NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐẬP PHÁ SÓNG DẠNG THÙNG CHÌM VÀ ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH HUYỆN ĐẢO BẠCH LONG VĨ

- Nghiên cứu tổng quan đặc điểm và công nghệ thi công đập phá sóng; - Nghiên cứu công nghệ thi công thùng chìm; - Nghiên cứu cơ sở khoa học liên quan đến tính toán thiết bị kỹ thuật lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PH ẠM VĂN CHUNG

Chuyên ngành: Xây dựng công trình biển

Mã số: 60.58.02.03

LU ẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Xuân Roanh

HÀ NỘI – 2014

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn trường Đại học Thủy lợi và các thầy

cô giáo khoa Kỹ thuật Biển đã đào tạo và hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học cao học, các cán bộ thư viện đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thu thập và tìm kiếm tài liệu để thức hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn PGS TS Lê Xuân Roanh người đã giúp đỡ, tận tình

chỉ bảo, hướng dẫn tác giả về chuyên môn trong suốt quá trình nghiên cứu

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến công ty: Cổ phần tư vấn xây dựng công trình Hàng Hải và ban chủ nhiệm dự án: Đầu tư xây dựng cảng và khu neo đậu tàu phía Tây Bắc đảo Bạch Long Vĩ giai đoạn 1 đã tạo điều kiện và giúp đỡ trong quá trình tác giả đi thực địa và thu thập tài liệu

Cuối cùng tác giả 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

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 25 tháng 08 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Ph ạm Văn Chung

Họ và tên học viên: Phạm Văn Chung;

Chuyên ngành: Xây dựng công trình biển;

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công đập phá sóng

d ạng thùng chìm và áp dụng tính toán cho công trình huyện đảo Bạch Long Vĩ”

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 25 tháng 08 năm 2014

Học viên cao học

Ph ạm Văn Chung

PH ẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THI CÔNG CÔNG TRÌNH BẢO V Ệ BỜ 5

1.1 Phân loại công trình bảo vệ bờ 5

1.1.1 Đê và kè biển 6

1.1.2 Đập mỏ hàn 7

1.1.3 Đập phá sóng 7

1.2 Đặc điểm thi công công trình bảo vệ bờ 8

1.2.1 Đặc điểm của công trình 8

1.2.2 Đặc điểm thi công dưới nước và trên cạn 9

1.2.3 Đặc điểm thi công trong điều kiện tự nhiên phức tạp 9

1.2.3.1 Trong điều kiện địa chất yếu 9

1.2.3.2 Điều kiện sóng gió 10

1.2.3.3 Ảnh hưởng của sự dao động mực nước 10

1.2.3.4 Tính chất ăn mòn 11

1.2.3.5 Ảnh hưởng của dòng chảy 12

1.3 Các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong thi công công trình bảo vệ bờ 12

1.3.1 Vật liệu sử dụng 13

1.3.2 Thiết bị thi công 13

1.3.3 Công ngh ệ thi công 13

1.4 Thiết bị thi công công trình bảo vệ bờ 14

1.4.1 Thiết bị trên cạn 14

1.4.2 Thiết bị dưới nước 16

NGH Ệ THI CÔNG 19

2.1 Phân loại công trình đập phá sóng 19

2.1.1 Phân loại theo tương quan với mực nước 19

2.1.2 Phân loại vị trí của đập phá sóng trên mặt bằng 19

2.1.3 Phân loại theo công dụng đập phá sóng 20

2.1.4 Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang đập phá sóng 21

2.2 Các đặc trưng, điều kiện làm việc của công trình đập phá sóng (ĐPS) 23

2.2.1 Những hư hỏng thường gặp với ĐPS 23

2.2.1.1 Những hư hỏng đối với ĐPS mái nghiêng 23

2.2.1.2 Những hư hỏng đối với ĐPS tường đứng 24

2.2.2 Giải pháp bảo vệ mái cho ĐPS 24

2.2.2.1 Giải pháp bảo vệ bằng đá 24

2.2.2.2 Giải pháp bảo vệ bằng các khối bê tông đúc sẵn 24

2.2.3 Vấn đề tiêu giảm sóng đối với ĐPS 26

2.2.4 Các công trình có kết cấu TGS đã xây dựng 26

2.2.4.1 ĐPS phủ các khối bêtông dị hình 26

2.2.4.2 Đập phá sóng tường đứng với thùng chìm BTCT 27

2.2.4.3 Đập phá sóng với kết cấu thùng chìm có buồng tiêu sóng 27

2.2.4.4 ĐPS ống địa kỹ thuật 27

2.2.4.5 ĐPS sử dụng cọc trụ ống bê tông cốt thép (BTCT) và cọc cừ vây 27

2.2.4.6 ĐPS cọc lăng trụ BTCT dạng cầu tàu kèm theo phông chắn 28

2.2.4.7 ĐPS hở bằng cọc dạng cầu tàu 28

2.3 Đặc điểm thi công ĐPS 28

2.3.2 Đặc điểm về tổ chức thi công 29

2.3.3 Thi công ở nơi nước sâu 30

2.3.4 Thi công xây dựng ở nơi sóng gió 30

2.3.5 Thi công trong các điều kiện khác 31

2.3.6 Các bộ phận đặc biệt của tổ chức thi công công trình ĐPS 31

2.3.6.1 Cảng công trình tạm 31

2.3.6.2 Thiết bị thi công 31

2.3.6.3 Công tác lặn 32

2.3.7 Tổ chức thi công xây dựng ĐPS 33

2.3.7.1 Thiết bị thi công 33

2.3.7.2 Định vị công trình 34

2.3.7.3 Trình tự thi công 34

2.3.7.4 Tổ chức thi công và mặt bằng thi công 34

2.3.7.5 Thi công chân đập 35

2.3.7.6 Thi công lõi đập và lớp lót 35

2.3.7.7 Thi công và lắp đặt khối cấu kiện rời, khối bê tông dị hình 35

2.3.7.8 Kiểm tra và bảo dưỡng 36

2.4 Vật liệu xây dựng sử dụng trong công trình đập phá sóng 37

2.5 Kết luận chương 38

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG CHO ĐẬP PHÁ SÓNG THÙNG CHÌM 40

3.1 Đặc điểm kết cấu đập phá sóng dạng thùng chìm 40

3.1.1 Cấu tạo hình học mặt cắt ngang đập phá sóng dạng thùng chìm 40

3.1.2 Kết cấu đập phá sóng dạng thùng chìm 41

3.2.2 Hạ thủy thùng chìm 46

3.2.3 Lai dắt thùng chìm đến vị trí thi công 47

3.2.4 Định vị, hạ chìm thùng chìm vào vị trí công trình 47

3.2.5 Các thiết bị khác được sử dụng trong quá trình thi công 47

3.3 Tính toán ổn định lai dắt thùng chìm 48

3.3.1 Tính nổi, tính ổn định 48

3.3.2 Kéo thùng chìm 52

3.4 Kết luận 58

CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ THI CÔNG THÙNG CHÌM Ở VIỆT NAM- ỨNG D ỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG THÙNG CHÌM VỚI DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY D ỰNG CÔNG TRÌNH Ở HUYỆN ĐẢO BẠCH LONG VĨ 59

4.1 Thực tế áp dụng công nghệ thi công thùng chì ở Việt Nam 59

4.2 Ứng dụng công nghệ thi công thùng chìm với dự án đầu tư xây dựng công trình ở huyện đảo Bạch Long Vĩ 60

4.2.1 Tài liệu thiết kế 61

4.2.1.1 Tài liệu địa hình 61

4.2.1.2 Tài liệu địa chất 62

4.2.1.3 Tài liệu khí tượng thủy văn 62

4.2.2 Sơ bộ kích thước công trình 69

4.2.2.1 Kích thước đập phá sóng 69

4.2.2.2 Kích thước thùng chìm 72

4.2.3 Tính toán lai dắt thùng chìm 73

4.2.3.1 Các thông số tính toán 73

4.2.3.3 Tính nổi, tính ổn định 74

4.2.3.4 Kéo thùng chìm 76

4.3 Đề xuất công nghệ thi công thùng chìm 79

4.3.1 Thi công móng đá thùng chìm 79

4.3.2 Lựa chọn công nghệ chế tạo phù hợp 81

4.3.3 Trình tự và quy trình thi công thùng chìm 82

4.3.4 Công tác ván khuôn lắp ghép 85

4.3.5 Chế tạo và hạ thủy thùng chìm 86

4.3.5.1 Lựa chọn vị trí chế tạo 86

4.3.5.2 Đúc thùng chìm trong hố móng 87

4.3.5.3 Hạ thủy thùng chìm và di vận chuyển ra bãi tạm 89

4.3.5.4 Lai dắt, lắp đặt thùng chìm vào đúng vị trí thiết kế 90

4.3.5.5 Đổ vật liệu lấp đầy thùng chìm 93

4.3.5.6 Xử lý khe hở giữa hai thùng 93

4.3.5.7 Thi công các công tác khác 93

4.4 Phân tích và đánh giá ưu nhược điểm của phương án thi công 93

4.4.1 Ưu điểm 93

4.4.2 Nhược điểm 94

4.5 Kết luận 94

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 97

PH Ụ LỤC 99

Hình 1 2: Thi công đê Tĩnh Gia 6

Hình 1 3: Thi công mỏ hàn gỗ ở Singapore 7

Hình 1 4: Thi công kè mỏ hàn Giao Thủy (Nam Định) 7

Hình 1.5: Thi công Đập phá sóng ở Karwar (Ấn Độ) 8

Hình 1.6: Thi công Đập phá sóng Palm Jebel Ali (Du Bai) 8

Hình 2 1: Đập phá sóng liền bờ 20

Hình 2 2: Đập phá sóng xa bờ 20

Hình 2 3: Đập phá sóng xa bờ 20

Hình 2 4: Đập hỗn hợp 20

Hình 2.5: Đập phá sóng dạng kết cấu tường đứng (Victoria, Australia) 21

Hình 2.6: Đập phá sóng kết cấu mái nghiêng (DungQuất, Quảng Ngãi, VN) 21

Hình 2.7: Đập phá sóng Holyhead, Anh, dạng kết cấu hỗn hợp [18] 21

Hình 2.8: Đập phá sóng cọc gỗ (Hà Lan) 22

Hình 2.9: Đập phá sóng cừ thép( Mỹ) 22

Hình 2 10: Mô hình Đập phá sóng nổi [22] 22

Hình 2 11: Đập phá sóng bằng ống 22

Hình 2 12: Các kiểu phá hoại thường gặp với ĐPS mái nghiêng 23

Hình 2.13: Các kiểu phá hoại thường gặp với ĐPS tường đứng 24

Hình 2.14: Một số khối bê tông dị hình 25

Hình 2 15: Thiết bị nổi thi công công trình biển 32

Hình 2 16: Thi công ĐCS với thiết bị thi công đặt trên cạn [14] 32

Hình 3 1 : Cấu tạo hình học mặt cắt ngang đập phá sóng thùng chìm 40

Hình 3 2 : Kết cấu thùng chìm điển hình 41

Hình 3 3 : Hố móng chế tạo thùng chìm 43

Hình 3 4 : Ụ nổi chế tạo đốt thùng chìm/hầm 44

Hình 3 5 : Hệ ray chế tạo đốt thùng chìm 45

Hình 3 6 : Hạ thuỷ thùng chìm/đốt hầm trong hố đúc 46

Hình 3 7 : Hạ thuỷ thùng chìm/đốt hầm trên ụ nổi 46

Hình 3 10: Kéo thùng chìm 55

Hình 3 11: Hệ số sức cản phụ thuộc lưu tốc (phương W) [10] 55

Hình 3.12: Hệ số sức cản phụ thuộc độ sâu (phương W) 55

Hình 3.13: Hệ số sức cản phụ thuộc góc kéo (phươngL) [10 ] 55

Hình 3 14: Kéo, ghép thùng chìm 56

Hình 3 15: Neo giữ thùng chìm cuối cùng 56

Hình 4 1: Bản đồ Thành phố Hải Phòng 60

Hình 4 2: Hoa gió tại trạm Bạch LongVĩ 63

Hình 4 3: Vị trí đo dữ liệu sóng (Buoyweather, 1997-2008) 66

Hình 4 4: Biểu đồ xuất hiện sóng (Buoyweather, 1997-2008) 68

Hình 4 5: Mặt bằng thùng chìm 72

Hình 4 6: Mặt ngang thùng chìm 73

Hình 4 7: Trình tự thi công đập thùng chìm 83

Hình 4 8: Quy trình thi công đập thùng chìm 84

Bảng 4 1: Mốc tọa độ khống chế 61

Bảng 4 2: Bảng tần suất gió tại trạm Bạch Long Vĩ (1960 64

Bảng 4 3: Mức nước ứng với tần suất tại Bạch Long Vĩ 65

Bảng 4 4: Phân bố chiều cao sóng theo cao độ sóng và hướng sóng (1997-2008) 67

Bảng 4 5: Kích thước hình học thùng chìm 72

Bảng 4 6: Đặc trưng vật liệu 74

PH ẦN MỞ ĐẦU

Việt Nam có bờ biển dài khoảng 3.260 km; việc bảo vệ, khai thác tiềm năng kinh tế biển là gắn liền với sự tồn tại và phát triển của đất nước Đồng thời với việc

thực hiện những mục tiêu trên là sự triển khai ngày càng nhiều về số lượng, càng

lớn về qui mô, ngày càng phong phú đa dạng về chức năng đối với các loại công trình biển Trong số đó có: đê biển, công trình bảo vệ bờ biển, công trình neo đậu - tránh bão, bến cảng, đập phá sóng, các công trình bảo vệ đảo, cảng và sân bay trên đảo xa Những loại công trình này đã được nghiên cứu và xây dựng nhiều trên thế

giới và Việt Nam Hiện nay do nhu cầu xây dựng cảng biển, các khu neo đậu tránh trú bão cũng như yêu cầu bảo vệ đường bờ thì việc xây dựng công trình đập phá sóng đang rất được quan tâm và phát triển Tuy nhiên do đặc thù xây dựng dưới nước nhất là trong điều kiện nước biển nên thách thức lớn đặt ra là phải lựa chọn được công nghệ và kỹ thuật thi công phù hợp Với tiến bộ của khoa học kỹ thuật trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay đang áp dụng rất nhiều công nghệ thi công khác nhau tuy nhiên việc lựa chọn công nghệ thi công đảm bảo tính chuyên dụng, thi công nhanh, giá thành rẻ thì cũng đặt ra vấn đề cần phân tích nghiên cứu và tính toán Do yêu cầu đó nội dung của đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công đập phá sóng dạng thùng chìm và áp dụng tính toán cho công trình huyện đảo Bạch Long Vĩ" sẽ khái quát và đưa ra các công nghệ thi công công trình bảo bệ bờ nói chung, đập phá sóng nói riêng và nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công thùng chìm công trình huyện đảo Bạch Long Vĩ Nhằm đưa ra cái nhìn tổng quan về đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công trình bảo vệ bờ, công nghệ thi công đập phá sóng, tính toán công nghệ thi công đập phá sóng dạng thùng chìm

Nghiên cứu công nghệ thi công đập phá sóng, kỹ thuật thi công đập phá sóng

dạng thùng chìm và ứng dụng vào việc tính toán thiết bị thi công thùng chìm công trình huyện đảo Bạch Long Vĩ

III HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ứng dụng

Đối tượng nghiên cứu là công nghệ thi công đập phá sóng, đi sâu vào nghiên

cứu công nghệ thi công đập phá sóng dạng đứng- trọng lực, và ứng dụng thi công thùng chìm ở Việt Nam trong đó áp dụng tính toán lai dắt thùng chìm cho dự án đầu

tư xây dựng công trình ở huyện đảo Bạch Long Vĩ

b) Phương pháp nghiên cứu, công cụ sử dụng

1 Phương pháp

- Phương pháp lý thuyết;

- Phương pháp tổng hợp phân tích đánh giá;

- Tham khảo kinh nghiệm

2 Công cụ sử dụng

- Tiếp cận và nghiên cứu các tài liệu đã công bố;

- Tiếp cận, nghiên cứu các công trình thực tế;

- Nghiên cứu từ các nguồn thông tin khác

- Nghiên cứu tổng quan đặc điểm và công nghệ thi công đập phá sóng;

- Nghiên cứu công nghệ thi công thùng chìm;

- Nghiên cứu cơ sở khoa học liên quan đến tính toán thiết bị kỹ thuật lai

dắt thùng chìm;

- Áp dụng tính toán thiết bị lai dắt và công nghệ thi công đối với kết

cấu thùng chìm dự án đầu tư xây dựng cảng công trình huyện đảo

Bạch Long Vĩ

GIỚI THIỆU CHUNG

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Mục tiêu của đề tài

3 Phạm vi nghiên cứu

4 Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

5 Cấu trúc luận văn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THI CÔNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ

Công trình đập phá sóng dạng thùng chìm là loại công trình xây dựng có nhiệm vụ bảo vệ bờ biển, do đó quá trình thi công đập phá sóng thùng chìm mang đầy đủ đặc tính của công trình xây dựng và của hệ thống công trình bảo vệ bờ Vậy nên phạm trù nghiên cứu công nghệ thi công đập phá sóng dạng thùng chìm cần

phải nghiên cứu công nghệ thi công các công trình bảo vệ bờ biển nói chung

1.1 Phân loại công trình bảo vệ bờ

1.2 Đặc điểm thi công công trình bảo vệ bờ

1.3 Các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong thi công công trình bảo vệ bờ

1.4 Thiết bị thi công công trình bảo vệ bờ

1.5 Kết luận chương

CHƯƠNG 2: KẾT CẤU CỦA CÔNG TRÌNH ĐẬP PHÁ SÓNG VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG

Trên cơ sở phân tích các đặc điểm về công nghệ thi công công trình bảo vệ

bờ từ chương 1, trong chương này tác giả tập trung nghiên cứu chi tiết về đặc điểm kết cấu, phân loại công trình, kỹ thuật thi công, đặc điểm thi công công trình đập phá sóng nhằm đưa ra các kiến thức khoa học có liên quan về công nghệ thi công đập phá sóng

2.1 Phân loại công trình đập phá sóng

2.2 Các đặc trưng, điều kiện làm việc của công trình đập phá sóng (ĐPS) 2.3 Đặc điểm thi công đập phá sóng

2.4 Vật liệu sử dụng trong công trình đập phá sóng

2.5 Kết luận chương

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG CHO ĐẬP PHÁ SÓNG THÙNG CHÌM

Trên cơ sở các lý thuyết về đặc điểm công trình và công nghệ thi công đập phá sóng nói chung đã trình bày ở chương 2, trong chương này tác giả tập trung nghiên cứu kết cấu đập phá sóng dạng thùng chìm, các bước thi công và chủ yếu tập trung vào lý thuyết thi công chế tạo và tính toán lai dắt thùng chìm

Trên cơ sở lý thuyết về công nghệ thi công thùng chìm và tính toán lai ổn định, lai dắt thùng chìm trong quá trình thi công đã trình bày ở chương 3 Trong chương này tác giả tập trung nghiên cứu và đề xuất công nghệ thi công đập phá sóng thùng chìm ở công trình huyện đảo Bạch Long Vĩ trong đó tập trung chủ yếu

vào chế tạo, vận chuyển và lắp đặt thùng chìm

4.1 Thực tế áp dụng công nghệ thi công thùng chìm ở Việt Nam

4.2 Ứng dụng công nghệ thi công thùng chìm với dự án đầu tư xây dựng công trình ở huyện đảo Bạch Long Vĩ

4.3 Đề xuất công nghệ thi công thùng chìm

4.4 Phân tích và đánh giá ưu nhược điểm của phương án thi công

4.5 Kết luận chương

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THI CÔNG CÔNG TRÌNH

Công trình đập phá sóng dạng thùng chìm là loại công trình xây dựng có nhiệm vụ bảo vệ bờ biển, do đó quá trình thi công đập phá sóng thùng chìm mang đầy đủ đặc tính của công trình xây dựng và của hệ thống công trình bảo vệ bờ Vậy nên phạm trù nghiên cứu công nghệ thi công đập phá sóng dạng thùng chìm cần

phải nghiên cứu công nghệ thi công các công trình bảo vệ bờ biển nói chung

1.1 Phân loại công trình bảo vệ bờ

Công trình bảo vệ bờ biển, bờ 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 đê điều và các công trình ven biển, gây thiệt hại lớn về tài sản của nhân dân, cũng như cơ sở hạ tầng kỹ thuật của Nhà Nước

Công tác bảo vệ bờ biển, bờ đảo do đó là công trình quan trọng và bức thiết, đặc biệt là đối với nước ta, một nước có bờ biển dài hơn 3.000km, lại còn có gió to bão lớn, nên phải xây hàng nghìn km đê biển Tuy nhiên, còn rất nhiều vùng vẫn còn chịu sự đe dọa, phá hoại thường xuyên của sóng biển và hệ thống đê biển đã được xây dựng vẫn luôn bị phá hoại nặng nề sau mỗi trận bão nên nhiệm vụ sửa

chữa duy tu vẫn là công việc thường xuyên phải làm

Việc nghiên cứu, quy hoạch thiết kế và xây dựng các công trình bảo vệ bờ

biển một cách bền chắc và ổn định là nhiệm vụ lớn lao do thực tế Việt Nam đặt ra cho các nhà kỹ thuật biển

Ngoài việc bảo vệ bờ biển phục vụ cho sản xuất và đời sống của nhân dân,

việc cải tạo xây dựng vùng ven biển, biến bờ biển thành các khu du lịch, trong đó có

những công trình tạo bãi, xây dựng bãi tắm, làm đẹp bờ biển, xây dựng các bến du thuyền, cảng du lịch nhằm phục vụ cho nghỉ ngơi, giải trí, tắm biển, du lịch ven

biển, du lịch ra các đảo bằng tàu thuyền, cũng là một trong các nhiệm vụ cấp bách

hiện nay ở nước ta Do đó, ngoài các mặt tiêu cực gây thiệt hại về người và cơ sở

vật chất, còn có mặt rất tích cực là đem lại cho con người và đất nước nhiều tài nguyên quý giá, trong đó có du lịch, chỉ cần con người biết khai thác vận dụng

Công trình bảo vệ bờ biển được thực hiện với những phương pháp và kết cấu

rất đa dạng, do đó có thể phân loại dựa vào kết cấu, vật liệu, chức năng hay nhiệm

vụ của chúng, dưới đây tác giả phân loại công trình bảo vệ bờ dựa vào chức năng nhiệm vụ của công trình:

- Đê và kè biển;

- Đập mỏ hàn;

- Đập phá sóng

1.1.1 Đê và kè biển

Đê biển là kết cấu có chức năng ngăn thủy triều, ngăn nước dâng và chắn

sóng để ổn định bờ biển, các vịnh và cửa sông, bảo vệ cho các vùng dân sinh- kinh

tế bên trong bờ biển phục vụ khai hoang lấn biển hoặc nuôi trồng thủy sản Kè biển

là kết cấu phòng chống sạt lở mái dốc, bảo vệ bờ và bãi biển

Hệ thống đê và kè này được xây dựng dọc bờ biển Những vùng đồng bằng ven biển có cao độ thấp thường cần phải có đê bảo vệ, như Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định Những dải bờ có cấu tạo bởi đồi, núi, các đụn cát áp sát ra biển thường không phải làm đê bảo vệ như đoạn bờ đèo Hải Vân, bờ biển các tỉnh Phú Yên,…

Hình 1.1 : Thi công kè lát mái đê Hải Phòng

[15]

Hình 1.2 : Thi công đê Tĩnh Gia - Thanh Hóa

Đê biển có thể phân loại theo vật liệu xây dựng, theo vành đai tuyến đê bảo

vệ, theo chiều sâu nước trước đê, theo hình dạng mặt cắt…

bờ đi lệch ra xa để không gây đào xói bờ biển

Mỏ hàn được phân loại chủ yếu dựa vào vật liệu sử dụng như: cọc gỗ, màn

chắn gỗ, đá hộc, đá tảng; bê tông, bê tông cốt thép (BTCT); ống buy BTCT bên trong xếp đá hộc hoặc túi đất, túi cát; bê tông nhựa đường hoặc cừ thép, ngoài ra có

thể phân loại theo điều kiện cho phép nước chảy qua mỏ hàn hoặc theo hình dạng

chắn tạo vùng nước lặng (bể cảng) cho tàu thuyền neo đậu, chống xói lở bờ hoặc

giảm bồi lắng luồng tàu

Đập phá sóng có thể phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang, theo vị trí tương đối với bờ, vị trí tương đối với mực nước, theo vật liệu cấu tạo hoặc theo

chức năng nhiệm vụ

Hình 1.5: Thi công Đập phá sóng ở

Karwar (Ấn Độ) [22]

Hình 1.6: Thi công Đập phá sóng Palm

Jebel Ali (Du Bai)

1.2 Đặc điểm thi công công trình bảo vệ bờ

1.2.1 Đặc điểm của công trình

Các công trình thủy thường chịu tải trọng lớn cho nên kích thước kết cấu công trình rất lớn, đòi hỏi có phương tiện vận chuyển, cẩu lắp có công suất lớn, thời gian xây dựng thường kéo dài

Các công trình thường có dạng chạy dài và đơn điệu nên có thể sử dụng các

kết cấu đúc sẵn một cách dễ dàng và thuận lợi

Do có dạng chạy dài và đơn điệu nên có thể sử dụng phương pháp thi công

cuốn chiếu làm dứt điểm từng phân đoạn để đưa vào sử dụng

Các công bảo vệ bờ thường có dạng giống nhau và kéo dài trên một bờ nên

cần phải lập một trình tự thi công hợp lý phát huy tác dụng từng đợt để sao cho không ảnh hưởng đến dòng chảy và không ảnh hưởng đến nhau trong quá trình thi công

1.2.2 Đặc điểm thi công dưới nước và trên cạn

Các công trình bảo vệ bờ phần lớn được xây dựng tại vị trí ngập nước hoặc bán ngập nước có độ sâu nước lớn, do đó không đắp đê quai mà thi công trực tiếp trên nước Quá trình thi công dưới nước nên áp dụng các thiết bị chuyên dụng như tàu hút bùn, tàu cuốc, cần trục nổi, tàu đóng cọc, trạm trộn bê tông, và các tàu, sà lan vận chuyển Về kết cấu công trình thường sử dụng tối đa các cấu kiện đúc sẵn,

lắp ghép dưới nước (khối lượng bê tông, thùng chìm, cọc, cừ, tường góc lắp ghép…)

Phần thi công trên cạn có thể sử dụng phương pháp lấn dần với các phương

tiện cơ giới cao như ô tô, máy xúc lật, máy đào, máy ủi…

Quá trình thi công chịu ảnh hưởng rất lớn do nước vì thế cần phải nghiên cứu

và vận dụng các phương pháp thi công hợp lý để giảm bớt ảnh hưởng của nước để sao cho vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, chất lượng công trình, tiến độ thi công, hạ giá thành xây dựng

1.2.3 Đặc điểm thi công trong điều kiện tự nhiên phức tạp

1.2.3.1 Trong điều kiện địa chất yếu

Các công trình bảo vệ bờ nằm trên nền địa chất yếu nên khả năng chịu lực

của nền là rất nhỏ, bởi vậy khi xây dựng các công trình này phải quan tâm đến vấn

đề gia cố nền đất yếu của đê biển như biện pháp như: Gia tải trước, nạo vét, đào bỏ (xói hút), đắp bù vật liệu thay thế, làm chặt và làm bằng để đặt móng công trình trực

tiếp lên nền hoặc thông qua một lớp thảm đệm Các phương án kỹ thuật được áp

dụng như:

- Thay thế toàn bộ nền đất yếu bởi vật liệu có khả năng chịu tải tốt hơn như cát, dá dăm; nhược điểm của phương pháp này là khối lượng đất đào và cát lấp rất lớn nên chi phí cao;

- Sử dụng một số kỹ thuật làm tăng khả năng thoát nước nền để tăng nhanh quá trình cô kết trước khi xây dựng công trình như cọc cát, bấc thấm;

- Sử dụng các biện pháp cơ học để làm chặt, tăng khả năng chịu lực của nền như đầm chấn động, đầm rung;

- Sử dụng phương pháp khoan phụt vào nền hỗn hợp dung dịch hóa học như xi măng bao gồm công nghệ Jet Grouting và phương pháp trộn đất [16]

1.2.3.2 Điều kiện sóng gió

Sóng gió làm cho các phương tiện thi công bị chao đảo nghiêng ngả và làm

việc rất khó khăn, nó ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian thi công, đến sự hoạt động neo đậu của phương tiện, đến độ chính xác của công tác cẩu lắp Cho nên khi tiến hành thi công cần phải lựa chọn phương tiện, biện pháp neo đậu, thời gian thi công cho thích hợp

1.2.3.3 Ảnh hưởng của sự dao động mực nước

Thủy triều là thành phần đóng vai trò lớn nhất dẫn đến sự dao động mực nước Ngoài ra còn có những dao động khác cũng có biên độ đáng kể như [16]:

- Dao động mực nước do ảnh hưởng của bão Những dẫn liệu chi tiết về các đặc trưng dao động nước dâng cho thấy độ lớn nước dâng do bão tại khu vực biển ven bờ Việt Nam không nhỏ, có thể đạt tới 250cm hoặc hơn nữa

- Dao động mùa do sự luân phiên trong năm của các hệ thống gió mùa thịnh hành Các tài liệu khác nhau cho thấy biên độ dao động mùa của mực nước ở các

trạm thuộc bờ Việt Nam có thể đạt tới 30-40cm

Ở Biển Đông có đủ bốn loại thủy triều khác nhau: đó là bán nhật triều đều, bán nhật triều không đều, nhật triều không đều và nhật triều đều Tính phức tạp của

thủy triều ở Biển Đông thể hiện ở sự biến đổi cả về độ lớn và tính chất thủy triều trên không gian biển, sự biến đổi này đặc biệt phức tạp trong vùng gần bờ và các

vịnh Nét độc đáo nữa trong hiện tượng thủy triều ở Biển Đông biểu hiện ở sự khác nhau trong tương quan biên độ của các sóng thành phần của thủy triều ở những vùng khác nhau Ngoài thay đổi theo tháng tạo ra triều cường, triều kém còn có thay đổi đáng kể theo ngày Vì vậy cần phải tìm hiểu để có thể lợi dụng hoặc khắc phục

các ảnh hưởng của sự dao động này trong quá trình thi công cũng như quyết định thời gian thời điểm thi công hợp lý

1.2.3.4 Tính chất ăn mòn

Những vùng ăn mòn của công trình trong môi trường biển: Sự ăn mòn vật

liệu có thể thay đổi tùy theo vị trí và điều kiện tiếp xúc của vật liệu, người ta phân

ăn mòn trong vùng này rất mạnh;

- Vùng nước thủy triều: Là vùng nằm giữa mức cao và mức thấp thủy triều Kim loại nằm trong vùng tiếp xúc khi thủy triều lên và không tiếp xúc khi thủy triều xuống;

- Vùng chìm trong nước biển: Đây là vùng tiếp xúc thường xuyên với nước biển, sự ăn mòn mạnh;

- Vùng trầm tích (cặn): Vùng này rất phức tạp, tương ứng với phần công trình

bị chôn vùi trong biển

Các giải pháp công nghệ chống ăn mòn như:

- Phương pháp sử dụng các phụ gia bê tông: Tùy theo kết cấu đối với từng công trình mà người sử dụng các phụ gia khác nhau;

- Sơn chống ăn mòn cốt thép: Sơn xi măng, sơn ximăng- pôlime, sơn hoá chất cao phân tử, các loại sơn này phải đảm bảo khả năng dính kết giữa cốt thép được sơn với bê tông;

- Sơn phủ mặt ngoài kết cấu: Dùng các loại sơn epoxy và các hợp chất cao phân tử có độ dính kết cao với bê tông và đàn hồi tốt;

- Sử dụng chất ức chế ăn mòn canxi nitrit;

- Sử dụng vật liệu composit thay thế cho bê tông thông thường

1.2.3.5 Ảnh hưởng của dòng chảy

Dòng chảy gây khó khăn cho việc đi lại, neo đậu của các phương tiện thủy, gây bồi hoặc xói đường bờ, đáy khu nước nơi xây dựng

Do lực kéo và quán tính, dòng chảy làm tăng áp lực, sau đó làm tăng áp lực trên tổng khối lượng, bao gồm khối lượng kết cấu cộng với vật liệu lắng đọng và lượng nước đã bị thay thế Nước di chuyển trên một bề mặt ngập nước hoặc bên dưới một kết cấu, tạo ra một áp lực dọc (nâng lên hoặc kéo xuống), bên cạnh đó dòng chảy ngược chiều cũng làm giảm còn cùng chiều làm tăng tốc độ di chuyển

của các phương tiện máy móc… Điều này có thể gây ra những vấn đề quan trọng đối với việc xây dựng

1.3 Các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong thi công công trình bảo vệ bờ

Nhu cầu về không gian làm việc trên biển cùng với yêu cầu của các công trình quy mô lớn là động lực đem đến sự ra đời và phát triển của nhiều loại hình thiết bị xây dựng chuyên dụng, tối tân Sự tương tác của nhà sản xuất thiết bị và nhà xây dựng công trình đã chuyển biến tích cực, nhanh chóng và hiệu quả trong thời gian gần đây Sự sẵn có của các thiết bị xây dựng với quy mô ngày càng lớn đóng vai trò chủ chốt trong việc thay thế các phương pháp thi công và làm cho nó trở nên

khả thi hơn về phương diện kỹ thuật cũng như giá thành khi tiến hành xây dựng các

tổ hợp công trình thực sự có nhu cầu cao Những lợi thế này sẽ tiếp tục thông qua sự phát triển công nghiệp, công nghiệp khai thác dầu mỏ ngoài khơi, nhu cầu về quân

sự và thương mại hàng hải, tiếp tục duy trì tỉ lệ phát triển hiện thời

Yếu tố an toàn phải là yêu cầu tối cao trong quá trình vận hành ngoài khơi

Bản chất của công việc là tuân thủ và có thể phải tiếp nhận rủi ro, nguy hiểm Thiết

bị phải được thiết kế không chỉ nhằm đạt được khả năng phục vụ mà còn phải đảm

bảo an toàn trong vận hành

Các tiến bộ khoa học trong thi công thể thể hiện ở:

1.3.1 Vật liệu sử dụng

Ngoài các vật liệu sử dụng thông thường như kim loại bê tông thì hiện nay trên thế giới và Việt Nam cũng đang nghiên cứu và sử dụng các loại vật liệu mới như thép công năng cao, bê tông dự ứng lực… Ngoài ra chất dẻo và các vật liệu làm

từ sợi tổng hợp tương tự đang ngày càng được sử dụng nhiều trong thi công công trình biển Sợi thủy tinh, các bon và sợi aramit được nhúng vào trong hỗn hợp nhựa polymer sợi tổng hợp Các chất liệu này được sử dụng khá đa dạng trong nhiều thiết

bị, từ chất dẻo tăng cường cùng sợi thủy tinh trong ống dẫn đến bộ giảm chấn động

hoặc vòng bi làm từ cao su tổng hợp và cao su tự nhiên, túi polietilen dùng để bảo

vệ mái dốc hay bọt polyurethane tăng cường sức nổi của cấu trúc Màng lọc nhiều

lỗ rỗng làm từ vải địa kỹ thuật đang ngày càng được ứng dụng phổ biến bên dướp

lớp đá xây kè để ngăn ngừa nguy cơ cát chảy xói mòn Epoxy cũng hay được sử

dụng để phun trong quá trình sửa chữa hoặc dùng như là hợp chất mạ, chất bôi trơn

khớp nối tại thiết bị Ống politilen (HDPE) được sử dụng trong điều kiện nước lạnh

tại độ sâu tới (600m) [17]

1.3.2 Thiết bị thi công

Các thiết bị này có chi phí hoạt động là rất đắt đỏ Những thiết bị sau này đã

sử dụng thường xuyên các bệ đỡ thủy lực mới với tay các tay đòn dài, công suất cao

và khả năng hỗ trợ các chuyển động ngang bằng các con lăn và các vật liệu ít ma sát như Teflon Khả năng sử dụng lớn hơn được tạo ra bởi sức nổi, giàn cẩu sà lan và các kỹ thuật làm nổi hỗ trợ các sà lan cần trục cỡ lớn Các sàn công tác trên biển cũng đã được chế tạo và sử dụng Có thể sử đụng đường ống để chuyển nguyên vật

liệu, sử dụng các loại máy bơm áp lực cao hoặc sử dụng máy bay thi công, đó là

những thiết bị có thể đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo khả năng

thực hiện

1.3.3 Công nghệ thi công

Các công nghệ thi công được ra đời ngày càng đáp ứng được các yêu cầu và

giải quyết được những khó khăn trong quá trình thi công, nhất là trên biển Tiêu

biểu trong số đó như công nghệ bê tông ứng suất trước, công nghệ đổ bê tông dưới nước, các công nghệ thi công nền, móng như giếng hơi, giếng hở, giếng đế trọng

lực, các công nghệ khoan, đúc, ép thi công cọc…

1.4 Thiết bị thi công công trình bảo vệ bờ

Việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển có liên quan đến phần chuyển

tiếp giữa đất và nước Vì vậy có hai loại thiết bị thi công chính là: thiết bị làm việc trên cạn và thiết bị làm việc dưới nước Việc lựa chọn giữa hai loại thiết bị này trong trường hợp cụ thể phụ thuộc vào loại thiết bị có sẵn và khả năng làm việc của chúng và điều kiện chi phí công trình cho phép Ở Việt Nam các trang thiết bị còn chưa được hiện đại chính vì thế các thiết bị chuẩn có sẵn vẫn được dung chủ yếu, ngoài ra tính sang tạo là yếu tố quyết định đến những giải pháp xây dựng Hiện nay

Việt Nam đang sử dụng các thiết bị thi công chủ yếu là:

1.4.1 Thiết bị trên cạn

Các thiết bị máy móc trên cạn này ngoài những hạn chế giống như bất cứ thiết bị trên các công trình xây dựng nào, còn có những hạn chế khác gây ra do sóng leo Vì vậy thiết bị chỉ làm việc trên mực sóng leo trong suốt quá trình xây dựng Nhìn chung trong khu vực hoạt động của thủy triều, mọi hoạt động thi công trong vùng đất thấp thường chỉ thực thi trong điều kiện nước rút Các thiết bị máy móc trên cạn chủ yếu là [15], [16] :

(a) Xe tải: Bất kỳ xe tải nào cũng có thể chuyên chở đá, thông thường các xe chuyên chở có trọng tải trọng từ 10 tấn đến 100 tấn Chúng có thể chuyên chở vật

liệu, các khối bê tông đúc sẵn, và đổ vật liệu trực tiếp tại vị trí xây dựng công trình

(b) Máy xúc lật: Là máy xây dựng thuộc loại thiết bị cơ giới, có công dụng chính

để bốc xúc đất, đá và vật liệu rời, vận chuyển chúng trong gầu xúc của máy, để đổ lên thiết bị vận chuyển khác (ô tô tải) hay kho chứa với độ cao đổ nhất định cao hơn

nền đất Máy xúc lật ó công suất điển hình từ 5 đến 15 tấn Máy xúc lật hoàn toàn

có thể dùng để đào đất đá từ mềm đến cứng vừa (đất cấp I, II), dạng rời hay liền thổ

nhưng vị trí đào nằm ngang hoặc cao hơn vị trí máy đứng (cao hơn nền đất máy đứng)

(c) Máy ủi: Máy ủi là máy kéo được lắp thêm thiết bị công tác là lưỡi ủi vào Đây là loại máy thi công đất theo một chuỗi các công tác đào đất, vận chuyển đất

bằng bàn gạt (ủi đất), rải đất ra trên mặt bằng san Loại máy này được sử dụng để san ủi đất đá hoặc một số loại vật liệu rời Nó có thể đào đất và đắp đất với độ sâu đào và chiều cao đắp khoảng 1 ÷ 1,5 m, nhưng không quá 2 m Đồng thời nó có thể

vận chuyển đất đi với khoảng cách tối đa khoảng 100 ÷ 180 m, thuộc vào loại máy san có cự ly vận chuyển trung bình Cự ly vận chuyển đất thích hợp và hiệu quả

nhất là khoảng 25 ÷ 100 m Máy ủi thích hợp công tác với các loại đất cấp I, II, III

(d) Máy đào: Bao gồm máy đào gầu sấp và máy đào gầu ngửa, máy đào gầu ngoạm dây kéo, máy đào gầu ngoạm thủy lực (hình múi cam) Máy đào là một loại máy xây dựng chính trong công tác đất, ngoài ra nó còn tham gia vào các công tác

giải phóng mặt bằng, phá dỡ công trình, bốc xếp vận chuyển vật liệu

- Máy đào gầu sấp hay máy đào gầu nghịch thích hợp cho việc đào đất đá và

vật liệu nằm thấp hơn (sâu hơn hoặc đôi khi ngang bằng) với vị trí máy đứng;

- Máy đào gầu ngửa hay máy đào gầu thuận, thích hợp cho việc đào đất đá và

vật liệu nằm cao hơn vị trí máy đứng (thường được sử dụng trong thi công công trình bảo vệ bờ)

(e) Máy trộn bê tông và thiết bị đầm: Có hai loại máy trộn bê tông chính là máy

trộn bê tông tự hành hoặc cưỡng bức Máy trộn được sử dụng để sản xuất vữa xi măng, bê tông trong quá trình đúc các khối cấu kiện tại công trường hoặc trực tiếp như khi đổ mặt đê, mặt đập, đỉnh tường hắt sóng… Gắn liền với quá trình sản xuất

bê tông là các thiết bị đầm bê tông như: Đầm chấn động trong (đầm dùi), dùng để đầm: móng, cột, tường; đầm chấn động ngoài (hay đầm cạnh), dùng để dầm tường,

cột; đầm mặt (đầm bàn) dùng để đầm, nền, sàn, kết cấu có diện tích bề mặt lớn…

(f) Các loại máy đầm cơ giới: như xe lu, đầm chân cừu, đầm lăn bánh hơi,… có nhiệm vụ làm chặt đất và san phẳng tạo mặt bằng

1.4.2 Thiết bị dưới nước

Là các thiết bị có thể nổi trên mặt nước, người ta đặt các thiết bị trên cạn lên

sà lan hay phao nổi để tạo ra những thiết bị làm việc dưới nước Sự hoạt động của các thiết bị dưới nước chịu ảnh hưởng của môi trường nhiều hơn là các thiết bị trên

cạn, thời gian làm việc và thời gian chết của các thiết bị phụ thuộc rất lớn vào thủy triều Tốc độ dòng chảy dưới 2m/s thường không gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động

của thiết bị máy móc dưới nước, hầu hết các thiết bị này có thể hoạt động trong khu

vực ven bờ có sóng do gió cao từ 1 ÷ 1,5 m song có rất ít các thiết bị có thể làm việc trong điều kiện sóng lừng 0,5 m Các thiết bị dưới nước chủ yếu được sử dụng như:

(a) Sà lan: bao gồm sà lan mở đáy và sà lan mở thành Đối với thiết bị sà lan mở thành, đá được chất lên boong tàu và được đưa vào nước bằng những rầm chuyển động Công suất tải của thiêt bị này có thể lên tới 1500 tấn trong khi công suất đổ đá khoảng 60 ÷ 70 tấn trong 1 phút Đối với xà lan mở đáy thường sử dụng khi muốn

đổ một khối lượng đá rất lớn như thi công đập phá sóng hay những loại kết cấu khác Xà lan mở đáy thường không thể xếp đá một cách chính xác khi thi công ở vùng nước sâu vì vậy cần thả vật liệu bằng hệ thống ống

(b) Tàu kéo hoặc tàu đẩy: Là tàu dùng để kéo, đẩy các thiết bị nổi không tự hành, dùng để phục vụ trong quá trình thi công Các loại tàu kéo thường được mô tả

bằng các thuật ngữ mã lực, ở Việt Nam các tàu kéo thường được sử dụng là các tàu kéo có công suất 360CV, 600CV, 1200CV [8] Những tàu kéo đi biển cỡ lớn được

lắp các thiết bị hàng hải tối tân: Hệ thống định vị toàn cầu GPS, Hệ thống dẫn đường tầm dài C, Rađa, định vị điện tử, và các hệ thống siêu âm Chúng có thể liên

lạc bằng radio Những loại tàu này có thể được trang bị động cơ kéo để giúp chúng

có thể duy trì lực kéo không đổi trên cáp kéo, bất chấp thay đổi của tàu với sóng

biển Những loại tàu có chiều dài ngắn hơn nhưng vẫn đảm bảo công suất lớn là các tàu được thiết kế cho các vận hành chung trong các điều kiện vận hành đặc thù

Những loại tàu này có khả năng lái tốt, thường được trang bị hệ thống đẩy bước

thay đổi mà khiến chúng có khả năng duy trì động cơ chạy toàn tốc độ trong các

hoạt động định vị quan trọng

(c) Cần trục nổi hoặc cần trục đặt trên phao: là cần trục được đạt trên thiết bị

nổi, có khả năng di chuyển trên sông biển có tính cơ động cao Cần trục nổi có sức nâng 5 ÷ 32T dùng để bốc xếp hàng rời hoặc khối, đôi khi được bố trí cả gàu ngoạm, dung để vận chuyển vật liệu, thả vật liệu vào vị trí công trình

(d) Tàu nạo vét: Tàu nạo vét là một loại tàu thiết kế cho các hoạt động nạo vét trong các kênh rạch, sông, cảng, cửa sông Tàu nạo vét thu gom bùn đáy và chuyển chúng tới một địa điểm khác để duy trì độ sâu mong muốn của đường thủy hoặc địa điểm đó Một chiếc tàu nạo vét theo kiểu Xén-Hút được trang bị những thiết bị nạo vét sau: Bơm hút chìm và trên tàu; Đầu máy cắt tại đầu ống hút; Bơm phun cho phun nước tới các đầu kéo và cắt; Động cơ đẩy chính để lái và cơ động tàu

Trên một con tàu nạo vét hiện đại, tất cả các thiết bị đều chạy bằng điện Tàu hút bùn tiêu thụ điện năng tính bằng megawatt, và là phương tiện tiêu thụ năng lượng rất lớn Do vậy, việc phát điện, phân phối điện và tiêu thụ điện cần phải được phối hợp với nhau một cách an toàn nhất, hiệu quả về năng lượng nhất

(e) Trạm trộn bê tông sàn nổi: Những trạm trộn này đã được lắp trên các tàu cỡ

lớn tải trọng nặng mà được trang bị các dây cáp neo hoặc các cọc định vị để giữ tàu

ở vị trí của nó Trạm trộn bê tông trên tàu thường có các thùng lớn để chứa các cốt

liệu thô và cốt liệu tinh, các silô xi-măng, tro bay, và xỉ gia tải, các thùng chứa nước, trạm phối liệu, thiết bị trộn bê tông (thường là máy trộn kiểu tuabin), và các bơm bê tông Đi kèm là các thiết bị đầm bê tông chuyên dụng

1.5 Kết luận chương

Công trình bảo vệ bờ là loại kết cấu làm việc trong môi trường rất phức tạp,

nó luôn phải chịu tác động của sóng, gió, mực nước thay đổi, nhiệt độ thay đổi và các tác động của môi trường biển như nước mặn, dòng chảy… vì vậy kết cấu cho các loại công trình này phải có đủ độ bền, độ cứng, độ thích nghi với môi trường trước tác động của quá trình vật lý và biến đổi hóa học gây nên Quá trình xây dựng chúng phụ thuộc chủ yếu vào nhịp thủy triều, quá trình vận chuyển bằng đường

thủy khá nhạy cảm với điều kiện sóng và do vậy sẽ ảnh hưởng đến tiến độ, phương pháp thi công và thậm chí ảnh hưởng cả đến thiết kế kỹ thuật của công trình

Hoàn cảnh tự nhiên trong quá trình thi công ảnh hưởng lớn đến tiến độ thi công và chất lượng công trình, do vậy cần phải có số liệu thống kê tối thiểu về các điều kiện tự nhiên ở khu vực thi công Các số liệu về mực nước, dòng chảy, sóng và gió cần phải thu thập hay tính toán trước khi tiến hành thi công

Thi công công trình bảo vệ bờ bao gồm nhiều quá trình trong thời gian dài và yêu cầu kỹ thuật cao vì thế đòi hỏi kế hoạch phương pháp và các thiết bị máy móc, thiết bị vận chuyển tốt Quá trình thi công phụ thuộc nhiều vào thiết bị thi công, vật

liệu thi công, nhân lực huy động, điều kiện sóng gió khí hậu Trong thực tế, ngoài

những kiến thức lý thuyết thì việc làm việc trong môi trường sóng gió cần phải có

những kiến thức học hỏi từ kinh nghiệm và chấp nhận hoàn cảnh tự nhiên

Trong chương 1 tác giả tập trung nghiên cứu công nghệ thi công công trình

bảo vệ bờ bao gồm chức năng nhiệm vụ, đặc điểm thi công, các phương tiện trang thiết bị, máy móc kỹ thuật phục vụ thi công để từ đó làm cơ sở cho việc nghiên cứu

kết cấu và công nghệ thi công cho đập phá sóng trong chương 2

CHƯƠNG 2: KẾT CẤU CỦA CÔNG TRÌNH ĐẬP PHÁ SÓNG VÀ

Trên cơ sở phân tích các đặc điểm về công nghệ thi công công trình bảo vệ

bờ từ chương 1, trong chương này tác giả tập trung nghiên cứu chi tiết về đặc điểm

kết cấu, phân loại công trình, kỹ thuật thi công, đặc điểm thi công công trình đập phá sóng nhằm đưa ra các kiến thức khoa học có liên quan về công nghệ thi công đập phá sóng

2.1 Phân loại công trình đập phá sóng

Có nhiều cách phân loại đập phá sóng tuỳ theo mục tiêu nghiên cứu, phương

thức tiếp cận và các đặc trưng của đập phá sóng

2.1.1 Phân loại theo tương quan với mực nước

- Đập ngập (đập chìm) có cao trình đỉnh đập thấp hơn cao trình mực nước thi công, thậm chí còn thấp hơn cả mực nước thấp thiết kế Loại đập này 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

- Đập không ngập có cao trình đỉnh đập luôn cao hơn mực nước cao thiết kế Đập không ngập còn chia ra thành hai loại: đập hạn chế sóng tràn (cho phép một

mức độ sóng tràn qua đỉnh đập) và đập không cho phép sóng tràn qua đỉnh

2.1.2 Phân loại vị trí của đập phá sóng trên mặt bằng

Căn cứ vào vị trí bố trí đập phá sóng trên mặt bằng các tuyến đập có thể phân

loại thành [11, [14] :

- Đập phá sóng liền bờ (đê nhô) là đập có một đầu nối tiếp với đường bờ;

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

Hình 2 1 : Đập phá sóng liền bờ

(Chicago, M ỹ) [18]

Hình 2 2: Đập phá sóng xa bờ (Kaumalapau, Lanai, Hawaii)

- Đập hỗn hợp: trên thực tế, nhiều trường hợp thường kết hợp bố trí xây

dựng tuyến đập phá sóng theo cả hai kiểu nói trên

Hình 2 3: Đập phá sóng xa bờ

(Plymouth, Anh)

Hình 2 4: Đập hỗn hợp (Eastern Port, Alexandria, Ai C ập)

2.1.3 Phân loại theo công dụng đập phá sóng

- Đập dùng để phá sóng: đập phá 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;

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

- Đập phá sóng, ngăn cát: ngăn chặn bùn cát và giảm chiều cao sóng cho khu nước sau công trình;

- Đập 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

2.1.4 Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang đập phá 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 Dựa trên góc độ này kết cấu đập được phân thành:

- Đập phá sóng tường đứng: mặt đập phía đón sóng thường có dạng thẳng đứng có thể tận dụng làm kết cấu bến phía mép trong bể cảng Thân đập thường được làm bằng các loại thùng chìm bê tông cốt thép (BTCT) Đập 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 phản xạ sóng cao

Hình 2.5: Đập phá sóng dạng kết cấu

tường đứng (Victoria, Australia)

Hình 2.6: Đập phá sóng kết cấu mái nghiêng (DungQu ất, Quảng Ngãi, VN)

Hình 2.7 : Đập phá sóng Holyhead, Anh, dạng kết cấu hỗn hợp [18]

- Đập phá sóng mái nghiêng: hình thức đập này thường được xây dựng với lõi thân đập bằng các vật như đá không phân loại, cát…Các lớp ngoài là đá có kích thước lớn hơn, các khối bê tông phủ Thi công đập mái nghiêng tốn nhiều vật liệu, song lại khai thác được vật liệu ở địa phương, khi bị hư hỏng cục bộ dễ sửa chữa hơn kết cấu tường đứng Loại đập này có khả năng tiêu hao năng lượng sóng cao

- Kết cấu đập hỗn hợp (nửa đứng, nửa nghiêng): phần móng là đập mái nghiêng, đặt lên trên là thân đập tường đứng (khối bê tông hoặc thùng chìm BTCT) Đập kiểu hỗn hợp tận dụng được những ưu điểm và khắc phục nhược điểm 2 loại trên;

- Đập phá sóng bằng cọc, cừ thép: thi công tốn ít vật liệu, tốn công đóng cọc;

Hình 2.8: Đập phá sóng cọc gỗ (Hà Lan) Hình 2.9: Đập phá sóng cừ thép (Mỹ)

- Các loại đập phá sóng kết cấu đặc biệt khác: đập kiểu phao, đập rỗng, đập

thủy khí, đập 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 2 10: M ô hình Đập phá sóng nổi

[22]

Hình 2 11: Đập phá sóng bằng ống địa kỹ thu ật -Geotube, (Texa, Mỹ, 2005)

2.2 Các đặc trưng, điều kiện làm việc của công trình đập phá sóng (ĐPS)

2.2.1 Những hư hỏng thường gặp với ĐPS

2.2.1.1 Những hư hỏng đối với ĐPS mái nghiêng

- Mất ổn định khối gia cố mái (khối bê tông thường, khối phức hình, hoặc đá

tảng đá hộc) không đủ trọng lượng, đặt lên mái quá dốc hoặc do sự cài nối không chặt giữa các khối với nhau…

- Sự dịch chuyển của lớp khối gia cố mái do chọn các thông số sóng tính toán còn nhỏ, chất lượng cả lớp, khối gia cố không đạt yêu cầu

- Sự xê dịch các cấu kiện trên đỉnh đập do kiểm tra lật, trượt với hệ số ổn định thấp

- Sóng tràn trên mặt đập gây xói phía sau, do cao trình đỉnh đập lấy thấp hoặc

- Sự cố lún trong quá trình áp lực lỗ rỗng vượt quá mức giới hạn

- Xói nền trên đáy biển

- Những hư hỏng có thể xảy ra đồng thời hoặc không đồng thời gây ra những

hư hỏng nhỏ hoặc lớn, thậm chí dẫn đến làm hỏng hoàn toàn đập phá sóng

Tổ hợp các yếu tố trên được mô phỏng qua hình Hình 2.12

Hình 2 12: Các ki ểu phá hoại thường gặp với ĐPS mái nghiêng

2.2.1.2 Những hư hỏng đối với ĐPS tường đứng

- Kết cấu tường đứng của ĐPS bị trượt do trọng lượng thiết kế không đủ, ma sát lớp tiếp giáp không tốt

- Phần dưới của ĐPS bị lún sụt, do không đủ ổn định để đỡ thân đập

- Lật phần trên đập (tường đứng), trọng lượng thiết kế đập không đủ, nền đập

Hình 2.13: Các ki ểu phá hoại thường gặp với ĐPS tường đứng

2.2.2 Giải pháp bảo vệ mái cho ĐPS

2.2.2.1 Giải pháp bảo vệ bằng đá

Kết cấu bằng đá để bảo vệ mái cho ĐPS đã được sử dụng từ lâu, sử dụng lớp

phủ đá có ưu điểm là không tốn chi phí chế tạo, đá được khai thác từ tự nhiên Tuy nhiên cũng rất khó để khai thác được những hòn đá có kích thước lớn, trong lượng đạt được yêu cầu thiết kế (10-15T) Kích cỡ viên đá cần thiết cũng có thể giảm đi

với mái dốc thoải hơn, nhưng khi đó khối lượng vật liệu xây dựng ĐPS lại tăng lên 2.2.2.2 Giải pháp bảo vệ bằng các khối bê tông đúc sẵn

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về các loại khối bê tông phủ, tuy nhiên

chỉ có một số loại được sử dụng phổ biến

(a) Các kh ối xếp ngẫu nhiên linh hoạt tự điều chỉnh

Phần lớn các khối bê tông lớp phủ thuộc loại này thường được xếp thành 2

lớp, nhưng cũng có khi là một lớp

Hình dạng của chúng từ dạng giống các hình lập phương (khối Antifer), đến các khối trung gian (Accpodes, Akmons) và các khối có hình dạng phức tạp

(Tetrapods, Stabits, Dolosse) [16]

Hình 2.14: M ột số khối bê tông dị hình

Các khối đơn giản có chức năng giống như đá tự nhiên trong khi các khối

phức tạp lại ổn định hơn về thuỷ lực, có sự đan cài với nhau Các khối phức hình được chế tạo nhằm mục đích tăng sự ổn định cho khối phủ bằng cách tăng mức độ đan cài giữa các khối và tăng khả năng hấp thụ, tiêu giảm năng lượng sóng bằng cách tăng khoảng trống trong lớp phủ

(b) Các kh ối xếp theo mẫu

Các khối xếp theo mẫu như khối Cob, Shed, Seabee , các khối này được

xếp thành lớp đơn để tạo ra lớp phủ liên tục Sự ổn định của các khối này phụ thuộc vào kiểu xếp, sự ổn định của lớp dưới và sự chống đỡ của kết cấu đỉnh

2.2.3 Vấn đề tiêu giảm sóng đối với ĐPS

Hiệu quả tiêu giảm sóng (TGS) của ĐPS thể hiện ở việc giảm chiều cao sóng sau công trình, giảm hệ số sóng phản xạ trước công trình, giảm chiều cao sóng leo lên đập mái nghiêng, giảm sóng tràn qua mặt đập

Để giải quyết vấn đề TGS cho ĐPS trên thế giới đã có nhiều giải pháp:

+ Sử dụng các khối bê tông dị hình: khối bê tông dị hình được chế tạo sao cho đảm bảo ổn định trong điều kiện sóng gió, tạo ra độ rỗng để tiêu giảm năng lượng sóng tác động vào ĐPS Khối bê tông dị hình được sử dụng cho ĐPS mái nghiêng, hỗn hợp và cả tường đứng Các khối bê tông dị hình nặng từ vài tấn đến vài chục tấn đã được chế tạo, chúng có thể tạo ra độ rỗng 30-50%

+ Xây dựng tường chắn sóng mái cong để giảm sóng tràn qua mặt đập

+ Xây dựng thêm thềm giảm sóng cho đập mái nghiêng nhằm giảm chiều cao sóng leo

+ Thiết kế buồng tiêu sóng (BTS) cho thùng chìm nhằm giảm hệ số phản xạ cho ĐPS tường đứng Đây là một giải pháp tiến bộ, áp dụng tốt cho việc xây dựng các cảng nước sâu, dù đã xây dựng nhiều trên thế giới nhưng ở nước ta còn hạn chế,

do điều kiện nghiên cứu, thiết kế và thi công chưa đáp ứng được

2.2.4 Các công trình có kết cấu TGS đã xây dựng

ở ĐPS cảng Bengadi (Livia), chiều cao sóng h=5m [14]

Ở Việt Nam nhiều công trình ĐPS cũng đã áp dụng các khối BT dị hình tiêu

giảm sóng: các khối Tetrapod 5; 7,6 và 9,7T sử dụng ĐPS nhiệt điện Vĩnh Tân,

khối Tetrapod 11-15T sử dụng ĐPS cảng Nghi Sơn-Thanh Hóa, khối Tetrapod và

khối Accrocpode dùng trong công trình ĐPS Dung Quất, khối Tetrapod áp dụng nhiều công trình khác: ĐPS cảng Tiên Sa, ĐPS cảng Bạch Long Vĩ, Âu tàu Song

Tử Tây-Trường Sa, ĐPS Phú Quốc, Bến cá Đề Ghi-Bình Định, đê biển Đức Bình Thuận…

Long-2.2.4.2 Đập phá sóng tường đứng với thùng chìm BTCT

Năm 1905-1909 ở cảng Tuepxe ứng dụng thùng chìm BTCT lần đầu tiên,

một số công trình trên thế giới ứng dụng thùng chìm BTCT cảng Kobe (Nhật) năm

1907, cảng Gransk (Ba Lan), cảng Klaiped (Đức), Vịnh Kamaishi (Nhật) [6 ], [14 ]

…

Ở Việt Nam hiện nay cũng có nhiều công trình áp dụng kết cấu thùng chìm BTCT như: Cảng Bạch Long Vĩ (Hải Phòng), đảo Đá Tây (quần đảo Trường Sa), đảo Phú Quý (Bình Thuận), cảng Hòn Mắt (Nghệ An), cảng Tiên Sa (Đà Nẵng)… 2.2.4.3 Đập phá sóng với kết cấu thùng chìm có buồng tiêu sóng

Kết cấu này xây dựng lần đầu tiên ở cảng Comeau (Canada), một số công trình trên thế giới: cảng Funakawa (Nhật Bản), cảng Than (Trung Quốc), ĐPS cảng Volti-Genoa, Mantelli, La Spiza (Italy), ĐCS cảng Hanstholm (Đan Mạch)…

Ở Việt Nam chưa áp dụng kết cấu này

ĐPS cọc trụ ống ở cảng Kristiana, cảng Ponchartrein (Mỹ) với D=1,35m được đóng cách nhau 1,5m, phân khe hở giữa các cọc được che bằng tấm thép; ĐPS

tại cảng Kobe đóng cọc trụ ống D=16,1m, ĐCS bằng 2 hàng cừ Larsen cách nhau 5m ở cảng cá Funagata (Nhật), mặt đập phía biển có độ cong lõm, mặt đập phía

cảng có độ cong lồi để nước hạ nhanh khi có sóng tràn

Ở Việt Nam ĐPS bằng cừ lần đầu tiên được áp dụng trong công trình nhà máy nhiệt điện Kiên Lương, Hà Tiên, với cừ Lasen bằng bê tông cốt thép có chiều

rộng 1m và dài từ 28 đến 44m, nặng 15 đến 25 tấn, được sản xuất theo công nghệ độc quyền của hãng Misubishi (Nhật Bản)

2.2.4.6 ĐPS cọc lăng trụ BTCT dạng cầu tàu kèm theo phông chắn

Loại kết cấu này được xây dựng ở cảng Brunsbuettelkoog, cảng Buesum,

cảng Sassnitz

2.2.4.7 ĐPS hở bằng cọc dạng cầu tàu

Với bản mặt thẳng đứng được xây dựng ở Đức và một số nước Tây Âu Loại đập này cũng có tác dụng tiêu giảm sóng nhưng không nhiều và có hạn chế là tạo dòng chảy luồn qua đập, gây dao động mực nước trong bể cảng

2.3 Đặc điểm thi công ĐPS

2.3.1 Điều kiện thi công xây dựng

Công trình đập phá sóng cũng như các công trình công nghiệp, dân dụng và công trình thủy lợi nói chung, đều nằm trong phạm trù công trình xây dựng, nên có

những chỗ giống nhau nhưng điều kiện thi công khác nhau Công trình đập phá sóng phải thi công trong điều kiện có sóng, gió, dòng chảy, nước, thủy triều xâm nhiễm thường xuyên, khối lượng công tác dưới nước rất lớn, nhiều công tác, kết cấu khác biệt, nên thi công phức tạp hơn nhiều so với các loại công trình khác Trong đó nguồn vật liệu sẽ đóng vai trò quan trọng, nó sẽ quyết định đến việc lựa chọn thiết

bị máy móc như khi nào sử dụng, ngoài ra từ các điều kiện tự nhiên được thu thập

hoặc tính toán trước ta sẽ xác định được trình tự thi công, phân đoạn, phân lớp

Muốn hoàn thành thời gian đúng quy định thì phải tiến hành thi công với cường độ cao, mức độ cơ giới hóa lớn và sử dụng nhiều máy móc, trang thiết bị hiện đại có năng suất cao Đồng thời phải tiến tới công nghiệp hóa và tự động hóa trong sản

xuất và thi công với mức độ cần thiết có thể, nhất là đối với những công viêc nặng

nhọc, khó khăn, nguy hiểm

2.3.2 Đặc điểm về tổ chức thi công

Công trình đập phá sóng là một dạng công trình biển, địa điểm xây dựng thường là cửa sông, cửa biển, vịnh, đảo… nên nhiều điều kiện thi công khác với các công trình trên đất liền:

- Công trình chịu ngoại lực tác dụng lớn (sóng, gió, bão);

- Nền móng công trình thường là loại đất mềm, yếu;

- Công trình kéo dài, khối lượng lớn nhưng mặt cắt ngang giống nhau;

- Vật liệu xây dựng (bê tông, gỗ, thép …) dễ bị nước biển và hà hến ăn mòn

Các hạng mục xây dựng thường có liên quan mật thiết và khống chế lẫn nhau, đòi hỏi phải thi công theo một trình tự nhất định và phải tập trung vốn đầu tư, nhân lực và thiết bị, máy móc thi công vào xây dựng công trình Mặt khác quá trình thi công thường gặp những khó khăn đột xuất do tình hình cung cấp nguyên vật

liệu, thiết bị máy móc không đúng kế hoạch, do tình hình mưa lũ, thời tiết xấu…gây

ra Đồng thời phải thường xuyên xử lý những tình huống phức tạp như địa chất thay đổi, cát chảy, thiết bị máy móc hư hỏng, chất lượng thi công kém, không đúng quy

phạm… Nếu không phát hiện và khắc phục kịp thời những khó khăn trong thi công thì không thể đảm bảo hoàn thành đúng tiến đôn như mong muốn Vì vậy cần phải

tổ chức thi công chặt chẽ và thống nhất, phải có sự phối hợp nhịp nhàng, linh hoạt

và chủ động giữa các bộ phận thi công mới có thể đảm bảo thực hiện từng bước kế

hoạch xây dựng công trình

Công tác tổ chức và kế hoạch thi công làm được tốt sẽ đảm bảo cho công trình được xây dựng theo một trình tự, sử dụng thời gian, nguyên vật liệu nhân công