuyên đê, kè đã được nâng cấp, tu bổ nhiều lần Song do

việc xác định các thông số thiết kế còn thiếu cơ sở khoa học hoặc chưa phù hợp với đặc điểm tự nhiên nên vẫn bị phá hoại hàng năm, đặc biệt là các cơn bão lớn

- Tuyến đê, kè không còn phù hợp với quy hoạch phát triển kinh tế của từng vùng

- Tình trạng phá rừng cây chắn sóng, chắn cát ven biển để làm đầm nuôi tôm

vẫn chưa được quản lý chặt chẽ gây nguy hiển cho đê, kè biển

Việc nghiên cứu về đê, kè biển còn một số tồn tại sau:

- Các giải pháp thi công chưa được nghiên cứu đầy đủ phù hợp với điêu kiện thi công của từng tuyến đê dẫn đến chất lượng thi công chưa cao

- Chưa đề cập đến vấn đề mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu toàn cầu

- Chưa đề cập đến hình dạng mặt cắt đê, kè biển điển hình và cơ sở áp dụng cho từng vùng cụ thể

Từ những kết quả thu thập được, tác giả đã khái quát được tầm quan trọng

của hệ thống đê biển Qua phân tích những vấn đề còn tồn tại, những nguyên nhân khách quan và chủ quan ảnh hưởng đến công tác khảo sát, thiết kế và sử dụng hệ

26

thống hiện nay, từ đó tác giả rút ra những kinh nghiệm, tìm ra một hướng đi đúng đắn trong thiết kế và xây dựng đê, kè biển phù hợp cho từng vùng

Như vậy, có thể nói việc xây dựng một tuyến đê biển đảm bảo an toàn là một

vấn đề cần phải giải quyết Sự phân tích, đánh giá và tổng quan các dạng công trình

đê biển trên thế giới có ý nghĩa quan trọng và là tiền đề cho việc nghiên cứu, đề

xuất các giải pháp kết cấu chính trong xây dựng tuyến đê biển Bãi Ngang tại huyện

Quỳnh Lưu, Nghệ An

1.4 Những vấn đề nghiên cứu của luận văn

Trên cơ sở phân tích về tính cấp thiết của giải pháp kết cấu và biện pháp thi công đê biển Bãi Ngang huyện Quỳnh Lưu Nghệ An, các vấn đề về tổng quan và phương pháp tiếp cận Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung đi sâu vào nghiên cứu một số nội dung sau đây:

+ Nghiên cứu và lựa chọn giải pháp kết cấu đê biển ứng dụng để xây dựng cho tuyến đê biển Bãi Ngang huyện Quỳnh Lưu Nghệ An

+ Nghiên cứu phương pháp tính toán kết cấu đê biển

+ Nghiên cứu và đề xuất biện pháp thi công công trình

27

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHÙ HỢP

CHO TUYẾN ĐÊ BIỂN BÃI NGANG 2.1 Cơ sở lý luận xác định các yếu tố động lực biển tác dụng lên đê

Lý thuyết sóng biển cổ điển dựa trên những giả thiết: biển sâu vô hạn, chất

lỏng lý tưởng bao gồm nhiều hạt riêng biệt không có ma sát trong, mật độ nước không đổi, sóng phẳng, tác dụng của lực tạo sóng sẽ ngừng sau khi sóng đã phát triển Trong trường hợp đó, các hạt chất lỏng dao động dưới tác dụng của hai lực là

trọng lực và lực građien áp suất thủy tĩnh Phương trình chuyển động trong trường

hợp này sẽ là:

Phương trình liên tục đặc trưng cho sự bảo toàn khối lượng chất lỏng trong chuyển động được viết:

trong đó x,z − tọa độ biến thiên của hạt

theo các trục X và Z; a và b − tọa độ ban đầu

của hạt cũng theo các trục X và Z; g − gia tốc

trọng trường; t − thời gian; ρ − mật độ nước; P

− áp suất trong chất lỏng

Hướng trục X dọc theo mặt biển trùng với

phương truyền sóng, trục Z thẳng đứng xuống

dưới

Hình 2.1: Quy đạo hạt nước

trong sóng

28

Hình 2.2: Quy đạo hạt nước trong sóng với độ sâu khác nhau

Giả sử hạt nước chuyển động theo quỹ đạo tròn kín với tâm trùng với vị trí của

nó trong trạng thái đứng yên, bán kính r, góc pha θ tính từ trục thẳng đứng

Sau khi phân tích sóng, ta có phương trình hạt nước trong sóng:

Như vậy bán kính quỹ đạo của các hạt giảm, phụ thuộc vào khoảng cách từ

mặt biển theo quy luật hàm mũ, trong đó giảm càng nhanh khi sóng càng ngắn

Nếu sóng đi vào vùng bờ dốc đứng và sâu, thì sóng không biến đổi các yếu tố

của nó cho đến tận sát bờ Khi đạt tới thành bờ nó bị phản xạ trở lại Kết hợp sóng

tới và sóng phản xạ sẽ tạo thành sóng đứng với bụng sóng ở thành bờ, biên độ dao động nâng lên và hạ xuống của mặt sóng bằng khoảng hai lần độ cao sóng tới Suleikin đã đánh giá áp lực của sóng lên bờ qua chu kỳ sóng τ:

29

Ở những vùng bờ sâu nhưng bị chia cắt mạnh hoặc những mỏm đá nhô ra biển sóng không phản xạ mà đổ nhào, tự phá hủy Trong trường hợp đó áp lực lớn đến

mức có thể phá hủy bờ và các công trình ven bờ

Bờ thoải bị tác động yếu hơn vì sóng thường bị phá hủy trước khi đạt tới bờ Nhưng trên đường đi vào vùng ven bờ thoải các đặc trưng sóng bị biến đổi nhiều

nhất Khi đi vào vùng ven bờ thoải mặt sóng trở nên trật tự hơn do sự tắt dần nhanh

của các sóng bé, mặt sóng có xu hướng trở thành giống như những luống song song khá đều đặn Vì truyền trong vùng ven bờ nước nông, nên sóng có tính chất như

những sóng dài, vận tốc truyền phụ thuộc độ sâu của biển

2.1.2.1 Yếu tố sóng biển [4]

Dưới tác dụng của những lực khác nhau, trên mặt phân cách nước – không khí

ở biển luôn luôn tồn tại các sóng Nếu cắt mặt biển nổi sóng bằng một mặt phẳng

thẳng đứng theo một hướng nào đó (hướng truyền sóng chính), thì giao tuyến của

mặt biển với mặt phẳng đó có dạng đường cong phức tạp gồm nhiều sóng gọi là profin sóng Nếu quan trắc dao động của mặt biển tại một điểm cố định nào đó, thì

biến đổi của vị trí mặt nước theo thời gian cũng có hình dạng phức tạp

Phần sóng trên mặt nước tĩnh gọi là ngọn sóng, điểm cao nhất của ngọn sóng

là đỉnh sóng Phần sóng dưới mặt nước tĩnh gọi là bụng sóng, chỗ thấp nhất của

bụng sóng gọi là chân sóng Khoảng cách thẳng đứng giữa đỉnh sóng và chân sóng

gọi là chiều cao sóng HS Khoảng cách nằm ngang giữa hai đỉnh sóng hoặc hai chân sóng kề nhau gọi là chiều dài sóng LS Tỉ số giữa chiều cao sóng và chiều dài sóng

HS/LS gọi là độ dốc sóng Đường nằm ngang chia đôi chiều cao sóng gọi là đường trung bình sóng

30

Ls Hs

H

1.Ngọn sóng; 2.Bụng sóng; 3.Đỉnh sóng; 4.Chân sóng; 5.Mặt nước tĩnh; 6 Đường trung bình sóng

Hình 2.3: Hình vẽ biểu các yếu tố của sóng biển

Đường trung bình sóng có vị trí cao hơn đường mặt nước tĩnh, độ cao chênh

lệch gọi là độ dướn, ký hiệu là δ Thời gian để thực hiện một lần nhô lên, thụt xuống

của sóng gọi là chu kỳ sóng TS Trong quá trình nổi sóng, loại sóng có các yếu tố di chuyển về phía trước gọi là sóng tiến Tốc độ mà ngọn sóng di chuyển theo phương ngang gọi là tốc độ sóng C Độ cao sóng HS, chiều dài sóng LS, độ dốc sóng, tốc độ sóng C và chu kỳ sóng TS đều là những đại lượng chủ yếu xác định hình thái sóng,

gọi chung là các yếu tố sóng

a) Giá trị trung bình chiều cao của một bộ phận sóng lớn nào đó trong liệt sóng

H

1

- Chiều cao trung bình của 1/3 con sóng lớn, ký hiệu Hs1/3 (còn gọi là sóng có

ý nghĩa): sắp xếp chiều cao N con sóng đo được theo thứ tự từ lớn đến bé, trích ra N/3 con sóng từ trên xuống, tính trị số trung bình của chiều cao số sóng đó:

Hs1/3 = ∑

= 3

1

3

N

i si H N

31

- Chiều cao trung bình của 1/10 sóng lớn Hs1/10: sắp xếp chiều cao của tất cả N con sóng đo được theo thứ tự từ lớn đến bé, lấy ra N/10 trị số đầu tiên và tính trung bình của chúng

b) Giá trị chiều cao sóng tần suất luỹ tích Hsp%:

- Chiều cao sóng có tần suất 1% (Hs1%): 1% số con sóng thống kê có chiều cao

bằng hoặc lớn hơn trị số đó;

- Chiều cao sóng có tần suất 5% (Hs5%): 5% số con sóng thống kê có chiều cao

bằng hoặc lớn hơn trị số đó

Chiều cao sóng tính toán không lớn hơn 78 % chiều cao h (h là chiều sâu nước

tại điểm tính toán) vì ở giới hạn đó sóng sẽ đổ Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ có thể

lấy Hs1/3 = 0,6.h Chu kỳ sóng không đều có thể biểu thị bằng chu kỳ trung bình của sóng Ts.

π

222

b Chiều cao sóng:

Phương pháp Bretshneider dựa trên giả thiết là sóng sinh ra do gió trong khu

vực trong điều kiện bão thiết kế, phù hợp khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp trên hướng gió thổi

, 0 2 2

530,0tanh

0125,0tanh530

,0tanh283,0

w gh w gD w

gh w

, 0 2

833,0tanh

077,0tanh83

,0tanh2,1.2

w gh u gD w

gh w

gT p

π

nghĩa HS1/3 được Pilarczyk lập cho một số khoảng vận tốc và đà gió ngắn

b Quan hệ giữa các yếu tố sóng:

+ Trong vùng nước sâu:

2, 421%

s 2 , 30 H

2.2 Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê, kè biển

Hiện nay trên thế giới đã áp dụng rất nhiều các giải pháp bảo vệ mái đê kè phía biển không chỉ có những giải pháp truyền thống mà còn có giải pháp hiện đại,

áp dụng các công nghệ nghiên cứu mới

2.2.1.1 Giải pháp bảo vệ mái phía biển

a) Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn:

Giải pháp bảo vệ mái truyền thống và phổ biến nhất vẫn là các hình thức bảo

vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan, cấu kiện bê tông đúc sẵn, cấu kiện bê tông lắp ghép

với các dạng liên kết khác nhau Hình 2.4 thể hiện một đoạn đê biển ở Hà Lan, mái

đê được gia cường bằng đá lát khan hoặc sử dụng kết cấu bê tông lắp ghép và phía trên cơ được trồng cỏ bảo vệ