“NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BÃI TRƯỚC HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN, HUYỆN CÁT HẢI, HẢI PHÒNG”

Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy LỜI CẢM ƠN Sau thời gian công tác, học tập với giúp đỡ vô quý báu thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi, bạn bè đồng nghiệp gia đình với nỗ lực thân, tơi hồn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chun ngành Xây dựng cơng trình thủy đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BÃI TRƯỚC HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN, HUYỆN CÁT HẢI, HẢI PHỊNG”, với mong muốn đóng góp giá trị khoa học đem lại hiệu thực tiễn Hơm nay, luận văn hồn thành xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi, Phòng Đào tạo Đại học Sau đại học, khoa Cơng trình thầy mơn Cơng Trình thời gian qua tạo điều kiện thuận lợi để hồn thành tốt khóa học luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Vũ Minh Cát trực tiếp hướng dẫn, bảo giúp đỡ tận tình cho tơi suốt q trình thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người khích lệ, động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu vừa qua Do thời gian trình độ hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận quan tâm bảo đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn bè đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2011 Học viên Đào Anh Tuấn Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Các nội dung nghiên cứu Đào Anh Tuấn CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ KHU VỰC CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ KHU VỰC HUYỆN CÁT HẢI-HẢI PHÒNG 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực dự án 1.2 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG -THỦY VĂN 1.2.1 Điều kiện khí tượng 10 1.2.1.1 Nhiệt độ 10 1.2.1.2 Độ ẩm 10 1.2.1.3 Bốc 10 1.2.1.4 Số nắng 11 1.2.1.5 Gió 11 1.2.1.6 Bão 13 1.2.1.7 Nước dâng bão 14 1.2.2 Điều kiện thuỷ hải văn 15 1.2.2.1 Thuỷ triều 15 1.2.2.2 Chế độ sóng 16 1.2.2.3 Dòng chảy ven bờ 17 1.2.2.4 Vận chuyển bùn cát 22 1.3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT 23 1.3.1 Các lớp địa chất từ xuống 23 1.3.2 Điều kiện địa chất thủy văn 24 1.4 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH, KINH TẾ, XÃ HỘI 25 1.4.1 Dân số lao động 25 1.4.1.1 Cơ cấu dân số 25 1.4.1.2 Dự báo nguồn nhân lực 25 1.4.2 Cơ cấu ngành nghề 26 1.4.3 Cơ sở hệ thống hạ tầng 26 1.4.3.1 Giao thông 26 1.4.3.2 Cảng, bến 26 1.4.3.3 Hệ thống điện 26 1.5 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN, KÈ MỎ HÀN 27 1.5.1 Hiện trạng hệ thống đê biển 27 1.5.2 Hiên trạng kè mỏ hàn 30 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XÓI LỞ, BỒI TỤ BỜ BIỂN KHU VỰC CÁT HẢI 31 2.1 CÁC CƠ CHẾ GÂY XÓI BỒI 31 2.1.1 Xói q trình vận chuyển bùn cát ngang bờ 31 2.1.2 Xói trình vận chuyển bùn cát dọc bờ 31 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.2.1 Phương pháp sử dụng tài liệu thực đo 32 2.2.2 Phương pháp viễn thám, GIS 33 2.2.3 Ứng dụng mô hình tính tốn diễn biến đường bờ 35 2.3 TÌNH HÌNH XĨI LỞ BỜ BIỂN CÁT HẢI 38 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Học viên: Đào Anh Tuấn T T Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 2.3.1 Xói lở khu vực Bến Gót- Hồng Châu 38 2.3.2 Xói lở đoạn bờ Cái Vỡ - Văn Chấn 40 2.3.3 Hiện trạng đê biển Cát Hải 40 2.3.4 Nguyên nhân xói lở bờ biển Cát Hải 41 2.4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ ĐÊ BIỂN CÁT HẢI 43 2.4.1 Kiến nghị giải pháp 44 2.4.2 Phân tích để lựa chọn giải pháp thiết kế 46 2.4.2.1 Giải pháp đê kè kết hợp với nuôi bãi 46 2.4.2.2 Giải pháp đê kè kết hợp với đê phá sóng xa bờ 46 2.4.2.3 Giải pháp đê kè kết hợp với kè mỏ hàn 47 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ 48 3.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH 50 3.2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT 52 3.3 ĐIỀU KIỆN THỦY ĐỘNG LỰC, THIẾT KẾ 53 3.3.1 Mực nước thiết kế tại khu vực thiết kế công trình 53 3.3.2 Tính tốn sóng thiết kế 55 3.3.2.1 Tính tốn tham số thiết kế sóng nước sâu sóng chân cơng trình 55 3.3.2.2 Cơ sở lý thuyết: Tính sóng nước sâu theo Weibull 56 3.3.3 Tính tốn truyền sóng vào chân cơng trình 61 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 64 4.1 TÍNH TỐN CÁC CAO TRÌNH THIẾT KẾ 64 4.1.1 Các phận tạo thành 64 4.1.2 Nguyên tắc làm việc mỏ hàn 64 4.1.3 Tuyến bố trí hệ thống mỏ hàn 66 4.1.4 Phương mỏ hàn 66 4.1.5 Chiều dài mỏ hàn 66 4.1.6 Khoảng cách mỏ hàn 67 4.1.7 Thiết kế chi tiết mặt cắt kè mỏ hàn 67 4.1.7.1 Chiều rộng đỉnh kè mỏ hàn 67 4.1.7.2 Cao trình đỉnh đập mỏ hàn 68 4.1.7.3 Cao trình gốc đập mỏ hàn 68 4.1.7.4 Xác định kích thước lớp phủ 68 4.1.7.5 Xác định kích thước lớp 70 4.1.7.6 Xác định kích thước lớp lõi 71 4.1.7.7 Xác định kích thước trọng lượng chân khay 72 4.1.7.8 Tính tốn lớp thềm bảo vệ chống xói chân khay 75 4.1.7.9 Tính tốn đầu đập mở rộng 77 4.1.7.10 Xử lý thiết kế lớp vải lọc địa kỹ thuật cho cơng trình 78 4.2 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH KÈ CÁT HẢI-HẢI PHÒNG 79 4.2.1 Kiểm tra ổn định chân khay 79 4.2.2 Tải trọng sóng lên kè mỏ hàn mái nghiêng 81 4.2.3 Kiểm tra trượt phẳng đập mái nghiêng 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Học viên: Đào Anh Tuấn T T Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng công trình thủy THỐNG KÊ BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Nhiệt độ trung bình các tháng năm 10 Bảng 1.2: Độ ẩm tương đối trung bình theo tháng (tại Hòn Dấu) 10 Bảng 1.3: Lượng bốc trung bình tháng 11 Bảng 1.4: Số nắng tháng 11 Bảng 1.5: Tần suất hướng gió tháng mùa đơng trung bình nhiều năm 11 Bảng 1.6: Tần suất hướng gió chuyển tiếp nhiều năm 11 Bảng 1.7: Tần số bão xuất 13 Bảng 1.8: Tần suất hoạt động bão phân bố theo vĩ độ 13 Bảng 1.9: Tần suất nước dâng (%) vùng bờ biển bắc vĩ tuyến 16 14 Bảng 1.10: Mực nước đặc trưng trạm Hòn Dấu từ năm 1983-2004 (theo cao độ lục địa) 15 Bảng 1.11: Độ cao, độ dài, tốc độ chu kỳ sóng lớn 17 Bảng 1.12: Tổng hợp tính chất lý lớp đất 24 Bảng 1.13: Hiện trạng tuyến đê kè đoạn trực tiếp với biển 28 Bảng 2.1: Các tính số mơ hình xác định qua trường hợp tính tốn phân tích thực tế 36 Bảng 2.2: Tóm tắt tính chủ yếu mơ hình 37 Bảng 2.3: Mức độ bồi xói qua năm 39 Bảng 2.4: Tốc độ xói (m/năm) 39 Bảng 3.1: Tiêu chuẩn an toàn 49 Bảng 3.2: Tiêu chí phân cấp đê 49 Bảng 3.3: Tổng hợp tính chất lý lớp đất 53 Bảng 3.4: Chuỗi số liệu sóng cực hạn trạm Bạch Long Vĩ (1970-1997) 59 Bảng 3.5: Chiều cao sóng ứng với tần suất 60 Bảng 4.2: Hệ số φ theo cấu kiện cách lắp đặt 69 Bảng 4.3: Bảng tra hệ số lớp độ rỗng 71 Bảng 4.4: Kết tính tốn chiều dày lớp theo TCN 71 Bảng 4.5: Kết tính toán trọng lượng viên đá lớp lõi theo TCN 72 Bảng 4.6: Hệ số kt 82 Bảng 4.7: Hệ số Ptcl 82 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy THỐNG KÊ HÌNH VẼ Hình 1.1: Khu vực đảo Cát Hải Hình 1.2: Hoa gió tại trạm hòn Dấu (1983-1994) 12 Hình 1.3: Hệ thống đê kè Cát Hải 27 Hình 2.1: Vận chuyển bùn cát dọc bờ tác dụng sóng dòng chảy 31 Hình 2.2: Xói mái đê Cát Hải 7/2005 41 Hình 2.3: Đập chắn sóng xa bờ phản ứng vùng bờ 45 Hình 2.4: Dạng đường bờ tổng quát đập mỏ hàn 45 Hình 2.5: Hình dạng đường bờ tổng quát sử dụng hệ thống đập mỏ hàn 46 Hình 3.1: Vị trí tuyến đập mỏ hàn 48 Hình 3.2: Vị trí mặt cắt điển hình 50 Hình 3.3: Mặt cắt 51 Hình 3.4: Mặt cắt 51 Hình 3.5: Mặt cắt 52 Hình 3.6: Đường tần suất mực nước tổng hợp điểm T17(106°53', 20°49') Đồng Bài, Cát Hải, TP Hải Phòng 55 Hình 3.7: Đường tần suất chiều cao sóng 59 Hình 3.8: Kết quả truyền sóng theo mặt cắt 61 Hình 3.9: Kết quả truyền sóng theo mặt cắt 62 Hình 3.10: Kết quả truyền sóng theo mặt cắt 63 Hình 4.1: Các phận mỏ hàn 64 Hình 4.2: Dòng chảy tách bờ sát mỏ hàn 65 Hình 4.3: Dòng chảy tuần hoàn hai mỏ hàn 65 Hình 4.4: Dòng chảy tách bờ mỏ hàn 65 Hình 4.5: Quan hệ trục mỏ hàn hướng sóng 66 Hình 4.6: Mặt cắt kè dạng mái nghiêng 67 Hình 4.7: Chân khay nước nơng 72 Hình 4.8: Chân khay nước nơng 73 Hình 4.9: Chân khay nước sâu 73 Hình 4.10: Bảo vệ mái phủ chân khay 73 Hình 4.11: Đồ thị xác định trọng lượng cấu kiện 74 Hình 4.12: Thiết kế cấu kiện CK1 phủ chân khay 76 Hình 4.13: Sơ đồ tính tốn mở rộng đầu đập 77 Hình 4.14: Thay đổi kích thước hình học đầu đập 77 Hình 4.15: Sơ đồ tính áp lực sóng lên kè mỏ hàn mái nghiêng 81 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Học viên: Đào Anh Tuấn T T T T Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy LỜI MỞ ĐẦU Cát Hải đảo nhỏ có dân số lên đến 1,3 vạn người chủ yếu sống nghề nuôi trồng đánh bắt thủy hải sản, làm muối chế biến thuỷ sản (mắm sản phẩm đơng lạnh ) Cát Hải có tiềm du lịch sinh thái vị trí quân quan trọng vùng đông bắc tổ quốc Sự ổn định đảo có liên quan đến luồng tàu vào cảng Hải Phòng qua cửa Nam Triệu bờ biển đảo Cát Hải bị sóng hướng nam đơng nam gây sạt lở bị dòng ven mang theo bồi lấp nghiêm trọng luồng tàu gây khó khăn khơng cho vận tải thủy, mà cho ổn định hệ thống đê biển đảo Cát Hải Do việc giữ ổn định đường bờ Cát Hải, chống xói lở nhiệm vụ quan trọng cấp thiết nhằm đảm bảo an tồn tính mạng, đời sống nhân dân đảo, phát triển sản xuất, tạo hội đầu tư nước ổn định cho luồng tàu vào cảng khu vực Hải Phòng Để đáp ứng u cầu đó, bên cạnh việc củng cố, xây dựng hệ thống đê, kè có việc xác định ngun nhân, chế xói lở, phá hoại đê bãi trước biển đề xuất giải pháp nhằm ổn định lâu dài bãi trước đê nhiệm vụ vô cấp bách I Tính cấp thiết đề tài Tồn đảo Cát Hải có 20,6 km đê bao quanh, có tuyến đê xung yếu từ Bến Gót đến Hồng Châu nằm phía nam đảo chịu tác động trực tiếp sóng, gió nơi có dòng chảy ven bờ mạnh dải bờ bị xâm thực Đê biển Cát Hải cơng trình đất, mái phía biển bảo vệ kè lát mái đoạn xung yếu thường xuyên chịu tác động sóng triều Nguyên nhân gây xói lở bờ đảo Cát Hải dòng tổng hợp liên quan đến tính bất đẳng tốc bất đẳng thời dòng lên dòng xuống qua vùng bờ lạch đầu Chương Hoàng Châu Hàng Dầy Nằm kẹp hai cửa sông lớn sơng Bạch Đằng sơng Chanh Phía Nam đảo nơi chịu tác động mạnh mẽ yếu tố thủy động lực Mùa hè sóng gió thịnh hành hướng Đông Nam, Nam, Nam Đông Nam với tần suất lên tới 70% Thời kỳ triều cường có mực nước triều đạt độ cao theo hải đồ (3,5 m) sóng trực tiếp đánh vào đê Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy Sóng vỡ sát chân đê, kè, tạo thành dòng chảy sóng với tốc độ 0,35 - 1,28 m/s rửa trơi trầm tích hạt mịn chí hạt trung Hiện tượng moi đáy làm mặt bãi bị hạ thấp, chân kè bị bào mòn gây sạt lở mái kè Hiện tượng xảy với cường độ mạnh thời gian có bão đổ vào đảo trùng với giai đoạn triều cường Tại cửa sơng tốc độ dòng chảy lớn đặc biệt triều rút (1,7 m/s) gây xói lở chân kè dẫn đến sạt lở mái kè Hiện nay, hệ thống đê kè mỏ hàn xây dựng đảo, đứng trước nguy bị xói mòn hư hỏng tác dụng sóng, gió, dòng chảy, thuỷ triều khu vực Để giảm thiểu tác động này, giải pháp hữu hiệu giữ bãi với việc xây dựng hệ thống kè ngang bờ, đê phá sóng xa bờ (Breakwater) kết hợp giải pháp đế hạn chế tác dụng sóng tới hệ thống đê biển II Các nội dung nghiên cứu - Phân tích các điều kiện địa lý tự nhiên gồm địa hình, địa chất, đặc điểm khí hậu khí tượng, thuỷ văn- hải văn, dân sinh, kinh tế xã hội khu vực đảo Cát Hải - Nghiên cứu, xác định nguyên nhân xói lở, bồi tụ bờ bãi biển khu vực trước đê đề xuất giải pháp nhằm giảm thiểu tình hình xói bãi - Quy hoạch, lựa chọn vị trí cơng trình tính tốn điều kiện biên thiết kế - Thiết kế cơng trình (hệ thống cơng trình) theo phương án chọn cho khu vực đảo Cát Hải Hà Nội, tháng năm 2011 Học viên Đào Anh Tuấn Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy CHƯƠNG 1: KHÁI QT VỀ KHU VỰC HUYỆN CÁT HẢI-HẢI PHÒNG 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý Đảo Cát Hải (huyện Cát Hải) nằm phía Đơng Nam thành phố Hải Phòng Cách trung tâm thành phố 20 km hướng Đông Nam, cách trung tâm thị trấn Cát Bà khoảng 15 Km phía Tây - Bắc Cát Hải huyện đảo nhỏ, có diện tích gần 30km2, dân số toàn đảo gần 13.000 người Tọa độ địa lý vào khoảng 200 47’ đến P P P P 200 56’ vĩ độ Bắc,1060 54’ đến 1060 58’ kinh độ Đông P P P P P P - Phía Bắc đảo giáp huyện Yên Hưng (tỉnh Quảng Ninh) ngăn cách kênh đào Cái Tráp - Phía Đơng cửa Lạch Huyện - Phía Tây cửa sơng Nam Triệu - Phía Nam Vịnh Bắc Bộ Toàn đảo chia thành đơn vị hành cấp xã gồm hợp tác xã - Xã Nghĩa Lộ có H.T.X Đại Nghĩa - Xã Đồng Bài có H.T.X Đại Đồng - Xã Văn Phong có H.T.X Văn Chấn Phong Niên - Xã Hoàng Châu có H.T.X Hồng Châu Thị trấn Cát Hải có H.T.X Lương Hồng Lương Hồ Hình 1.1: Khu vực đảo Cát Hải Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực dự án Đảo Cát Hải nằm kẹp hai vùng cửa sông, cửa ngõ biển Thành phố Cảng, có vị trí quan trọng kinh tế, trị quốc phòng an ninh Hướng dốc chính: Từ phía Đơng sang phía Tây Địa hình chia thành tiểu vùng với vùng trung tâm có cao độ tự nhiên từ 0.7m đến1.5m vũng bãi biển với cao độ từ (- 0.5m) đến (+0.7m) Lạch Cái Viềng, lạch Huyện sông lạch tự nhiên lớn (chiều rộng từ 50 đến 250 m) chia xã Phù Long thành khu: Khu A: Vùng bãi phía Nam đường xun đảo, phía Đơng xã Phù Long Diện tích tự nhiên 270 Địa hình phẳng có cao độ từ 0.5 đến 1.0 Trong số 84 đất tự nhiên thuộc khu ni tơm cơng nghiệp Khu B: Diện tích bãi phía Bắc đường xun đảo, phía Đơng xã Phù Long Diện tích 80 Địa hình phẳng có cao độ từ 0.5 đến 1.0 Đây khu vực ni thuỷ sản tập trung hình thành khu ni tơm cơng nghiệp với diện tích 38 Khu C: Giới hạn lạch Cái Viềng sơng Phù Long, Lạch Huyện Đây khu có diện tích bãi ni trồng thuỷ sản lớn Tổng diện tích 1053 Cao độ địa hình từ (0.0) đến (+0.7) chủ yếu Khu D: Tồn diện tích giới hạn lạch Cái Viêng , Lạch Huyện Vịnh Bắc Đây khu vực nuôi trồng thuỷ sản xen lẫn rừng ngập mặn Cao độ tự nhiên phần lớn từ (+0.2 ) đến(+ 0.5) Tổng diện tích tự nhiên 1088.5 Khu E: Tồn diện tích giới hạn lạch Cái Viềng, vùng núi Vịnh Bắc phía Tây Địa hình bãi thấp có cao độ < 0.5 Rừng ngập mặn, núi độc lập xen kẹp bãi Diện tích tự nhiên 1365 bao gồm rừng ngập mặn đầm nuôi quảng canh phân tán ,rải rác ,giáp với vùng núi đá vơi 1.2 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG -THỦY VĂN Khu vực gần với trạm Hòn Dấu nên số liệu khí tượng, thủy văn có độ dài từ 1983-2004 được lấy để tính tốn Ngồi tính tốn thiết kế, tài liệu sóng thực đo Bạch Long Vĩ sử dụng để tính tốn Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng công trình thủy 10 1.2.1 Điều kiện khí tượng Khu vực đảo nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Trong năm có hai mùa rõ rệt: Mùa hè nóng ẩm, mùa đông lạnh khô - Mùa đông: Chịu ảnh hưởng gió mùa Đơng bắc nhìn chung khơng ảnh hưởng lớn đến chế độ thuỷ thạch động lực học vùng bờ biển Cát Hải có đảo Cát Bà che chắn - Mùa hè: Có nắng nóng, nhiệt độ cao, nớc biển chứa muối, gió ảnh hưởng gió Đơng Nam, Nam gió bão tác động mạnh đến Cơng trình bảo vệ bờ đảo 1.2.1.1 Nhiệt độ Phân thành hai mùa mưa rõ rệt - Nhiệt độ trung bình nhiều năm: 230 C - Mùa nóng, từ tháng V đến tháng IX: 27.20C - Mùa lạnh, nhiệt độ trung bình: 19.90C - Nhiệt độ tối cao tuyệt đối: 41.50C - Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối: 3.70C P P P P P P P P P P Bảng 1.1: Nhiệt độ trung bình các tháng năm Tháng T(0c) 16,7 16,9 P P 19 22.7 26 27 28.2 28 10 26.8 24,5 11 12 năm 21 18,1 23 1.2.1.2 Độ ẩm Độ ẩm tương đối thay đổi qua tháng năm Độ ẩm tương đối phụ thuộc bốc bề mặt bình lưu ẩm Nhìn chung độ ẩm nhỏ khơng thấp 75% độ ẩm tương đối cao nhât 90% Các tháng mùa đông (từ tháng 10 đến tháng 1) thời tiết khô hanh Từ tháng 3, đến tháng thời tiết ẩm ướt nguồn ẩm tăng lên mưa phùn mưa rào Bảng 1.2: Độ ẩm tương đối trung bình theo tháng (tại Hòn Dấu) Tháng 10 11 12 TB năm Độ ẩm trung bình % 83 88 91 90 87 87 87 89 86 80 79 80 R 85.6 1.2.1.3 Bốc Lượng bốc thay đổi qua tháng năm, phụ thuộc vào nhiệt độ, địa hình bề mặt, hồn lưu gió Lượng bốc trung bình năm 61,6 mm Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 71 - Chiều dày lớp : Mỗi lớp nên có chiều dày viên đá Chiều dày lớp xác định theo công thức: δ td R R  W  = n.k ∆  ρ  S  R 1/ (4.4) R Trong đó: δ td - Chiều dày trung bình lớp (m) R R n – Số lớp đá W – Khối lượng đá tiêu chuẩn (kg) ρ S - Khối lượng riêng khối phủ (kg/m3) P P k ∆ - Hệ số lớp tra (bảng 6-4) (14TCN130-2002) Với loại đá tròn R R n = 2, k ∆ =1,15, P = 37% R R Bảng 4.3: Bảng tra hệ số lớp độ rỗng Khối lớp phủ n Cách xếp Hệ số lớp k ∆ Độ rộng (%) Đá khối (nhẵn) Ngẫu nhiên 1,02 38 Đá khối (gồ ghề) Ngẫu nhiên 1,15 37 Đá khối (gồ ghề) >3 Ngẫu nhiên 1,10 40 Khối lập phương Ngẫu nhiên 1,10 47 R Kết tính tốn ghi bảng 4.3: Bảng 4.4: Kết tính toán chiều dày lớp theo TCN Loại vật liệu n (Số lớp) k∆ W (kg) ρ S (kg/m3) δ td (m) Đá hộc 1,15 90 2650 0,7 R P P R R 4.1.7.6 Xác định kích thước lớp lõi Trọng lượng lớp lõi xác định trên: Lõi lý tưởng kè mỏ hàn đá đổ có cấp phối đồng dải rộng kích cỡ để cho vật liệu hạt mịn khơng bị kéo ngồi tác động sóng Điều đảm bảo độ thấm qua thấp truyền sóng Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 72 Theo “Vietnamese – CEM – 2006”: Trọng lượng tiêu chuẩn đá lớp lõi thường không lấy nhỏ 1/10 trọng lượng tiêu chuẩn đá lớp với đá tự nhiên Để thiên an tồn thuận tiện thi cơng ta chọn đá lớp lõi sau: Bảng 4.5: Kết tính tốn trọng lượng viên đá lớp lõi theo TCN Loại vật liệu Trọng lượng đá lớp W(kg) Đá hộc 90 Trọng lượng đá lớp lõi W(kg) Chọn trọng lượng trung bình (theo cấp phối) viên đá lớp lõi (kg) cho toàn tuyến kè, hay chiều dày lớp lõi: D n lõi = (W loi /ρ)1/3 = (9/2650)1/3 = 0,15 (m) = 15 (cm) R R R R P P P P 4.1.7.7 Xác định kích thước trọng lượng chân khay Chân khay đưa vào để giữ lớp phủ chống xói Chân khay thường làm đá đổ nhiên số trường hợp phải dùng khối bê tơng kích thước lớn Chiều rộng chân khay cho chứa tối thiểu khối gia cố lớn Cao trình chân khay tạo với chiều rộng thành khối đảm bảo ổn định cho vạt liệu gia cố Chân khay thi cơng trước hay sau có lớp phủ Đối với khối Tribar xếp đá xếp chân khay khối tựa phải đảm bảo thi công trước Trong trường hợp thi cơng sau chiều cao chân khay phải đảm bảo chắn đủ ½ chiều cao khối phủ tiếp giáp với chân khay Tại nơi nước nông khối phủ kéo dài thêm hàng để làm chân khay Hình 4.7: Chân khay nước nông Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ 73 Ngành xây dựng công trình thủy Tại nơi nước sâu vừa dùng viên đá có kích thước bé so với khối lớp phủ Hình 4.8: Chân khay nước nơng Tại nước sâu chân khay nằm khoảng cách tương đối lớn so với đáy biển Hình 4.9: Chân khay nước sâu Đối với đáy biển có độ dốc bề mặt trơn, chân cơng trình có sóng đổ chân khay bị ổn định Để giữ cho chân khay khỏi bị trượt cần phải tạo rãnh neo để giữ cho chân khay khỏi bị trượt Trong trường chân khay nằm đất bị xói độ sâu bảo vệ chân khay phải xác định có tính đến phần dự phòng khả xói Ta có phương án thiết kế cho chân khay sau: Hình 4.10: Bảo vệ mái phủ chân khay Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ 74 Ngành xây dựng công trình thủy Xác định cao trình đỉnh chân khay Cao trình chân khay bố trí thấp MNTK khoảng lần chiều cao sóng thiết kế H S Vậy chọn cao trình chân khay sau: ∇ đck = + 3,55 - 3,0 = 0,55 m R R Theo (14TCN130-2002) kết cấu đá hộc, mái chân khay kích thước nhỏ, cao trình thấp nên chọn: m ck = 1,5 R R Trọng lượng viên đá chân khay Hệ số ổn định (Van Der Meer, d = Angremond, and Gerding 1995): NS = R R   H tk h = 0,24 b + 1,6 ⋅ N od0,15 ∆.Dn 50  Dn 50  (4.5) N S : Chỉ số ổn định thiết kế cho đá đổ ổn định chân R R h s : Chiều cao sóng chân cơng trình = 3,0 (m) R R h b : độ sâu nước từ đỉnh chân khay đến MNTTK R R → Độ sâu của MNTK: h = 6,5(m) Giả thiết : Chiều cao chân khay = 1,7 (m) → Cao trình đỉnh chân khay cách MNTK đoạn: h b = 6,5 – 1,7 = 4,8 m R R ∆: Tỷ trọng viên đá; ∆ = 1,585 (T/m3) D n50 : Đường kính viên đá tiêu chuẩn 50% R R N od : Số khối bị dịch chuyển bề rộng dải D n (chọn N od = 0,5) R R R R R R Hình 4.11: Đồ thị xác định trọng lượng cấu kiện Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 75 Ta có: h b /h = 4.8/6,5 = 0,75 Tra đồ thị hình 4.11 ta có N S = 60 R R R RP P Phạm vi đảm bảo an tồn cho chân cơng trình: 0,4 < h b /h < 0,9 → R 0,4h < h b < 0,9h → 0,4.6,5 < h b D lỗ vải lọc R R R R - Yêu cầu thấm nước: Hệ số thấm vải lọc: K g = 3*10-3 m/s R R P P Hệ số thấm đất: K = 5*10-4 cm/s; P P K g /K = 3*10-3/5*10-4 = 600 > 100 R R P P P P Với cấp phối hạt, đường kính cỡ hạt tương ứng D 85 tiêu thấm nước, R R loại vải lọc HD400 tương đương thỏa mãn yêu cầu 4.2 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH KÈ CÁT HẢI-HẢI PHỊNG 4.2.1 Kiểm tra ổn định chân khay Để kiểm tra ổn định chân khay, ta kiểm tra cho đoạn đầu đập khối lượng lớn, chiều cao sóng lớn Nếu chân khay bị ổn định ta cần kiểm tra cho đoạn tiếp theo… - Kiểm tra điều kiện ổn định khối lượng chân khay: Gọi W gc khối lượng lớp gia cố R R W ck khối lượng chân khay R R + Lực chống trượt: F ct = k*W ck *f ms = 0,8*W ck *f ms R R R R R R R R R + Lực gây trượt: F gt = W gt *(sinα – f ms *cosα)*cosα R R R R R R Trong đó: k – Hệ số dự phòng lấy: k = 0,8 f ms – Hệ số ma sát: f ms = 0,75 R R R R W gc *sinα – Lực kéo mái dốc R R W gc *f ms *cosα – Lực cản mái dốc R R R R Điều kiện ổn định trượt là: W gc *(sinα – f ms *cosα)*cosα ≤ 0,8*W ck *f ms R R R R R R R R (4.13) Để tính tốn ổn định ta cắt 1m dài theo chiều dọc mỏ hàn để tính: Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 80 Để thiên an tồn ta tính chân thềm đủ ổn định cho lớp gia cố mặt tận đáy cơng trình ta tính với mũi mỏ hàn + Diện tích mái nghiêng kè mỏ hàn phủ đá hộc 1m dài mỏ hàn là: H = 4,8/sin26,330 = 5,2 (m2) sin α S = P P P (4.14) P Trong đó: H chiều cao từ đỉnh đập đến tận chân khay: H = 6,5-1,7 = 4,8 m α – Góc nghiêng mái dốc so với phương ngang + Diện tích viên nằm khơ là: S u = 1.(3,55-1,6)/sin26,330 = 4,4 (m2) R R P P P P + Diện tích viên đá nằm nước là: S k = S – S u = 5,2 – 4,4 = 0,8 (m2) R R R R P P + Diện tích viên là: S v =π*D2/4 = 3,14*0,7/4 = 0,54 (m2) R R P P P P Ta coi viên xếp khít số viên ngập nước khơng ngập là: N kn =S u /S v = 4,4/0,54 = 8,15(viên) ⇒ W u = 8,15*900 = 7335 (kg) R R R R R R R R N nn =S k /S v = 0,8/0,54 = 1,5 (viên) ⇒ W k = 1,5*900 = 1350 (kg) R R R R R R R R Do viên nước chịu tác dụng lực đẩy nên ta có:  ρm −1  2,65 −   = 1350*   = 841 (kg) = 0.84 (T) ρ , 65    m  W = 1350*  R R Vậy ta có: W gc = W u + W = 7335 + 1350 = 8685 (kg) = 8,7 (T) R R R R R R Với kích thước chân khay chọn trên: m ck = 1,5; B ck = 1,4 (m); H ck = 6,5 – 4,8 = 1,7(m) R R R R R R Ta tích chân khay là: V =[(1,4+1,4+2*1,7*1,5)/2]*1,7*1 = 6,72 (m3) P P Ngoài đá chân khay xếp chồng nên độ rỗng P = 37% chúng chịu tác dụng lực đẩy Vậy ta có trọng lượng khối chân khay là: Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 81 W ck = V ρ m (1-P/100) = 6,72.2,65.(1- 37/100) = 11,2 (T) R R (4.15) Vậy ta có ổn định chân khay sau: W gc (sinα – f ms cosα).cosα ≤ 0,8.W ck f ms R R R R R R R 9,7*(sin26,330 – 0,75*cos26,330)*cos26,330 ≤ 0,8*11,2*0,75 P P P P P P → - 2,0 ≤ 6,72 (luôn đúng) Vậy chân khay ổn định 4.2.2 Tải trọng sóng lên kè mỏ hàn mái nghiêng Tải trọng sóng tác dụng lên kè mỏ hàn mái nghiêng tính toán trường hợp kè bảo vệ bờ thiên an toàn Ngoại lực tác dụng lên kè chủ yếu áp lực sóng, áp lực sóng tác dụng lên kè mái nghiêng xác định theo (14TCN130-2002) mái dốc đá đổ có mái dốc 1,5 ≤ cotg ϕ ≤ Biểu đồ áp lực sóng lấy theo sơ đồ sau: Hình 4.15: Sơ đồ tính áp lực sóng lên kè mỏ hàn mái nghiêng P d (KPa) áp lực sóng tính tốn lớn xác định theo công thức sau: R R P d = k S k t p tcl ρ g.H S R R R R R R R R R (4.16) R Trong đó: k S xác định theo công thức sau: R R k S = 0,85 + 4,8 R R  H HS + cotgφ  0,028 − 1,15 S LS LS     (4.17) Với H S = 3,0; L S = 70 (m) thay số ta có: k S = 1,06 R R R R R R k t : Hệ số tra theo bảng E “14TCN130-2002” phụ thuộc vào độ R R R R thoải sóng Ls/Hs = 23,3 Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 82 Bảng 4.6: Hệ số kt Độ thoải sóng Ls / H s 10 15 20 25 35 kt 1,15 1,3 1,35 1,48 R Từ bảng ta có k t = 1,33 R R P tcl : Trị số lớn áp lực sóng tương đối mặt dốc điểm lấy theo R R bảng E “14TCN130-2002” R R Bảng 4.7: Hệ số Ptcl Chiều cao sóng H s /m 0,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 >4 Trị số P tcl 3,7 2,8 2,3 2,1 1,9 1,8 1,75 1,7 R R R Dựa vào tỷ số:H s /m = 3,0/1,5 = 2,0 ; tra bảng được: P tcl = 2,1 R R R R Cao độ z (m) xác định theo công thức: R R z2 = A + R R ) ( 1 − cot g 2ϕ + ( A + B) cot g ϕ (4.18) A B đại lượng tính m, xác định theo công thức sau:  L A = H s ×  0,47 + 0,023 S HS   + cot g 2ϕ  =3,0*(0,47+0,023*70/3,0)*(1+1,52)/1,52  cot g ϕ P P P P → A= 3,8  HS   = 3,0*[0,95- (0,84.1,5-0,25)*3/70] = 2,7 LS  B = H S 0,95 − (0,84 cot gϕ − 0,25) R R  Kết tính tốn : z2 = A + R R ) ( 1 − cot g 2ϕ + ( A + B) = 3,8+ (1- 2.1,5 + ).(3,8+2,7) 1,5 cot g ϕ → Z = 0,1 (m) R R z : Là độ cao ứng với chiều cao sóng leo lên mái dốc R R Tính chiều cao sóng leo H sl : (Theo giáo trình – CTBVB) R R Chiều cao sóng leo xác định theo cơng thức Van Der Meer De Wall (1993) Chiều cao song leo 2% trung bình là: Ru 2% = 1,5 γ r γ b γ f γ β ξ p HS R R R R R R R R (4.19) Trong đó: Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng công trình thủy 83 R u2% : Là mức sóng leo 2% bên mực nước tĩnh, theo có 2% sóng đến cao R R vượt mức H S : Là chiều cao sóng có nghĩa gần chân cơng trình: H S = 3,0 m R R R R ξ P : Tham số sóng vỡ: ξ P = tanφ/(Hs/Lop)1/2 = 0,5/(3,0/70) 1/2 = 2,38 > nên P P P P ta lấy ξ P = γ r : Hệ số triết giảm độ nhám mái vật liệu: γ r = 0,4 γ b : Hệ số triết giảm sóng leo cơ: γ b = 1,0 γ f : Hệ số triết giảm sóng leo ma sát bãi: γ f = 0,95 γ β : Hệ số triết giảm sóng leo góc tới xiên: γ β = – 0,002|β| = R R R R → z = H sl2% = 3,42 (m) → P d = k S k t p tcl ρ g.H S = 1,06*1,33*2,1*1,025*9,81*3,0 = 89.3 R R R R R R R R R R R R R R (Kpa) Các khoảng L i ứng với giá trị áp lực sóng 0,4P d 0,1P d xác R R R R R R định theo công thức sau: L = 0,0125 L φ (m); L = 0,0325L φ (m); R R R R R R R R L = 0,0265L φ (m); L = 0,0675L φ (m) R Trong đó: R R Lφ = R R R LS cot gϕ R cot g ϕ − R 70.1,5 = R = 99,1 (m) 1,5 − R → L = 1,24 (m); L = 3,22 (m); L = 2,63 (m); L = 6,7 (m) R R R R R R R R Ta gọi P , P , P , P , P áp lực sóng tập trung ứng với vùng biểu đồ áp R R R R R R R R R R lực sóng Giá trị tải trọng tập trung tính sau: P1 = (0,1P d + 0,4P d ).(L – L ) = 90,86 KPa P2 = (0,4P d + P d ) L = 164,4 KPa P3 = (0,4P d + P d ) L = 77,5 KPa P4 = (0,4P d + P d ) (L – L ) = 123,77 KPa P5 =  2,4  (0,1P d + 0,056P d )   = 17,96 KPa  sin ϕ  R R R R R Học viên: Đào Anh Tuấn R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ Ngành xây dựng cơng trình thủy 84 Vậy ta có: ∑P = P + P + P + P + P = 474,5 KPa R R R R R R R R R R 4.2.3 Kiểm tra trượt phẳng đập mái nghiêng Vì đầu đập có kích thước khối lượng lớn nên ta kiểm tra ổn định cho đầu đập mỏ hàn Nếu thỏa mãn điều kiện ổn định tồn đập ổn định Nếu khơng thỏa mãn điều kiện ổn định ta phải kiểm tra cho phân đoạn lại đập Cắt 1m chiều dài đầu đập để tính: m G f ms Kn nc * n * md * Rt (4.20) Trong đó: f ms : Là hệ số ma sát đáy cơng trình đất nền; f ms = 0,75 R R R R n c : Hệ số tổng hợp tải trọng; n c = R R R R m đ : Hệ số điều kiện làm việc bổ sung, m đ = R R R R m: Hệ số điều kiện làm việc, K n = 1,15 R R R t : Tổng lực gây trượt, ta có: R R R tr = cosφ.∑P = cos26.330 *47,45 = 17,3 (T/m) R R P P G: Trọng lượng cơng trình Tổng trọng lượng cơng trình là: W = W lõi + W lớp R với R R R R R + W phủ + W chân khay R R R R +) W lõi = V lõi ρ đá R R R R + + 2.4,4.1,5 (6,5 − 1,4 − 0,7) = 42,24 (m ) S lõi = R R R P P → W lõi = V lõi ρ đá = 42,24.1.2,65 = 112 (T) R R R R R R +) W lớp = 13,2*1*2,65 = 35 (T) R R +) W chân khay = 6,72.1,2,65 = 17,8 (T) R R +)W phủ = 26,4.1.2,65 = 70 (T) R R Vậy ta có: W = 42,24+112+35+17,8+70 = 277 (T) Thay vào công thức (4.20) ta có: 1*1*1*17,3< *277*0,75 = 180,7 (ln đúng) 1,15 Vậy kè mỏ hàn đảm bảo ổn định trượt phẳng Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ 85 Ngành xây dựng cơng trình thủy TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] Tiêu chuẩn ngành 14TCN130 – 2002 Hướng dẫn thiết kế đê biển [2].TCXDVN 285 – 2002 Các quy định chủ yếu thiết kế cơng trình thủy lợi ( NXB – Xây Dựng ) [3] Giáo trình Cơng trình bảo vệ bờ biển (2003), Dự án nâng cao lực đào tạo Ngành Kỹ thuật bờ biển Trường đại học thủy lợi,Hà Nội [4] Giáo trình Hình thái bờ biển (2003), Dự án nâng cao lực đào tạo Ngành Kỹ thuật bờ biển Trường đại học Thủy Lợi,Hà Nội [5] Vũ Thanh Ca - Giáo trình Sóng gió (2003) [6] Nghiêm Tiến Lam - Hướng dẫn thực hành kỹ thuật bờ biển, khoa kỹ thuật biển, Trường đại học Thủy Lợi [7] Phạm Văn Quốc - Giáo trình Cơng trình bảo vệ bờ biển (2003) , Trường đại học thủy lợi - Dự án nâng cao lực đào tạo Ngành Kỹ thuật bờ biển Tài liệu Tiếng Anh [8] Krystion W.Pilaczyk Coastal Protection (1991) [9].CEM-2006 Sổ tay kỹ thuật bờ biển hải quan mỹ Học viên: Đào Anh Tuấn Lớp: Cao học 17C1 ... để lựa chọn giải pháp thiết kế 46 2.4.2.1 Giải pháp đê kè kết hợp với nuôi bãi 46 2.4.2.2 Giải pháp đê kè kết hợp với đê phá sóng xa bờ 46 2.4.2.3 Giải pháp đê kè kết hợp với... đầu tư củng cố, bảo vệ nâng cấp đê biển có tỉnh có đê từ Quảng Ninh đến Quảng Nam có 20 Km đê biển huyện đảo Cát Hải nhằm bảo vệ sỏ hạ tầng cơng trình đảo Cát Hải đê biển Cát Hải chịu bão cấp... cơng trình thủy 1.5 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN, KÈ MỎ HÀN 1.5.1 Hiện trạng hệ thống đê biển Hình 1.3: Hệ thống đê kè Cát Hải Tồn đảo có 20,6 km đê bao quanh, có tuyến đê xung yếu từ Bến Gót đến