NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI CHO TUYẾN ĐÊ BIỂN TỈNH NAM ĐỊNH; ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐOẠN ĐÊ BIỂN KHU VỰC CỐNG THANH NIÊN BẰNG HỆ THỐNG KÈ MỎ HÀN CHỮ T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Nguyễn Ngọc Hiếu NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI CHO TUYẾN ĐÊ BIỂN TỈNH NAM ĐỊNH; ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO ĐOẠN ĐÊ BIỂN KHU VỰC CỐNG THANH NIÊN BẰNG HỆ THỐNG KÈ MỎ HÀN CHỮ T LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Nguyễn Ngọc Hiếu NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TẠO BÃI CHO TUYẾN ĐÊ BIỂN TỈNH NAM ĐỊNH; ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO ĐOẠN ĐÊ BIỂN KHU VỰC CỐNG THANH NIÊN BẰNG HỆ THỐNG KÈ MỎ HÀN CHỮ T Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thuỷ Mã số: 60 - 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: GS – TS: Vũ Thanh Te Hà Nội – 2011 MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Đê biển cơng trình ngăn triều xâm nhập mặn vào khu cần bảo vệ, đê biển trực tiếp gián tiếp chịu tác động mạnh liệt yếu tố biển Các tuyến đê trực diện với biển, hàng năm phải chịu tác động phá hoại biển: Bào mòn bãi gây sụt lở chân kè, sóng tác động trực tiếp lên mái đê kè gây sạt lở cục mảng Đặc biệt có bão lớn gặp triều cường, sóng vượt qua đỉnh đê gây xói lở mái đê đê bị vỡ vv… Hầu hết tuyến đê biển Việt Nam xây dựng từ năm 60 kỷ trước, nhiều đoạn xuống cấp nghiêm trọng Hơn 2000 km đê biển nước ta đóng vai trò quan trọng việc bảo vệ mùa màng, tài sản hết tính mạng người Tuyến đê biển tỉnh Nam Định có chiều dài khoảng 91km, qua huyện: Giao Thuỷ, Hải Hậu, Nghĩa Hưng; đó: + Tuyến đê biển Giao Thuỷ dài 32,333km (Có 15,5km trực diện với biển) + Tuyến đê biển Hải Hậu dài 33,323km (Có 20,5km trực diện với biển) + Tuyến đê biển Nghĩa Hưng dài 26,325km (Có 4,8km trực diện với biển) Đê biển tỉnh Nam Định chạy theo hướng: Bắc - Đông Bắc Đông -Đông Bắc mùa mưa hay mùa khơ, có cố gió mùa Đơng Bắc hay gió mùa đơng Nam Phần lớn bờ biển tỉnh Nam Định thuộc vùng biển lấn, bãi thoái nghiêm trọng Khoảng 50km đê qua khu vực cát, đất đắp đê cát cát pha Khoảng 41km đê trực diện với biển, phía đồng thùng đào, đê thường xuyên chịu tác động gây hại sóng triều cường, gió mạnh, áp thấp nhiệt đới bão Tại khu vực đê trực diện với biển nhìn chung bãi hẹp, nhiều đoạn khơng có bãi Theo tài liệu dự trữ qua thời kỳ đến nay, cao độ mặt bãi liên tiếp bị hạ thấp từ (+0.50) ÷ (+0.80) năm 1990, 1991 xuống (-1.80) ÷ (-1.90) năm 2007, hạ thấp mặt bãi yếu tố bất lợi làm gia tăng chiều cao sóng, áp lực sóng lên mái kè biển, trực tiếp đe doạ an toàn đê kè biển khu vực này, phải có giải pháp kỹ thuật cơng trình hợp lý để giảm lượng chiều cao sóng trước cơng trình, bảo vệ tạo bãi đảm bảo an toàn cho tuyến đê Khi thiết kế đê biển vùng trọng yếu, ta thường thiết kế thêm cơng trình bảo vệ đê kè lát mái, kè cấu kiện bê tông, kè mỏ hàn, đập hướng dòng chắn cát, cơng trình ni bãi nhân tạo, kè ngầm…nhằm bảo vệ ổn định cho tuyến đê Đặc biệt biện pháp để tạo bãi trước tuyến đê biển có ý nghĩa to lớn Có nhiều biện pháp tạo giữ bãi áp dụng bao gồm biện pháp cơng trình phi cơng trình; vùng có mặt bãi tương đối ổn định, có phù sa, triển khai trồng chắn sóng, vùng biển tiến, bãi thoái sử dụng biện pháp cơng trình làm hệ thống mỏ kè chữ I, chữ T, kè ngầm Trên hệ thống kè mỏ sử dụng loại cấu kiện dị hình (Tetrapod, Dolod…) để giảm lượng sóng, hạn chế xói cát chân đê biển Việc nghiên cứu, tìm giải pháp nhằm ổn định bờ biển, đảm bảo an toàn cho tuyến đê biển, phục vụ mục tiêu an sinh cho cộng đồng dân cư, giữ vững an ninh trị, trật tự xã hội, phát triển kinh tế biển bền vững đòi hỏi thiết đặt Trong thời gian qua, Nhà nước nhân dân ta đầu tư nguồn lực to lớn cho việc khắc phục cố tuyến đê biển khu vực Đã có nhiều biện pháp bảo vệ tạo bãi đề xuất thực Qua thực tiễn tổng kết, giải pháp kỹ thuật mang lại hiệu khác mặt kinh tế, xã hội, môi trường Đã đến lúc cần có nghiên cứu, đánh giá đúc rút kinh nghiệm để lựa chọn giải pháp phòng chống xói lở bờ biển đê biển thích ứng hiệu cho khu vực nghiên cứu Trên lý cho thấy cần thiết đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu giải pháp tạo bãi cho tuyến đê biển tỉnh Nam Định” II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu ảnh hưởng tác dụng bãi tuyến đê biển - Đánh giá hiệu sử dụng hệ thống kè mỏ hàn chữ T tuyến đê biển Nam Định nói chung khu vực Đơng Tây cống Thanh Niên nói riêng III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tiếp cận phương pháp nghiên cứu tiên tiến, ứng dụng tính tốn cho đoạn đê biển khu vực cống Thanh Niên thuộc tuyến đê biển huyện Giao Thuỷ, tỉnh Nam Định Điều tra, thu thập số liệu từ tài liệu, đồ án thiết kế việc xây dựng, xử lý tuyến đê biển Nam Định qua thời kỳ, kết nghiên cứu liên quan Viện nghiên cứu khoa học Thủy lợi Trung tâm môi trường biển - Viện học Việt Nam Các tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế ngành Sử dụng giảng thiết kế đê cơng trình bảo vệ bờ, hướng dẫn thiết kế đê biển theo 14TCN130-2002, Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho Chương trình củng cố, bảo vệ nâng cấp đê biển Tài liệu thiết kế đê môn Thủy công trường Đại học thủy lợi Sử dụng Quyết định, Thông tư, Nghị định hướng dẫn phủ tiêu chuẩn thiết kế đê biển tỉnh Nam Định nâng cao đảm bảo an tồn với gió bão cấp 10 mức triều ứng với tần suất 5% Tiếp thu thừa kế kết nghiên cứu có, kết hợp xin ý kiến chuyên gia có thực tế nghiên cứu đê biển tỉnh Nam Định chuyên đề nghiên cứu khoa học số tác giả Thống kê, tính tốn, phân tích, tổng kết hiệu giải pháp bảo vệ bờ, tạo bãi khu vực nghiên cứu IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC Phân tích tác dụng tạo bãi hệ thống kè mỏ hàn chữ T Ứng dụng tính tốn cho đoạn đê biển khu vực cống Thanh Niên thuộc tuyến đê biển huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát đê biển Việt Nam nói chung tuyến đê biển Nam Định nói riêng Hiện dọc ven biển Việt Nam có hệ thống đê biển với quy mơ khác hình thành qua nhiều hệ, bảo vệ cho sản xuất, dân sinh kinh tế vùng trũng ven biển Hệ thống đê sơng, đê biển đảm bảo an toàn mức độ định tùy theo tầm quan trọng nhân sinh, kinh tế khu vực bảo vệ, số tuyến đê đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua dự án PAM dự án hỗ trợ ADB chống với gió bão cấp 9; 10 mực nước triều tần suất 5%, nhiều tuyến chưa tu bổ, nâng cấp đảm bảo an tồn với gió bão cấp Mặt khác, điều kiện kinh tế việc đầu tư chưa tập trung đồng bộ, kiên cố, lại chịu tác động thường xuyên mưa bão nên hệ thống đê, kè biển tiếp tục bị xuống cấp đê biển tỉnh miền Trung, Nam Định, Hải Phòng, Thanh Hóa, Hà Tĩnh Đặc biệt đê huyện Giao Thủy, Hải Hậu thuộc tỉnh Nam Định Nhiều đoạn đê biển bị hư hỏng, phá vỡ hàng loạt không đầu tư bảo vệ,củng cố kịp thời Việc quy hoạch tuyến đê tiêu chuẩn an toàn đê biển chưa đề cập đầy đủ Theo xu phát triển chung, vùng ven biển nước ta vùng kinh tế trọng điểm động ngày vai trò quan trọng kinh tế quốc dân an ninh quốc phòng Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ công nghiệp, du lịch, việc chuyển đổi cấu sản xuất ( tăng nuôi trồng thủy, hải sản) khôi phục làng nghề truyền thống, tuyến đê nói chung đê biển nói riêng khơng có mục tiêu ngăn lũ, ngăn mặn chung mà phải kết hợp đa mục tiêu, vừa ngăn lũ, kiểm sốt mặn, đảm bảo an tồn dân sinh, kinh tế cho vùng đê bảo vệ, đồng thời kết hợp tuyến đường giao thông ven biển quan trọng phục vụ phát triển kinh tế, du lịch, an ninh quốc phòng Hệ thống đê biển cần phải quy hoạch, đưa tiêu chuẩn an tồn theo trình độ giới điều kiện Việt Nam Nam Định tỉnh đồng ven biển Bắc Tuyến đê biển Nam Định hình thành cách khoảng 250 năm đất bồi tụ phù sa hệ thống sông Hồng Tuyến đê biển tỉnh Nam Định chạy dọc theo tuyến bờ biển tỉnh Nam Định từ cửa Ba Lạt (sơng Hồng) đến cửa Đáy có tổng chiều dài 91.981 mét bảo vệ cho huyện: Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng xã phía tả sơng Ninh huyện Trực Ninh Vùng ảnh hưởng trực tiếp tuyến đê biển Nam Định gồm 64 xã có 56.911 đất tự nhiên ( có 35.570 đất canh tác) tính mạng, tài sản 536.200 người dân sống khu vực thuộc huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu Nghĩa Hưng huyện nằm vùng quy hoạch trọng điểm kinh tế nông nghiệp kinh tế biển tỉnh Nam Định 1.2 Hiện trạng nhiệm vụ tuyến đê biển tỉnh Nam Định 1.2.1 Đặc điểm tự nhiên 1.2.1.1 Địa hình Địa hình vùng ven biển Nam Định tương đối phẳng, có xu hướng thấp dần từ Tây bắc xuống Đơng nam, cao trình đại diện từ (+0,70) ÷ (+0,80), cao trình cao từ (+1,20) ÷ (+1,30), cao trình thấp (+0,25) ÷ (+0,30) Vùng ven biển có nhiều ao đầm, kênh lạch Đất đai sông Hồng, sông Ni``h Cơ bồi đắp Bờ biển Nam Định kéo dài từ cửa sông Hồng đến cửa sông Đáy dải bờ biển phẳng, địa hình thềm lục địa tương đối đơn giản, thoải dần từ bờ khơi Nhìn chung bãi biển tỉnh Nam Định hẹp thấp khơng có vật cản che chắn ( trừ bãi bồi Cồn Lu, Cồn Ngạn huyện Giao Thuỷ; Cồn Xanh, Cồn Mờ huyện Nghĩa Hưng) Chiều rộng bãi trung bình từ (100 ÷150 mét ) có nơi khơng có bãi biển, biển tiến sát chân đê (Hải Lý, Hải Triều, Hải Hồ ) Cao độ trung bình (0.00 ÷ -0.50), cá biệt có nơi cao trình bãi dới (-1.00) Vùng biển Nam Định thống, phía ngồi khơng có cồn, đảo che chở, sóng từ ngồi khơi truyền trực tiếp vào bờ 1.2.1.2 Địa chất - Thổ nhưỡng * Đặc điểm địa chất: Hiện cửa sơng hình thành bãi bồi nhờ nguồn phù sa sông Hồng, sông Đáy bồi đắp Theo kết khảo sát cho thấy địa chất chưa ổn định, bãi thời kỳ bồi tụ, sơ phân thành lớp sau: - Lớp thứ nhất: Đất sét nhẹ dày ÷ mét - Lớp thứ hai: Đất cát pha dày ÷ mét - Lớp thứ ba: Đất sét xen kẹp lớp cát mỏng hạt thô dày mét Với đặc điểm địa hình, địa chất bãi bồi đảm bảo an tồn cho đê biển khu vực cửa sơng gặp gió bão kết hợp với triều cường mức trung bình * Đặc điểm địa chất khu vực xa cửa sông (Trực diện với biển) Khu vực xa cửa sông bãi thời kỳ xói mòn, sạt lở nghiêm trọng Địa chất phân thành lớp - Lớp thứ nhất: Là cát hạt mịn mặt, đường kính hạt cát d = 0,09 ÷ 0,11mm, dày 0,50 ÷ 2,0m - Lớp thứ hai: Là lớp thịt nhẹ pha sét, dẻo chảy màu xám nâu, xám thẫm có chiều dày 0,50 ÷ 1,5 m lớp tồn nhiều di tích, vật kiến trúc (móng nhà ở, nhà thờ, cầu cống ) khu dân cư trước từ 40 ÷ 50 năm trở lên tượng biển tiến sâu vào đồng lại ngồi bãi - Lớp thứ ba: Là cát hạt thơ có chiều dày mét * Đặc điểm địa chất thủy văn: Theo tài liệu khảo sát có phân bố tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích hỗn hợp sơng–biển thống Haloxen, hệ tầng Thái Bình (Q htb ) Thành phần thạch học chủ yếu hạt mịn, bao gồm lớp cát, cát phân bố lớp sét, sét Nước đất thường gặp lớp cát, cát có chiều dày từ ÷ m lớn Mực nước tĩnh thường cách mặt đất từ 1,0 m ÷ 2,0 m Hệ số thấm k = 3,55 ÷ 3,90 m/ ngày đêm Thành phần hoá học tổng độ khoáng hoá biến đổi phức tạp, phụ thuộc vào điều kiện địa hình, đặc tính thành tạo chứa nước cách nước với xâm nhập nước mặn * Đặc điểm thổ nhưỡng Hầu hết đất đai vùng dự án đất phù sa sông Hồng, sông Ninh Cơ bồi đắp Trải qua trình canh tác lâu đời, tác động người thiên nhiên, đến đất đai thay đổi lý, hóa tính, độ chua mặn giảm nhiều Do lợi dụng tưới tự chảy từ nguồn nước phù sa sơng Hồng sơng Ninh Cơ, nên nhìn chung lớp đất canh tác tương đối dày từ 20 ÷ 30 cm màu mỡ, phù hợp với loại trồng đặc biệt lúa 1.2.1.3 Khí tượng, thủy hải văn Khí hậu mang đặc tính chung khí hậu vùng ven biển đồng Bắc Bộ, ngồi chịu ảnh hưởng trực tiếp gió bão, thuỷ triều, nước dâng lũ hạ du sông Hồng Hàng năm trung bình có khoảng 4÷5 bão ảnh hưởng trực tiếp đến bờ biển Nam Định tất bão vào Vịnh Bắc Bộ ảnh hưởng đến đê biển Nam Định Hình 1.1: Các bão đổ vào vịnh B.Bộ từ 1950 ÷2000 Nam Định chịu ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp bão áp thấp nhiệt đới, phổ biến từ tháng đến tháng 10 Từ năm 1990 đến năm 2000 vùng chịu ảnh hưởng trận 50 bão Năm 1973 chịu ảnh hưởng bão, năm 2005: Hình 1.2:Các bão tháng 4,5,6 Hình 1.3:Các bão tháng 7,8,9 Hình 1.4:Các bão tháng 10,11 Vùng ven biển tỉnh Nam Định nằm khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng trực tiếp khí hậu chế độ thuỷ văn vùng thuỷ triều ven biển Vịnh Bắc Bộ Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - thuỷ triều - dòng chảy ven bờ - nước dâng - sóng biển Vịnh Bắc Bộ có ảnh hưởng lớn đến tuyến đê kè bờ biển tỉnh Nam Định nói chung, có tuyến đê biển Giao Thuỷ 1.2.2 Đặc điểm đê biển 1.2.2.1 Đặc điểm Được nối liền với tuyến đê sơng dòng sơng lớn: Sơng Hồng phía Bắc (đầu tuyến) sơng Đáy phía Nam (cuối tuyến), lại bị phân cắt vùng cửa sơng Sò sơng Ninh Cơ, vừa trực tiếp chịu ảnh hưởng thuỷ triều, gió – bão từ biển Đơng vừa chịu ảnh hưởng dòng chảy lũ đổ vào biển Đơng sơng ngòi nội địa hệ thống cống tiêu đê biển nên năm vừa qua tuyến bờ biển Nam Định diễn biến phức tạp, vùng tuyến trực diện với biển thuộc khu vực cuối huyện Giao Thuỷ gần hết khu vực huyện Hải Hậu, tình trạng biển tiến bãi thối gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến tuyến đê, nhiều khu vực biển ăn sâu vào đất liền phá vỡ đê, nhấn chìm làng mạc, đồng ruộng (như khu vực từ Hải Lý đến Hải Triều, Hải Chính huyện Hải Hậu), gây nên thiệt hại lớn cho nhân dân 122 Phụ lục 3.8: Tính tốn áp lực sóng lên khối Tetrapod chân kè TT Các đại lượng Ký Đơn hiệu vị Giá trị Giá trị Giá trị Giá trị Mực nước tính tốn Z m 1.50 2.00 2.50 3.00 Gia tốc trọng trường g m/s2 9.81 9.81 9.81 9.81 Chiều cao sóng vị trí sóng đổ H SD m 1.03 1.16 1.28 1.39 Độ sâu mực nước trước cơng trình h m 3.00 3.50 4.00 4.50 Độ sâu mực nước sau cơng trình h1 m 1.50 2.00 2.50 3.00 Chiều dài sóng Ls m 25.10 28.21 31.37 34.58 Chiều cao từ đỉnh CT đến MNTT Z1 m -0.25 0.25 0.75 1.25 m -0.24 0.22 0.59 0.90 Z /H S H s /L s 0.04 0.04 0.04 0.04 10 Hs 0.20 0.20 0.20 20 11 Tga 0.20 0.20 0.20 0.20 12 x 0.99 0.99 0.99 1.00 13 L s /h 8.37 8.06 7.84 7.68 14 0,033L s /h+0,75 1.03 1.02 1.01 1.00 15 xgH SD 9.97 11.20 12.41 13.62 16 kzd 1.00 0.84 0.50 0.40 17 P=P u KN/m 10.23 9.56 6.26 5.47 18 ho 1.06 0.99 0.64 0.56 Ls -P i /xg 123 Phụ lục 3.9: Giá trị tính tốn thơng số áp lực lên kè cánh mỏ Các thông số kỹ thuật Cánh mỏ MNTT 3,56  bãi -1,70  đmỏ 2,67 H 5,26 G 9,81 Hs 1,57 Hs/h 0,30 Ls 38,50 Ls/Hs 24,58 Ls/h 7,32 a - Độ sâu từ đỉnh công trình đến mực nước tính tốn (m) 0,89 (h-a1)/h 0,83 a - Độ sâu từ MN tính tốn đến chân sóng (m),Tra bảng E-3 0,74 K w - Hệ số lấy, theo bảng E-4 0,89 a - Độ sâu từ lưng sóng trước đê chắn sóng ngập nước đến mực nước tính tốn (m), tra bảng E-3 -0,68 k th - Hệ số lấy theo bảng E-3 0,76 a - Độ sâu từ mặt nước sau đê chắn sóng ngập đến mặt nước tính tốn (m), a = -k th (a -a )-a -2,09 ξ - Hệ số sóng vỡ 1,00 ξgHs 15,36 ξga L h − a1   P1 = P2 = ξgH s  0,015 s + 0,03  − ζga h h   Tại độ sâu a =h; P =Kw*P -20,53 26,58 23,66 124 Phụ lục 3.10: Bảng tính mơ men tâm B Tải trọng (T) Kí hiệu ↓ → Px Tay đòn (m) ← 30.88 Pz Mơ men B (Tm) 19.10 + -0.511 -15.78 -1.996 -38.12 P2 12.53 2.173 27.23 P3 12.53 1.00 12.53 P5 12.53 1.798 22.53 S 37.60 19.10 - 30.88 62.30 -53.9 Phụ lục 3.11: Tính mơ men tâm B Tải trọng (T) Kí hiệu ↓ → Px 30.88 Pz 26.34 ← Tay đòn (m) Mơ men B (Tm) + -0.511 -15.78 -2.753 -72.52 P1 12.53 3.457 43.32 P2 12.53 2.173 27.23 P3 12.53 1.00 12.53 P4 12.53 2.934 36.77 P5 12.53 1.798 22.53 S 62.66 26.34 30.88 - 142.39 -88.3 125 Phụ lục 3.12: Tính trọng lượng tối thiểu viên cấu kiện TT Các đại lượng Ký hiệu Đơn vị Giá trị Trọng lượng riêng vật liệu khối phủ gB t/m3 2,20 Trọng lượng riêng nước biển g t/m3 1,03 Chiều cao sóng thiết kế m 3,066 Hệ số ổn định, tùy theo H.dạng khối phủ Cotg (góc nghiêng mái đê) KD 6,00 Cotga 2,50 t g B H3 SD [(g B -g ) / g]3 1,4657 K D [(g B -g ) / g]3.Cotga mỏ 63,41 21,99 Trọng lượng tối thiểu viên CK cánh G t 2,884 Trọng lượng tối thiểu viên CK mũi mỏ G t 3,60506 Phụ lục 3.13: Tính ổn định lật khối Tetrapod STT Các đại lượng Ký hiệu Đơn vị giá trị giá trị giá trị giá trị Mực nước tính tốn Z m 1.50 2.00 2.50 3.00 Gia tốc trọng trường g m/s2 9.81 9.81 9.81 9.81 Chiều cao sóng vị trí sóng đổ hS m 1.14 1.28 1.39 1.51 Độ sâu mực nước trước cơng trình h m 2.00 2.50 3.00 3.50 Độ sâu mực nước sau cơng trình h1 m 1.30 1.80 2.30 2.80 126 Chiều dài sóng Ls m 28.20 31.30 34.25 37.06 Chiều cao từ đỉnh CT đến MNTT Z1 m 1.20 0.70 0.20 -0.30 Z /h S m 1.06 0.55 0.14 -0.20 h S /Ls 0.04 0.04 0.04 0.04 0.20 0.20 0.20 0.20 Hs 10 Ls 11 Tga=Cotga=1/m (m=2.5) 0.4 0.4 0.4 0.4 12 ξ= Tga/ H s L s 1.00 0.99 0.99 0.99 13 L S /h 14.10 12.52 11.42 10.59 14 0,033L S /h + 0,75 1.22 15 ξgh S 11.10 12.40 13.56 14.67 16 kzd (tra bảng E5: hệ số Kzd) 1.00 17 P=P u 18 η0 Kn/m -Pi/xg 1.16 1.13 1.10 0.84 0.50 0.40 13.49 12.11 7.64 6.45 1.38 0.79 0.66 1.25 Phụ lục 3.14: Tính mơmen tâm B (với 05 cấu kiện tetrapod) Kí hiệu Tải trọng (T) ↓ → Px 49.31 Pz 46.008 ← Tay đòn (m) Mơ men B (T.m) + -0.36 -17.75 -3.64 -167.47 - P1 20.625 4.55 93,84 P2 20.625 2.66 54,86 P3 20.625 0.82 16,91 P6 20.625 3.78 77,96 P7 20.625 2.16 44,55 127 Σ 46.008 49.31 -185.22 288,13 Phụ lục 3.15: Áp lực sóng tác dụng lên khối cánh mỏ STT Các đại lượng Ký hiệu Đơn vị giá trị giá trị giá trị giá trị Mực nước tính tốn Z m 1.50 2.00 2.50 3.00 Gia tốc trọng trường g m/s2 9.81 9.81 9.81 9.81 Chiều cao súng vị trí sóng đổ hS m 1.14 1.28 1.39 1.51 Độ sâu mực nước trước cơng trình h m 2.00 2.50 3.00 3.50 Độ sâu mực nước sau cơng trình h1 m 1.30 1.80 2.30 2.80 Chiều dài súng Ls m 28.20 31.30 34.25 37.06 Chiều cao từ đỉnh CT đến MNTT Z1 m 1.20 0.70 0.20 -0.30 Z /h S m 1.06 0.55 0.14 -0.20 h S /Ls 0.04 0.04 0.04 0.04 0.20 0.20 0.20 0.20 0.40 0.40 0.40 0.40 1.99 1.98 1.98 1.98 10 11 12 H S / LS Tga=Cotga=1/m (m=2.5) ξ = Tga/ H S / LS 13 L S /h 14.10 12.52 11.42 10.59 14 0,033L S /h + 0,75 1.22 1.16 1.13 1.10 15 ξgh S 22.20 24.80 27.11 29.33 16 kzd (tra bảng E5: hệ số Kzd) 1.00 0.84 0.50 0.40 17 P=P u 26.98 24.23 15.28 12.90 18 η0 1.38 1.25 0.79 0.66 Kn/m -Pi/xg 128 Phụ lục 3.16: Chiều sâu ảnh hưởng lún Lớp đất hi Z(m) (m) 0 h+ Z 0,2 2z 0,2 σ Z đ m = (kg/cm2) -kg/cm2 B 0,0184 0,00368 σZđ = γ(h+z) α Pz = α Pi P (kg/cm2) (kg/cm2) 0,3202 0,3166 0,9 0,9 1,1 0,1012 0,02024 0,36 0,9793 0,313 0,295 1,3 2,2 2,4 0,2143 0,0428 0,88 0,8606 0,276 0,255 3,2 3,4 0,2891 0,0578 1,28 0,7296 0,234 0,216 4,2 4,4 0,3639 0,037 1,68 0,6168 0,197 0,186 5,2 5,4 0,4387 0,088 2,08 0,5450 0,174 0,160 6,2 6,4 0,5135 0,0912 2,48 0,4496 0,144 0,134 7,2 7,4 0,5883 0,1176 2,88 0,3896 0,124 Phụ lục 3.17: Kết tính tốn lún Lớp đất hi P 1i = σZđ Pi σ =P 1i +P i ε 1i ε 2i _ Ei βo mo Ei Si 90 0,0598 0,3166 0,3398 0,828 0,8198 62,41 0,736 3,337 153,28 0,149 130 0,1577 0,295 0,4177 0,9438 0,933 46,79 0,650 3,07 93,37 0,328 100 0,2517 0,255 0,4772 1,2327 1,199 14,94 0,281 2,50 10,49 1,95 100 0,3265 0,216 0,5175 1,2216 1,193 14,84 0,281 2,459 10,25 1,68 100 0,4013 0,186 0,5653 1,2106 1,186 14,74 0,281 2,486 10,296 1,45 100 0,4761 0,160 0,6166 1,199 1.178 14,71 0,281 2,50 10,33 1.55 100 0,5508 0,134 0,6693 1,188 1.17 14,401 0,281 3,37 13,63 0,79 (5) 129 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI .3 III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .4 1.1 Khái quát đê biển Việt Nam nói chung tuyến đê biển Nam Định nói riêng .4 1.2 Hiện trạng nhiệm vụ tuyến đê biển tỉnh Nam Định 1.2.1 Đặc điểm tự nhiên 1.2.1.1 Địa hình 1.2.1.2 Địa chất - Thổ nhưỡng 1.2.1.3 Khí tượng, thủy hải văn 1.2.2 Đặc điểm đê biển 1.2.2.1 Đặc điểm 1.2.2.2 Quá trình đầu tư 13 1.3 Các hình thức bảo vệ tạo bãi trước đê biển 15 1.3.1 Phân loại bãi biển 15 1.3.2 Tác dụng bãi trước bờ biển biện pháp bảo vệ 15 1.4 Cơ sở lựa chọn hình thức tạo bãi trước đê biển tỉnh Nam Định 16 1.4.1 Phân loại đê biển tỉnh Nam Định 16 1.4.2 Giải pháp kỹ thuật .16 1.4.2.1 Giải pháp tạo giữ bãi đê cửa sông 17 130 1.4.2.2 Giải pháp tạo giữ bãi với tuyến đê trực diện với biển 18 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN BÃI ĐÊ BIỂN .19 2.1 Tác động dòng chảy ven bờ sóng vận chuyển bùn cát ven bờ biển 19 2.1.1 Tổng quan dòng chảy vùng ven bờ .19 2.1.2 Vận chuyển bùn cát vùng ven bờ 23 2.2 Hư hỏng tuyến đê bãi bị phá hoại 28 2.3 Hư hỏng thường gặp trờn tuyến đê biển tỉnh Nam Định 32 2.3.1 Phá từ phía đồng 32 2.3.2 Phá từ phần cấu kiện bị vỡ hỏng 33 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIỮ BÃI VÀ TẠO BÃI BẰNG HỆ THỐNG KÈ MỎ HÀN CHỮ T CHO ĐÊ BIỂN THUỘC KHU VỰC CỐNG THANH NIÊN HUYỆN GIAO THUỶ - TỈNH NAM ĐỊNH 35 3.1 Giới thiệu chung tuyến đê biển Giao Thủy 35 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên .35 3.1.1.1 Vị trí - Giới hạn 35 3.1.1.2 Đặc điểm địa hình cơng trình 37 3.1.1.3 Đặc điểm địa chất cơng trình 38 3.1.1.4 Đặc điểm khí tượng 41 3.1.1.5 Đặc điểm thuỷ văn 46 3.1.2 Đặc điểm đê, kè biển khu vực cống Thanh Niên huyện Giao Thuỷ 52 3.1.2.1 Đặc điểm đê, kè biển khu vực cống Thanh Niên trước bão số năm 2005 53 3.1.2.2 Đặc điểm đê, kè biển khu vực cống Thanh Niên huyện Giao Thuỷ tỉnh Nam Định sau bão số năm 2005 55 131 3.2 Các biện pháp tạo giữ bãi trước đê khu vực cống Thanh Niên Phân tích, lựa chọn hình thức tạo bãi cho khu vực 59 3.2.1 Biện pháp tạo giữ bãi trước đê khu vực cống Thanh Niên 60 3.2.2 Lựa chọn hình thức tạo bãi cho khu vực cống Thanh Niên 64 3.2.3 Quy mô hệ thống kè mỏ hàn chữ T khu vực Đơng Tây Cống Thanh Niên 64 3.2.3.1 Tính toán thiết kế hệ thống kè mỏ bảo vệ bãi 64 3.2.3.2 Quy mô hệ thống kè mỏ hàn khu vực Đông Tây cống Thanh Niên 65 3.3 Tính tốn sóng tác động trước sau có hệ thống mỏ kè chữ T 75 3.3.1 Các tiêu tính tốn 75 3.3.2 Mực nước tính tốn sóng .75 3.3.2.1 Xác định mực tính tốn sóng (Ztp) 75 3.3.2.2 Xác định chiều cao nước dâng bão Hnd (m) 75 3.3.3 Tính tốn chiều cao sóng trước sau có mỏ chữ T (HS) 76 3.3.3.1 Tính tốn yếu tố sóng chưa có mỏ chữ T 76 3.3.3.2 Tính tốn yếu tố sóng sau có mỏ chữ T (HS1) 77 3.3.3.3 Tính tốn chiều cao sóng sau hàng Tetrapod chân kè 80 3.4 Tính tốn kết cấu ổn định 80 3.4.1 Kiểm tra cao trình đỉnh đê sau có hệ thống giảm sóng 80 3.4.2.Tính tốn lựa chọn kích thước cấu kiện BTĐS mái kè 81 3.4.2.1.Tính tốn cấu kiện Tetrapod chân kè 82 3.4.2.2 Tính tốn cấu kiện Tetrapod cánh mỏ 82 3.4.3 Thiết kế lớp đệm 84 3.4.4 Thiết kế chọn lớp vải lọc .85 3.4.5 Tính tốn ổn định cho khối Tetrapod chân kè 85 3.4.5.1 Tính tốn áp lực sóng lên khối Tetrapod chân kè 85 3.4.5.2 Tính tốn áp lực sóng lên khối Tetrapod cánh mỏ 86 3.4.5.3 Sơ đồ lực tác dụng lên Khối tường Tetrapod 88 132 3.4.5.4 Tính tốn ổn định lật khối Tetrapod chân kè 89 3.4.6 Tính tốn khối phủ thân mũi mỏ chữ T 91 3.4.6.1 Trọng lượng ổn định khối phủ Tetrapod cánh mỏ 91 3.4.6.2 Chiều dày khối phủ (Cấu kiện bêtơng mái kè mỏ) 91 3.4.6.3 Tính toán ổn định lật khối Tetrapod thân, cánh mỏ 93 3.4.6.4 Tính tốn kiểm tra lún mỏ kè 95 3.5 Giải pháp thi công kè mỏ hàn chữ T 100 3.5.1 Các điều kiện ảnh hưởng đến thi cơng cơng trình 100 3.5.2 Giải pháp thi công 101 3.5.2.1 Đường thi công 101 3.5.2.2 Bố trí kho, bãi 102 3.5.2.3 Biện pháp thi công 102 3.5.2.4 Các phương tiện giới tham gia thi công 107 3.5.3 Thời gian khối lượng thi công kè mỏ hàn chữ T 107 3.5.3.1 Thời gian thi công 107 3.5.3.2 Khối lượng thi công 107 3.5.3.3 Thiết bị thi công 109 3.5.3.4 Biện pháp thi công 110 3.5.3.5 Dự kiến tiến độ thi công 110 3.5.3.6 Kinh phí đầu tư 111 3.6 Hiệu phát triển xã hội, môi trường vùng nghiên cứu 111 3.7 Kết luận chương 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 Kết luận .113 Kiến nghị .114 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 133 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 115 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các bão đổ vào vịnh B.Bộ từ 1950 ÷2000 Hình 1.2:Các bão tháng 4,5,6 .8 Hình 1.3:Các bão tháng 7,8,9 Hình 1.4:Các bão tháng 10,11 Hình 1.5: Bản đồ vị trí tuyến đê biển Nam Định Hình 1.6: Bình đồ lộ tuyến đê biển huyện Giao Thủy 11 Hình 1.7: Bình đồ lộ tuyến đê biển huyện Hải Hậu 11 Hình 1.8: Bình đồ lộ tuyến đê biển huyện Nghĩa Hưng 12 Hình 1.9: Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng lãnh đạo tỉnh Nam Định kiểm tra cơng trình kè biển Giao Thủy 14 Hình 1.10 Phân loại đê biển tỉnh Nam Định 16 Hình 1.11.Tạo bãi trồng chắn sóng 17 Hình 1.12: Trồng sú, vẹt Giao Thủy 17 Hình 1.13 Tạo bãi cho đê trực diện với biển 18 Hình 2.1: Sóng hình thành tiến vào bờ .19 Hình 2.2: Trường dòng chảy quan trắc gần bờ, phụ thuộc vào góc sóng vỡ .21 Hình 2.3: Hệ thống dòng chảy tuần hồn 22 Hình 2.4: Vận chuyển bùn cát ven bờ tác dụng dòng ven 24 Hình 2.5: Sự thay đổi mặt cắt ngang bãi biển trước sau trận bão 27 Hình 2.6: Xói lở chân khay kè Giao Thuỷ 30 Hình 2.7: Xói lở chân khay kè Hải Hậu .30 Hình 2.8: Đê, Kè Tiền Lang-Cai Đề .30 Hình 2.9: Đê, Kè phía Đơng cống Thanh Niên .30 Hình 2.10: Đê, Kè Táo Khoai 31 Hình 2.11:Đê, Kè Hải Thịnh III 31 Hình 2.12: Đê kè Cồn Tròn – Hải Hậu 31 Hình 2.13: Hư hỏng kè Nghĩa Phúc sau bão số năm 2005 32 Hình 3.1: Hướng gió thổi vào Nam Định mùa 44 134 Hình 3.2: Hoa gió tổng hợp nhiều năm 44 Hình 3.3: Tuyến đê, kè khu vực cống Thanh Niên chưa xây dựng kè mỏ hàn 53 Hình 3.4: Kết cấu kè PAM khu vực cống Thanh Niên 54 Hình 3.5: Cống Thanh Niên 56 Hình 3.6: Đoạn phía Đơng sau nâng cấp 56 Hình 3.7: Bãi đê khu vực cống Thanh Niên 58 Hình 3.8: Hư hỏng đê cống Thanh Niên 58 Hình 3.9: Địa hình chân đê phía đồng khu vực cống Thanh Niên 59 Hình 3.10: Hệ thống mỏ kè chữ I - Nghĩa Phúc huyện Nghĩa Hưng 62 Hình 3.11: Khu vực cống C1 (kè Nghĩa Phúc) trước sau có hệ thống mỏ kè 62 Hình 3.12: Hệ thống mỏ kè chữ T - Nghĩa Phúc huyện Nghĩa Hưng 62 Hình 3.13: Kè chữ T ống buy cấu kiện bê tông Hải Hậu .63 Hình 3.14: Hệ thống mỏ kè chữ T - Kiên Chính huyện Hải Hậu 64 Hình 3.15: Mặt chi tiết kè mỏ hàn chữ T .66 Hình 3.16: Cắt ngang thân mỏ hàn chữ T 67 Hình 3.17: Cắt ngang cánh mỏ hàn chữ T 68 Hình 3.18: Cắt ngang thân mỏ hàn chữ T(mỏ 1,8,9,13) 68 Hình 3.19: Cắt ngang thềm giảm sóng .71 Hình 3.20: Cắt ngang thân đê biển khu vực cống Thanh Niên 73 Hình 3.21: Mặt bố trí hệ thống kè mỏ hàn chữ T khu vực cống Thanh Niên 74 Hình 3.22: Sóng trước sau cánh mỏ chữ T 78 Hình 3.23: Sóng trước sau hàng Tetrapod chân kè 80 Hình 3.24: Chi tiết cấu kiện Tetrapod .84 Hình 3.25: Biểu đồ áp lực sóng lên đoạn tường ngầm giảm sóng 86 Hình 3.26: Các biểu đồ áp lực sóng tác động lên mỏ hàn .87 Hình 3.27: Áp lực sóng tác dụng lên khối Tetrapod (3 CK) chân kè .89 Hình 3.28: Áp lực sóng tác dụng lên khối Tetrapod (5 CK) chân kè .89 Hình 3.29: Sơ đồ lực tác dụng lên khối Tetrapod cánh mỏ 94 Hình 3.30: Bãi biển khu vực Đơng Tây cống Thanh Niên sau xây dựng hệ thống 13 kè mỏ hàn chữ T .99 Hình 3.31: Thi công kè mỏ hàn phương pháp “lấn dần” .105 Hình 3.32: Thiết bị thi cơng kè mỏ hàn thềm giảm sóng 109 135 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tốc độ xói lở bờ biển số đoạn thuộc Nam Định qua thời kì .29 Bảng 2.2: Tốc độ hạ thấp địa hình bãi biển chân đê xói lở thuộc Nam Định 29 Bảng 3.1: Lượng mưa nhóm ngày thực đo ( 1960 – 1998): 43 Bảng 3.2: Lượng mưa lớn X1, X3, X5 ngày tháng 7,8,9 43 Bảng 3.3: Mơ hình mưa thiết kế tần suất P = 10% tháng 7,8,9; .44 Bảng 3.4: Diễn biến bốc ngày đêm tháng năm Văn Lý 45 Bảng 3.5: Nhiệt độ trung bình tháng .46 Bảng 3.6 : Mực nước cao bờ biển Nam Định ứng với mức đảm bảo tần suất P = 1%, 5%, 10% .47 Bảng 3.7 : Số liệu thực đo 22 năm (1970 ÷ 1991) trạm cửa sông 47 Bảng 3.8: Số liệu quan trắc nước dâng sóng số bão điển hình ảnh hưởng đến bờ biển Nam Định 48 Bảng 3.9: Theo QPTL-C1-78 xác định chiều cao nước dâng với cấp gió 48 Bảng 3.10: Sự trùng hợp theo ngày 49 Bảng 3.11: Sự trùng hợp theo triều cường nước dâng 49 Bảng 3.12: Một số sóng điển hình bờ biển Giao Thuỷ 51 Bảng 3.13: Tần suất dòng chảy gió 52 Bảng 3.14 : Chiều cao nước dâng bão vùng bờ biển 20oN - 21oN 76 Bảng 3.15: Mực nước cao ứng với mức bảo đảm P% 81 Bảng 3.16: Kích thước khối Tetrapod .83 Bảng 3.17: Kích thước khối Tetrapod ứng với trường hợp H=1,5m 83 Bảng 3.18: Kích thước khối Tetrapod ứng với trường hợp H=1,8m 83 Bảng 3.19: Kết tính áp lực sóng lên mỏ kè khu vực cống Thanh Niên 88 Bảng 3.20: Các kết tính tốn Kd 93 Bảng 3.21: Trọng lượng cấu kiện cánh mỏ cấu kiện số 2; 3; 5; 6;7 .93 136 DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ luc 3.1: Tính tốn thơng số sóng .117 Phụ lục 3.2: Tính hệ số giảm sóng qua cánh mỏ chữ T 118 Phụ lục 3.3: Chiều cao sóng sau hàng Tetrapod chân kè chưa tạo bãi 119 Phụ lục 3.4: Chiều cao sóng sau hàng Tetrapod chân kè bãi bồi .119 Phụ lục 3.5: Tính tốn chiều cao sóng leo 120 Phụ lục 3.6: Tính tốn trọng lượng viên cấu kiện 121 Phụ lục 3.7: Trọng lượng viên cấu kiện khối phủ 121 Phụ lục 3.8: Tính tốn áp lực sóng lên khối Tetrapod chân kè 122 Phụ lục 3.9: Giá trị tính tốn thơng số áp lực lên kè cánh mỏ 123 Phụ lục 3.10: Bảng tính mơ men tâm B 124 Phụ lục 3.11: Tính mơ men tâm B 124 Phụ lục 3.12: Tính trọng lượng tối thiểu viên cấu kiện 125 Phụ lục 3.13: Tính ổn định lật khối Tetrapod .125 Phụ lục 3.14: Tính mơmen tâm B (với 05 cấu kiện tetrapod) 126 Phụ lục 3.15: Áp lực sóng tác dụng lên khối cánh mỏ 127 Phụ lục 3.16: Chiều sâu ảnh hưởng lún 128 Phụ lục 3.17: Kết tính tốn lún .128 ... ĐÀO T O BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Nguyễn Ngọc Hiếu NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP T O BÃI CHO TUYẾN ĐÊ BIỂN T NH NAM ĐỊNH; ÁP DỤNG T NH T N CHO ĐOẠN ĐÊ BIỂN KHU VỰC CỐNG THANH NIÊN... t nh t n, phân t ch, t ng k t hiệu giải pháp bảo vệ bờ, t o bãi khu vực nghiên cứu IV K T QUẢ DỰ KIẾN Đ T ĐƯỢC Phân t ch t c dụng t o bãi hệ thống kè mỏ hàn chữ T Ứng dụng t nh t n cho đoạn đê biển. .. cứu t ng k t thực trạng nhiệm vụ tuyến đê biển t nh Nam Định - Nghiên cứu t c dụng bãi trước đê đê biển biện pháp t o, giữ bãi cho đê biển, t đưa sở thực tiễn để lựa chọn giải pháp t o giữ bãi