Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đê trụ rỗng tiêu sóng gây bồi chống sạt lở đê biển việt nam áp dụng đối với xã khánh bình tây, huyện trần văn thời, tỉnh cà mau

Đứng trước tình hình đó rất nhiều các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển được nghiên cứu thi công để bảo vệ bờ biển trong đó các giải pháp đê chắn sóng , giảm sóng xà bờ là một lựa chọn

i

LỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đê trụ rỗng tiêu sóng gây b ồi chống sạt lở đê biển Việt Nam áp dụng đối với xã Khánh Bình Tây, huy ện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS Trần Văn Thái Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong Luận văn này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc Nếu phát hiện có

bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình

Hà N ội, ngày tháng 04 năm 2017

H ọc viên cao học

Nguy ễn Duy Ngọc

và tập thể

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.Trần Văn Thái đã hướng dẫn tôi

thực hiện luận văn của mình

Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo, người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua

Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, Ban lãnh đạo đơn vị công tác, các đồng nghiệp, bạn bè, tập thể lớp Cao học 23C11 những người đã luôn bên cạnh, sát cánh, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện luận văn của mình./

Hà N ội, ngày tháng 04 năm 2017

H ọc viên cao học

Nguy ễn Duy Ngọc

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 3

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

4 Kết quả dự kiến đạt được 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan giải pháp đê chắn sóng xa bờ trên thế giới 5

1.1.1 Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc tại Anh 5

1.1.2 Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc kết hợp Tetrapode 6

1.1.3 Đê chắn sóng xa bờ bằng công nghệ Geotube 6

1.1.4 Đê tiêu sóng dạng Reefs ball 7

1.1.5 Đê tiêu sóng dạng WaveBlock 8

1.1.6 Đê tiêu sóng dạng BeachSaver 9

1.1.7 Đê tiêu sóng dạng nấm 9

1.2 Tổng quan đê chắn sóng xa bờ trong nước 10

1.2.1 Đê chắn sóng xa bờ kết cấu Tetrapode tại Nam Định 10

1.2.2 Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt đá hộc lõi cát tại Trà Vinh 11

1.2.3 Đê chắn sóng xa bờ tại Quảng Ngãi 11

1.3 Tổng quan giải pháp bảo vệ bờ bằng đê trụ rỗng bán nguyệt 12

1.3.1 Đê bán nguyệt tại cảng Nhật Bản 12

1.3.2 Đê bán nguyệt tại Dương Tử Trung Quốc 13

1.3.3 Đê bán nguyệt tại Lưu Hải Trung Quốc 14

1.4 Tổng quan giải pháp bảo vệ bờ biển đang áp dụng tại tỉnh Cà Mau 14

1.4.1 Bảo vệ bờ biển bằng kè bằng cây gỗ địa phương (dừa, tràm, bạch đàn,…) 15

1.4.2 Bảo vệ bờ biển bằng kè rọ đá 16

1.4.3 Đê chắn sóng xa bờ được đóng 2 hàng cọc bê tông li tâm 17

1.4.4 Kè bằng hàng rào tre 18

1.5 Vấn đề cần nghiên cứu 18

1.6 Kết luận chương I 19

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐÊ TRỤ RỖNG 20

iv

2.1 Đặt vấn đề - ý tưởng nghiên cứu 20

2.1.2 Nguyên lý đê trụ rỗng – tiêu sóng 21

2.1.3 Tổng kết các kết quả nghiên cứu về đê trụ rỗng bán nguyệt 22

2.2 Giải pháp đê trụ rỗng 24

2.2.1 Các hình thức kết cấu đê trụ rỗng kín không thấm 24

2.2.2 Các hình thức kết cấu đê trụ rỗng có lỗ trên thân 26

2.2.3 Lựa chọn kết cấu phù hợp 28

2.3 Nghiên cứu tính toán ổn định đê trụ rỗng trên nền đất yếu 30

2.3.1 Các đặc trưng và các chỉ tiêu nền đất yếu 30

2.3.2 Các lực tác dụng lên kết cấu đê trụ rỗng 31

2.3.3 Tính toán ổn định đê trụ rỗng 32

2.4 Các giải pháp tăng cường ổn định đê 34

2.4.1 Giải pháp kết cấu thân đê trụ rỗng 34

2.4.2 Giải pháp gia cố thượng hạ lưu 35

2.5 Kết luận chương 2 36

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THUỘC XÃ KHÁNH BÌNH TÂY, HUYỆN TRẦN VĂN THỜI, TỈNH CÀ MAU 37

3.1 Tên công trình 37

3.2 Mục tiêu công trình 37

3.3 Các hạng mục công trình 37

3.4 Vị trí khu vực nghiên cứu 37

3.4.2 Điều kiện địa hình 38

3.4.3 Điều kiện địa chất 38

3.4.4 Đặc trưng cơ lý đất nền 39

3.4.5 Đặc điểm khí tượng thủy văn 40

3.5 Thiết kế mặt cắt ngang đê 42

3.5.1 Cấp công trình và tần suất thiết kế 42

3.5.2 Điều kiện biên tính toán 43

3.5.3 Tính sóng thiết kế 44

3.5.4 Tính cao trình đỉnh đê [3] 47

3.5.5 Tính gia cố chân [1] 47

3.6 Tính toán ổn định đê trụ rỗng 49

3.6.1 Thông số tính ổn định đê trụ rỗng 49

3.6.2 Tải trọng do sóng tác dụng [1] 50

3.6.3 Áp lực đất bị động 51

v

3.6.4 Tổng hợp các lực tác dụng lên kết cấu [5] 52

3.6.5 Kiểm tra ổn định kết cấu bằng phần mềm ANSYS version 16 54

3.6.6 Kiểm tra ổn định chung [4] 61

3.6.7 Kiểm tra ứng suất nền [4] 61

3.6.8 Kiểm tra ổn định trượt hỗn hợp [4] 62

3.7 Phương án bố trí tổng thể, kết cấu đê trụ rỗng 64

3.7.1 Bố trí tổng thể tuyến đê 64

3.7.2 Kết cấu đơn nguyên đê 65

3.7.3 Mặt bằng điển hình một đoạn đê 66

3.8 Phương án xử lý nền móng công trình 67

3.9 Phương án thi công công trình 67

3.9.1 Tính toán phương án cẩu lắp 67

3.9.2 Quy trình trình thi công 71

3.10 Kết luận chương 3 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

KẾT LUẬN 73

KIẾN NGHỊ 73

I TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 75

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 76

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 - 1: Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex 6

Hình 1 - 2: Đê chắn sóng ngoài khơi tại bờ biển Alexandria 6

Hình 1 - 3: Đê chắn sóng xa bờ bằng ống vải địa kĩ thuật Geotube tại Hà Lan 7

Hình 1 - 4: Kết cấu các khối Reefs ball 8

Hình 1 - 5: Kết cấu các khối WaveBlock 8

Hình 1 - 6: Kết cấu các khối BeachSaver 9

Hình 1 - 7: Kết cấu tiêu sóng dạng nấm 10

Hình 1 - 9: Đê chắn sóng xa bờ tại Trà Vinh 11

Hình 1 - 10: Đê chắn sóng xa bờ tại Quảng Ngãi 12

Hình 1 - 11: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại cảng Miyazaki Nhật Bản 12

Hình 1 - 12: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Dương Tử Trung Quốc 13

Hình 1 - 13: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Lưu Hải Trung Quốc 14

Hình 1 - 14: Kè bằng cừ tràm 15

Hình 1 - 15: Bố trí kè rọ đá 16

Hình 2 - 1: Sóng tác dụng lên tường đứng 20

Hình 2 - 2: Các thông số trong mặt cắt đê 22

Hình 2 - 3: Đê trụ rỗng dạng vòm không thấm 24

Hình 2 - 4: Kết cấu đê trụ rỗng kín, tường đỉnh phía trên hoặc tường đứng phía dưới 25

Hình 2 - 6: Kết cấu đê trụ rỗng có bố trí lỗ phía biển 26

Hình 2 - 7: Kết cấu đê trụ rỗng có bố trí lỗ trên toàn bộ mặt cong 27

Hình 2 - 8: Mặt bằng kết cấu đê trụ rỗng 29

Hình 2 - 9: Cắt ngang kết cấu 29

Hình 2 - 10: Mặt cắt điển hình tuyến đê 30

Hình 2 - 11: Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu 31

Hình 2 - 12: Mặt bằng kết cấu đê trụ rỗng 34

vii

Hình 2 - 13: Cắt ngang kết cấu 35

Hình 2 - 15: Cắt ngang gia cố thượng hạ lưu 36

Hình 3 - 1: Vị trí công trình 38

Hình 3 - 2: Khu vực tính tham số sóng nước sâu 44

Hình 3 - 3: Vị trí mặt cắt tính toán 46

Hình 3 - 4: Sơ đồ hiệu chỉnh áp lực 50

Hình 3 - 5: Sơ đồ lực tác dụng lên đê trụ rỗng 52

Hình 3 - 6: Mô hình hóa kết cấu 55

Hình 3 - 7: Mô hình hóa kết cấu làm việc có gia cố đá thượng hạ lưu 56

Hình 3 - 8: Chuyển vị theo phương X 56

Hình 3 - 9: Ứng suất chính thứ nhất 57

Hình 3 - 10: Ứng suất Von Mises 57

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3 - 1: Chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của các lớp đất Error! Bookmark not defined Bảng 3 - 2: Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm (Trạm Cà Mau) Error! Bookmark not defined.

Bảng 3 - 3: : Bảng đặc trưng độ ẩm vùng công trình Error! Bookmark not defined.

Bảng 3 - 4: Kết quả tính sóng nước sâu Error! Bookmark not defined Bảng 3 - 5: Tổng hợp kết quả tính từ 4 mặt cắt Error! Bookmark not defined Bảng 3 - 6: Hệ số chiều cao đỉnh tương đương Error! Bookmark not defined Bảng 3 - 7: Kết quả tính khối lượng đá bảo vệ chân Error! Bookmark not defined Bảng 3 - 8: Tổng hợp kết quả tính tải trọng sóng Error! Bookmark not defined.

ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

Chữ viết tắt Diễn giải

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Những năm gần đây tình hình thời tiết diễn biến hết sức phức tạp và theo chiều hướng ngày càng bất lợi hơn Vùng biển phía Tây của tỉnh Cà Mau triều cường thường xuyên dâng cao, kết hợp mưa, dông và sóng với cường độ mạnh đã phá hủy làm mất đi diện tích rất lớn rừng phòng hộ Một số nơi, rừng phòng hộ không còn, sóng biển tác động trực tiếp vào thân đê, làm sạt lở rất nghiêm trọng hệ thống đê biển Tây, gây rất nhiều khó khăn, tốn kém trong việc xử lý khắc phục cũng như ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất, sinh hoạt của nhân dân Trước sự tàn phá của sóng biển, hàng loạt nhà cửa, đất đai sản xuất, rừng phòng hộ và thậm chí một số công trình đê kè cũng bị sóng biển cuốn trôi

Theo thống kê của tỉnh Cà Mau, tổng chiều dài sạt lở ven biển ở tỉnh đã trên 40km, trong đó có 4 khu vực sạt lở nguy hiểm dài trên 17km thuộc các khu vực đê biển Tây; cửa biển Gành Hào, huyện Đầm Dơi; khu dự trữ sinh quyển mũi Cà Mau và bãi biển Khai Long Mức độ sạt lở trong 5 năm qua, có nơi biển đã ăn sâu đất liền hơn 100m Điển hình, huyện U Minh có đường bờ biển dài khoảng 35km, nhưng phần lớn diện tích rừng ven biển ở đây đã bị sóng biển Tây vốn bình lặng xóa sổ Có nơi biển lấn sâu vào đất liền gần 1km Phần lớn nhà dân ở xã Khánh Tiến sống ven rừng phòng hộ trước kia nay phải di dời vào sâu trong đất liền để tránh thiên tai và sóng biển nuốt mất nhà…

Năm 2014, thời tiết đã có dấu hiệu cực đoan, vào các tháng đầu năm đã liên tục xuất hiện những đợt thủy triều dâng cao, kèm theo sóng to tiếp tục gây sạt lở cho khu vực này Trước tình hình trên, Chi cục Thủy lợi đã chỉ đạo cho Hạt Quản lý Đê điều phải luôn túc trực, bám sát địa bàn, theo dõi mọi diễn biến bất lợi của thời tiết, kiểm tra, giám sát chặt chẽ các tuyến kè bảo vệ tuyến đê biển Tây đã và đang được triển khai thực hiện để có giải pháp ứng phó kịp thời Hiện nay, qua kiểm tra, khảo sát trên toàn tuyến đã phát hiện một số vị trí có nguy cơ sạt lở rất cao (đai rừng còn rất mỏng, có nơi chỉ còn khoảng 15÷ 20m), nếu không được xử lý sớm sẽ rất nguy hiểm Đặc biệt

là sạt lở tại đoạn từ Kênh Mới đến Kênh Hòn, xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời, với tổng chiều dài sạt lở 140m

2

Thời gian gần đây, biển Tây của Cà Mau luôn luôn động, gió cấp 7, cấp 8 Sóng to gió lớn đã làm sụp lở nhiều đai rừng phòng hộ biển Tây Chỉ từ năm 2007 trở lại đây có 40.600m bị sạt lở khá nghiêm trọng, trong đó sạt lở đặc biệt nghiêm trọng gồm có 04 đoạn, với tổng chiều dài 16.975km Qua khảo sát trong năm 2014 hiện có khoảng 15km chiều dài với đai rừng chỉ còn từ 30 - 80m (đoạn từ Hương Mai đến Tiểu Dừa) nếu không có giải pháp khắc phục thì chỉ vài năm sau các đoạn này sẽ không còn rừng phòng hộ Dưới tác động của BĐKH, rừng phòng hộ đê biển Tây có nguy cơ biến mất hoàn toàn

Tình hình sạt lở điểm cách cấu kiện Kênh

Mới về ấp Kênh Hòn khoảng 300m

Tình hình sạt lở phá hủy rừng phòng hộ

Ngoài ra, hiện nay rừng ngập mặn Cà Mau đã được đưa vào khu dự trữ sinh quyển thế giới, vì vậy, vấn đề trồng rừng và xúc tiến tái sinh rừng ngoài việc bảo vệ bờ biển còn làm tăng thêm diện tích rừng, bảo vệ duy trì tính đa dạng sinh học cho khu sinh quyển

đã được UNESCO công nhận

Bằng nguồn vốn hỗ trợ của Trung ương, tỉnh Cà Mau đã xây dựng một tuyến kè dùng cọc bê tông ly tâm đóng xuống biển cách bờ khoảng 100m để tạo bãi bồi trồng rừng trở lại dài trên 4,4km Cách làm này là có hiệu quả nhằm tái tạo rừng, chống sạt lở, nhưng suất đầu tư vẫn còn khá cao

3

Để khắc phục tình trạng trên, một mặt cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp bảo vệ chống xói lở bờ biển , khôi phục lại rừng ngập mặn, mặt khác cần nghiên cứu phương

án giảm chí phí xây dựng công trình

Vì vậy để nâng cao hiệu quả và giảm giá thành cho các công trình bảo vệ bờ, gây bồi chống sạt lở bờ biển cần đề xuất những giải pháp kết cấu phù hợp hơn

Trên cơ sở đó học viên chọn Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ

đê trụ rỗng tiêu sóng gây bồi chống sạt lở đê biển Việt Nam áp dụng đối với xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau”

2 Mục đích của đề tài

Đề xuất và lựa chọn giải pháp kết cấu, tính toán ổn định cho đê trụ rỗng tiêu giảm sóng

áp dụng cho xã Khánh Bình Tây huyện Trần Văn Thời tỉnh Cà Mau

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

3.1 Cách tiếp cận nghiên cứu:

4

Lấy ý kiến các chuyên gia: quá trình nghiên cứu cần thiết phải lấy ý kiến các chuyên gia chuyên ngành

3.2 Phương pháp nghiên cứu:

* Phương pháp nghiên cứu công trình thực tiễn:

- Quan sát kết hợp tổng quan các công trình thực tế

- Phương pháp hệ thống điều tra thực địa;

- Phương pháp chuyên gia

* Phương pháp lý thuyết

- Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyêt tổng quan

4 Kết quả dự kiến đạt được

Đề xuất và lựa chọn giải pháp kết cấu, tính toán ổn định cho đê trụ rỗng

Tính toán thiết kế cụ thể cho một công trình thực tế;

Sơ bộ đề xuất quy trình và biện pháp thi công đê trụ rỗng

5

1.1 Tổng quan giải pháp đê chắn sóng xa bờ trên thế giới

Sự biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng Biểu hiện

rõ nhất là sự nóng lên của trái đất, là băng tan, nước biển dâng cao; là các hiện tượng

thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán và giá rét kéo dài… dẫn đến

sự đe dọa phá hủy sự ổn đỉnh của hàng triệu triệu Km bờ biển trên khắp hành tinh, phá

hủy và nhấn chìm hàng triệu km2 các dải đất đồng bằng phì nhiêu dọc các bờ biển Đứng trước tình hình đó rất nhiều các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển được nghiên

cứu thi công để bảo vệ bờ biển trong đó các giải pháp đê chắn sóng , giảm sóng xà bờ

là một lựa chọn nhằm chủ động ứng phó với tác động xấu của sóng biển trước khi sóng tác động trực tiếp vào bờ

1.1.1 Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc tại Anh

Hình 1 - 1:

Bờ biển Elmer nằm ở phía nam của vương quốc Anh, là một đoạn bờ biển thẳng, nằm

giữa Bognor Regis và Littlehampton Elmer nằm trong vùng bán nhật triều Mực nước triều trung bình cao là khoảng 5,3 m, Mực nước triều chân triều thấp nhất là 2,9 m Đỉnh triều lớn nhất có thể lên tới 6m Khoảng 30 cm trên bề mặt đáy, vận tốc triều tối

đa là 1m/s (trong thời kỳ triều cường), dòng triều theo hướng Đông Tây ở khu vực ngoài khơi Một hệ thống gồm 8 đê chắn sóng song song với đường bờ được xây dựng

từ năm 1991-1993, khu vực giữa hệ thống công trình này và bờ biển là các bãi trầm tích 8 đê chắn sóng có kích thước khác nhau do phụ thuộc vào vị trí xây dựng chúng

Hình 1 - 2: Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex

Với mục đích bảo vệ bờ và giảm thiểu xói lở, một hệ thống đê xa bờ đã được xây dựng

dọc theo phần phía Đông của bờ biển Alexandria Hệ thống đê này gồm: một đê ngầm chính và hai phân đoạn đê ở hai bên, khoảng cách từ hệ thống công trình tới bờ biển khoảng 150m-300m Tổng chiều dài của đê ngầm là khoảng 3000 mét, được xây dựng trong khu vực có phạm vi độ sâu mực nước biển từ 2,5-8,5 m Bề rộng đỉnh đê là 36m trong khu vực có độ sâu 3÷5m, và đỉnh đê rộng 46 m ở khu vực có độ sâu 8,5m Các phân đoạn đê này có cao trình đỉnh thấp hơn mực nước biển thấp nhất là 0,5m – đây là khoảng cách tối thiểu đảm bảo tính hiệu quả của đê ngầm và đảm bảo tốt nhất việc lưu thông dòng chảy với vùng được đê ngầm bảo vệ Đê được bảo vệ ở cả mái phía biển

và mái phía bờ, vật liệu bảo vệ chủ yếu là đá tự nhiên có khối lượng 10÷300kg và cấu

kiện Tetrapode Độ dốc mái đê phía biển và phía bờ là 1:2; 1:3; 1:5 để đảm bảo tính ổn định của công trình chắn sóng Tại khu vực có độ sâu 3÷5m, mái phía biển bố trí 2 hai

lớp Tetrapod nặng 3 tấn, mái phía bờ bảo vệ bởi khối bê tông nặng 5 tấn Trong khu

vực độ sâu 8,5 mét, mái phía biển được bảo vệ bởi cấu kiện Tetrapod nặng 5 tấn và hai

lớp bê tông đá

1.1.3 Đê chắn sóng xa bờ bằng công nghệ Geotube

Công nghệ Geotube được chứng minh là phương pháp hiệu quả giúp kiềm chế năng lượng của sóng biển Các ông Geotube và túi cát Geobag được may từ vải địa kỹ thuật

7

đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng trên biển và cửa sông với chi phí thấp Công nghệ Geotube đã được kiểm chứng là biện pháp hữu hiệu bảo vệ bờ biển chống lại xói lở gây ra do tác động của bão và áp thấp nhiệt đới Quy trình thi công khá đơn giản, các ống địa kỹ thuật được may từ loại vải địa kỹ thuật đặc biệt, lấp đầy bằng cát biển và chôn dọc theo bờ biển tạo thành một tuyến đê mềm Xói lở bờ biển, dịch chuyển và tích tụ cát đến những nơi không mong muốn do tác động của sóng biển và thủy triều từ lâu đã gây nên nhiều rắc rối cho người dân ở ven biển Để giải quyết vấn đề này, người

ta đã cho lắp đặt các ống đê mềm Geotube ở ngoài khơi để phá năng lượng sóng biển

Vị trí và kích thước của đê phá sóng sẽ được tính toán kỹ lưỡng cho phép bãi cát dần

dần được bồi đắp

Hình 1 - 3: Đê chắn sóng xa bờ bằng ống vải địa kĩ thuật Geotube tại Hà Lan

1.1.4 Đê tiêu sóng dạng Reefs ball

Ưu điểm lớn nhất khi sử dụng kết cấu Reefs ball bảo vệ bờ biển là tính linh hoạt của

giải pháp này Kết cấu bố trí lỗ trên thân nhằm tiêu một phần năng lượng sóng khi các đường dòng đi qua kết cấu thông qua các lỗ bố trí trên thân Hơn thế nữa khi sử dụng

đê với kết cấu dạng này rất thân thiện với môi trường sinh thái

8

Hình 1 - 4: Kết cấu các khối Reefs ball

1.1.5 Đê tiêu sóng dạng WaveBlock

Kết cấu gồm hệ thống cột đứng bố trí xen kẽ kết nối bằng các tầng bê tông thi công đúc sẵn Kết cấu cho phép sóng luồn qua tách thành các đường dòng va chạm triệt tiêu năng lượng lẫn nhau

Hình 1 - 5: Kết cấu các khối WaveBlock

Ưu điểm:

- Thi công đúc sẵn lắp ghép nên tốc độ thi công nhanh, hiệu quả tiêu sóng tốt

Nhược điểm:

- Diện tích tiếp xúc chân và nền cấu kiện bé nên kém ổn định

- Sóng tác động trực diện lên kết cấu theo phương vuông góc nên lực tác động lên kết cấu lớn

9

1.1.6 Đê tiêu sóng dạng BeachSaver

Hình 1 - 6: Kết cấu các khối BeachSaver

Kết cấu cho phép sóng truyền qua va chạm với các dòng vuông góc khi sóng xuyên qua các lỗ bố trí trên thân làm triệt tiêu một phần năng lượng sóng

- Các kết cấu riêng biệt không có sự liên kết với nhau

- Lực sóng lên cấu kiện lớn do hướng tác động trực diện lên kết cấu

10

Hình 1 - 7: Kết cấu tiêu sóng dạng nấm

1.2 Tổng quan đê chắn sóng xa bờ trong nước

Với đường bờ biển dài chịu tác động thường xuyên của bão gió, các phương án xây dựng đê chắn sóng xa bờ đã được đầu tư nhiều dọc bờ biển Việt Nam nhằm chủ động giảm tác động xấu của sóng tới bờ biển

1.2.1 Đê chắn sóng xa bờ kết cấu Tetrapode tại Nam Định

Tại Quất Lâm (huyện Giao Thủy) Nam Định đã đầu tưu xây dựng tuyến đê chắn sóng

xa bờ kết hợp với kè mỏ hàn tạo thành hình chữ T, từng phân đoạn này phân bố trải dài trên 5km bờ biển nhằm bảo vệ cho tuyến đê kiên cố phía trong Kêt cấu đê chắn sóng bằng các khối Tetrapode nặng từ 5 - 10 tấn Tetrapode xếp thành 3 hàng , các chân cấu kiện đan xen ngược xuôi liên kết với nhau

Hình 1 - 8: Kết cấu đê tiêu sóng bảo vệ đê chính tại Nam Định

11

1.2.2 Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt đá hộc lõi cát tại Trà Vinh

Dự án xây dựng 2,4 km đê chắn sóng ngăn cát với cao trình đỉnh đạt +5.7 tại luồng cửa ra sông Hậu đã được xây dựng hoàn thành, tác dụng của tuyến đê là ngăn sóng tác động vào luồng tàu từ biển váo sông Ngăn sự bồi tụ bùn cát vào luồng tàu do các dòng vận chuyển bùn cát ven bờ Mặt cắt kết cấu đê được thiết kế biên dạng hình thang,lõi phía trong bằng cát đắp, phía ngoài được bảo vệ bằng đá hộc

Hình 1 - 9: Đê chắn sóng xa bờ tại Trà Vinh

1.2.3 Đê chắn sóng xa bờ tại Quảng Ngãi

Đê chắn sóng có chiều dài 1,6km, rộng trung bình 15m, chiều cao 10m so với mực nước biển, có tổng mức dự toán 1.500 tỷ đồng Khởi công từ tháng 10-2006, đến khi hoàn thành công trình này, nhà thầu Van Oord và Cty Lũng Lô đã đổ gần 2 triệu m3 đá xuống móng và thân đê; lắp đặt hơn 21.000 khối Accropode có khối lượng từ 2 - 12m3 bọc ngoài thân đê để phá sóng, chắn gió, bảo vệ cho những con tàu ra vào cảng Dung Quất

12

Hình 1 - 10: Đê chắn sóng xa bờ tại Quảng Ngãi

1.3 Tổng quan giải pháp bảo vệ bờ bằng đê trụ rỗng bán nguyệt

1.3.1 Đê bán nguyệt tại cảng Nhật Bản

Hình 1 - 11: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại cảng Miyazaki Nhật Bản

Đê chắn sóng tại cảng Miyazaki ở đảo Kyushu được xây dựng từ nắm 1992 -1993 có tổng chiều dài 36m là kết cấu đê chắn sóng đầu tiên có dạng hình bán nguyệt đưa vào ứng dụng thi công trong thực tế với mục đính chống lại các đợt sóng do bão tác động vào cảng Kết cấu ghép từ các tấm bê tông dự ứng lực trước, trên mặt có để lỗ có đường kính D=1,6m Phía hướng biển bố trí tỉ lệ lỗ rỗng chiếm 25% diện tích bề mặt, phía hướng bờ bố trí lỗ rỗng chiếm 10% Toàn tuyến gồm 3 đơn nguyên ghép lại, mỗi

13

đơn nguyên có các thông số chiều dài 12m, bán kính cung tròn R=9,8m, chiều dày thành 0,5m

Ưu điểm:

- Kết cấu có tác dụng tiêu sóng tốt, làm giảm chiều cao và năng lượng sóng sau đê

- Tăng ổn định nhờ lực sóng tác dụng lên kết cấu dạng vòm bị phân tách một phần thành lực hướng xuống dưới đối trọng một phần với lực đẩy nối tác dụng lên kết cấu

- Kết cấu thi công lắp đặt nên tiến độ thi công nhanh, tính linh động cao, có khả năng tái sử dụng lại ỡ những vị trí khác

- Kết cấu có lỗ trên thân mang tính thân thiện hơn với môi trường, không làm cản trở môi trường sống của các loài động vật trong vùng bố trí bởi vì kết cấu cho phép sinh vật di chuyển xuyên qua cũng như cho phép sự trao đổi nước qua lại giữa thượng hạ lưu công trình

Nhược điểm:

- Độ cứng tổng thể của kết cấu giảm do có nhiều lỗ rỗng

- Kết cấu quá đồ sộ với kích thước lớn nên việc thi công lắp ghép cần có những thiết bị siêu trường siêu trọng chuyên dụng để thi công

1.3.2 Đê bán nguyệt tại Dương Tử Trung Quốc

Hình 1 - 12: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Dương Tử Trung Quốc

14

Đê chắn sóng tại sông Dương Tử được xây dựng từ nắm 1998 -2000 có tổng chiều dài 18km Kết cấu bê tông dự ứng lực dạng vòm bán nguyệt có chiều dài 4.5m bán kính cong ngoài R=4m, bề dày thành d = 0,75m Phía hướng biển bố trí tỉ lệ lỗ rỗng chiếm 11% diện tích bề mặt, phía hướng bờ không có lỗ

1.3.3 Đê bán nguyệt tại Lưu Hải Trung Quốc

Hình 1 - 13: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Lưu Hải Trung Quốc

Kết cấu thân đê bằng các đơn nguyên đúc sẵn có bố trí lỗ rỗng trên toàn bộ mặt cong, bản đáy rộng 22m dày 1,5m Bán kính ngoài vòm bán nguyệt R=9,8m có thành dày 0,75m Toàn bộ kết cấu đặt trên thảm mềm ống cát có gia cố thượng hạ lưu bằng đá thả rối với bề rộng thềm gia cố là 3m

1.4 Tổng quan giải pháp bảo vệ bờ biển đang áp dụng tại tỉnh Cà Mau

Là địa phương nằm cuối cùng trên dải đất hình chữ S với đường bờ biển dài, địa hình thấp, địa chất mềm yếu, Cà Mau cũng là một trong những địa phương chịu tác động mạnh mẽ nhất từ những hiện tượng cực đoan của biến đổi khí hậu, hàng ngàn hecta rừng ngập mặn trên địa bàn ven biển tỉnh đã bị sóng đánh mất hoàn toàn

Trước tình hình sạt lở bờ biển nghiêm trọng như thế và mức độ ảnh hưởng sạt lở năm sau cao hơn năm trước, hàng năm thường xuyên đe dọa đê biển Tây của tỉnh Cà Mau

sẽ bị vỡ đê bất cứ lúc nào Bằng sự nỗ lực của tỉnh các năm qua, suốt quá trình bảo vệ

đê biển trong mùa mưa bão, chúng ta đã thực hiện rất nhiều giải pháp kè như: kè bằng vật liệu địa phương, kè bản nhựa, kè rọ đá, kè ngầm tạo bãi… Với tổng chiều dài xấp

xỉ 20km trong đó có trên 10km đê ngầm tạo bãi đã xử lý khắc phục sạt lở rất hiệu quả

ở những vị trí xung yếu nhất Kết quả đê biển Cà Mau không đoạn nào bị phá vỡ, vừa bảo vệ cho tính mạng và tài sản của nhân dân, vừa bảo vệ trên 10.000ha diện tích sản

15

xuất ven biển Cụ thể các giải pháp chống sạt lở đã được sử dụng trên địa bàn tỉnh như sau:

1.4.1 Bảo vệ bờ biển bằng kè bằng cây gỗ địa phương (dừa, tràm, bạch đàn,…)

Biện pháp thường thấy là đóng các loại cừ bằng cây gỗ ken xít thành một hàng có nẹp đầu chắn ngay trước vị trí đang chịu tác động của các tác nhân gây sạt lở Phương án khác có thể đóng thành hai hàng nẹp đầu, ở giữa thả thêm các bó thực vật như tre, tràm

có tác dụng cản và phá sóng khi xuyên qua vị trí công trình Phương án này thường thi công xa bờ có tác dụng cản phá sóng trước khi tác động trực tiếp lên bờ phía sau Đây là giải pháp xử lý thường xuyên trước đây nhưng chỉ bảo vệ nhất thời đê biển không bị vỡ trước những đợt sóng lớn bất thường, biện pháp chỉ sử dụng để xử lý khẩn cấp đối với những vị trí bờ biển bị xói lở mà chưa kịp thi công các biện pháp công trình kiên cố để bảo vệ Tuy nhiên nếu không có biện pháp xử lý triệt để thì biện pháp này cũng không thể bền vững trong thời gian dài

Kè rọ đá: có 02 giải pháp

+ Rọ bằng cừ tràm đóng thành 02 hàng, rồi thả đá hộc bên trong

+ Rọ bằng dây kẽm dùng để bao bọc đá hộc vào bên trong:

Hình 1 - 15: Bố trí kè rọ đá

Cả 02 giải pháp này về ưu điểm đều tiêu hao năng lượng sóng biển và khắc phục sạt lở khá hiệu quả, về nhược điểm thì đây cũng là giải pháp tạm thời, đối với rọ bằng cừ tràm chỉ tồn tại được 01 năm nước mặn, mưa nắng và nhất là “hà biển” sẽ ăn mục cây tràm và gẫy ngang, đá rơi ra, kè bị phá vở Đối với rọ bằng dây kẽm thì sau thời gian

03 năm dây rọ đứt, đá rơi ra phải sửa chữa sắp xếp lại rất tốn kém gần như thi công mới

17

Nói chung các giải pháp kè vừa nêu trên đều không thể đáp ứng được yêu cầu khắc phục sạt lở trong thời gian dài

1.4.3 Đê chắn sóng xa bờ được đóng 2 hàng cọc bê tông li tâm

Kè được đóng 2 hàng cọc bê tông li tâm cách nhau 2m, cừ này cách cừ kia 0,15m sau

đó thả đá hộc vào bên trong (để cho đá khỏi rơi ra ngoài) với cao trình +1.5m ÷ +1.6m cho phép sóng biển xuyên qua kết cấu đê, kết cấu đê có xu hướng phân tán các đường dòng của các đợt sóng bằng các kẽ hở giữa các cọc ly tâm đồng thời tiêu hao năng lượng sóng bằng sự va chạm giữa các đường dòng bị đổi hướng,t iêu hao năng lượng

bằng chính sự ma sát với cấu trúc đá hộc trong lòng đê Kết cấu cho phép một phần các sóng biển xuyên qua mang đất vào bên trong gây bồi đến đủ cao trình hợp lý thì cây mắm sẽ mọc tái sinh, rừng phòng hộ lại được khôi phục và bảo vệ đê biển không

bị sạt lở do năng lượng sóng không còn đủ cường độ để tàn phá

có cao độ -1.0m Tuổi thọ của hàng rào tre khoảng 2 năm

1.5 Vấn đề cần nghiên cứu

Theo các số liệu phân tích về tốc độ sạt lở đê biển Tây từ 14-:-28m/ năm trong vòng

14 năm từ 2001 đến 2014 Nhiệm vụ đặt ra là khôi phục 500m rừng trong vòng 6-10 năm, khi bảo vệ rừng phòng hộ thì bảo vệ được đê, đồng thời bảo vệ sản xuất cho khu vực nội đồng phía trong

Vấn đề đặt ra là đề xuất giải pháp kết cấu đê giảm sóng xa bờ có khả năng tiêu giảm năng lượng sóng, sóng sau khi qua tuyến đê không còn đủ năng lượng gây xói lở bờ, đồng thời tạo điều kiện làm lắng đọng phù sa gây bồi tạo bãi, đủ điều kiện trồng và

1.6 Kết luận chương I

Tác giả đã tổng quan về các giải pháp công trình đê chắn sóng xa bờ trên thế giới cũng như trong nước đang được sử dụng, đánh giá ưu nhược điểm của các giải pháp này Tác giả đã tổng quan về các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển đang được sử dụng hiện nay tại Cà Mau cũng như ưu nhược điểm của từng giai pháp từ đó hướng tới đề xuất giải pháp kết cấu đê trụ rỗng bán nguyệt tiêu sóng có kích thước phù hợp để áp dụng bảo vệ bờ cho đê biển Việt Nam ở phía tây tỉnh Cà Mau nhằm tăng thêm sự lựa chọn về giải pháp bảo vệ bờ biển ở đây đối với từng điều kiện địa hình cụ thể tại mỗi vùng, mỗi địa phương

20

TRỤ RỖNG 2.1 Đặt vấn đề - ý tưởng nghiên cứu

Do hạn chế của các giải pháp đê bảo vệ rừng biển Tây hiện nay đã đặt ra một yêu cầu

đó là cần thiết phải đề xuất giải pháp đê phù hợp với điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, điều kiện thủy hải văn tại vùng biển Tây tỉnh Cà Mau để có thể bảo vệ rừng có giá thành thấp, có khả năng thi công tại những bãi sâu, có thể sử dụng lại ở những vị trí khác khi cần thiết, bền vững trong môi trường nước mặn

Khi bố trí các loại đê, kè tường chắn sóng (hình 2-1) phía trong bờ, thông thường cần phải ngăn cản hoàn toàn năng lượng không cho tiếp tục truyền vào phía trong để bảo

vệ nội đồng phía sau Chính vì thế toàn bộ năng lượng tác dụng trực diện lên các công trình và truyền lên các kết cấu làm cho chúng phải chịu cường độ lực tác dụng rất lớn

Hình 2 - 1: Sóng tác dụng lên tường đứng

Vùng biển Tây tỉnh Cà Mau có chiều cao sóng thấp, phía trong là giải rừng ngập mặn phòng hộ bảo vệ đê nội đồng, yêu cầu giải pháp là không cần ngăn nước hoàn toàn mà chỉ có yêu cầu phá sóng, gây bồi tạo bãi, bảo vệ rừng Trên cơ sở đó học viên đề xuất

áp dụng một loại kết cấu có lỗ tiêu sóng trên thân cho phép nước thấm qua, kết cấu dạng vòm bán nguyệt làm cho một phần các đường dòng trên mặt thay đổi hướng xuyên qua kết cấu mà không gây ra các lực sóng xung kích lên kết cấu

21

2.1.2 Nguyên lý đê trụ rỗng – tiêu sóng

Kết cấu đê trụ rỗng được thiết kế với dạng thành mỏng, biên dạng bán nguyệt làm cho

mô men và lực cắt trong kết cấu đê trụ rỗng nhỏ hơn trong các kết cấu phá sóng khác

Mô men trên mặt cong của trạng thái làm việc nhỏ hơn 30% so với trạng thái giới hạn

có cùng chiều dày kết cấu

Nguyên lý tiêu sóng:

Sử dụng các lỗ trên bề mặt của hình trụ rỗng để tiêu sóng, các đường dòng của sóng khi lọt vào các lỗ nằm trên bề mặt thân đê bị đổi hướng nên chúng va đập vào nhau, triệt tiêu năng lượng sóng ở phía trong thân đê trụ rỗng

Nguyên Lý ổn định:

Sử dụng lực dính dưới đáy đê để chống trượt lật Do đê có hình trụ bán nguyệt nên các lực tác dụng của nước vào đê chuyển một phần thành lực đứng hướng xuống dưới làm tăng lực ma sát giữa kết cấu và nền nên đê ổn định tốt trên nền đất yếu

Để chứng minh cho tác dụng tiêu sóng của đê trụ rỗng ta dựa vào phương trình:

EI = ER + ET + EL (2.1)

(2.2)

E I , E R , E T , E L : Năng lượng sóng tới, năng lượng sóng phản xạ, năng lượng sóng truyền qua, năng lương tiêu hao

HT: Chiều cao sóng truyền qua

Hi: Chiều cao sóng tới

Hr: Chiều cao sóng phản xạ

Một con sóng tới có chiều cao ngẫu nhiên là Hi, năng lượng tương ứng là Ei, khi sóng đến tương tác với đê trụ rỗng thì năng lượng sóng sẽ bị giảm, nguyên nhân do:

22

+ Một phần sóng bị phản xạ do gặp bề mặt đê, một phần sóng tiêu hao do qua lỗ rỗng chúng va đập vào nhau, một phần sóng xuyên qua đỉnh đê Vì thế chiều cao sóng phản

xạ trước đê giảm xuống so với các dạng tường đứng

+ Phần năng lượng tiêu hao không hết trong thân đê và năng lượng do nước tràn qua đỉnh đê tạo thành sóng truyền sau thân đê, chiều cao tương ứng là Ht

2.1.3 Tổng kết các kết quả nghiên cứu về đê trụ rỗng bán nguyệt

Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu đánh giá và tổng kết về giải pháp đê trụ rỗng bán nguyệt cụ thể có thể kể đến:

+ Báo cáo của Viện nghiên cứu Cảng đường thủy của Bộ giao thông vận tải Nhật Bản 6/1989

Ngoài ra còn có các nghiên cứu được đăng trên các tạp chí khoa học uy tín đã tổng kết: + Tổng kết của G Dhinakaran [7]

Hình 2 - 2: Các thông số trong mặt cắt đê

Những kết luận về hệ số sóng phản xạ đối với đê nhô bán nguyệt được tác giả tổng kết

từ kết quả thí nghiệm ứng với các tỷ lệ giữa chiều cao cột nước tổng và chiều cao đỉnh

đê hw/ht là 0.6, 0.7, 0.8 ứng với hai dạng kết cấu đê bán nguyệt có bố trí lỗ phía biển

và kết cấu có lỗ bố trí trên toàn bộ mặt cong:

- Đối với đê bán nguyệt bố trí lỗ trên mặt về phía biển hệ số sóng phản xạ giảm dần khi tăng tỷ lệ lỗ rỗng từ 0% lên 11% do sự tiêu hao năng lượng sóng trong thân đê rỗng Hệ số phản xạ tăng lên khi tiếp tục tăng tỷ lệ lỗ rỗng từ 11% đến 17% do hiệu

+ Tổng kết trong luận án của Balakrishna [8]

Trong luận án của mình Balakrishna đã nghiên cứu mô hình vật lý đối với kết cấu ¼

hình tròn có bán kính thay đổi từ 0.55m; 0.575m; 0.6m có bố trí lỗ rỗng trên mặt cong

và kết luận:

Hệ số Kr giảm khi tăng tỷ lệ lỗ rỗng từ 0% lên 12% do hệ số phân tán tăng lên, năng lượng sóng bị hấp thu triệt tiêu trong thân kết cấu

Hệ số này bắt đầu có xu hướng tăng dần khi tỷ lệ lỗ rỗng trên bề mặt cấu kiện tăng

>12% do lúc này tỷ lệ lỗ rỗng trên mặt cho phép năng lượng sóng phản xạ truyền ngược ra phía hướng sóng tới

Đê ổn định bằng chính trọng lượng bản thân, giảm năng lượng sóng truyền sau thân đê bằng cách ngăn cản đường truyền sóng bằng chiều cao cấu kiện

Theo công thức bảo toàn năng lượng xét với phương trình (2.1) với năng lượng sóng tới là Ei khi tới tác dụng vào thân đê sẽ chia ra thành các thành phần năng lượng :

Er: Năng lượng sóng phản xạ

Et: Năng lượng sóng tiêu, năng lượng này xuất hiện khi kết cấu thân đê có tác dụng tiêu sóng

El: Năng lượng sóng truyền qua

Với kết cấu đê trụ rỗng bán nguyệt không thấm năng lượng tiêu ET coi như không có

vì dạng đê này không có khả năng tiêu sóng Nếu cùng một chiều cao thân đê như nhau, năng lượng sóng phản xạ như nhau thì phần năng lượng truyền qua là rất lớn Để

25

đảm năng lượng truyền qua phía sau thân đê nhỏ hơn thì cần thiết kế kích thước thân

đê lớn hơn, giá thành cao, thi công khó khăn

Ưu điểm: Kết cấu ổn định hơn nhờ lực tác dụng của sóng lên kết cấu phân tách một phần chuyển thành lực đứng hướng xuống dưới, giảm tác dụng xô ngang kết cấu nên giảm tác động gây trượt và gây lật lên kết cấu

Nhược điểm: Không có tác dụng tiêu năng lượng sóng nên với cùng chiều cao đê thì năng lượng sóng truyền qua phía sau đê rất lớn

2.2.1.2 Đê trụ rỗng dạng vòm không thấm kết hợp tường đứng

Hình 2 - 4: Kết cấu đê trụ rỗng kín, tường đỉnh phía trên hoặc tường đứng phía dưới

Kết cấu dạng này về cơ bản là tương tự đê trụ rỗng dạng vòm không thấm, tuy nhiên

để giảm kích thước kết cấu đê chúng ta có thể giảm bán kính bán trụ tròn đồng thời kết hợp tường đứng phía trên đỉnh, hoặc thùng chìm phía dưới để đảm bảo chiều cao đỉnh

đê thiết kế

Kết cấu kết hợp tường đỉnh phía trên làm giảm bớt năng lượng sóng tràn qua đê EL giảm, tăng năng lượng sóng phản xạ trở lại ER tăng Tuy nhiên loại kết cấu này làm tăng một phần lực xô ngang so với kết cấu không có tường đỉnh do có lực sóng xô ngang làm mô men gây lật tác dụng lên kết cấu tăng thêm

Kết cấu kết hợp tường đứng phía dưới làm tăng cao trình đỉnh đê, giảm bán kính mặt cong, giảm kích thước kết cấu tổng thể Kết cấu dạng này có ưu điểm tạo không gian

bố trí gia cố chân thượng hạ lưu công trình

26

2.2.1.3 Đê trụ rỗng dạng vòm không thấm mở rộng đáy và bố trí tường lõi

Hình 2 - 5: Kết cấu mở rộng bản đáy, bên trong có các ngăn kết cấu dạng tường lõi

Với kết cấu mở rộng bản đáy, diện tích tiếp xúc giữa bản đáy và nền tăng lên, lực dính giữa kết cấu và nền lớn, lõi đê có bố trí tường ngăn dọc ngang tạo thành các ô ngăn chứa vật liệu rời để tăng trọng lượng bản thân kết cấu đê

Ưu điểm của kết cấu này: Kết cấu đê hình trụ rỗng thích hợp với các điều kiện nước sâu, có các ưu điểm như lực sóng tác động nhỏ, tính ổn định tốt, phân bố ứng suất đất nền đều đặn, tính tổng thể tốt, thuận lợi trong lai dắt chở nổi, đánh chìm, không cần cần cẩu lớn, tiến độ nhanh

2.2.2 Các hình thức kết cấu đê trụ rỗng có lỗ trên thân

2.2.2.1 Đê trụ rỗng có lỗ trên mặt phía biển

Hình 2 - 6: Kết cấu đê trụ rỗng có bố trí lỗ phía biển

27

Để giảm năng lượng tác dụng lên đê và chiều cao sóng sau đê thì giải pháp sử dụng các lỗ tiêu sóng được bố trí trong kết cấu Các lỗ tiêu sóng có tác dụng phân tán năng lượng sóng thành các đường dòng quẩn, va chạm triệt tiêu lẫn nhau trọng bụng cấu kiện

Ưu điểm: Tổng hợp được tất cả các ưu điểm của kết cấu đê trụ rỗng không thấm

- Phân tán và triệt tiêu năng lượng tại khoảng trống trong thân đê;

Nhược điểm: Độ cứng tổng thể của kết cấu giảm do có nhiều lỗ rỗng

- Kết cấu hoàn toàn ngăn cản phù sa di chuyển ra phía sau công trình nên không thể gây bồi cho phạm vi bờ được bảo vệ

2.2.2.2 Đê trụ rỗng có lỗ bố trí trên toàn bộ mặt cong

Hình 2 - 7: Kết cấu đê trụ rỗng có bố trí lỗ trên toàn bộ mặt cong

Tương tự kết cấu đê trụ rỗng bố trí lỗ phía biển, các lỗ tiêu sóng bố trí trên toàn bộ mặt cong cũng có tác dụng phân các đường dòng, thay đổi phương truyền làm chúng va chạm triệt tiêu lẫn nhau trọng thân cấu kiện

Đối với kết cấu đê trụ rỗng có lỗ tiêu sóng sẽ đạt hiệu quả tiêu sóng lớn nhất khi kết cấu có % diện tích lỗ thủng trên bề mặt kết cấu = 17%

Ưu điểm: Tổng hợp được tất cả các ưu điểm của kết cấu đê trụ rỗng không có lỗ

- Phân tán và triệt tiêu năng lượng trong bụng kết cấu;

- Có khả năng cho phép phù sa xuyên qua các lỗ bố trí phía hướng bờ lắng đọng và gây bồi cho phía sau thân đê, tạo điều kiện bồi đắp tái tạo rừng phòng hộ được bảo vệ

Từ những phân tính ưu nhược điểm của các dạng đê trụ rỗng học viên lựa chọn kết cấu

đê trụ rỗng dạng vòm bán trụ có bố trí lỗ tiêu sóng trên thân để nghiên cứu tính toán áp dụng vào thực tế để đảm bảo các mục tiêu chỉnh trị:

Cao trình đỉnh đê sau khi lắp đặt đạt cao trình đỉnh theo tính toán

Các đơn nguyên đê sau khi lắp đặt đảm bảo ổn định kết cấu và ổn định tổng thể trong suốt quá trình làm việc ở điều kiện bình thường cũng như điều kiện sóng bão theo tần suất thiết kế

Kết cấu đê có tỷ lệ lỗ rỗng chiếm 17% trên diện tích toàn bộ bề mặt cong của đê trụ rỗng, đảm bảo hiệu quả tiêu sóng tốt nhất cho công trình Năng lượng sóng sau khi xuyên qua tuyến đê không còn đủ khả năng làm xói lở, tàn phá dải rừng phòng hộ phía sau

Ngoài các mục tiêu chính về chỉnh trị thì giải pháp công trình đề xuất còn cần phải đảm bảo các mục tiêu về phương án thi công nhanh, giá thành hạ, để đảm bảo điều này kết cấu đê cần phải đáp ứng:

Hình thức và biên dạng kết cấu thân đê dễ dàng chế tạo thi công hàng loạt, biện pháp lắp ghép đơn giản tiến độ thi công nhanh

Như vậy để thiết kế kết cấu đê phù hợp trước tiên phải tính toán cao trình đỉnh đê thiết

kế từ đó lựa chọn bán kính đê phù hợp.Tính toán diện tích mặt cong của kết cấu, tính toán tỷ lệ lỗ rỗng trên mặt cong chiếm 17% trên toàn bộ diện tích bề mặt kết cấu Lựa chọn bán kính lỗ, bố trí lỗ rỗng trên mặt cong sao cho phân bố lỗ rỗng tập trung lớn hơn trên mặt tiếp sóng trực diện để tăng hiệu quả thu sóng Các hàng lỗ rỗng phía sau cho phép phù sa thoát ra gây bồi phía sau đê trụ rỗng

29

Hình 2 - 8: Mặt bằng kết cấu đê trụ rỗng

Trên bản đáy đê bố trí dạng kết cấu hình răng cưa làm tăng diện tích tiếp xúc giữa kết cấu đê và nền công trình, tăng lực dính ma sát giữa kết cấu và lớp đất nền phía dưới Bước răng cưa bố trí sao cho chiều dày bé nhất trên bản đáy không bị phá hoại nứt khi kết cấu làm việc

Hình 2 - 9: Cắt ngang kết cấu

Ht: Tổng chiều cao của đơn nguyên kết cấu đê tính từ đáy

R1: Bán kính cong mặt trong kết cấu

R2: Bán kính cong mặt ngoài kết cấu

D: Đường kính lỗ rỗng

B: Chiều rộng kết cấu, chọn B=2R2

Hình 2 - 10: Mặt cắt điển hình tuyến đê

Tuyến đê sau khi lắp ghép tiến hành gia cố thượng hạ lưu chân đê tăng cường ổn định chống xói cho toàn tuyến ở thượng hạ lưu đê

Phạm vi gia cố phía thượng lưu để chống lại tác động xói chân của năng lượng sóng phản xạ trước thân đê Phạm vi gia cố phía hạ lưu chống lại tác động xói chân của năng lượng sóng đổ sau khi sóng xuyên qua thân đê

2.3 Nghiên cứu tính toán ổn định đê trụ rỗng trên nền đất yếu

2.3.1 Các đặc trưng và các chỉ tiêu nền đất yếu

Các chỉ tiêu cơ lý của hố khoan địa chất đất nền là rất quan trọng ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình

Với mỗi lớp đất rất cần các chỉ tiêu cơ lý sau: