Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình và giải pháp thi công công trình bảo vệ bờ biển xóm rớ tỉnh phú yên

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng: bờ biển Tuy Hòa tỉnh Phú Yên Phạm vi nghiên cứu: Giai đoạn lập dự án 1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: Từ kết q

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN 3

1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung và sự tác động của nó đến công trình 3

1.1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung 3

1.1.2 Phân loại sóng và sự tác động của nó lên công trình 3

1.1.3 Hiện trạng và xu thế xói lở bờ biển miền Trung 5

1.2 Đặc điểm công trình bảo vệ bờ biển 6

1.2.1 Đê biển 6

1.2.2 Gia c ố bờ (kè biển) 10

1.2.3 H ệ thống đập mỏ hàn (Đập đinh) 17

1.2.4 Đê chắn sóng bờ (đê ngầm) 18

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam 19

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 20

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 23

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC VÀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH B ẢO VỆ BỜ BIỂN 26

2.1 Yêu cầu và xác định lực tác dụng vào công trình bảo vệ bờ 26

2.1.1 Tính toán xác định mực nước triều thiết kế 26

2.1.2 Tính toán các yếu tố sóng do gió 27

2.1.4 Xác định chiều cao sóng leo 33

2.1.5 Tính toán áp lực sóng 36

2.2 Yêu cầu tính toán lựa chọn kích thước công trình bảo vệ bờ biển 45

2.3 Đề xuất công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ biển 50

2.3.1 Xác định thời gian thi công 50

2.3.2 Bố trí tổ chức thi công 51

Kết luận chương 2 55

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN XÓM RỚ TỈNH PHÚ YÊN 56

3.1 Đặc điểm, điều kiện tự nhiên khu vực bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên 56

3.1.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình địa mạo khu vực 56

3.1.2 Điều kiện dân sinh, kinh tế - xã hội 56

3.1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng, thủy hải văn môi trường 57

3.2 Nhiệm vụ công trình bảo vệ bờ 59

3.3 Đặc điểm sóng biển khu vực xóm Rớ tỉnh Phú Yên 60

3.4 Lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên 62

3.4.1 Hiện trạng xói lở của khu vực 62

3.4.2 Yêu cầu chung lựa chọn giải pháp bảo vệ 65

3.4.3 Phân tích, đề xuất giải pháp bảo vệ 65

3.5 Tính toán điều kiện thủy hải văn thiết kế 71

3.5.1 Xác định cấp công trình: 71

3.5.2 Xác định mực nước thiết kế 71

3.5.3 Tính toán các tham số sóng 72

3.6 Tính toán hệ thống mỏ hàn ngăn cát 75

3.6.1 Tính toán vị trí xác định sóng thiết kế đối với đập mỏ hàn 75

3.6.2 Tính toán bố trí mỏ hàn 75

3.6.3 Tính toán các tham số sóng thiết kế đối với đập mỏ hàn 76

3.6.4 Tính toán mặt cắt ngang đập mỏ hàn 81

3.6.5 Xác định kích thước và trọng lượng chân khay 86

3.7 Tính toán kè bảo vệ mái 88

3.7.3 Tính toán lớp khối phủ Hohlquader 90

3.7.4 Tính toán lớp giữa (lớp đá đổ) 91

3.7.5 Xác định kích thước và trọng lượng chân khay: 93

3.8 Đề xuất giải pháp thi công 93

3.8.1 Tiến độ thi công công trình 93

3.8.1 Giải pháp thi công kè mái nghiêng 96

3.8.2 Giải pháp thi công kè mỏ hàn 100

3.8.3 Trình tự thi công và lắp đặt khối bê tông đúc sẵn 103

3.8.4 Quản lý chất lượng 104

Kết luận chương 3 109

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

I Kết luận 110

II Tồn tại và kiến nghị 110

Hình 1.1 Mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng 7

Hình 1.2 Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng 8

Hình 1.3 Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng có mái gãy 9

Hình 1.4 Đê biển mái nghiêng có mặt cắt phức hợp 9

Hình 1.5 Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên nghiêng, dưới đứng 10

Hình 1.6 Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên đứng, dưới nghiêng 10

Hình 1.7 Kè biển dạng mái nghiêng 11

Hình 1.8 Kè biển dạng tường đứng 12

Hình 1.9 Kè biển dạng hỗn hợp 13

Hình 1.10 Chân khay kè biển 15

Hình 1.11 Hệ thống đê mỏ hàn chắn cát 17

Hình 1.12 Hệ thống đê chắn sóng dọc bờ 19

Hình 1.13 Đê biển chịu sóng tràn ORD 21

Hình 1.14 Dải ngầm giảm sóng xa bờ 22

Hình 1.15 Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney (biển Bắc, nước Đức) 22

Hình 2.1: Xác định đà gió tương đương De 29

Hình 2.2 Các yếu tố sóng 30

Hình 2.3 Phân vùng sóng 31

Hình 2.4 Sóng leo trên mái dốc phức hợp 35

Hình 2.5 Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất trên mái dốc gia cố bằng các tấm bản37 Hình 2.6 Đồ thị để xác định phản áp lực của sóng 38

Hình 2.7 Các biểu đồ áp lực sóng lên một đê ngầm giảm sóng 39

Hình 2.8 a,b,c Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn thẳng đứng 42

Hình 2.9 Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn sóng thẳng đứng khi sóng rút 43

Hình 2.10 Biểu đồ áp lực sóng tác động lên mỏ hàn 44

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí mỏ hàn 49

Hình 3.2 Đường bờ khu vực xóm Rớ năm 2009 64

Hình 3.3 Đường bờ khu vực xóm Rớ năm 2014 64

Hình 3.4 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC32 72

Hình 3.5 Sơ đồ 5 vùng tính sóng ven bờ, tại mỗi vùng sẽ tiến hành xác định 73

các tham số sóng nước sâu 73

Hình 3.6 Các mặt cắt đại diện 76

Hình 3.7: Tính toán truyền sóng ngang bờ 77

Hình 3.8: Phân bố chiều cao sóng ngang bờ tại MC 1-1 78

Hình 3.9: Phân bố chiều cao sóng ngang bờ tại MC 2-2 79

Hình 3.10: Phân bố chiều cao sóng ngang bờ tại MC 3-3 80

Hình 3.11 Xác định độ sâu nước thiết kế Ds 81

Hình 3.12 Số liệu đầu vào phần mềm WADIBE 82

Hình 3.13 Phân bố chiều cao sóng khí hậu chủ đạo 83

Hình 3.14: Tính toán khối phủ chân khay 87

Hình 3.15: Kích thước cơ bản của khối Hohlquader 90

Hình 3.16: Tính toán khối phủ chân khay 93

Hình 3.17: Sơ đồ khối trình tự thi công 94

Hình 3.18: Bảng tiến độ thi công dự án 95

Hình 3.19 Mặt cắt ngang đại diện tuyến kè lát mái 98

Hình 3.20 Mặt bằng tổng thể biện pháp thi công tuyến kè lát mái 99

Hình 3.21: Biện pháp thi công kè mỏ hàn 102

Bảng 1.1 Dạng kết cấu bảo vệ mái và điều kiện áp dụng 16

Bảng 2.1 Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước 27

Bảng 2.2 Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m 28

Bảng 2.3 Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22TCN-222-95 29

Bảng 2.4 Tần suất mực nước cao nhất năm 30

Bảng 2.5 Hệ số ma sát tổng hợp 32

Bảng 2.6 Hệ số nhám và thấm của mái dốc K∆ 33

Bảng 2.7 Hệ số kinh nghiệm Kw 34

Bảng 2.8 Hệ số tính đổi Kp cho tần suất lũy tích chiều cao sóng leo 34

Bảng 2.9 Trị số R0 34

Bảng 2.10 Hệ số Kβ 36

Bảng 2.11 Hệ số kt 37

Bảng 2.12 Hệ số Ptcl 37

Bảng 2.13: Hệ số Kth 40

Bảng 2.14: Hệ số Kw 40

Bảng 2.15: Hệ số kzd 42

Bảng 2.16: Hệ số kα 45

Bảng 2.17: Hệ số ϕ theo cấu kiện và cách lắp đặt 47

Bảng 2.18: Khối lượng ổn định của viên đá làm chân kè 48

Bảng 3.1 Các giá trị mực nước tính toán khu vực 58

Bảng 3.2 Tần suất bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào Nam vĩ tuyến 17°N 59

và tỉnh Phú Yên 59

Bảng 3.3: Thống kê chiều cao sóng của các hướng chủ đạo 66

Bảng 3.4: So sánh các phương án kè biển 69

Bảng 3.5: So sánh các phương án mỏ hàn 70

Bảng 3.6 Tiêu chuẩn an toàn và phân cấp đê 71

Bảng 3.8 Tính toán chiều dài biên sóng đổ 75

Bảng 3.9: Số liệu mặt cắt MC 1-1 77

Bảng 3.10: Số liệu mặt cắt MC 2-2 78

Bảng 3.11: Số liệu mặt cắt MC 3-3: 79

Bảng 3.12 Kết quả tính toán lớp khối phủ 84

Bảng 3.13: Cấp phối đá tiêu chuẩn 85

Bảng 3.14: Bảng cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683(1) 85

Bảng 3.15: Kết quả tính toán lớp giữa 86

Bảng 3.16 Bảng cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683 (2) 86

Bảng 3.17: Trị số gia tăng độ cao 88

Bảng 3.18 Kết quả tính toán lớp khối phủ 91

Bảng 3.19: Cấp phối đá tiêu chuẩn 91

Bảng 3.20 Bảng cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683 92

Bảng 3.21: Kết quả tính toán lớp giữa 92

Bảng 3.22: Kết quả tính toán khối phủ chân khay 93

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Bờ biển nước ta có chiều dài hơn 3200 km, dọc theo chiều dài bờ biển tập trung những khu công nghiệp lớn như: Khu kinh tế Nghi Sơn – Thanh Hóa, khu kinh tế Vũng Áng – Hà Tĩnh, khu kinh tế Dung Quất – Quãng Ngãi … Ngoài ra còn

có các khu dân cư và khu du lịch như: Vịnh Hạ Long – Quảng Ninh, Sầm Sơn – Thanh Hóa, Nha Trang - Khánh Hòa … Các khu công nghiệp và khu du lịch trên có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển kinh tế xã hội của nước ta

Theo chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020, mục tiêu phát triển biển được Nghị quyết Đảng ta nêu rõ: Đến năm 2020, phấn đấu đưa nước ta trở thành quốc gia mạnh về biển, làm giàu từ biển, bảo đảm vững chắc chủ quyền, quyền chủ quyền quốc gia trên biển, đảo, góp phần quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, làm cho đất nước giàu, mạnh

Mặt khác do biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang làm cho bờ biển có xu thế bị xói lở vì thế công tác gia cố bảo vệ bờ biển là hết sức quan trọng, cần thiết và đảm bảo an toàn cho sự phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng

Những năm gần đây, xóm Rớ ở phường Phú Đông (TP Tuy Hòa - Phú Yên) luôn trong tình trạng bị nước biển xâm thực, ảnh hưởng rất lớn đến đời sống người dân Nhiều gia đình phải bỏ đi nơi khác, số còn lại thì sống trong cảnh thấp thỏm lo

sợ

Theo người dân, khoảng 5 ÷ 7 năm trước, khu dân cư xóm Rớ nằm cách bờ

biển gần 200 mét, nay chỉ còn cách hơn 30m Mặc dù đã có kè chống xói lở bờ biển nhưng từ năm 2003 đến nay hệ thống kè này vẫn bị xâm thực do thường xuyên xuất hiện triều cường cao hàng chục mét và diễn biến ngày càng phức tạp gây sạt lở trở lại, ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của nhân dân trong vùng

Hiện nay Ban quản lý dự án thủy lợi và phòng chống thiên tai tỉnh Phú Yên phối hợp với UBND TP.Tuy Hòa đã thực hiện việc định vị, cắm mốc biển báo khu vực đang bị sạt lở, khẩn trương di dời các hộ dân trong khu vực đã và đang tiếp tục

bị sạt lở, uy hiếp bởi triều cường để đảm bảo an toàn cho người dân

Trước thực trạng đã nêu, đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình

và giải pháp thi công công trình bảo vệ bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên” là cấp thiết

1.2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình và giải pháp thi công công trình bảo vệ

bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: bờ biển Tuy Hòa tỉnh Phú Yên

Phạm vi nghiên cứu: Giai đoạn lập dự án

1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận:

Từ kết quả nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, mức độ xói lở vùng bờ và đặc điểm thủy hải văn của khu vực từ đó tính toán kiểm tra đưa ra hình thức công

trình bảo vệ bờ và lựa chọn thời gian, giải pháp thi công hợp lý

Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp thống kê, khảo sát đánh giá hiện trạng

- Phương pháp điều tra đo đạc, quan sát thực tế, điều tra hiện trường

- Phương pháp so sánh lựa chọn tối ưu

- Phương pháp phân tích tổ hợp

- Phương pháp chuyên gia, tranh thủ ý kiến của các nhà khoa học, các nhà quản lý

có kinh nghiệm

1.5 Cấu trúc luận văn

Nội dung chính gồm 3 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC VÀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN XÓM

RỚ TỈNH PHÚ YÊN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN 1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung và sự tác động của nó đến công trình

1.1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung

Vùng thềm lục địa miền Trung từ vĩ tuyến 110 đến 180 Bắc (Từ Thanh Hóa đến Khánh Hòa) Vùng biển miền Trung có địa hình phức tạp, bề mặt gồ ghề, tương đối dốc và sâu Sông ngòi ngắn và dốc nên mực nước giữa các mùa chênh lệch nhau rất lớn dẫn đến lượng phù sa bồi đắp cho đường bờ không thường xuyên Địa chất khu vực chủ yếu là cát và một phần đá xen kẽ nhô ra biển nhưng mang tính không đều, có nơi vẫn tồn tại những chỗ đất yếu Do địa chất khá phức tạp nên khi xây dựng các công trình bảo vệ bờ ở đây cần phải thận trọng và thăm dò khảo sát địa chất công trình theo đúng quy định

Khu vực miền Trung nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa

rõ rệt trong năm là: Mùa hè nóng ẩm và mùa đông khô lạnh Mùa đông chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc lạnh và khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Mùa hè có nắng nóng, nhiệt độ cao với sự ảnh hưởng chủ yếu là gió mùa Tây Nam Mưa ở đây cũng hình thành 2 mùa rõ rệt Mùa mưa kéo dài từ tháng 6 đến tháng 11

và mùa khô là từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau

Thủy triều khu vực miền Trung có tính chất hỗn hợp thiên về nhật triều, trong tháng thủy triều ở đây có hầu hết các loại nhật triều, bán nhật triều và hỗn hợp Trong các vùng biển thì chế độ sóng và dòng chảy phụ thuộc chặt chẽ vào chế

độ gió ở vùng đó do vậy theo các mùa khác nhau thì chế độ sóng và dòng chảy cũng khác nhau Vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc, đường bờ chịu tác động trực tiếp của sóng hướng Đông Bắc Thời kỳ gió mùa Tây Nam thì sóng hướng Đông Nam sẽ chiếm ưu thế

1.1.2 Phân loại sóng và sự tác động của nó lên công trình

Sóng biển là yếu tố hải văn chủ yếu tác động trực tiếp đến công trình bảo vệ

bờ Các yếu tố sóng biển như: chiều cao, chiều dài, chu kỳ … là những đặc trưng quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến công trình bảo vệ bờ Ta có thể căn cứ đặc điểm của sóng mà phân ra các loại như sau:

- Nguyên nhân hình thành (sóng gió, sóng triều, sóng động đất …)

- Tính chất lực tác dụng (sóng mao dẫn và sóng trọng lực)

- Tính chất của chuyển động (sóng đi tới, sóng trùng hợp trong đó có sóng trùng hợp toàn phần là sóng đứng và sóng trùng hợp một phần, sóng giao thoa, sóng khúc

xạ, sóng nhiễu xạ, sóng phản xạ, sóng vỡ, sóng xây-sơ)

- Độ sâu nước (sóng nước sâu và sóng nước cạn)

- Chiều sài sóng (Sóng dài với chu kỳ lớn và sóng ngắn với chu kỳ bé)

- Thời điểm tác dụng (sóng cưỡng bức và sóng lừng)

- Vị trí so với mặt nước (sóng mặt và sóng nội)

- Tính chất đường mặt sóng (sóng 2 chiều và sóng 3 chiều, sóng đều và sóng không đều, sóng dao động bé và sóng dao động lớn)

Trong số các loại sóng trên thì sóng gió được coi là đối tượng chính cần xem xét trong thiết kế xây dựng công trình biển, đặc biệt là sóng do gió bão (sóng bão) và sóng lừng (sóng nằm ngoài trường gió)

Sóng gió thường là sóng không đều, ngắn, có tính ngẫu nhiên Sự hình thành sóng từ gió phụ thuộc vào tốc độ gió, thời gian gió thổi và đà gió tức chiều dài gió tác dụng lên mặt nước Các yếu tố của sóng gió luôn biến đổi theo thời gian và không gian Hướng sóng cũng luôn biến đổi nhưng hướng chính thì luôn phù hợp với chiều gió Khi tới vùng nước nông, năng lượng sóng chuyển thành dòng chảy dọc bờ và gây nên hiện tượng vận chuyển bùn cát ven bờ

Sóng bão được hình thành trong vùng có bão và chúng thường rất phức

tạp Tại một thời điểm, có rất nhiều chiều cao sóng khác nhau, sóng dường như xuất hiện đột ngột và biến mất đột ngột Sở dĩ mà sóng bão phức tạp như vậy là

do bão không chỉ đơn giản tạo nên một loại sóng mà là tạo nên toàn bộ phổ sóng với một dải các giá trị chu kỳ và chiều cao sóng khác nhau Tuy vậy, khi sóng di chuyển ra khỏi vùng có bão thì chúng lại trở nên đều đặn và phát triển thành

sóng lừng, (swell wave), đây là các sóng có chiều cao và khoảng cách giữa các

đỉnh sóng đồng đều nhau Ở trạng thái đều đặn này, một con sóng có thể nối tiếp các con sóng đơn khác trên một quãng đường dài đáng kể khi chúng lan truyền

qua đại dương Sóng lừng có vai trò truyền năng lượng qua đại dương tới bờ biển, tại đó các sóng bị vỡ do ảnh hưởng của ma sát đáy và giải phóng năng lượng mà nó mang theo trong vùng sóng vỡ

Sóng thần là sóng do động đất tạo ra, được đặc trưng bởi bước sóng rất dài

(hàng trăm km) và chu kỳ sóng tính bằng phút chứ không phải tính bằng giây Thông thường những loại sóng này là do động đất ở những độ sâu lớn (>1km) và di chuyển một quãng đường rất dài mà sự giảm chiều cao sóng không đáng kể Sóng thần cũng như động đất rất khó dự báo trước Về mặt nguyên tắc, nó cũng cần được xem xét đến trong thiết kế mặc dù tiêu chuẩn an toàn trong trường hợp này sẽ không cho lời giải kinh tế

1.1.3 Hiện trạng và xu thế xói lở bờ biển miền Trung

Quá trình bồi xói đường bờ ở khu vực miền Trung diễn biến theo các mùa khác nhau nhưng xu thế xói là chiếm ưu thế Do địa hình địa mạo khúc khuỷu, răng cưa nhiều vũng vịnh và bán đảo đá gốc nên hiện tượng xói lở chủ yếu là ở các vùng cửa sông với quy mô nhỏ, cường độ xói từ yếu đến trung bình

Vùng biển ở đây ít được che chắn và lại chịu ảnh hưởng của bão lũ nhiều nhất cho nên quá trình xói lở bờ biển ở khu vực này xảy ra rất mạnh mẽ Trong những năm gần đây, các hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra ngày càng dữ dội, gia tăng cả về tần suất lần cường độ Ngoài ra việc khai thác bùn cát của con người trên các lưu vực sông tăng mạnh, việc xây dựng các đập thủy điện và hồ chứa ở thượng nguồn dẫn đến lượng bùn cát bồi đắp cho bờ biển bị thiếu hụt Hệ quả là hiện tượng xói lở bờ biển ngày càng trở nên mãnh liệt gây nhiều thiệt hại về kinh tế và ảnh hưởng lớn đến đời sống của các khu dân cư ven biển

Quá trình xói lở đang diễn ra trên hầu hết bờ biển với mức độ (cường độ và tốc độ) khác nhau Quá trình xói lở đang diễn ra tại hầu hết các kiểu cấu tạo bờ: nền

đá gốc, sỏi cát, bùn sét, bùn, cát … song chủ yếu là bờ cát Đáng chú ý là một số đoạn bờ đã có các công trình chỉnh trị (như đê, kè, trồng cây …) vẫn tiếp tục bị xói

Số đoạn bị xói có xu thế tăng rõ rệt trong thời gian từ năm 1930 trở lại đây

1.2 Đặc điểm công trình bảo vệ bờ biển

Bờ biển là địa bàn, là căn cứ địa của tất cả các hoạt động khai thác tài nguyên biển, canh giữ và bảo vệ lãnh thổ, lãnh hải của đất nước Việc quy hoạch để hình thành từng bước các trung tâm kinh tế biển theo hướng phát triển tổng hợp phải gắn liền với việc bảo vệ bờ biển

Công trình bảo vệ bờ biển được thực hiện với những phương pháp, chức năng và kết cấu rất đa dạng như đê kè biển, các công trình ngăn cát – giảm sóng … đây là giải pháp xây dựng các công trình bảo vệ (gần bờ hoặc xa bờ) nhằm mục đích bảo vệ khu vực phía bên trong công trình Giải pháp này phù hợp trong điều kiện việc đầu tư xây dựng các công trình bảo vệ bờ có chi phí thấp hơn nguồn lợi thu được từ khu vực đó hoặc là những vị trí có vai trò quan trọng về an ninh – quốc phòng, vùng đông dân cư

Giải pháp công trình có tác động trực tiếp tới các tác nhân gây ra tai biến và

hạn chế thiệt hại cho một khu vực cụ thể một cách toàn diện nhất Tuy nhiên, giải pháp này thường tốn kém, đôi khi có thể gây ra các tác động xấu cho khu vực khác

Do đó, nhất thiết phải có tính toán chi tiết trước khi lựa chọn phương án cụ thể Thông thường người sử dụng kết hợp nhiều biện pháp khác nhau để khắc phục

những điểm yếu của mỗi biện pháp

1.2.1 Đê biển

Đê biển là một loại công trình xây dựng dọc theo bờ biển để ngăn triều, chắn sóng nhằm chống ngập mặn cho đất đai ven biển cần được bảo vệ Lấn biển, mở mang vùng đất mới tạo điều kiện cho phát triển dân sinh kinh tế của khu vực Đây

là biện pháp chủ yếu của công trình bảo vệ bờ và đã được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam (từ Quảng Ninh đến Quảng Nam) Tuy nhiên đê biển không có tác dụng chống xói lở đường bờ trong trường hợp xói lở gây ra bởi dòng ven Đê biển thường được đắp bằng đất, mặt và đáy đê phía biển được bảo vệ chống sóng, phía bờ có rãnh

thoát nước Mái đê tương đối thoải, thỉnh thoảng có lõi không thấm, có nhiệm vụ

chính là ngăn sóng tràn và thấm xuyên qua đê, gây ngập lụt và xâm nhập mặn vào

phần đất phía sau đê Dựa vào đặc điểm hình dạng hình học của đê ở phía biển, mặt

cắt đê biển có thể chia thành 3 loại: đê tường đứng (gồm cả tường dốc gần đứng), đê mái nghiêng và đê hỗn hợp

1.2.1.1 Đê biển dạng tường đứng

Độ dốc mái phía biển m = cotgα < 1, sau tường đắp bồi đất, giữa chúng có tầng lọc Khối tường có thể bằng đá xây hoặc bê tông Với kết cấu đá xây có thể là khối đá xây khan không có vữa mà các tảng hoặc khối đá xếp chèn lên nhau Điều kiện cơ bản để áp dụng công trình là nền móng phải tốt Đất nền lý tưởng nhất cho công trình này là nền đá

Ưu điểm:

Có hình dáng gọn nhẹ nên giảm được khối lượng các vật liệu xây dựng như

đá và bê tông Từ đó giảm bớt được thời gian thi công

Nhược điểm:

Yêu cầu nền địa chất nơi thi công phải cao, chiều sâu nước tại chân công trình lớn nên áp lực sóng ngang lớn, hiện tượng xói chân xảy ra mạnh mẽ dẫn đến công trình sẽ kém ổn định khi làm việc

Hình 1.1 Mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng

1.2.1.2 Đê biển mái nghiêng

Độ dốc mái phía biển thông thường có hệ số mái dốc m = cotgα > 1 Thân đê chủ yếu đắp bằng đất, mái đê có lớp gia cố Lớp gia cố mái có rất nhiều loại: đá lát khan, đá xây, đá đổ, tấm bê tông đúc sẵn, bê tông đổ tại chỗ, bê tông nhựa đường, đất xi măng, lợp cỏ … Đặc điểm đê mái nghiêng là độ dốc mái phía biển tương đối thoải, tính ổn định tốt, phản xạ sóng trước đê ít, đáy đê rộng, ứng suất phân bố đều trên đất nền Có thể áp dụng được ở những nơi có địa chất không cần tốt lắm Đê mái nghiêng được ứng dụng rộng rãi nhằm tận dụng được các vật liệu sẵn có tại chỗ như đất, đá, cát … Ngoài ra đê chắn sóng mái nghiêng còn ứng dụng nhiều khối bê tông có hình thù kì dị nhằm tiêu hao năng lượng sóng và liên kết với nhau

Ưu điểm:

Tận dụng được vật liệu địa phương, tiêu hao tốt năng lượng sóng, sóng phản

xạ ít nhất là khi mái nghiêng có độ nhám cao Do kích thước lớn nên độ ổn định của công trình rất tốt, có thể thích ứng được hầu hết các địa hình Công nghệ thi công đơn giản có thể kết hợp giữa hiện đại và thủ công

Hình 1.3 Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng có mái gãy

Hình 1.4 Đê biển mái nghiêng có mặt cắt phức hợp

1.2.1.3 Đê biển dạng hỗn hợp

Mặt phía biển của loại này có cả phần mái nghiêng lẫn phần tường đứng Đê hỗn hợp khắc phục nhược điểm và phát huy ưu điểm của hai dạng đê Có 2 loại tổ hợp là: Mái nghiêng phía trên, tường đứng phía dưới Cao trình đỉnh tường đứng ở khoảng mực nước triều cao trung bình

Hình 1.5 Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên nghiêng, dưới đứng

Mái nghiêng phía dưới, tường đứng phía trên Tường đứng được đặt trên bệ

đá đổ mái nghiêng Đỉnh lăng thể mái nghiêng ở khoảng mực nước triều cao

Hình 1.6 Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên đứng, dưới nghiêng

Hình 1.7 Kè biển dạng mái nghiêng

Hình 1.8 Kè biển dạng tường đứng

Hình 1.9 Kè biển dạng hỗn hợp

Theo hình thức kết cấu và vật liệu sử dụng, kè bảo vệ mái có nhiều loại khác nhau Kè bảo vệ mái dốc sử dụng các kết cấu từ đơn giản như trồng cỏ đến phức tạp như bê tông lắp ghép tự chèn Các hình thức thông dụng là đá đổ, đá xếp khan, khối

bê tông ghép rời, bê tông asphalt, hoặc liên kết tự chèn tạo thành mảng

Ưu điểm:

Dễ thi công, vốn đầu tư ban đầu rẻ hơn so với các phương pháp bảo vệ cứng khác Tận dụng được vật liệu địa phương, dễ dàng quan sát kiểm tra cho người quản

lý Do đó, có thể sử dụng kè lát mái cố định đường bờ trong vùng

Đáp ứng các yêu cầu bảo vệ bờ biển trước tác động của bão theo yêu cầu thiết kế và ngăn sự xâm nhập của nước biển một cách chủ động để phục vụ các yêu

cầu về phát triển kinh tế xã hội

Tạo cảnh quan sinh thái, điều kiện tốt và “thân thiện” với môi trường

Ls và chiều dày lớp phủ mái D để mà lựa chọn loại chân kè và kích thước cấu tạo chân kè phù hợp

Hình 1.10 Chân khay kè biển

Thân kè: tùy theo điều kiện cụ thể mà lựa chọn dạng kết cấu gia cố mái kè phù hợp

Bảng 1.1 Dạng kết cấu bảo vệ mái và điều kiện áp dụng

K ết cấu lớp gia cố

1 Trồng cỏ

m/s hoặc có bãi cây ngập mặn trước đê;

4 Đá hộc xây

bảo vệ mái đê;

Đỉnh kè: Trường hợp kè không có tường đỉnh, trên đỉnh kè phải bố trí gờ

có chiều cao từ 0,2m ÷ 0,5m để đảm bảo an toàn giao thông Kích thước mặt cắt

gờ đảm bảo điều kiện thi công Gờ trên đỉnh kè có thể bố trí đứt quãng

Trường hợp đỉnh kè có tường hắt sóng (tường đỉnh), khi thiết kế đỉnh tường

phải kết hợp với kết cấu đỉnh kè cho phù hợp Bố trí tường đỉnh phía mép ngoài

để giảm thể tích đất đắp Tường đỉnh có thể là tường đứng hoặc có dạng cong hắt sóng ra phía biển

đứng và loại mái nghiêng với nhiều hình dạng trên mặt bằng như chữ Y, chữ T …

Hình 1.11 Hệ thống đê mỏ hàn chắn cát

Ưu điểm:

Làm giảm lưu tốc dòng chảy, giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ gây bồi cho vùng bờ bãi bị xói, che chắn cho bờ khi sóng truyền tới, giảm lực xung kích của sóng tác dụng vào bờ và hướng dòng chảy ven bờ ra xa

Thích hợp cho nền đất yếu, sự lồi lõm của địa hình không ảnh hưởng đến thi công, thiết bị thi công đơn giản, sóng phản xạ nhỏ và không gây nhiễu động cho vùng phụ cận Vật liệu làm mỏ hàn khá đa dạng, khối lượng vật liệu ít, đòi hỏi duy tu không nhiều, có thể tận dụng được vật liệu sẵn có tại địa phương Chi phí đầu tư ban đầu, chi phí sửa chữa ở mức trung bình và đang được áp dụng nhiều tại Việt Nam Nhược điểm:

Khi độ sâu lớn thì khối lượng công trình sẽ tăng nhanh, tiêu tốn nhiều vật liệu và sức lao động Toàn bộ công trình thi công trong điều kiện ngập nước nên chịu ảnh hưởng nhiều từ thời tiết, sóng và dòng chảy

Mặt khác, theo quy luật cân bằng bùn cát, phần hạ lưu của công trình này thường bị xói nên cần phải kết hợp với các giải pháp bảo vệ khác như nuôi bãi hay công trình đê kè để bảo vệ vùng hạ lưu

1.2 4 Đê chắn sóng bờ (đê ngầm)

Đê ngầm là dạng công trình đê chắn sóng có đỉnh ngập dưới mực nước thiết

kế theo chức năng Đê ngầm thường được bố trí song song với bờ và cách bờ bảo vệ

từ 1 ÷ 1,5 lần chiều dài sóng nước sâu Đê ngầm có thể làm việc độc lập (một đê) hoặc theo nhóm (nhiều đê cách quãng) hoặc kết hợp với các dạng công trình bảo vệ

bờ khác tạo thành một hệ thống để đạt được mục tiêu bảo vệ bờ biển Mặt cắt ngang thân đê gần như đồng đều trên toàn bộ chiều dài và làm việc cả hai phía Đê ngầm nên bố trí thành từng đoạn ngắt quãng trong phạm vi hết chiều dài bờ cần bảo vệ để trao đổi bùn cát ngoài và trong đê thuận lợi Chiều dài đoạn đê lấy bằng 1,5 ÷ 3,0 lần khoảng cách giữa đê và đường bờ Khoảng cách đoạn đê ngắt quãng lấy bằng 1/3 ÷ 1/5 lần chiều dài một đoạn tường và bằng 2 lần chiều dài sóng

Ưu điểm:

Có tác dụng làm tiêu hao một phần năng lượng sóng trước khi sóng tác dụng lên đường bờ, làm giảm tốc độ dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ, gây bồi tạo bãi và gia tăng ổn định cho các công trình bảo vệ bờ hiện có Những hiệu quả trên đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu và công trình thự tiễn ở nhiều nước trên thế giới, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và không làm phá vỡ cảnh quan du lịch ở các vùng biển

Nhược điểm:

Toàn bộ công trình thi công trong điều kiện ngập nước nên chịu ảnh hưởng nhiều từ thời tiết, sóng và dòng chảy làm cho việc thi công rất khó khăn Chiều sâu nước và áp lực sóng lớn dẫn đến phía hạ lưu đập chắn sóng thường bị xói lở mạnh

Hiện tại đê ngầm đang trong giai đoạn thử nghiệm và chưa đưa vào ứng dụng rộng rãi ở nước ta Cần có những nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu quả giảm sóng một cách đầy đủ gắn trong điều kiện tự nhiên ở nước ta

Hình 1.12 Hệ thống đê chắn sóng dọc bờ

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam

Biển và đại dương chiếm một diện tích khá lớn trên bề mặt trái đất (khoảng 75%) chứa nhiều tài nguyên vô cùng phong phú nhưng chưa được khai thác nhiều, trong khi đó nguồn tài nguyên trên phần lục địa đã được khai thác gần như cạn kiệt Trước tình hình đó, nhiều nước ven biển trên thế giới đã đua nhau tiến công ra biển nhằm khai thác sử dụng tiềm năng phong phú của biển để phát triển nền kinh tế

nước mình Để khai thác sử dụng nguồn tài nguyên biển phục vụ cho kinh tế xã hội thì cần phải có cơ sở hạ tầng kỹ thuật trên biển, trong đó các công trình bảo vệ bờ chiếm một phần rất quan trọng Các loại công trình biển được xây dựng trong điều kiện tự nhiên vô cùng phức tạp, sóng to gió lớn, địa hình biến đổi không ngừng theo thời gian và không gian, địa chất có nhiều biến đổi theo vùng và mang tính đột biến

Hệ thống công trình bảo vệ bờ được xây dựng nhằm bảo vệ đường bờ tránh khỏi những tác động của lũ lụt và thiên tai từ biển Vì tính chất quan trọng đó mà những nghiên cứu về công trình bảo vệ bờ ở trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia có biển

đã có một lịch sử phát triển rất lâu đời Tuy nhiên tùy thuộc vào các điều kiện tự

nhiên và trình độ phát triển của mỗi quốc gia mà các hệ thống công trình bảo vệ bờ phát triển ở những mức độ khác nhau

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Ngày nay ở các nước như Hà Lan, Mỹ, Nhật … với sự phát triển của khoa học công nghệ, vật liệu mới và máy móc thi công hiện đại đã xây dựng được các hệ thống công trình kiên cố nhằm chống lại những ảnh hưởng từ biển với tần suất hiếm

Trước đây quan điểm thiết kế đê biển truyền thống ở các nước châu Âu là hạn chế tối đa sóng tràn qua do vậy cao trình đỉnh đê rất cao nhưng rủi ro khi xảy ra

sự cố thì hậu quả là rất lớn

Trong những năm gần đây, tư duy và phương pháp luận thiết kế đê biển ở các nước phát triển đã và đang có sự biến chuyển rõ rệt Giải pháp kết cấu, chức năng và điều kiện làm việc của đê biển được đưa ra xem xét một cách chỉnh thể hơn theo quan điểm hệ thống, bền vững và hài hòa với môi trường

Về cấu tạo hình học và kết cấu: Khi xây dựng hoặc nâng cấp đê lên rất cao

để chống (không cho phép) sóng tràn qua thì dẫn đến công trình rất đồ sộ, gây ảnh hưởng đến cảnh quan của vùng bờ Tuy nhiên vẫn có thể bị hư hỏng do áp lực sóng lớn dẫn tới thiệt hại khôn lường Thay vào đó ta có thể xây dựng để chịu được sóng tràn qua đê, nhưng không thể bị vỡ Tất nhiên khi chấp nhận sóng tràn cũng có nghĩa là chấp nhận một số thiệt hại nhất định ở vùng phía sau được bảo vệ, tuy nhiên so với trường hợp vỡ đê thì thiệt hại trong trường hợp này là không đáng kể Đặc biệt là nếu như một khoảng không gian nhất định phía sau ta quy hoạch thành vùng đệm đa chức năng để thích nghi với điều kiện bị ngập ở một mức độ và tần suất nhất định Đây chính là cách tiếp cận theo quan điểm hệ thống, lợi dụng tổng hợp, và bền vững vùng bảo vệ bờ ComCoast (Combining Functions in Coastal Defence Zone, xem www.ComCoast.org) của liên minh Châu Âu (Hình 1.13) Như vậy thay vì một con đê biển như một dải chắn nhỏ thì chúng ta sử dụng cả một vùng bảo vệ ven biển mà có thể sử dụng tổng hợp

Hình 1.13 Đê biển chịu sóng tràn ORD

Bên cạnh các giải pháp về mặt kết cấu chống sóng tràn thì cấu tạo hình dạng mặt cắt ngang đê đóng vai trò quan trọng đối với đê an toàn cao trong việc đảm bảo

ổn định đê, tăng cường khả năng chống xói do dòng chảy (sóng tràn), và đặc biệt là kiến tạo không gian cho các mục đích lợi dụng tổng hợp của đê và vùng đệm phía sau đê Song song với gia cố chống sóng tràn cho mái đê phía trong thì các giải pháp cho mái kè phía biển nhằm đảm bảo an toàn của đê biển dưới tác động của sóng bão cũng rất quan trọng Hàng loạt các dạng kết cấu mái kè phía biển có khả năng ổn định trong điều kiện sóng lớn nhưng thân thiện với môi trường sinh thái đã được nghiên cứu áp dụng với sự đẩy mạnh ứng dụng kết hợp công nghệ vật liệu địa

kỹ thuật tổng hợp Xu thế chung hiện nay các dạng cấu kiện khối phủ không liên kết

có dạng hình cột trụ đang được áp dụng rộng rãi cho mái kè Ưu điểm nổi bật đã được chứng minh của dạng cấu kiện này là có hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao hơn so với các dạng kết cấu truyền thống khác như liên kết mảng hoặc tấm mỏng thể hiện qua các mặt như mức độ ổn định cao, tính năng bảo vệ linh động với biến dạng nền,

dễ thi công và bảo dưỡng, và khả năng thân thiện tốt với môi trường

Về điều kiện làm việc và tương tác giữa tải trọng với công trình: Đây chính

là những giải pháp nhằm giảm thiểu các tác động của tải trọng lên công trình, đặc biệt là của sóng Có thể phân chia các giải pháp này thành hai nhóm chính: một là tôn tạo, giữ bãi thềm trước đê và giải pháp công trình nhằm giảm sóng hoặc cải thiện điều kiện tương tác sóng và công trình

Nhóm giải pháp thứ nhất, chủ yếu tập trung vào giảm thiểu các tác động của sóng trong điều kiện bình thường, có thể là các giải pháp mềm thân thiện với môi

trường như nuôi dưỡng bãi (chống xói giữ bãi đê, chân đê), trồng rừng ngập mặn (giảm sóng tăng bồi lắng), hoặc giải pháp cứng như áp dụng hệ thống kè mỏ hàn,

hoặc đê chắn sóng xa bờ để giữ bãi Tuy vậy các giải pháp này không thể áp dụng rộng rãi mà còn phụ thuộc điều kiện cụ thể ở từng vùng

Nhóm giải pháp thứ hai, các biện công trình được áp dụng với mục đích giảm sóng từ xa (làm sóng vỡ một phần trước khi tới công trình) hoặc cản sóng trên

bờ nhằm thay đổi tính chất tương tác giữa sóng với công trình theo hướng giảm tác động bất lợi lên công trình Hình 1.14 và hình 1.15 lần lượt minh họa các giải pháp giảm sóng xa bờ và trên bờ thuộc nhóm giải pháp thứ hai nhằm cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao mức độ an toàn của đê biển

Hình 1.14 Dải ngầm giảm sóng xa bờ

Hình 1.15 Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney

(biển Bắc, nước Đức)

Như vậy có thể thấy rằng trong những năm gần đây phương pháp luận thiết

kế và xây dựng đê biển trên thế giới đã có nhiều chuyển biến rõ rệt Đê biển đang được xây dựng theo xu thế chống đỡ với tải trọng một cách mềm dẻo và linh động hơn, do đó đem lại sự an toàn, bền vững, thân thiện với môi trường và đặc biệt là có

thể lợi dụng tổng hợp

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Đê biển Việt Nam được hình thành từ rất sớm nhằm bảo vệ sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy hải sản Các tuyến đê biển được tạo thành từ những vùng đất rộng lớn cơ bản kép kín cùng với đê sông, hằng năm các tuyến đê biển vẫn được củng cố nâng cấp Mặc dù có lịch sử lâu đời về xây dựng đê biển nhưng phương pháp luận và cơ sở khoa học cho thiết kế đê biển ở nước ta còn lạc hậu, chưa bắt kịp với những tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới Bên cạnh đó phương pháp và công nghệ thi công đê biển còn chậm tiến bộ, ít cơ giới hóa

Hiện nay các công trình bảo vệ bờ biển điển hình như ở Hải Phòng (Đồ Sơn, Cát Hải), Nam Định (Hải Hậu, Nghĩa Hưng), Thái Bình (Thái Thụy, Tiền Hải), Thanh Hóa (Hậu Lộc, Hoằng Hóa) … đang bị phá hủy từng ngày với nhiều nguyên nhân Nguyên nhân chủ quan như thiết kế chưa đưa ra các giải pháp tối ưu tính toán đầy đủ các yếu tố bất lợi đến công trình (địa hình, địa chất, các yếu tố tác dụng lên công trình … ), thi công chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra (độ chặt đầm nén đất, chất lượng bê tông … ) Nguyên nhân khách quan như các diễn biến bất thường của thời tiết kèm theo những yếu tố cực đoan (nước biển dâng, bão … ) Gần đây, các tiến bộ mới trong kỹ thuật thiết kế và xây dựng đê biển ở trên thế giới

đã được nghiên cứu áp dụng với điều kiện cụ thể của nước ta Trong đó đặc biệt là khái niệm sóng tràn lần đầu tiên được xem xét là một tải trọng quan trọng nhất trong tính toán thiết kế đê biển và đã được đưa vào Hướng dẫn thiết kế đê biển mới thay cho tiêu chuẩn ngành 14TCN-130-2002 Các thí nghiệm sóng tràn qua đê biển trên mô hình vật lý máng sóng ở Trường Đại học Thủy Lợi đã chứng tỏ việc áp dụng các phương pháp tính toán sóng tràn tiên tiến đang được áp dụng phổ biến hiện nay trên thế giới như TAW (2002) cho điều kiện ở Việt Nam là hoàn toàn phù

hợp Bên cạnh đó, được sự giúp đỡ của các chuyên gia Hà Lan trong khuôn khổ dự

án phối hợp nâng cao năng lực đào tạo ngành Kỹ thuật Biển ở Trường Đại học Thủy Lợi, lần đầu tiên một máy xả sóng đã được chế tạo tại Việt Nam với mục tiêu thử nghiệm đánh giá khả năng chịu sóng tràn của đê biển nước ta

Gần đây việc nghiên cứu áp dụng một số công nghệ vật liệu mới như Consolid, kết cấu neo địa kỹ thuật nhằm gia tăng ổn định của đê biển hiện có cũng đã được đề cập đến ở một số đề tài nghiên cứu cấp bộ và nhà nước Mặc dù vậy khái niệm đê an toàn cao thân thiện với môi trường vẫn còn khá mới mẻ ở nước

ta và chưa có công trình nghiên cứu áp dụng

Như vậy có thể thấy rằng tuy là muộn nhưng việc áp dụng và cập nhật các tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới vào công tác xây dựng đê biển ở nước ta đã

có những bước tiến đáng kể Tuy nhiên cần phải đẩy mạnh hơn nữa những công trình nghiên cứu khoa học để áp dụng một cách hiệu quả các thành tựu này vào trong điều kiện thực tiễn đặc thù của nước ta

Kết luận chương 1

Công trình bảo vệ bờ biển có tầm quan trọng to lớn và ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế - xã hội, quốc phòng an ninh của đất nước Với hình thức kết cấu đa dạng, làm việc trong môi trường rất phức tạp, luôn phải chịu những tác động mạnh của môi trường biển như sóng gió, thủy triều … những tác động đó là một quá trình thường xuyên liên tục, ngoài ra còn các yếu tố khác tác động lên công trình như tác động xâm thực ăn mòn, lực do sóng của tàu thuyền gây ra … Đó chính là các tác nhân chính gây hư hỏng công trình và biến dạng đường bờ Việc nghiên cứu, nắm

rõ bản chất của các yếu tố tác dụng lên đường bờ sẽ giúp ta đưa ra được phương án bảo vệ bờ đạt hiệu quả nhất từ đó đề ra phương án tổ chức và công nghệ thi công hợp lý

Bờ biển Việt Nam nói chung và bờ biển miền Trung khu vực Phú Yên nói riêng là những khu kinh tế có vị trí quan trọng đối với phát triển kinh tế xã hội nước

ta Hiện nay một số nơi có xu hướng xói lở đường bờ gây ảnh hưởng lớn đến sự phát triển kinh tế xã hội của vùng Đặc điểm tự nhiên của vùng bờ biển miền Trung

có ảnh hưởng đến các giải pháp bảo vệ bờ Có rất nhiều giải pháp công trình bảo vệ

bờ biển với nhiều hình thức kết cấu đa dạng Lựa chọn giải pháp nào cho phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội là những nội dung cần nghiên cứu để đảm bảo công trình làm việc ổn định lâu dài, đáp ứng được yêu cầu hiện tại cũng như trong thời gian sắp tới của khu vực

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC VÀ KẾT CẤU

2.1 Yêu cầu và xác định lực tác dụng vào công trình bảo vệ bờ

2.1.1 Tính toán xác định mực nước triều thiết kế

Mực nước triều cao thiết kế thông thường được xác định theo phương pháp tính toán tần suất mực nước triều cao nhất năm Mỗi năm đo được hơn 700 số liệu ứng với đỉnh triều vùng bán nhật triều và hơn 360 ở vùng nhật triều Tập hợp các số liệu đỉnh triều trong một năm đó có coi một cách gần đúng là một liệt các biến số ngẫu nhiên Số hạng lớn nhất trong liệt đó là mực nước triều cao nhất năm Nếu có

n năm số liệu mực nước triều, sẽ có n số hạng lớn nhất Vì các số hạng mực nước lớn nhất là cực trị, phân bố xấc suất của nó là phân bố cực trị Trong liệt n trị số mực nước triều cao nhất năm, gọi tần suất xuất hiện của mực nước bằng hoặc cao hơn một trị số nào đó là P(%), chu kỳ lặp (cũng gọi là hoàn kỳ, hay số năm xuất hiện trở lại) là T(năm) là:

2.1.2 Tính toán các yếu tố sóng do gió

2.1.2.1 Tính toán các số liệu về gió dùng để tính sóng

- Tốc độ gió

Tốc độ gió dùng để tính toán sóng là đo tốc độ gió lấy trung bình trong 10 phút tự ghi của máy đo gió ở độ cao 10m trên mặt nước

W10 = kt kđ k10 Wt (2-4) Trong đó:

Wt – Tốc độ gió thực đo, lấy trung bình trong 10 phút và với tần suất quy định

kt – Hệ số tính lại tốc độ gió đo được bằng máy đo gió

kđ – Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

+ Khi đo trên bãi cát bằng phẳng kđ = 1

+ Khi đo trên các loại địa hình A, B, C trị số kđ lấy theo Bảng 2.1

k10 – Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m trên mặt nước, xác định theo Bảng 2.2

Bảng 2.1 Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

- Dạng địa hình B ứng với á vùng thành phố, kể cả ngoại ô, các vùng rừng rậm và các địa hình tương ứng có các vật chướng ngại phân bố đều khắp, với chiều cao các chướng ngại cao hơn 10m so với mặt đất

- Dạng địa hình C ứng với các khu thành phố với các nhà cao hơn 25m Bảng 2.2 Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m

Khoảng cách giữa máy

k10 1,14 1,11 1,07 1,04 1,02 1,00 0,98 0,97

Khoảng cách giữa máy

k10 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89

- Đà gió

Đà gió được xác định tùy theo tình hình thực tế ở địa điểm dự báo

+ Nếu địa điểm dự báo là vùng nước hẹp, đà gió D được xác định theo phương pháp

đồ giải “đà gió tương đương” De Hình 2.1

i i i 2 i e

cosαrΣ

αcosrΣ

Hình 2.1: Xác định đà gió tương đương De

- Đối với vùng không có yếu tố địa hình hạn chế, giá trị trung bình của đà gió D(m) đối với một tốc độ gió tính toán W(m/s) cho trước, được xác định theo công thức:

- Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22TCN-222-95 được xác định theo Bảng 2.3

Bảng 2.3 Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22TCN-222-95

Khi đà gió lớn hơn 100km thì tốc độ gió tính toán phải xác định có xét đến sự phân

bố tốc độ gió theo không gian

2.1.2.2 Mực nước tính toán sóng

Mực nước tính toán sóng là mực nước cao nhất năm có tần suất đảm bảo tương ứng với các cấp công trình như Bảng 2.4

Bảng 2.4 Tần suất mực nước cao nhất năm

Nếu trong số liệu tính toán tần suất mực nước chưa kể đến chiều cao nước dâng do bão thì cần cộng thêm trị số nước dâng tính toán vào mực nước tính toán sóng

2.1.2.3 Các yếu tố sóng

Các kích thước đặc trưng chủ yếu của hình thái sóng được thể hiện như hình 2.2

Hình 2.2 Các yếu tố sóng Ngọn sóng: Phần sóng trên mặt nước tĩnh

Đỉnh sóng: Điểm cao nhất sóng

Bụng sóng: Phần sóng dưới mặt nước tĩnh

Chân sóng: Chỗ thấp nhất của bụng sóng

Chiều sao sóng Hs: Khoảng cách thẳng đứng giữa chân sóng và đỉnh sóng

Chiều dài sóng Ls: Khoảng cách ngang giữa hai đỉnh sóng hoặc hai chân sóng kề nhau

Độ dốc sóng Hs/Ls: Tỉ số giữa chiều cao sóng và chiều dài sóng

Đường trung bình sóng: Đường nằm ngang chia đôi chiều cao sóng

Độ dướn δ: Độ cao chênh lệch giữa đường trung bình sóng và đường mặt nước tĩnh

Chu kì sóng Ts: Thời gian thực hiện một lần nhô lên, thụt xuống của sóng

Tốc độ sóng C: Tốc độ ngọn sóng di chuyển theo phương ngang

L

2ππcthg

s

2 s s

L

th2π

gT

- Sóng vỗ bờ

Độ sâu tiếp tục giảm nhỏ, ảnh hưởng của ma sát đáy càng rõ dẫn đến sóng không

ổn định hay không giữ nổi thăng bằng mà đổ xuống, phát sinh sóng vỡ Sau khi

sóng vỡ, một loại sóng mới hình thành và lại tiến về phía trước đến một vị trí nào

đó lại bị đổ xuống mà vỡ lần nữa Dần dần quỹ tích chuyển động của chất điểm nước đã không còn khép kín nữa mà bị đẩy về phía trước hình thành một dòng sóng xô vào bờ

- Sóng leo

Sau lần đổ cuối cùng của sóng vỗ bờ, sóng hình thành một dòng xung kích rất mạnh trườn lên mặt dốc, leo đến một độ cao nào đó rồi rút xuống Trong vùng này, các yếu tố hình dạng đã không còn tồn tại, gọi là vùng sóng leo

2.1.3 Xác định chiều cao nước dâng do gió bão

Chiều cao nước dâng do bão Hnd được xác định tốt nhất theo các số liệu quan trắc thực tế Được tính toán theo công thức phổ biến:

2 w nd

β – Góc giữa hướng gió thổi và pháp tuyến của đường bờ (độ)

Kw – Hệ số ma sát tổng hợp, tham khảo bảng 2.5, ở Việt Nam có thể chọn Kw = 3,6.10-6

Bảng 2.5 Hệ số ma sát tổng hợp

2.1.4 Xá c định chiều cao sóng leo

2.1.4 1 Trường hợp mái nghiêng chỉ có 1 độ dốc

Rp – Chiều cao sóng leo có tần suất lũy tích là p

K∆ – Hệ số nhám và tính thấm của mái nghiêng, dựa vào tính chất của vật liệu gia

cố mặt để tra bảng 2.6

Kw – Hệ số kinh nghiệm, tra bảng 2.7 theo đại lượng W

g.h

Kp – Hệ số tính đổi tần suất lũy tích của chiều cao sóng leo, xác định theo bảng 2.8

m – Hệ số mái dốc, m = cotgα với α là góc nghiêng của mái

Hs – Chiều cao trung bình của sóng trước đê

Ls – Chiều dài sóng trước đê

Trường hợp hệ số mái dốc m ≤ 1,25

Trong đó:

R0 – Chiều cao sóng leo khi không có gió, mặt dốc trơn và không thấm nước (K∆= 1)

Chiều cao trung bình của sóng Hs = 1m, trị số R0 được xác định theo bảng 2.9

Trường hợp hệ số mái dốc 1,25 < m < 1,5

Có thể nội suy chiều cao sóng leo từ các trị số tính theo m = 1,25 và m = 1,5

Bảng 2.6 Hệ số nhám và thấm của mái dốc K∆

Trơn phẳng, không thấm nước (bê tông nhựa) 1,0