Lựa chọn phương án bố trí công trình chỉnh trị

hệ thống công trình chỉnh trị

5.3.3. Lựa chọn phương án bố trí công trình chỉnh trị

Qua kết quả phân tích sự biến đổi chế độ sóng, dòng chảy khu vực cửa sông đối với hai phương án công trình chỉnh trị đã đề xuất có thể đi đến một số kết luận:

- Đánh giá về tác dụng của công trình đến thoát lũ và ổn định luồng tàu:

Trong điều kiện dòng chảy trung bình mùa lũ, mùa kiệt: Hai phương án công trình không ảnh hưởng nhiều đến chế độ dòng chảy khu vực cửa sông, có tác dụng gia tăng lưu tốc dòng chảy từ sông ra, làm giảm nhỏ lưu tốc dòng ven theo hướng dọc bờ nên có khả năng gây bồi ven bờ về phía hai bên công trình đê ngăn cát giảm sóng, ổn định được luồng tàu.

Trong điều kiện dòng chảy lũ thiết kế: Phương án PA2 làm tăng mực nước trong cửa sông lớn nhất lên đến 60 cm, phương án PA1 chỉ làm tăng mực nước lên 10 cm; lưu tốc dòng chảy lũ qua luồng tàu của phương án PA2 đạt lớn nhất khoảng 2,5 - 3,0 m/s, đối với phương án PA1 chỉ đạt khoảng 1,5 m/s. Do đó phương án PA2 sẽ gây nhiều bất lợi cho khả năng thoát lũ.

- Đánh giá về khả năng giảm sóng của công trình:

Trong điều kiện sóng theo mùa điển hình hướng SE và hướng NE: Hiệu quả giảm sóng của cả hai phương án đối với luồng tàu đều tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho tầu ra vào cửa an toàn. Phương án PA1 có tác dụng giảm sóng đối vờ bờ biển phía Nam kém hơn phương án PA2. Hiệu quả giảm sóng của hai phương án đối với luồng tàu đối với sóng hướng SE không tốt bằng đối với sóng hướng NE.

Trong điều kiện sóng trong bão: các phương án công trình đều có tác dụng giảm sóng đáng kể trong bão, tạo được khu vực lặng sóng trong cửa sông đảm bảo an toàn cho tầu thuyền neo đậu tránh trú bão, phương án PA1 có tác dụng tạo khu lặng sóng trong cửa sông tốt hơn phương án PA2.

- Đánh giá về ổn định và phương án thi công công trình:

Phương án công trình PA2 gây ra dòng chảy lũ có lưu tốc quá lớn chảy qua luồng tàu, có khả năng gây xói lòng dẫn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định của công trình; phương án công trình PA1 cho dòng chảy lũ có lưu tốc không quá lớn, nhưng do đê chắn sóng và đê hướng dòng phía Nam cửa không được gắn liền với

bờ nên khả năng ổn định của công trình sẽ kém hơn PA2. Khả năng thi công của phương án công trình PA1 sẽ khó khăn hơn so với phương án công trình PA2.

Như vậy sơ bộ có thể thấy phương án công trình PA1 có nhiều ưu điểm về hiệu quả kỹ thuật hơn phương án PA2. Mặc dù phương án PA1 vẫn duy trì 1 lạch phụ phía Nam cửa nhưng do lưu lượng thoát chỉ chiếm 40% so với tổng lưu lượng dòng chảy qua cửa sông, nên hạn chế được những tác động đến bờ và hệ thống đê cửa sông, đê biển phía Nghĩa Phúc. Mặt khác hiện nay đã có 19 mỏ hàn các loại được xây dựng dọc theo chân đê biển, còn 4 mỏ hàn đang tiếp tục xây dựng bao kín đoạn đường bờ trọng điểm xói lở nên sẽ hạn chế được đáng kể tác động của dòng chảy. Lựa chọn phương án bố trí công trình chỉnh trị cửa sông Ninh Cơ là phương án PA1, với phương án này sẽ đáp ứng được yêu cầu về đảm bảo thoát lũ và ổn định luồng lạch cho giao thông thủy theo các quy hoạch về phòng chống lũ và quy hoạch giao thông thủy của tuyến sông.

5.3.4. Đề xuất loại kết cấu và thiết kế sơ bộ công trình đê chắn sóng

5.3.3.1. Tính toán xác định mực nước và chiều cao sóng thiết kế

 Cấp công trình:

Theo quyết định số 883/QĐ-BGTVT ngày 4/4/2008 của Bộ Giao thông vận tải về việc đầu tư dự án Phát triển giao thông vận tải khu vực đồng bằng Bắc Bộ sử dụng vốn vay của Ngân hàng Thế giới (Dự án WB6), các công trình luồng và công trình bảo vệ luồng, âu tàu,… thuộc luồng qua cửa Lạch Giang là công trình cấp I.

Theo Qui định tại Nghị định 209/2004-NĐ-CP, đối với các công trình giao thông đường thủy là tuyến đư ờng thủy có chiều rộng tuyến luồng B = 90 - 120m; chiều sâu tuyến luồng h = 4 - 5 m thuộc công trình cấp I.

Như vậy, dựa trên hai căn cứ nêu trên đã xác định được cấp công trình đê chắn sóng bảo vệ luồng tàu vào cửa sông Ninh Cơ là công trình cấp I.

 Xác định mực nước thiết kế:

- Mực nước thiết kế được theo cấp công trình:

Theo Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển ban hành kèm theo Quyết định số 1613/2012/QĐ-BNN-KHCN ngày 09/07/2012 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển

nông thôn, đối với công trình cấp I, tần suất mực nước thiết kế tương ứng cũng là 1%. Mực nước này được tra từ phụ lục A kèm theo. Kết quả tra tại mặt cắt MC16 của Phục lục A cho mực nước thiết kế tại cửa Ninh Cơ là 4,0m.

- Kiến nghị mực nước thiết kế công trình đê chắn sóng: ZRtkR = ZRP=1%R + ZRND do BĐKH

ZRND do BĐKHR: Mực nước biển dâng do BĐKH, xác định theo kịch bản BĐKH của Bộ Tài nguyên và Môi trường đã công bố tháng 3 năm 2012. Theo kịch bản trên, khu vực Nam Định thuộc vùng 2 (từ Hòn Dấu đến Đèo Ngang) với các dự báo nước dâng cho 3 kịch bản như sau:

Bảng 19. Dự báo nước biển dâng khu vực Hòn Dấu – Đèo Ngang (cm)

Kịch bản Các mốc thời gian của thế kỷ 21

2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Phát thải TB 7-8 11-13 15-18 20-24 25-32 31-39 37-48 43-56 49-65

Lấy giá trị nước dâng do BĐKH đến năm 2100 theo kịch bản phát thải trung bình là ZRND do BĐKH R= 0,6m.

Như vậy, tổng hợp lại xác định được mực nước thiết kế công trình: ZRtkR = ZRP=1%R + ZRND do BĐKHR = 4,0 + 0,6 = 4,6m.

 Xác định chiều cao sóng thiết kế:

Chiều cao sóng thiết kế được xác định từ kết quả tính toán truyền sóng nước sâu trong bão theo hướng SE như kịch bản KB-S3 đã trình bày trong phần trên. Chiều cao sóng thiết kế được xác định tại vị trí chân công trình cho các tuyến đê chắn sóng như sau:

Bảng 20. Chiều cao sóng thiết kế cho tuyến đê chắn sóng phía Bắc Vị trí tuyến

công trình Vị trí địa hình sóng Hs (m) Chiều cao Chu kì sóng Tp (s) Chiều sâu nước (m) Đầu đê Bắc - 5,5 ÷ - 5.0 3,6 7,5 9,0 - 9,5 Thân đê Bắc - 5,0 ÷ - 3,0 3,2 7,2 7,0 - 9,0 Gốc đê Bắc - 3,0 ÷ 0,0 2,2 7,0 4,0 - 7,0

Bảng 21. Chiều cao sóng thiết kế cho tuyến đê chắn sóng phía Nam Vị trí tuyến Vị trí địa hình Chiều cao Chu kì sóng Chiều sâu

công trình sóng (Hs) (Tp) nước (m) Đầu đê Nam - 4,5 ÷ - 4,0 3,3 7,2 8,0 - 8,5 Thân đê Nam - 4,0 ÷ - 3,0 2,7 7,2 7,0 - 8,0 Gốc đê Nam - 3,0 ÷ - 2,0 2,3 7,0 6,0 - 7,0

5.3.3.2. Lựa chọn dạng đê chắn sóng và cấu kiện bảo vệ

+ Lựa chọn dạng đê chắn sóng: Trong nghiên cứu của luận văn sơ bộ đề xuất lựa chọn phương án thiết kế đê chắn sóng mái nghiêng, có hệ số mái nghiêng m= 1,5 cho cả mái phái biển và phía trong luồng tàu, vì:

- Khu vực nghiên cứu có điều kiện địa chất trung bình; - Độ sâu nền đặt công trình không quá 20m;

- Có thể tận dụng vật liệu địa phương có sẵn.

+ Lựa chọn cấu kiện bảo vệ mái đê chắn sóng: Đê chắn sóng chịu tác động mạnh của sóng nên mái đê được phủ bởi các khối bê tông dị hình phá sóng. Do hai tuyến đê tương đối dài nên cao trình nền dọc tuyến công trình có sự thay đổi lớn (đê Bắc từ cao trình +1,0 m đến –5,5 m, đê Nam từ cao trình -2,0 m đến -4,5 m) nên tải trọng tác động vào công trình sẽ thay đổi nhỏ dần vào bờ. Luận văn đã lựa chọn loại khối phủ dị hình đã được sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam là khối Tetrapod.

Khối Tetrapod có các đặc điểm như sau:

+ Hệ số ổn định tốt, với hai lớp khối phủ nên khả năng phá sóng.

+ Hình thù của khối có dạng đặc biệt nên có khả năng làm tiêu hao năng lượng sóng ập vào đê.

5.3.3.3. Tính toán cao trình đỉnh đê chăn sóng

Trong nghiên cứu luận văn đã lựa chọn phương án công trình đê chắn sóng mái nghiêng cho phép sóng tràn, với lưu lượng sóng tràn thiết kế qua đê cho phép là [q] = 200 l/m/s = 0,2 mP

3

P

/s/m.

 Đê chắn sóng phía Bắc:

a) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt đầu đê chắn sóng:

dd tk c

Z =Z +R

tk

Z : Mực nước thiết kế, Ztk = 4,6 (m).

RRcR: Độ cao lưu không của đỉnh công trình, xác định theo công thức:

3 0.2 exp 2.3 . . . . . c mo f mo R q H g H γ γβ   = −    Với:

+ HRmo R: Chiều cao sóng trước chân công trình; HRmo R= HRsR= 3,6 (m)

+ γf : Hệ số ảnh hưởng do độ nhám mái đập. Tra bảng hệ số nhám bề mặt

f

γ cho Tetrapod 2 lớp với độ dốc mái là 1:1,5 => γf =0, 38 + γβ: Hệ số ảnh hưởng của góc sóng tới.

Giả thiết rằng tính toán trong trường hợp nguy hiểm nhất là sóng tới vuông góc với đập phá sóng β = 0P

o

P

=> γβ= 1. + q: Lưu lượng tràn đơn vị (mP

3P P /s/m), q = 200 (l/s/m) = 0,2 (mP 3 P /s/m) Thay số: => RRcR = 1,82 (m) => Cao trình đỉnh đập: ZRddR = 4,6 + 1,82 = 6,42 (m). Chọn ZRdd R= 6,50 (m).

b) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt thân đê chắn sóng:

Tính toán tương tự theo các bước như trên với phần thân đập phá sóng, chiều cao sóng trước chân công trình HRmoR = Hs = 3,2 (m). Ta thu được kết quả như sau:

=> RRcR = 1,52 (m)

=> Cao trình đỉnh đập: ZRddR = 4,6 + 1,52 = 6,12 (m). Chọn ZRdd R= 6,10 (m).

c) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt gốc đê chắn sóng:

Tính toán tương tự theo các bước như trên với phần gốc đập phá sóng, chiều cao sóng trước chân công trình HRmoR = Hs = 2,2 (m). Ta thu được kết quả như sau:

=> RRcR = 0,84 (m) 3 . . .ln 2.3 0, 2. . s f c s H q R g H β γ γ     =   −  

=> Cao trình đỉnh đập: ZRddR = 4,6 + 0,84 = 5,44 (m). Chọn ZRdd R= 5,40 (m).

 Đê chắn sóng phía Nam:

Tính toán tương tự theo các bước như trên, ta xác định được cao trình đỉnh phần đầu đê, thân đê và gốc đê cho đê chắn sóng phía Nam như sau:

a) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt đầu đê chắn sóng:

Chiều cao sóng: HRmoR = Hs = 3,3 (m). => RRcR = 1,60 (m)

=> Cao trình đỉnh đập: ZRddR = 4,6 + 1,6 = 6,2 (m). Chọn ZRdd R= 6,2 (m).

b) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt thân đê chắn sóng:

Chiều cao sóng: HRmoR = Hs = 2,7 (m). => RRcR = 1,17 (m) => Cao trình đỉnh đập: ZRddR = 4,6 + 1,17 = 5,77 (m). Chọn ZRdd R= 5,8 (m). c) Xác định cao trình đỉnh mặt cắt gốc đê chắn sóng: Chiều cao sóng: HRmoR = Hs = 2,3 (m). => RRcR = 0,90 (m) => Cao trình đỉnh đập: ZRddR = 4,6 + 0,9 = 5,5 (m). Chọn ZRdd R= 5,5 (m). 5.3.3.4. Tính toán bề rộng đỉnh đê chắn sóng

 Bề rộng đỉnh đê tại vị trí mặt cắt đầu đê Bắc:

a) Xác định đường kính định danh của khối phủ mái đê phần đầu đê:

Lựa chọn khối phủ Tetrapod làm khối phủ mái. Xác định chỉ số Iribaren: ξom=tan om s α Trong đó: SRomR : độ dốc sóng (với SRomR = m Hs L )

TRm R : Chu kỳ sóng trung bình với TRmR = TRpR/1,2 = 11,8/1,2 = 9,83 (s) HRsR: Chiều cao sóng trước chân công trình, HRsR = 3,6 (m)

tanα: Độ dốc mái của công trình; tanα =1:1,5

+ Kiểm tra chỉ số tương tự sóng vỡ ξmc: mc ξ = 1 0.31 0.5 6, 2.P tanα P+    

P : Độ rỗng tượng trưng, P = 0,5 (Đê có lớp bảo vệ bằng đá đổ 2 lớp và có lớp lõi):

Thay số ta được: ξmc= 4,083.

So sánh ξomnằm trong khoảng 3,5 < ξmc< 6.

Do đó tính DRnR theo công thức của Van der Meer (1988):

(0.8) Trong đó:

HRsR: Chiều cao sóng trước chân công trình, HRsR = 3,6 (m)

∆: Tỷ trọng cấu kiện bảo vệ;

W 2, 5 2, 5 1 1 1, 44 1, 025 S ρ ρ     ∆ = − =  − =    

DRnR: Đường kính khối phủ cấu kiện (m)

NRodR: Số khối bị dịch chuyển trong bề rộng dải DRnR.

Với cấu kiện Tetrapod theo Van der Meer (1988) ứng với độ dốc 1:1,5 thì: NRodR = (S – 1)/2

với S là mức độ hư hỏng và để đảm bảo mức độ an toàn, lấy S = 2 => NRodR = (2-1)/2 = 0,5

NRzR: Số con sóng tới ở chân công trình; NRzR được tính bằng thời gian bão trên chu kỳ sóng trung bình (TRm R= 9,83s); NRzR = 6*60*60/9,83 = 2196 (con sóng). SR0mR: Độ dốc sóng, SR0m R= HRsR/LRmR = 3,6/1,56*(9,83)P

2

P

= 0,024

Thay các giá trị vào công thức (0.8) xác định khối lượng cấu kiện Tetrapod: DRnR = 0.96 (m) => W = ρRsR*(DRnR)P 3 P = 2,5*(0.96)P 3 P = 2,19 (tấn).

Chọn sử dụng cấu kiện Tetrapod có trọng lượng 2,5 tấn cho phần đầu đê chắn sóng phía Bắc.

Theo sổ tay kỹ thuật bờ biển (CEM 2008) chiều rộng đỉnh đê được xác định theo công thức sau: B=n k D. ∆ n

Trong đó: n: số cấu kiện mặt đê, ít nhất n = 3. Chọn n = 4 kR∆R: hệ số xếp lớp, kR∆R = 1,04

DRnR: đường kính định danh của khối cấu kiện Thay số: => B = 4*1,04*0,96 = 3,98 (m). Chọn B = 4 (m).

 Bề rộng đỉnh đê tại vị trí mặt cắt đầu đê Nam:

a) Xác định đường kính định danh của khối phủ mái đê phần đầu đê:

Tính toán tương tự như trên, với Hs = 3,3 (m) ta xác định được: DRnR = 0,86 (m), W = 1,60 (tấn).

Chọn sử dụng cấu kiện Tetrapod có trọng lượng 2,0 tấn cho phần đầu đê chắn sóng phía Nam.

b) Xác định bề rộng đỉnh mặt cắt đầu đê:

Tính toán tương tự ta có: B = 3,59 (m). Chọn B = 3,6 (m).

 Bề rộng đỉnh đê tại vị trí mặt cắt thân đê, gốc đê:

Tính toán tương tự ta có cho các đoạn thân đê, gốc đê phía Bắc; thân đê, gốc đê phía Nam, với số liệu sóng lấy theo (Bảng 21và Bảng 22) xác định được bề rộng đỉnh đê tại các vị trí như sau:

+ Đê phía Bắc:

- Đoạn thân đê: Dn = 0,83 (m), chọn W = 1,5 (tấn), B = 3,5 (m) - Đoạn gốc đê: Dn = 0,53 (m), chọn W = 0,5 (tấn), B = 2,2 (m). + Đê phía Nam:

- Đoạn thân đê: Dn = 0,68 (m), chọn W = 1,0 (tấn), B = 2,8 (m) - Đoạn gốc đê: Dn = 0,56 (m), chọn W = 0,5 (tấn), B = 2,3 (m).

 Bề rộng đỉnh đê có xét đến điều kiện thi công và duy tu bảo dưỡng đê:

- Theo điều kiện thực tế thi công: công trình dự kiến thi công theo phương pháp cơ giới lấn dần từ bờ ra, do đó điều kiện để thi công thuận lợi là đỉnh đê chắn sóng phải đủ lớn, tối thiểu bằng hai làn xe thi công.

- Theo điều kiện kiểm tra, duy tu bảo dưỡng đê: chiều dài tuyến đê lớn nên trong quá trình sử dụng cần thường xuyên kiểm tra, duy tu bảo dưỡng bằng xe cơ giới.

Như vậy, kiến nghị lấy chiều rộng đỉnh đê chắn sóng bằng tổng chiều rộng đường cho hai làn xe cơ giới và chiều rộng hai bên đường, mỗi bên có chiều rộng để