Nghiên cứu lựa chọn phương án kết cấu hợp lí cho đê bao lấn biển huyện tiên lãng thành phố hải phòng

1 LỜI CẢM ƠN Với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy cơ, đồng nghiệp, bạn bè gia đình giúp tác giả hoàn thành luận văn Tác giả luận văn xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Chiến thầy hướng dẫn trực tiếp vạch định hướng khoa học cho luận văn Xin cảm ơn Nhà trường, thầy giáo Trường Đại học Thủy Lợi, Phịng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Công ty TNHH MTV KTCT thủy lợi An Hải lãnh đạo Ban chuẩn bị dự án quai đê lấn biển Tiên Lãng - Hải Phòng tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trình học tập hoàn thiện luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập viết luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Trần Thị Thủy MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ĐÊ BAO LẤN BIỂN 11 1.1 Tổng quan đê bao lấn biển Việt Nam 11 1.2 Đặc điểm kết cấu đê bao lấn biển 17 1.2.1 Tổng quát điều kiện xây dựng đê bao lấn biển 17 1.3 Tình hình làm việc hệ thống đê bao lấn biển xây dựng 23 1.3.1 Trên giới 23 1.4 Các kết nghiên cứu kết cấu đê bao lấn biển đại 31 1.4.1 Đê có lõi vật liệu chỗ kết hợp gia cố mái: 32 1.4.3 Đê hệ thống xà lan bê tông cốt thép nối tiếp 35 1.4.4 Đê biển có cấu tạo hệ thống tường vây 36 1.4.6 Đê biển có cấu tạo hệ thống xà lan tạo chân 39 CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU ỨNG DỤNG CHO ĐÊ BAO LẤN BIỂN TIÊN LÃNG 42 2.1.Giới thiệu vị trí, nhiệm vụ cơng trình 42 2.1.1 Vị trí địa lý: 42 2.1.2.Nhiệm vụ cơng trình: 43 2.2.Các điều kiện xây dựng cơng trình đê bao lấn biển Tiên Lãng 44 2.2.1.Điều kiện địa chất công trình 44 2.2.2.Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn 51 2.2.3.Vật liệu xây dựng 56 2.3.Đề xuất giải pháp kết cấu 59 2.4.Phân tích, lựa chọn phương án tính tốn 67 2.5.Kết luận chương 72 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CHO PHƯƠNG ÁN THÂN ĐÊ BẰNG TÚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT CHỨA CÁT 73 3.1 Kích thước mặt cắt 73 3.1.1 Xác định cao trình đỉnh đê 73 3.1.2 Xác định chiều cao san thiết kế 75 3.1.3 Thân đê 77 3.1.4 Chiều rộng kết cấu mặt đê: 78 3.1.5 Mái đê: 79 3.2.Phân tích ứng suất - biến dạng ổn định đê 79 3.2.1 Mục đích tính toán 79 3.2.2 Lựa chọn phương pháp tính 80 3.2.2.2 Ứng dụng mơ hình tốn 89 3.2.2.3 Lựa chọn phần mềm tính tốn 91 3.2.3 Lựa chọn mặt cắt tính tốn 92 3.2.4 Trình tự thi cơng bước tính tốn 93 3.2.5 Mơ hình tính tốn 94 3.2.6 Kết tính tốn phân tích 96 3.2.7 Tính tốn cho phương án rút ngắn thời gian chờ cố kết 104 3.3 Tính tốn lớp bảo vệ mái 110 3.3.1 Xác định loại tải tác dụng lên mái đê: 110 3.3.2 Tính tốn sơ lớp gia cố mái nghiêng 114 3.3.3 Thiết kế tầng đệm tầng lọc ngược 116 3.3.4 Thiết kế chân khay 116 3.3.5 Thiết kế lăng trụ đá phản áp 117 3.3.6 Thiết kế tường đỉnh 118 3.4 Giải pháp thi công 118 3.4.1 Trình tự thi cơng quai đê lấn biển 118 3.4.2 Phương pháp thi công phận đê 119 3.5 Kết luận chương 121 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 122 Kết đạt luận văn 122 Một số điểm tồn 123 Hướng tiếp tục nghiên cứu 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TÍNH TỐN DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 - Kết cấu điển hình đê biển Việt Nam 13 Hình 1.2 - Một số cơng trình đê biển Hải Phòng, Nam Định 14 Hình 1.3 - Một số cơng trình đê biển Trà Vinh, Kiên Giang 15 Hình 1.4 - Mặt cắt sơ họa thân đê đá hộc 21 Hình 1.5 - Mặt cắt sơ họa thân đê cọc ống BTCT 21 Hình 1.6 - Mặt cắt sơ họa thân đê đất mái nghiêng 22 Hình 1.7 - Mặt cắt sơ họa thân đê túi geotube 23 Hình 1.8 - Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan 24 Hình 1.9 - Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk 25 Hình 1.10 - Mặt cắt ngang đê Saemangeum 25 Hình 1.11 - Đê biển Saemangeum 26 Hình 1.12 - Vị trí dự án New Orleans Surge Barrier 26 Hình 1.13 - Mặt cắt ngang New Orleans 27 Hình 1.14 - Đê biển Bình Minh 1,2,3 28 Hình 1.15 - Đê biển Bình Minh .29 Hình 1.16 - Đê biển Bình Minh 30 Hình 1.17 - Cắt ngang kết cấu đê biển dạng 32 Hình 1.18- Cấu kiện kè mái đê 33 Hình 1.19 -Cấu tạo đê biển dạng 34 Hình1.20 - Mặt cắt ngang đê biển dạng 35 Hình 1.21 - Kết cấu đê biển dạng tường ô vây 37 Hình 1.22 - Mặt cắt ngang đê biển dạng 38 Hình 2.1 – Vị trí xây dựng tuyến đê quai lấn biển Tiên Lãng 42 Hình 2.2 - Tuyến đê quai lấn biển Tiên Lãng 43 Hình 2.3 – Hình dạng mặt cắt ngang túi vải địa kỹ thuật 58 Hình 2.4 - Mặt cắt đại biểu đê đất đắp 60 Hình 2.5 - Hình ảnh thi cơng đê quai lấn biển Seamangeum 61 Hình 2.6 - Mặt cắt đại biểu thân đê đá đổ .62 Hình 2.7 - Túi vải địa kỹ thuật q trình thi cơng 64 Hình 2.8 - Mặt cắt đại biểu thân đê túi vải địa kỹ thuật chứa cát 64 Hình 2.9 - Hình ảnh đê quai lấn biển cọc bê tông 66 Hình 2.10 - Mặt cắt đại biểu thân đê cọc ống bê tông cốt thép đóng xiên 66 Hình 2.11 - Sử dụng túi vải địa kỹ thuật xây dựng cảng Busan, Hàn Quốc, 70 Hình 2.12 - Sử dụng túi vải ĐKT đắp đê lấn biển Hàng Châu, Trung Quốc 70 Hình 3.1- Tổ hợp 349 trận bão lịch sử hoạt động biển Đơng .74 Hình 3.2 – Vị trí tính sẵn đường tần suất mực nước biển tổng hợp 74 Hình 3.3 - Mặt cắt đại diện thân đê túi cát vải địa kỹ thuật 79 Hình 3.4: Xác định mơmen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ trịn 82 Hình 3.5: Xác định góc ma sát lực dính huy động .86 Hình 3.6: Quan hệ ∑Msft ~ chuyển vị .88 Hình 3.7: Mơ hình tính tốn 95 Hình 3.8: Lưới phần tử phân tích .95 Hình 3.9: Điểm khảo sát chuyển vị 96 Hình 3.10 - Chuyển vị đứng điểm khảo sát theo trình đắp .96 Hình 3.11 - Chuyển vị ngang điểm khảo sát theo trình đắp .97 Hình 3.12 – Chuyển vị đứng (lún) đê sau giai đoạn đắp +0,0 100 Hình 3.13 – Chuyển vị đứng (lún) đê sau giai đoạn đắp +2,0 100 Hình 3.14 – Chuyển vị đứng (lún) đê sau giai đoạn đắp +4,5 100 Hình 3.15 – Chuyển vị đứng (lún) đê sau giai đoạn đắp đất đường 101 Hình 3.16 - Lún theo thời gian điểm B E thời gian thi cơng 102 Hình 3.17 - Độ lún cuối điểm B E 102 Hình 3.18- Hệ số ổn định Msf= 1,421 103 Hình 3.19 - Hình dạng mặt trượt đê vừa đắp xong 104 Hình 3.20 - Chuyển vị đứng điểm khảo sát theo trình đắp .105 Hình 3.21 - Chuyển vị ngang điểm khảo sát theo trình đắp 105 Hình 3.22 - Lún theo thời gian điểm B E thời gian thi cơng 109 Hình 3.23 - Độ lún cuối điểm B E 109 Hình 3.24 - Hệ số ổn định Msf= 1,403 .110 Hình 3.25 - Hình dạng mặt trượt đê vừa đắp xong 110 Hình 3.26 - Biểu đồ áp lực sóng lên mái đê 111 Hình 3.27 - Sơ đồ áp lực đẩy lên mái nghiêng 113 Hình 3.28 - Hình vẽ khối bê tơng âm dương 115 Hình 3.29 - Chân khay ống buy lăng trụ phản áp .117 Hình 3.30 – Hình dạng tường đỉnh 118 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 - Một số tiêu thí nghiệm phịng lớp đất 3,4,5 45 Bảng 2.2 - Một số tiêu thí nghiệm phịng lớp đất 6,7,7a 46 Bảng 2.3 -Một số tiêu thí nghiệm phòng lớp đất 8,9,10 48 Bảng 2.4 -Một số tiêu thí nghiệm phịng lớp đất 10a,10b,11 49 Bảng 2.5 - Các đặc trưng mực nước triều 55 Bảng 3.2 - Bảng tổng hợp tiêu lý lớp đất hố khoan HD18.93 Bảng 3.3 - Các thơng số khai báo mơ hình 94 Bảng 3.4 - Kết tính tốn chuyển vị theo Plaxis 101 Bảng 3.5 - Độ cố kết số vị trí 102 Bảng 3.6 - Kết tính tốn chuyển vị theo Plaxis 108 Bảng 3.7 - Độ cố kết số vị trí 109 Bảng 3.8 - Kết tính áp lực sóng cực đại 112 Bảng 3.9 - Kết tính tốn điểm đặt áp lực sóng lớn 112 Bảng 3.10 - Kết tính tốn tọa độ áp lực 113 Bảng 3.11 - Kết tính áp lực đẩy 114 Bảng 3.12 – Hệ số φ theo cấu kiện cách lắp đặt 115 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất nước ta trình phát triển kinh tế thị thường hội nhập, vùng đồng Bắc Bộ cần xây dựng số cảng biển sân bay lớn nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển hành khách hàng hóa khu vực Hải Phòng thành phố ven biển hội tụ đủ điều kiện thuận lợi vị trí địa lý điều kiện tự nhiên để thực điều Theo định hướng phát triển giao thơng hàng khơng nước, sân bay Quốc tế Nội Bài cần sân bay dự phòng, để loại máy bay lớn hạ cánh khơng đủ điều kiện hạ cánh sân bay Nội Bài Theo định 1448/QĐ-TTg ngày 16 tháng năm 2009 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt điều chỉnh quy hoạch xây dựng chung xây dựng thành phố Hải Phòng đến năm 2025 tầm nhìn 2050, xác định xây dựng sân bay Quốc tế Tiên Lãng khu vực bãi bồi phía ngồi đê biển III Bộ Chính trị, Chính phủ định xây dựng cảng nước sâu Lạch Huyện, vùng bãi bồi Tiên Lãng cách cảng nước sâu Lạch Huyện khoảng 10,0 km theo đường biển, sân bay quốc tế xây dựng tạo quần thể vận chuyển hàng hóa liên hồn đường biển đường không Xuất phát từ nhu cầu vận chuyển hành khách hàng hóa phục vụ cho nghiệp phát triển kinh tế - xã hội đất nước, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 640/QĐ-TTg ngày 28 tháng năm 2011 việc phê duyệt quy hoạch vị trí cảng hàng khơng quốc tế Tiên Lãng - Hải Phòng thuộc xã: Vinh Quang, Tiên Hưng, Đơng Hưng, Tây Hưng cần diện tích hạ tầng phục vụ cho xây dựng sân bay 4.500 Nghiên cứu đề tài đê bao lấn biển huyện Tiên Lãng có chiều dài khoảng 22,5 km, bao khu bãi bồi nằm hai cửa sông Văn Úc Thái Bình với 10 mục tiêu tạo quỹ đất làm hạ tầng xây dựng sân bay quốc tế Tiên Lãng - Hải Phịng Mục đích đề tài Mục đích đề tài làm sở khoa học để lựa chọn phương án kết cấu hợp lý cho đê bao lấn biển Tiên Lãng tạo để xây dựng sân bay quốc tế Tiên Lãng với quy mô sân bay 4F (Cấp sân bay 4F: trước hết phải cảng hàng không quốc tế nước, có đường cất hạ cánh cách 250m, tức lượt cất cánh hạ cánh máy bay lúc; có khả tiếp nhận máy bay cấp E loại máy bay to nhất, có tầng, thường thấy hãng hàng khơng Mỹ; hệ thống đường lăn có chiều rộng 2,3m; lề vật liệu rộng 10,5m; gồm đường lăn đường lăn nối đường cất hạ cánh; hệ thống sân đỗ máy bay, đáp ứng 30 vị trí đỗ mở rộng sân đỗ, đảm bảo đáp ứng 50 vị trí đỗ, có tổng cơng suất đạt 20 triệu hành khách/năm, 200.000 hàng hóa/năm.) Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Tiếp cận sở khoa học, cơng trình thực tế thiết kế, thi công, tài liệu đo đạc làm sở cho việc tính tốn Sử dụng phần mềm tính tốn chun dụng tiên tiến để tính tốn, nghiên cứu để làm sáng tỏ quan điểm khoa học Kết đạt - Đưa tổng quan công tác quai đê lấn biển Việt Nam giới thiệu hình thức kết cấu đê quai lấn biển - Phân tích điều kiện xây dựng để đề xuất giải pháp kết cấu ứng dụng cho đê bao lấn biển Tiên Lãng – Hải Phịng - Tính tốn chi tiết cho phương án nghiên cứu đê túi cát áp dụng cho khu vực nước nông dự án lấn biển Tiên Lãng, từ đưa kết luận, kiến nghị Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8421:2010 Công trình thủy lợi – Tải trọng lực tác dụng lên cơng trình sóng tàu 10 Nguyễn Un (2008) Xử lý đất yếu xây dựng, Nxb Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh 11 FHWA HI 97-013 (1998) Design and construction driver pile foundations, National highway institute 12 John T.Christian, A.M ASCE and Jan Willem Boehmer Plane strain consolidation by finite elements, Journal of the soil mechanics and foundations divison proceeding of the American Society of Civil Engineers – 1970 13 Hasnita bt himan (2010) Performance of full scake embankment on soft clay reinforced with bamboo Geotextile composite at the interface University teknologi Malaysia 14 Saravut Jaritngam (October 2003) Design concept of the soil improvement for road construction on soft clay PHỤ LỤC PHỤ LỤC TÍNH TỐN PHỤ LỤC 1: TÍNH TỐN THAM SỐ SĨNG TRÀN Hệ số triết giảm sóng tràn a) Hệ số chiết giảm đê ( γ b) γ b = 1− Bco   d  0,5 + 0,5 cos π h  Lco   x  Với 0,6≤ γb ≤1,0 Bcơ - Bề rộng đê (m); Chiều rộng theo quy định không vượt q ¼ chiều dài sóng Chọn Bcơ =3,0m Lcơ - Chiều dài tính tốn đê (m), xác định theo hình PL3.2; Lcơ = Hs.m1 + Bcơ + Hs.m2=2,3.3,5+3,0+2,3.4,0=20,25(m) Với: m1, m2 - Hệ số mái cơ; Hs - Chiều cao sóng thiết kế chân đê dh - Độ ngập sâu đê (m); Với dh = nằm ngang với MNTK; dh < nằm MNTK; dh > nằm MNTK x - Tham số xác định sau: x = Ru2% Ru2% > - dh > (cơ nằm MNTK); x = 2Hs 2Hs >dh ≥ (cơ nằm MNTK) Hình PL1.1 – Các thơng số xác định đê Với đê bao Tiên Lãng, đê nằm ngang với MNTK nên dh = 0, x=4,6m → γ b = 0,852 b) Hệ số chiết giảm góc sóng tới ( γ β ) Hệ số chiết giảm góc sóng tới (γβ) tính tốn xác định theo công thức sau: γβ = 1-0,0022x|β| với 00 ≤ |β| ≤ 800 γβ = 1-0,0022x80 với |β|> 800 Trong đó: β góc pháp tuyến trục đoạn đê thiết kế hướng sóng tới trước chân cơng trình (xem Hình PL3.1) Nếu hướng sóng tới chân cơng trình vng góc với trục đê (trường hợp nguy hiểm nhất) β = 00, γβ = Hình PL1.2-Góc hợp hướng sóng đến chân cơng trình so với pháp tuyến đường bờ Với đê bao Tiên Lãng, ta có β>800 nên γβ=0,824 c) Hệ số triết giảm tường đứng mái đê ( γ v) Hệ số triết giảm tường đứng mái đê γ v xác định theo công thức: γ v = 1,35 – 0,0078.αw Trong đó: αw góc nghiêng mặt tường (góc mặt trước tường đường nằm ngang) Trường hợp tường thẳng đứng (αw=90°): γ v =0,65 Trường hợp tường có độ dốc 1:1 (αw=45°): γ v =1,0 Với đê bao Tiên Lãng, thiết kế tường đỉnh thẳng đứng nên γ v =0,65 d) Hệ số chiết giảm độ nhám mái đê ( γ f) Hệ số triết giảm độ nhám mái đê γf phụ thuộc vào loại vật liệu (cấu kiện) bảo vệ mái đê, tra theo Bảng 1- phụ lục C, Tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012 Với đê bao Tiên Lãng, lựa chọn kết cấu bảo vệ mái cấu kiện bê tông tự ghép → γf =1,0 e) Xác định tham số sóng thiết kế Khu vực xây dựng đê bao lấn biển Tiên Lãng thuộc Vùng I, với tần suất thiết kế P=0,67%, tra bảng B.1 phụ lục B – Tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012 ta có: Ho= 11,36m; Tp=13s sóng nước sâu Hình PL1.3 - Sơ đồ vùng tính sóng ven bờ Sử dụng phần mềm SWAN 1D truyền sóng nước sâu tới chân cơng trình ta được: + Chiều cao sóng chân cơng trình: Hs=2,3m + Chu kỳ phổ sóng: Tp=8,7s f) Xác định số tương tự sóng vỡ ( ξm-1,0) Chỉ số tương tự sóng vỡ (hay cịn gọi số Irribaren) xác định theo công thức: ξ0 = tan α qđ s m −1, Trong đó: Sm-1,0 – Độ dốc sóng thiết kế s m −1, = 2πH m H m0 = Lm −1, gTm2−1, Với Tm-1,0 chu kỳ phổ sóng, tính theo quan hệ: Tp=(1,1÷1,2) Tm-1,0 Tp chu kỳ phổ sóng, Tp=8,36s; Giá trị thông dụng : Tm −1,0 = Tp 1,1 = 7,6 s αqđ – Góc mái đê đường nằm ngang (độ) tan αqđ = 1,5 H s + Ru 2% Lmái − Bco Với Hs, - Chiều cao sóng thiết kế, Hs =2,3m Ru2% - Chiều cao sóng leo thiết kế, tính theo cơng thức: Rslp / H s = 1,75.γ b γ β γ f ξ m −1, Rslp / H s = γ β γ f (4,3 − 1,6 ξ m −1, Với 0,5< γ b ξm-1,0