a).Hư hỏng thường gặp nhất chính là mất ổn định khối gia cố bảo vệ mái (có các hình thức gia cố mái khác nhau)
Khối bê tông thường, khối phức hình, đá tảng, đá hộc…). Do khối gia cố mái không đủ trọng lượng hoặc do sự cài nối không chặt giữa các khối, giữa khối và mặt đê…
- Sự dịch chuyển của lớp khối gia cố mái do chọn các thông số sóng tính toán chưa phù hợp, hoặc do chất lượng cả lớp, khối gia cố không đạt yêu cầu thiết kế.
- Sự xê dịch các cấu kiện trên đỉnh đê do kiểm tra ổn định lật, trượt với hệ số chưa phù hợp.
- Do quá trình tính toán còn thiếu sót, cao trình đỉnh đê thấp so với yêu cầu hoặc việc chọn các thông số sóng nhỏ, làm sóng tràn qua mặt đê gây xói phía sau đê.
Hình 1-10: Các kiểu phá hoại thường gặp với đê chắn sóng mái nghiêng - Chân khay gia cố bị xói, do tốc độ dòng chảy của sóng, của dòng hải lưu bằng hoặc lớn hơn tốc độ xói tính toán.
- Hư hỏng do các hình thức phá hoại nền móng đê.
- Chất lượng vật liệu lớp đắp đê chưa đảm bảo ảnh hưởng đến ổn định toàn bộ công trình.
b). Nguyên nhân do tác động vượt giới hạn thiết kế
Khi thiết kế mỗi công trình sẽ chỉ được thiết kế trong một giới hạn cụ thể (tương đương cấp công trình) với các thông số đầu vào tương ứng. Do đó khả năng ổn định cũng như thời gian tồn tại tối đa của công trình cũng chỉ có giới hạn trong điều kiện thiết kế. Tuy nhiên có một khó khăn mà các nhà thiết kế luôn gặp phải, đó là các thông số đầu vào như mực nước, sóng, dòng chảy được xác định dựa vào số
liệu lịch sử và bằng các phương pháp thống kê. Trong khi đó sự biến động của các yếu tố này lại rất ngẫu nhiên, không theo tuân thủ theo qui luật mà con người mặc định cho chúng. Đặc biệt với sự biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp thì tính ngẫu nhiên, không qui luật càng biến hóa không lường. Do đó có thể các yếu tố đầu vào tại thời điểm thiết kế đã xác định các giá trị có tần suất tương ứng cho công trình. Ví dụ những công trình có thông số sóng và mực nước thiết kế là 1% tương đương chu kỳ 100 nắm sảy ra một nhưng không có nghĩa trong thời gian chu kỳ lặp của các yếu tốđầu vào sẽ không xảy ra các giá trị có xác suất vượt thiết kế. Vì vậy khi xảy ra trường hợp này công trình bị hư hỏng là điều tất yếu, chúng ta phải chấp nhận những hư hỏng công trình gặp phải và có phương án khắc phục, sửa chữa kịp thời, không thểđổ lỗi cho người thiết kế.
Ngoài ra còn có những hiên tượng thiên nhiên nhưđộng đất, sóng thần thường gây hư hỏng nặng cho các công trình đê chắn sóng.
c). Nguyên nhân do vận hành không đúng công năng của đê chắn sóng, vận hành quá tải trọng thiết kế của công trình, chậm duy tu, bảo dưỡng những hư hỏng nhỏ
Việc hư hỏng của đê chắn sóng không chỉ do tác động của tự nhiên mà còn có thể do quá trình vận hành đã làm gia tăng các tải trọng khác mà thiết kế không cho phép. Ví dụ neo đậu tàu thuyền vào những khu vực không được neo đậu như đê chắn sóng mái nghiêng mà khi thiết kế không có chức năng này, cho phương tiện vận tải có tải trọng lớn đi trên mặt đê chắn sóng…
Trong quá trình vận hành còn có thể xảy ra nhưng sụt lún, hư hỏng nhỏ nhưng không phát hiện và xử lý kịp thời tạo nên những điểm xung yếu trên công trình, các hư hỏng nhỏ này phát triển dần theo thời gian, khi gặp yếu tố tác động dù không vượt quá tần suất thiết kế cũng có thể dẫn đến phá hỏng công trình.
d). Nguyên nhân do thi công không đúng thiết kế, không đảm bảo chất lượng
Đây cũng là một nguyên nhân cơ bản và rất phổ biến trong các công trình xây dựng nói chung và đê chắn sóng nói riêng, đặc biệt là ở Việt Nam. Do đê chắn sóng có nhiều khối lượng nằm dưới mặt nước lại trong môi trường thường xuyên tác động của sóng, dòng chảy, biện pháp thi công kết hợp thủy bộ khá phức tạp nên nếu
không tuân thủ đúng qui trình thi công, không đảm bảo được các khối lượng, kích thước hình học theo đúng thiết kế, đặc biệt các bộ phận nằm dưới mặt nước thì chỉ cần một sai sót nhỏ sẽ là điểm xung yếu khi công trình vận hành. Bên cạnh đó chất lượng thi công về vật liệu, độđầm chặt của đất, đá trong điều kiện nước mặn cũng quyết định rất lớn đến sự bền vững và ổn định của công trình.
e). Nguyên nhân do phương pháp thiết kế
Phần lớn các đê chắn sóng được thiết kế theo phương pháp ấn định là phương pháp dựa theo chu kỳ lặp của các biến cố tải trọng (sóng, mực nước…) được thiết lập để tính tải trọng thiết kếứng với hoàn kỳấn định và dựa vào đó để thiết kế kết cấu với độ an toàn ở mức độ dự trữ nhất định, do đó rất khó khăn trong việc xác định những điều không chắc chắn cho mỗi thông số thiết kế và cũng khó đánh giá mức độ quan trọng tương đối giữa các dạng hư hỏng khác nhau, do đó chất lượng kết cấu được thiết kế thường có khả năng chưa đạt mức yêu cầu qui định.
Thực tế nhiều công trình được thiết kế bởi những kỹ sư không có chuyên môn, kinh nghiệm (tham khảo thiết kế có trước, sao chép rồi đem áp dụng máy móc vào công trình mình thiết kế) hoặc chuyên môn, kinh nghiệm yếu kém cũng là nguyên nhân gây lên sự cố nghiêm trọng cho các công trình đê chắn sóng.
Bên cạnh đó cũng có thể có những sai sót của những người có chuyên môn, kinh nghiệm xuất phát từ sự chủ quan trên cơ sở tin tưởng quá lớn vào kinh nghiệm mà bỏ qua những điểm khác biệt mà các công trình trước đây chưa gặp phảị (tham khảo chuyên đề “Các vấn đề khoa học - kỹ thuật trong sự cố công trình ven biển” NCS Nguyễn Thành Trung - Trung tâm nghiên cứu động lực cửa sông, ven biển và hải đảo Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia vềĐộng lực học Sông Biển).
1.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG
Đê chắn sóng là loại công trình chịu rất nhiều tác động phức tạp của tự nhiên với tính ngẫu nhiên, khó dựđoán như gió, bão, chếđộ triều, sóng do gió, sóng thần, dòng chảy biển cùng sự tương tác của chúng với địa hình, địa mạo ven biển. Việc dự báo gió, bão, sóng thần hiện nay luôn là vấn đề khó khăn đối với các nhà kỹ
thuật. Bên cạnh đó việc mô phỏng toán học các hiện tượng tự nhiên diễn ra ở bờ biển, nhất là mô tả các chuyển động phức tạp của dòng chảy và bùn cát còn hạn chế dẫn đến những hạn chế trong việc thiết kế, thi công công trình ven biển. Khi xây dựng đê chắn sóng bảo vệ cảng, có thể gây ra những biến đổi về hình thái cho vùng xung quanh như xói hoặc bồi bãi biển, có thể làm tăng chiều cao sóng ở bên ngoài công trình bảo vệ do sóng phản xạ. Làm biến đổi dòng triều lân cận hoặc do các điều kiện của dòng chảy ở cửa sông, như vậy gây ra biến đổi cục bộ về chất lượng nước trong khu vực xây dựng.
Đê chắn sóng là hạng mục chiếm tỷ trọng tương đối lớn về khối lượng và kinh phí trong các công trình biển, việc xây dựng lại thường rất tốn kém và khó khăn, tuổi thọ của đê liên quan nhiều đến điều kiện ổn định. Điều này đòi hỏi trong quá trình thiết kế, tính toán người thiết kế cần phải chọn được sơ đồ, trường hợp tính toán ổn định phù hợp với từng loại đê chắn sóng đảm bảo cho công trình hoạt động an toàn và hiệu quả, hạn chế hư hỏng trước những tác dụng bất lợi của môi trường.
CHƯƠNG II: KẾT CẤU CỦA ĐÊ CHẮN SÓNG VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Khi nghiên cứu đầu tư xây dựng một tuyến đê chắn sóng cho cho tàu thuyền neo đậu trong cảng yêu cầu quan trọng là phải tạo ra được một "vùng nước yên tĩnh" và ngăn chặn bùn cát. Nếu khu vực đó không được che chắn bởi các yếu tốđịa hình, địa mạo tự nhiên nó sẽ chịu ảnh hưởng mạnh của sóng, gió. Trong trường hợp này người ta phải tính đến giải pháp xây dựng đê chắn sóng. Việc xây dựng đê chắn sóng đểđảm bảo an toàn cho tàu thuyền neo đậu, bốc xếp hàng hóa tránh các yếu tố bất lợi của tự nhiên và của động lực biển như sóng, bão, thuỷ triều, hải lưu, nước dâng, chuyển động của bùn cát ven bờ, nước ngầm, động đất …v.v.
Đê chắn sóng là một giải pháp công trình nhằm tiêu tán, phản xạ năng lượng sóng biển, nhằm tạo ra một khu nước yên tĩnh, phù hợp với yêu cầu khai thác vận hành cảng biển đồng thời đảm bảo an toàn cho việc neo đậu tàu thuyền, tránh trú bãọ
Ngoài ra đê chắn sóng còn được xây dựng để bảo vệ luồng tàu, bảo vệ bờ biển, chống xói lở, tạo bãi, nuôi bãi, lấn biển...
Có nhiều loại mặt cắt đê chắn sóng đã được nghiên cứu và áp dụng để phục vụ mục đích nói trên, còn phải lựa chọn mặt cắt đê chắn sóng sao cho tiết kiệm về mặt kinh tế mà vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về kỹ thuật và mỹ thuật. Tùy theo độ lớn của chiều cao sóng và các yếu tố địa hình địa chất mà quyết định chọn kết cấu của đê chắn sóng.
Ở vùng có sóng cao, độ sâu mực nước lớn thì cần chọn loại kết cấu tường đứng, mặt cong hay đê đá đổ bằng các khối dị hình để phá sóng, giảm chiều cao của đê đồng thời tiết kiệm kinh phí xây dựng. Ở những vùng có chiều cao sóng trung bình có thể chọn mặt cắt đê chắn sóng hỗn hợp hoặc đê chắn sóng mái nghiêng tùy theo điều kiện địa chất. Ở những vùng có sóng ôn hòa (chiều cao sóng từ 1÷2m) thì có thể dùng bất kỳ loại kết cấu nàọ
Khi lựa chọn một dạng kết cấu cho đê chắn sóng cần phải xem xét các yếu tố chính bao gồm các điều kiện địa hình địa chất nơi đặt móng công trình, các yếu tố tác động của sóng, khả năng cung cấp vật liệu, chi phí ban đầu và sửa chữạ
2.2. KẾT CẤU MẶT CẮT NGANG ĐÊ CHẮN SÓNG
2.2.1. Đê chắn sóng mái nghiêng
Các bộ phận cơ bản của đê chắn sóng mái nghiêng.
2.2.1.1. Chân khay
Chân khay được đưa vào đê giữ lớp phủ chính và chống xóị Chân khay thường được làm bằng đá đổ tuy nhiên trong một số trường hợp phải dùng khối bê tông do kích thước lớn.
Trong trường hợp chân khay nằm trên đất nền có thể bị xói thì độ sâu bảo vệ của chân khay phải được xác định có tính đến phần dự phòng khả năng xóị
Hình 2-1. Chân khay nước nông
Hình 2-2. Chân khay nước sâu
2.2.1.2. Thân đê
Đối với đê mái nghiêng bằng đá thì đá là vật liệu chiếm tỷ lệ lớn của thân đê và thường được cung cấp tại chỗ. Mặt khác đá không bị hạn chế bởi độ sâu nước. Trong kết cấu của đá được phân thành 5 loại theo trọng lượng:
Bảng 2-1 Phân loại đá trong thân đê mái nghiêng Loại đá đá
vụn I II III IV V
Trọng lượng
(kg) 5 5÷100 100÷1500 1500÷4000 4000÷8000 >8000 Đê mái nghiêng bằng đá có thể phân thành nhiều lớp, kích thước bên ngoài phụ thuộc vào chiều cao sóng. Kích thước đá của lớp lõi được xác định sao cho đảm bảo về mặt kinh tế.
Để chung chuyển kích thước giữa lớp lõi và lớp phủ mặt cần phải làm lớp đệm. Nguyên tắc xác định đường kính của viên đá lớp đệm là sao cho nó không bị lọt ra bên ngoài lớp phủ mặt kết cấụ
Đối với đê mái nghiêng bằng khối bê tông hình hộp khi kích thước của lớp bên ngoài lớn hơn so với điều kiện cung cấp ta cần thay nó bằng các khối bêtông.
Hình 2- 3. Thân đê mái nghiêng bằng đá.
Các khối bê tông hình lập phương và khối hộp là một trong các phương án phủ mặt đê mái nghiêng. Chúng được sử dụng ở mọi độ sâu với chiều cao sóng từ 5÷6m, trọng lượng từ 10÷50T.
Các khối bêtông hình hộp có nhược điểm: trọng lượng lớn nhưng sự liên kết giữa các khối không bằng khối kỳ dị. Tuy nhiên các khối hình hộp vẫn được sử dụng làm lớp phủ mặt ngoài của thềm đá hoặc gia cố phần mái nghiêng bên trong nơi có chiều cao sóng bé.
Hình 2- 4. Đê mái nghiêng bằng khối hộp.
Đối với đê mái nghiêng làm bằng các khối phức hình để tăng sự liên kết giữa các khối với nhau đối với những nơi có tải trọng sóng lớn người ta thay khối chữ nhật bằng các khối kỳ dị. Các khối kỳ dị ngoài ra còn có khả năng tiêu sóng tốt với mọi chiều cao sóng neo, do đó giảm áp lực nên đê mái nghiêng. Khối kỳ dị thường được sử dụng để phủ mặt ở phía bên ngoài và phía bên trong ở phần đầu đê. Các khối kỳ dị có thể khác, tuy nhiên ở Việt Nam thông dụng nhất là tetrapod. Dưới lớp phủ mặt có thể có lớp đệm đá phụ thuộc kích thước của lớp ngoài và vật liệu lõị Lớp lõi được xác định giống nhưđê mái nghiêng bằng đá.
Kết cấu điển hình của đê mái nghiêng với khối tetrapod:
Hình 2- 5. Đê mái nghiêng bằng khối Tetrapod
2.2.1.3. Khối bê tông đỉnh
Khối bê tông đỉnh được xây dựng nhằm mục đích tăng ổn định tổng thể, phục vụ giao thông, có thể làm gờ hắt sóng để giảm cao trình đỉnh đê.
Hình 2- 6. Các khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng.
(Tham khảo Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn sóng, TS. Đào Văn Tuấn (2005) Trường đại học Hàng Hảị)
2.2.2. Đê chắn sóng trọng lực tường đứng
Các bộ phận cơ bản của đê tường đứng.
Trong trường hợp tổng quát đê chắn sóng trọng lực bao gồm 2 bộ phận cơ bản: lớp đệm đá và tường đứng. Tường đứng được cấu tạo từ 2 bộ phận: phần dưới nước và phần kết cấu bên trên. Loại kết cấu công trình của đê chắn sóng được xác định bởi phần dưới nước, phụ thuộc vào kết cấu phần dưới nước, người ta phân biệt thành các loại:
- Kết cấu bê tông khối xếp; - Kết cấu thùng chìm; - Kết cấu chuồng.
2.2.2.1. Kết cấu lớp đệm đá.
Trong kết cấu trọng lực đối với nền đất nào cũng phải thi công lớp đệm đá trừ trường hợp tường đứng là kết cấu chuồng hoặc đổ BT tại chỗ trên nền đá.
Công dụng của lớp đệm đá:
- Phân bố ứng suất lên đất nền tự nhiên sao cho thoả mãn khả năng chịu lực của đất nền;
- Bảo vệđất nền dưới chân công trình khỏi bị xói; - Làm phẳng bề mặt cho kết cấu bên trên;
- Gia tải làm tăng ổn định trượt cung tròn.
Trong trường hợp đất nền là yếu thì lớp đệm có thể bao gồm lớp gối cát, tầng lọc ngược và lăng thểđá.
Trong trường hợp nếu đê chắn sóng được đặt trên nền đá thì lớp đệm phải có bề dày >0,5m bằng vật liệu đá đổ hoặc 0,25m bằng vữa BT đựng trong các túi làm bằng vật liệu có độ bền caọ
Khi nền đất là tương đối chặt thì cấu tạo của lớp đệm phải bao gồm tầng lọc ngược dày > 0,5m đối với các vật liệu rời cũng có thể sử dụng vật liệu như vải địa kĩ thuật.
Lớp đệm đá kể cả chiều dày tầng lọc ngược có chiều dày tối thiểu từ 1,5÷2m. Tuy nhiên lớp đệm đá không được có cao độ cao quá làm tăng khả năng sóng bị vỡ khi tác dụng vào công trình . Do đó cao trình của lớp đệm đá phải nằm dưới mực