Đánh giá tổng kết các công trình bảo vệ bờ và đê biển, đề xuất giải pháp công trình bảo vệ cho đoạn đê biển huyện tĩnh gia tỉnh thanh hóa

1 LỜI CẢM ƠN Sau cố gắng với giúp đỡ thầy cô đồng nghiệp, tơi hồn thành luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài: “Đánh giá tổng kết cơng trình bảo vệ bờ đê biển, đề xuất giải pháp cơng trình bảo vệ cho đoạn đê biển huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa” Đây kết đánh giá kiến thức thời gian học Trường Đại học Thuỷ Lợi Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Cơng trình Trường Đại học Thuỷ lợi tạo điều kiện cho tơi hồn thành khố học Xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ, TS Phạm Thanh Hải TS Nguyễn Hữu Phúc – Giám đốc Trung tâm Phòng tránh Giảm nhẹ thiên tai hướng dẫn tận tình, giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Đồng thời tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè đồng nghiệp nơi công tác khích lệ động viên, động lực lớn giúp tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Do thời gian có hạn lực thân cịn nhiều hạn chế, chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy bảo, mong đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tơi hồn thiện, tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Nguyễn Duy Minh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Học viên thực Luận văn Nguyễn Duy Minh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐÊ BIỂN VIỆT NAM, CÁC NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG 1.1 Tổng quan đê biển Việt Nam 1.1.1 Tổng quan đê biển từ Quảng Ninh – Quảng Nam 1.1.2 Tổng quan đê biển Quảng Ngãi – Kiên Giang 14 1.2 Cơ chế phá hoại đê biển 17 1.2.1 Sóng tràn 18 1.2.2 Cơ chế trượt mái 22 1.2.3 Xói chân đê kè 33 1.2.4 Hư hỏng kết cấu bảo vệ mái, đỉnh đê xói thân đê 35 1.2.5 Lún cơng trình mềm 37 1.2.6 Hư hỏng cơng trình đê 38 1.2.7 Xói mịn đê tự nhiên/ đụn cát 39 1.2.8 Tác động hố học mơi trường nước mặn 40 1.2.9 Tác động sinh vật biển 41 1.2.10.Các tác động tiêu cực từ việc khai thác cát sỏi, khoáng sản 42 1.3 Các phương pháp thiết kế đê biển 43 1.4 Kết luận chương I: 45 CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN 48 2.1 Hóa Dịng ven bờ vận chuyển bùn cát ven bờ vùng biển Thanh 48 2.2 Phân loại cơng trình bảo vệ bờ 52 2.2.1 Phân loại theo đối tượng bảo vệ 52 2.2.2 Phân loại theo thời kỳ xây dựng 53 2.2.3 Phân loại theo loại hình bố trí cơng trình 54 2.2.4 Phân loại theo vật liệu cấu kiện cơng trình 62 2.3 Thực trạng xói lở khu vực bờ biển Thanh Hóa 63 2.4 Phân tích, đánh giá hiệu cơng trình bảo vệ bờ 71 CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÀ ĐÊ BIỂN HUYỆN TĨNH GIA TỈNH THANH HÓA 72 3.1 Thiết kế hình học cơng trình bảo vệ bờ mặt cắt ngang đê 72 3.1.1 Tài liệu phục vụ tính tốn thiết kế 72 3.1.2 Tiêu chuẩn an toàn phân cấp đê 72 3.1.3 Xác định vị trí tuyến đê 73 3.1.4 Xác định mực nước thiết kế 73 3.1.5 Xác định tham số sóng thiết kế 74 3.1.6 Xác định mặt cắt đặc trưng 75 3.1.7 Thiết kế mặt cắt đê 76 3.2 Lựa chọn kết cấu bảo vệ bờ mặt cắt ngang đê 86 3.3 Tính tốn ổn định cho đê biển huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa 89 3.4 Kết luận chương III 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 Kết luận 95 Những điểm đạt 95 Những hạn chế 96 Kiến nghị 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Các hình thức phá hoại đê kè biển 18 Hình 2: Một số dạng đê kè bị hư hỏng sóng tràn 20 Hình 3: Sạt mái đê phía đồng 21 Hình 4: Cơ chế bất ổn định trượt mái đê 22 Hình 5: Mặt cắt ngang bãi biển (bao gồm đê kè) thời tiết bình thường 23 Hình 6: Mặt cắt ngang bãi biển (bao gồm đê kè) thời tiết dị thường 24 Hình 7: Các cấu kiện bị bong xô tác động sóng lên mái 25 Hình 8: Sơ đồ minh họa tương tác tải trọng bên bên kè 26 Hình 9: Mái kè bị biến dạng hư hỏng áp lực sóng 26 Hình 10: Mực nước triều thấp gió dịng ven phá hoại chân kè 27 Hình 11: Mái kè bị lún thấp hàng ống buy bảo vệ chân 28 Hình 12: Mái kè bị đánh sập bóc hết cấu kiện khoét hết đất đá 29 Hình 13: Mái đê bị sạt, viên đá bị sóng mài trịn bãi 30 Hình 14: Phần đá lát khan bị sóng đánh hư hỏng 31 Hình 15: Tồn mặt đê bị phá sập 31 Hình 16: Tuyến đê gần bị cắt ngang thân 32 Hình 17: Đê lát nửa mái đá xếp phần trồng cỏ bị phá sau bão 33 Hình 18: Các cấu kiện viên đá bị bong xô bắt đầu trình phá hoại mái 36 Hình 19: Mái kè bị bóc cấu kiện mái khoét đất đá thân đê 36 Hình 20: Mơ phá hoại lún, đẩy trồi hai bên phạm vi chất tải 37 Hình 21: Mơ hình phá hoại trồi ngang 38 Hình 22: Cung trượt sâu cắt qua thân đê 38 Hình 23: Phá hoại nguyên nhân tác động sóng ăn mịn nước mặn 41 Hình 24: Các hà bám vào tường cống góp phần đẩy nhanh q trình ăn mịn 42 Hình 1: Sơ đồ dịng chảy vịnh Bắc Bộ đơng (trái) hè (phải) theo “Báo cáo kết điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964)” 50 Hình 2: Hướng tốc độ dịng chảy biển 51 Hình 3: Xu dòng chảy năm vận chuyển bùn cát ven bờ 52 Hình 4: Gia cố bờ dạng mái nghiêng 55 Hình 5: Gia cố bờ dạng tường đứng 56 Hình 6: Cơng trình dạng hỗn hợp 57 Hình 7: Mỏ hàn biển 58 Hình 8: Đê giảm sóng Hải Dương (Huế) 59 Hình 9: Mỏ hàn chữ T đê biển I (Hải Phòng) 60 Hình 10: Mỏ chữ T đê biển Hải Thịnh (Nam Định) 60 Hình 11: Mỏ chữ T đê biển Nghĩa Phúc (Nam Định) 61 Hình 12: Cụm cơng trình bẫy cát biển Giao Thủy 62 Hình 13: Phân vùng xói lở bờ biển Việt Nam 68 Hình 14: Diễn biến xói lở khu vực nghiên cứu 69 Hình 1: Tuyến nghiên cứu 73 Hình 2: Mặt cắt đê bảo vệ ba mặt 76 Hình 3: Mặt cắt thiết kế đê biển điển hình khu vực nghiên cứu 88 Hình 4: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 89 Hình 5: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 90 Hình 6: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 90 Hình 7: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 22 91 Hình 8: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 22 91 Hình 9: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 22 92 Hình 10: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 44 92 Hình 11: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 44 93 Hình 12: Tính ổn định trường hợp cho mặt cắt 44 93 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Thống kê tốc độ xói lở bờ biển Thanh Hóa 63 Bảng 2: Thống kê điểm bị xói lở dải ven biển Thanh Hóa (1988) 65 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trải dài 29 tỉnh ven biển nước ta bờ biển với chiều dài lớn khoảng 3200km, 89 cửa sông, với vùng biển triệu km2, khoảng 3000 đảo lớn nhỏ thành phố lớn, hải cảng, khu cơng nghiệp, dầu khí, khu đánh bắt nuôi trồng thủy sản Việt Nam nước có tiềm năng, lợi biển to lớn phát triển kinh tế biển vùng ven biển cửa sông Tuy nhiên để phòng chống tác hại biển bão, nước dâng, sạt lở bờ biển điều kiện nước biển dâng biến đổi khí hậu vấn đề cấp thiết Hiện nay, phát triển kinh tế biển chiến lược quan trọng Đảng Nhà nước ta Trong chiến lược phát triển kinh tế biển xây dựng sở hạ tầng, hệ thống đê biển quan trọng chắn đảm bảo an tồn, ổn định dân cư, cơng trình hạ tầng cho cơng phát triển phần phục vụ cho an ninh quốc phịng, phát triển bền vững, đa mục tiêu Chính việc nghiên cứu từ thực tiễn củng cố đê biển kinh nghiệm áp dụng công nghệ để ngày nâng cao hiệu tuyến đê quan trọng cần thiết Đối với cơng trình bảo vệ bờ biển đặc biệt đê kè biển năm qua quan tâm đầu tư củng cố qua dự án PAM, OXFAM Tuy nhiên tuyến đê chủ yếu nâng cấp để chống bão cấp mực nước triều tần suất 5%, cịn mang tính chắp vá, không đồng Một số vấn đề tồn phản ánh trình xây dựng u cầu thực tiễn địi hỏi cơng trình bảo vệ đê kè biển là: Mặc dù đầu tư củng cố, chưa đủ kiên cố để chống đỡ cấp bão, lũ cao bão số ÷ năm 2005 Mặt khác thân đê chủ yếu đắp đất cát pha phủ lớp đất sét chống tràn ngoài, sóng tràn qua đê gây sạt lở mặt đê mái đê phía đồng uy hiếp ổn định đê Ở nhiều vùng biển lấn tác dụng sóng gió, dịng ven thường xun gây sạt lở thu hẹp hạ thấp mặt bãi, gây ổn định đê kè biển, khơng có định hướng bảo vệ thường xuyên phải chống đỡ thụ động, phải dịch chuyển tuyến đê xói lở khu vực lân cận Hiện tuyến đê biển nhiều lần củng cố, nhiên chưa thể đáp ứng thực tế, mặt khác thiên tai biến đổi khí hậu ngày nhiều diễn tương đối khốc liệt với nhiều yếu tố cực đoan trước cần nghiên cứu thực tế, trọng tâm nghiên cứu giải pháp thực cụ thể với huyện Tĩnh Gia, Thanh Hóa Đề tài “Đánh giá tổng kết cơng trình bảo vệ bờ đê biển, đề xuất giải pháp cơng trình bảo vệ cho đoạn đê biển huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa” đề tài thực tế có ứng dụng thực tiễn cao Mục đích đề tài Đánh giá tổng kết cơng trình bảo vệ bờ đê biển, đề xuất giải pháp cơng trình bảo vệ cho đoạn đê biển cụ thể từ đánh giá Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Phương pháp tiếp cận nghiên cứu điều tra thực tế, kết hợp lý thuyết Tính tốn thấm ổn định thân đê theo phương án công trình có sử dụng phương án dùng giải pháp Có sử dụng phần mềm Geo-Slope So sánh phương án xử lý điều kiện kinh tế kỹ thuật Kết đạt Lựa chọn phương án thiết kế mặt cắt đê biển Tĩnh Gia – Thanh Hóa đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật Nội dung luận văn Chương 1: ĐẶC ĐIỂM ĐÊ BIỂN VIỆT NAM, CÁC NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN Chương 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÀ ĐÊ BIỂN HUYỆN TĨNH GIA TỈNH THANH HÓA Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ : 0.25 - 0.1 P % 30.4 Từ : 0.1 - 0.05 P % 22.8 Từ : 0.05 - 0.01 P % 6.6 Từ : 0.01 - 0.005 P % 5.3 Độ ẩm tự nhiên W % 8.8 Khối lượng riêng ∆ g/cm3 2.66 Khối lượng thể tích xốp γ xốp g/cm3 1.523 Khối lượng thể tích chặt γ chặt g/cm3 1.657 Góc nghỉ khơ αk độ 30024 Góc nghỉ ướt αư độ 26003 Hệ số rỗng max ε max 0.746 Hệ số rỗng ε 0.605 - Lớp 1b: Lớp nằm bề mặt số vị trí tuyến khảo sát xen kẹp lớp 1a Mặt lớp xuất độ sâu từ 0,0m đến 0,9m, đáy lớp kết thúc độ sâu từ 2,5m đến 3,1m Đất thuộc loại cát chảy màu xám đen, lẫn nhiều hữu Đây lớp đất có sức chịu tải yếu, biến dạng mạnh Chỉ tiêu lý lớp 1b sau: STT Các tiêu lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB Thành phần hạt Từ : - P % 7.3 Từ : - 0.5 P % 12.0 Từ : 0.5 - 0.25 P % 22.7 Từ : 0.25 - 0.1 P % 10.3 Từ : 0.1 - 0.05 P % 30.7 Từ : 0.05 - 0.01 P % 7.0 Từ : 0.01 - 0.005 P % 8.3 < 0.005 P % 1.7 Độ ẩm tự nhiên W % 8.7 Khối lượng riêng ∆ g/cm3 2.65 Khối lượng thể tích xốp γ xốp g/cm3 1.530 Khối lượng thể tích chặt γ chặt g/cm3 1.663 Góc nghỉ khơ αk độ 24022 Góc nghỉ ướt αư độ 20017 Hệ số rỗng max ε max 0.735 Hệ số rỗng ε 0.595 - Lớp 2: Lớp nằm lớp 1a có mặt hố khoan cuối tuyến Mặt lớp xuất độ sâu từ 3,5m đến 4,0m, đáy lớp kết thúc độ sâu 4,7m đến 5,0m Đất thuộc loại sét pha màu xám xanh lẫn hữu cơ, trạng thái dẻo mềm, lớp đất có sức chịu tải trung bình, biến dạng trung bình Chỉ tiêu lý lớp sau: STT Các tiêu lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB Thành phần hạt Từ : 0.5 - 0.25 P % 4.7 Từ : 0.25 - 0.1 P % 15.7 Từ : 0.1 - 0.05 P % 31.0 Từ : 0.05 - 0.01 P % 14.7 Từ : 0.01 - 0.005 P % 10.3