CHƯƠNG 5: CễNG TRèNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐÁ Cể VỐN
5.1.2 Cơ sở xõy dựng cỏc cụng sử dụng vật liệu đỏ cú giỏ thành thấp
Hầu hết cỏc tài liệu tham khảo hiện cú là sự tổng hợp và túm tắt về phương phỏp thiết kế cũng như đỏnh giỏ hiệu quả làm việc của cỏc cụng trỡnh biển sử dụng vật liệu đỏ, đơn cử như trong cỏc cuốn “Hướng dẫn sử dụng vật liệu đỏ trong kỹ thuật cụng trỡnh thủy” (CUR/CIRIA 154, 1991, cập nhật tỏi bản 1995, 2007) và “Sổ tay kỹ thuật bờ
biển” (Coastal Engineering Manual-CEM, USACE 1984, tỏi bản 2000), hầu hết chỳng đều được dựa trờn cỏc nghiờn cứu đối với những cụng trỡnh cú quy mụ lớn, đặt tại vựng nước tương đối sõu, cú nhiệm vụ che chắn cho cỏc hải cảng và những thiết bị ngoài khơi khỏi tỏc động của súng và thường được thiết kế với vốn đầu tư ban đầu lớn, chi phớ bảo dưỡng thấp. Núi chung mức độ phức tạp của cỏc cụng trỡnh ven biển bằng đỏ là hàm số phụ thuộc vào khả năng tiếp cận địa điểm xõy dựng, chi phớ và khả năng chấp nhận bảo dưỡng – đú là mức độ chấp nhận trong đú độ ổn định và khả năng vận hành cú thểđược thoả hiệp để giảm chi phớ. Do cỏc cụng trỡnh điều khiển và bảo vệ bờ đều cú thể tiếp cận được dễ dàng với tớnh năng hoạt động lõu dài và khụng phụ thuộc nhiều vào độ bền cụng trỡnh, vỡ vậy chỳng thường được thiết kế với tuổi thọ ngắn để cú giỏ thành xõy dựng rẻ và cần cụng tỏc bảo dưỡng thường xuyờn, đõy là sự lựa chọn cú phần hợp lý hơn. Việc ỏp đặt những hướng dẫn thiết kế dựng cho cỏc đập chắn súng gần bờ cỡ lớn đối với những cụng trỡnh nhỏ hơn, phần nhiều đặt trờn bói, cú thể gõy ra khú khăn như bản thiết kế cụng trỡnh phức tạp, chi phớ quỏ lớn, hơn nữa cũng nguy hiểm, phức tạp trong xõy dựng và cú tỏc hại lớn hơn đến mụi trường ven bờ.
Mặc dự chỉ cú một số nhất định cỏc hướng dẫn về thiết kế những cụng trỡnh đơn giản núi trờn, nhưng cỏc cụng trỡnh này được xõy dựng khỏ phổ biến và phong phỳ về hỡnh loại, bằng việc điều chỉnh linh hoạt mặt cắt thiết kế theo lý thuyết truyền thống theo hướng đơn giản hơn. Vớ dụ dưới đõy minh hoạ sự thay đổi đỏng kể vềđộ phức tạp; bắt đầu từ mặt cắt lớ thuyết thiết kế cho cụng trỡnh đỏ đổ truyền thống, Hỡnh 5-1, cho đến cỏc cụng trỡnh đơn giản hơn trong Hỡnh 5-2.
Hỡnh 5-1 Mặt cắt thiết kế lý thuyết đập chắn súng truyền thống [theo SPM, 1984]
Hỡnh 5-2 dưới đõy (CUR/CIRIA 154, 1991) là mặt cắt của một đập mỏ hàn ỏp dung tại tiểu bang North Carolina, Hoa Kỡ, trờn bờ biển Đại Tõy Dương. Mặt cắt này thiết kế theo mẫu gần tương tự với kiểu cụng trỡnh bao gồm lớp bảo vệ mặt ngoài, tiếp theo là cỏc lớp giữa chuyển tiếp thiết kế theo qui tắc tầng lọc (dự trong trường hợp này lớp giữa cú khối lượng Wngoài/15) và một lớp lút phủ mặt nền cú tỏc dụng đảm bảo tớnh lỳn đều của nền, với độ lỳn nhỏ nhất. Như vậy, so với mặt cắt thiết kế trờn Hỡnh 5-1, mặt cắt này đó được đợn giản húa.
Hỡnh 5-2 Mặt cắt đập mỏ hàn đỏ đổ truyền thống (theo CUR/CIRIA 154,1991)
Trờn thực tế một số nhà thiết kế chấp nhận những cụng trỡnh đơn giản hơn, chỉ dựng một kớch cỡ vật liệu, cú thể kốm lớp lút phủ nền hoặc đặt trực tiếp xuống nền đất cứng. Một vớ dụ của hỡnh loại này là đập chắn súng gần bờ tại Elmer trờn Hỡnh 5-3. Lớp bảo vệ ngoài và thõn cụng trỡnh được làm bằng đỏ cú cấp phối tiờu chuẩn theo CUR/CIRIA 154 (1991). Để đảm bảo ổn định về mặt lực học trong suốt tuổi thọ cụng trỡnh, loại đỏ từ 6 đến 10 tấn được xỏc định theo cỏc điều kiện ổn định như tiờu chuẩn Van der Meer hay Pilarczyk. Trường hợp này mặt cắt thiết kế đó được đơn gian húa so với trường hợp trờn Hỡnh 5-2.
Hỡnh 5-3 Mặt cắt đại diện đập chắn súng tại Elmer (theo Holland & Coughlan, 1994)
Đập phỏ súng ngầm được phỏt triển ở Hoa Kỡ, như miờu tả của Ahrens (1989) và
Chasten cựng nnk. (1993) được minh họa trờn Hỡnh 5-4. Họ đó sử dụng một mặt cắt tương tự nhưđó ỏp dụng ở Elmer, nhưng cao trỡnh đỉnh thấp hơn nhiều và được thiết kế với tiờu chớ ổn định “động” với cấp phối đỏ rộng ỏp dụng tại lớp bảo vệ ngoài (lớp vỏ), thường bao gồm cả cỡ đỏ dựng làm lởp vỏ và lớp giữa của cụng trỡnh loại truyền thống (loại ổn định tĩnh). Cỏc cụng trỡnh loại này cú đỉnh thấp và độ rỗng cao, giỳp làm tăng độ ổn định của lớp vỏ (nhưng năng lượng súng cũn lại truyền qua cụng trỡnh cũng sẽ lớn hơn), tuy nhiờn loại cụng trỡnh này dễ dàng khụi phục khi xuất hiện hư hỏng; do cụng trỡnh khụng cú lừi nờn loại cụng trỡnh này thường khụng bị hư hỏng nghiờm trọng. Một ưu điểm nữa là cụng trỡnh loại này cú thể tự điều chỉnh thay đổi mặt cắt và biến dạng dưới tỏc động của súng nhưng chỳng vẫn đảm bảo được cỏc yờu cầu về chức năng, nhiệm vụ thiết kếđặt ra.
Hỡnh 5-4 Mặt cắt đập phỏ súng ngầm, đỉnh thấp (theo Chasten và nnk., 1993).
Một cỏch tiếp cận tương tựđó được ỏp dụng cho những đập mỏ hàn tại Anh như minh hoạ trờn Hỡnh 5-5; mặc dự ở trường hợp này lớp lút phủ nền được bỏ qua bởi vỡ cụng trỡnh được đặt trực tiếp trờn nền cứng.
Hỡnh 5-5 Mặt cắt đập mỏ hàn đỏ đổđơn giản hoỏ tại Mudeford Sandbank, Anh
Ứng dụng của những hỡnh loại cụng trỡnh bảo vệ chống xúi cú mặt cắt và cấu tạo đơn giản (khỏc mặt cắt truyền thống) đó và đang được ỏp dụng rộng với ưu điểm là giỏ thành thấp, khả năng tự thớch ứng và thi cụng đơn giản mà vẫn đảm bảo được chức năng nhiệm vụđặt ra. Cỏc đặc tớnh khỏc của cụng trỡnh loại này bao gồm:
• Quỏ trỡnh xõy dựng dễ hơn (thường nhanh hơn, rẻ hơn) • Tăng mức độ an toàn trong xõy dựng
• Giảm nhẹ sựảnh hưởng, tàn phỏ mụi trường
• Tớnh thớch nghi của cụng trỡnh cao hơn; nú cú thể tự thay đổi để phự hợp với sự biến đổi của cỏc điều kiện biờn hoặc thay đổi cỏc yờu cầu chức năng. Nhưng để làm được điều này, cần phải cú quan trắc thường xuyờn, thực hiện theo định kỡ và tiến hành duy tu bảo dưỡng kịp thời khi cần thiết.
Sự cõn đối cú tớnh thoả hiệp giữa giỏ thành xõy dựng và tớnh năng hoạt động cú thể chấp nhận được trong trường hợp cú thể thực hiện được cụng tỏc bảo dưỡng dễ dàng; nếu độ bền và tớnh năng hoạt động của cụng trỡnh bị suy giảm một phần cũng sẽ gõy ảnh hưởng nghiờm trọng, đe doạ đến tớnh năng hoạt động và sự an toàn của toàn hệ thống. Điều kiện yờu cầu thứ nhất là phải sẵn cú vật liệu và dễ dàng vận chuyển đến chõn cụng trỡnh, cũn điều kiện thứ hai là yờu cầu phải cú một chương trỡnh quan trắc tốt và nắm rừ một cỏch toàn diện điều kiện làm việc của hệ thống. Phần lớn cỏc cụng trỡnh điều khiển hỡnh thỏi đường bờ và bảo vệ bờ sau khi xõy dựng đều cú tỏc động ảnh hưởng về mặt hỡnh thỏi, địa mạo do can thiệp đến quỏ trỡnh vận chuyển bựn cỏt dọc bờ và cỏc cụng trỡnh này thường gõy nờn những tỏc động ảnh hưởng dài hạn đến sự phỏt triển của bói biển. Tuy nhiờn loại cụng trỡnh này gần như khụng cú tỏc dụng bảo vệ bờ, bói khi cú bóo xảy ra (khụng can thiệp, ảnh hưởng tới quỏ trỡnh vận chuyển bựn cỏt ngang bờ). Mặt khỏc, đối với cỏc cụng trỡnh bảo vệ bờ dạng kố lỏt mỏi bảo vệ mặt đờ hay cỏc cụng trỡnh phũng chống lũ biển do bóo nếu xảy ra sự cố thỡ hậu quả sẽ rất nghiờm trọng. Trong cỏc trường hợp như vậy, việc ỏp dụng những hướng dẫn và tiờu chuẩn thiết kế là bắt buộc, và cỏc hướng dẫn trong phần này đều khụng phự hợp.