CHƯƠNG 6: PHƯƠNG PHÁP LUẬN THIẾT KẾ Đấ, Kẩ BIỂN
6.2Nguyờn lý thiết kế
Chức năng của đờ biển và kố lỏt mỏi là bảo vệ vựng đất phớa trong (dõn cư và cỏc giỏ trị kinh tế) khỏi bị xúi mũn và ngập lụt do nước dõng. Mục đớch chớnh của đờ biển là cốđịnh ranh giới giữa đất và biển. Mục tiờu đầu tiờn khụng phải nhằm bảo vệ phần bói biển phớa trước nú hoặc cỏc bói biển cú nguy cơ bị xúi lở cạnh đú. Do đú, đờ biển khụng làm tăng bồi tụ cũng như khụng làm giảm xu hướng xúi lở cục bộ đường bờ. Tuy nhiờn, đờ biển được xõy dựng nhằm bảo vệ vựng đất phớa trong trong những điều kiện cực hạn và do đú, nú là một trong những dạng bảo vệ bờ biển cú thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với cỏc phương phỏp khỏc (theo Pilarczyk, 1998). Hiện vẫn cũn nhiều hiểu lầm về việc sử dụng đờ biển và những nhược điểm của nú cú thể dẫn đến những hậu quả khụng mong muốn.
Với một hệ thống bảo vệ bờ biển nhất định, gần như ta khụng thể xỏc định được độ an toàn tuyệt đối trong trường hợp nước dõng do bóo là vỡ nú cũn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố tỏc động ngẫu nhiờn khỏc, thường khụng định lượng trưúc được. Do đú, cần phải xem xột khả năng hư hỏng cú thể xảy ra của một hệ thống bảo vệ bờ biển nhất định. Để ỏp dụng phương phỏp này, tất cả khả năng dẫn đến phỏ hỏng cụng trỡnh đều được phõn tớch và xỏc định cỏc hậu quả do chỳng gõy ra. Cỏc cơ chế hư hỏng cú thể xảy ra với cụng trỡnh được chỉ ra trờn Hỡnh 6-1 theo phương phỏp liệt kờ và xõy dựng cõy sự cố. Trờn thực tế, phương phỏp này đang được phỏt triển và ứng dụng tại Hà Lan trong cụng tỏc thiết kếđờ và đụn cỏt. Cõy sự cốđược giới thiệu như một cụng cụ tốt trong việc phõn tớch hư hỏng này (vớ dụ về sơ đồ cõy sự cố xem Hỡnh 6-2). Trờn Hỡnh 6-2, tất cả cỏc dạng hư hỏng thành phần, cỏc biến cố thành phần đều cú khả năng dẫn đến vỡ đờ biển và gõy ra hậu quả ngập lụt. Tất cả cỏc loại biến cố cú thể gõy ra ngập lụt cho vựng đất bờn trong đều cú độ quan trọng như nhau theo một mức độ an toàn chung. Tuy nhiờn, nhiệm vụ của người kỹ sư thiết kế lại chủ yếu chỉ giới hạn về mặt kĩ thuật và giải phỏp kết cấu cụng trỡnh. Trờn Hỡnh 6-2, mối tương quan giữa mục tiờu chớnh trị, cụng tỏc nghiờn cứu và cỏc sản phẩm dự ỏn cũng được xột đến (Pilarczyk, 1998).
Cỏc cơ chế hư hỏng cú thể xảy ra với đờ biển cú thể liệt kờ được như sau: (Hỡnh 6-1): • Chảy tràn hoặc súng tràn vượt đỉnh đờ,
• Xúi mũn mỏi đờ phớa đồng và phớa biển, • Xúi chõn cụng trỡnh gõy hư hại cho đờ, kố • Mất ổn định cấu kiện kố bảo vệ mỏi,
• Mất ổn định mỏi đờ phớa đồng và phớa biển, • Xúi ngầm và đẩy trồi,
Hỡnh 6-1 Cỏc cơ chế hư hỏng cú thể xảy ra đối với đờ biển
Với tất cả cỏc dạng hư hỏng, ta xột đến trường hợp trong đú cỏc tải trọng tỏc dụng vừa đủ cõn bằng với sức chịu tải của cụng trỡnh (trạng thỏi giới hạn cuối cựng). Trong khỏi niệm sửa đổi của trạng thỏi giới hạn cuối cựng, hàm mật độ xỏc suất của “tỏc hại tiềm tàng” (tải trọng) và “sức chống đỡ” (sức chịu tải của đờ biển) được kết hợp lại. Phần “tỏc hại tiềm tàng” bao gồm cỏc yếu tố xỏc định là cỏc điều kiện biờn gõy hại cho cụng trỡnh. Sức chịu tải của cụng trỡnh được đặc trưng bởi cỏc thụng sốđộ bền cơ bản thụng qua cỏc mụ hỡnh lớ thuyết, thực nghiệm hoặc bỏn thực nghiệm.
Hỡnh 6-2 Cõy sự cốđơn giản hoỏ đối với đờ biển (Pilarczyk, 1998).
Cỏc quan hệ sử dụng để định lượng cỏc tỏc động của điều kiện biờn được gọi là cỏc hàm chuyển đổi (vớ dụ như chuyển đổi súng hoặc thuỷ triều thành lực tỏc dụng lờn kết cấu, cấu kiện hoặc cỏc thành phần của cụng trỡnh). Xỏc suất xuất hiện của trường hợp này (trường hợp cõn bằng giữa độ bền và tải trọng) đối với mỗi cơ chế phỏ hoại cú thể xỏc định được bằng cỏch ỏp dụng cụng cụ thiết kế dựa trờn cơ sở xỏc suất thống kờ và lý thuyết độ tịn cậy. Chi tiết về phương phỏp này được trỡnh bày trong mụn học “Thiết kế cụng trỡnh theo lý thuyết độ tin cậy”, Mai Văn Cụng 2004.
Ranh giới an toàn giữa “tỏc hại tiềm năng” và “độ bền” phải đảm bảo đủ lớn để khả năng xảy ra phỏ huỷ là nhỏ, tương ứng với xỏc suất xảy ra hư hỏng nhỏ. Cỏc cấp độ khỏc nhau về phương phỏp tiếp cận thiết kế đều cú thể dựng trong thực tế xõy dựng cụng trỡnh, vớ dụ như phương phỏp tiếp cận tất định, tiếp cận bỏn ngẫu nhiờn (giả xỏc suất) và tiếp cận ngầu nhiờn hoàn toàn.
Đối với cỏch tiếp cận ngẫu nhiờn hoàn toàn, cần phải cú thờm hiểu biết về tất cả cỏc vấn đề liờn quan, cú mổi liờn hệ đến việc sử dụng cỏc mụ hỡnh lớ thuyết gắn với tải trọng và sức chịu tải. Cỏc nghiờn cứu về vấn đề này hiện đang được tiến hành tại nhiều nơi trờn thế giới. Những hướng dẫn thiết kế hiện đang sử dụng tại Hà Lan về thiết kế đờ biển được xem như nằm giữa cỏch tiếp cận tất định và ngẫu nhiờn, nhưng gần với cỏch tiếp ngẫu nhiờn hoàn toàn hơn (chẳng hạn như cỏc tiờu chuẩn thiết kế: TAW/CUR 141, 1990, CUR/CIRIA 154, 1991 and CUR 169, 1995). Trong khi đú những hướng dẫn mới nhất về thiết kếđờ núi chung tại ở Việt Nam vẫn đang sử dụng nguyờn tắc thiết kế tất định.
Theo kinh nghiệm của người Hà Lan, mối nguy hiểm tiềm tàng cuối cựng đối với đờ biển Hà Lan được xỏc định là mực nước dõng do bóo với một tần suất vượt quỏ rất thấp (1/10.000 cho đờ biển và 1/1000 cho đờ sụng) và tải trọng này được dựng để xỏc định độ bền thiết kế cho đờ khụng kểđến khoảng gia tăng an toàn. Trong trường hợp tải trọng cực hạn này xuất hiện, xỏc suất xảy ra sự cố của đờ (tường biển) khụng được vượt quỏ 10%.
Trong khỏi niệm an toàn hiện nay, mỗi đoạn đờ riờng biệt cú khả năng chống đỡđược một mực nước nhất định. Nếu mực nước xảy ra vượt quỏ mực nước thiết kế, cụng trỡnh sẽ khụng bị phỏ huỷ ngay lập tức. Độ bền gia tăng này tương ứng với khoảng biờn an toàn dự trữ của đoạn đờ xem xột. Độ an toàn này hiện được xỏc định cụ thể tựy theo từng quốc gia.
Việc đỏnh giỏ cỏc nghiờn cứu thực tếở Hà Lan cho thấy do tớnh bất định của cỏc thụng sốđịa kĩ thuật dẫn đến sự thiờn an toàn trong quỏ trỡnh thiết kế. Do đú chưa cú phương phỏp chớnh xỏc để xỏc định được khoảng biờn an toàn hợp lý đối với cỏc cơ chế liờn quan đến vấn đềđịa kỹ thuật. Nhằm nghiờn cứu sõu hơn về mức an toàn này, cần phải giảm bớt tớnh khụng chắc chắn của số liệu đầu vào bằng cỏch nõng cao kĩ thuật khảo sỏt địa chất và kỹ thuật phõn tớch địa kĩ thuật.
Hơn nữa, mụ tả toỏn học về cỏc cơ chế phỏ hỏng khỏc nhau đối với đờ biển hiện cũn rất sơ sài. Hiện nay cũng như trong thời gian tới rất cần cú những nghiờn cứu thờm về lĩnh vực này bằng cả mụ hỡnh toỏn và mụ hỡnh vật lý. Do vẫn tồn tại tớnh bất định lớn trong việc xỏc định cỏc phản ứng lại của kết cấu đờ trước tỏc dụng của điều kiện biờn, việc theo dừi, quan trắc thường xuyờn trong quỏ trỡnh vận hành đờ trước, trong và sau khi xảy ra bóo là rất cần thiết để cú thể làm giảm cỏc yếu tố bất định nờu trờn.