4.1.2.1. Quy mô quy hoạch tuyến đường
Trên cơ sở quy hoạch tổng mặt bằng phát triển bến cảng Hòn La đã được xác định, quy hoạch mặt bằng tuyến đường nối đảo Hòn Cỏ với đảo Hòn La kết hợp chắn sóng D2 xuất phát từ điểm cuối đường sau cảng giai đoạn 1 đến điểm đường quy hoạch dự kiến trên đảo Hòn La gồm :
- Đoạn OA: điểm xuất phát D2 tính từ điểm cuối tuyến đường sau cảng giai đoạn 1 (đã xây dựng) đến cuối đảo Hòn Cỏ (đường sau cảng giai đoạn 2) dài 245m đi men theo mép đảọ
XO = 1984356.42m XA = 1984221.27m Y0 = 502072.63m YA = 502275.31m
- Đoạn AB: nối tiếp điểm cuối trên đảo Hòn Cỏđi qua lạch sâu giữa 2 đảo đến điểm đầu đoạn quy hoạch dự kiến trên đảo Hòn La dài 330m, nơi có cao độ tự nhiên +4,0 ÷ -10,0.
XA = 1984221.27m XB = 1983986.05 m YA = 502275.31m YB = 502506.76 m
Theo quy hoạch mặt bằng tuyến đường thì tim tuyến đê vuông góc với trục dòng chảy lạch sâu giữa đảo Hòn Cỏ và đảo Hòn La, là đoạn ngắn nhất nối hai đảọ
4.1.2.2. Thông số công trình đoạn đường nối hai đảo bị tổn thất (đoạn AB)
- Chiều dài đường : 330m.
- Bề rộng mặt đê (không kể bề rộng chân tường hắt sóng): 7,5m - Cao độ mặt đường (cao độ đỉnh đê) :+4,5m (Hải đồ). - Cao độđỉnh tường hắt sóng : +7,0 m (Hải đồ).
- Mái dốc đê phía biển (hướng Đông Bắc) :m = 2,0. - Mái dốc đê phía Tây Nam (trong vịnh) :m = 1,5.
Hình 4 – 1: Vị trí tuyến đập 1 và 2
4.1.2.3. Cấu tạo mặt cắt ngang tuyến đường nối hai đảo
Tuyến đường là kết cấu một đê chắn sóng bao gồm 2 phần chính.
- Phần 1: lõi là các rọđá bằng thép được thi công trước tạo tường chắn hạn chế vận tốc dòng chảy và ảnh hưởng của sóng khi thi công lõi phần 2;
- Phần 2: dùng đá hộc không phân loại có trọng lượng từ 10 ÷ 200kg/viên; lõi được tạo mái dốc m = 1,5 (phía trong vịnh) và m = 2 (phía ngoài biển hướng Đông Bắc).
Lớp phủ mái dốc phía trong vịnh (m = 1,5): chịu tác động của sóng hướng Nam, Đông Nam:
- Từ mặt cắt 1 đến mặt cắt 6 là vùng có địa hình cạn và bịảnh hưởng của sóng vỡ khi lan truyền qua bãi cạn lên phủđá trọng lượng 1,0T/viên dày 1,5m, xếp 2 lớp đá.
- Từ mặt cắt 6 đến mặt cắt 34 là vùng địa hình sâu và bịảnh hưởng của sóng biển: + Từ cao trình -3,0m(Hải đồ) trở xuống bị ảnh hưởng nhỏ của sóng biển lên phủ mái các khối đá trọng lượng 1,0T/viên, chiều dày phủ mái 1,5m và xếp 2 lớp.
lên phủ mái bằng các khối kiểu HARO đúc sẵn có trọng lượng 2,0T/khối; khối chế tạo từ bê tông M250 đá 2x4; phía dưới đáy khối phủ HARO là lớp đệm đá 0,2T/viên dày 0,9m, xếp 2 lớp.
Lớp phủ mái dốc phía ngoài hướng Đông Bắc (m = 2): chịu tác động của sóng hướng Bắc, Đông Bắc:
- Từ mặt cắt 1 (Km0+00) đến mặt cắt 8 (Km0+70) và từ mặt cắt 29A (KM0+280) đến mặt cắt 34 (Km0+330) là vùng địa hình có độ sâu không lớn (độ sâu -5,0m) và bịảnh hưởng của sóng có chiều cao thấp hơn đoạn từ mặt cắt 8A đến mặt cắt 29. Kết cấu đoạn này gồm:
+ Lớp trong phủđá trọng lượng 1,0T/viên dày 1,5m, xếp 2 lớp;
+ Lớp phủ mái ngoài phá sóng xếp khối TETRAPOD đúc sẵn trọng lượng 16T, khối chế tạo từ bê tông M250 đá 4x6.
- Từ mặt cắt 8A (Km0+70) đến mặt cắt 29 (KM0+280) là vùng địa hình có độ sâu lớn (độ sâu -12,0m) và bị ảnh hưởng của sóng có chiều cao lớn hơn 2 đoạn còn lạị Kết cấu đoạn này gồm:
+ Lớp trong phủđá trọng lượng 1,5T/viên dày 1,7m, xếp 2 lớp;
+ Lớp phủ mái ngoài phá sóng xếp khối TETRAPOD đúc sẵn trọng lượng 25T, khối chế tạo từ bê tông M250 đá 4x6.
Khối chắn sóng tường đỉnh bằng bê tông đổ tại chỗ M250 đá 4x6, tựa trên khối bê tông đúc sẵn đệm chân tường đỉnh, kích thước khối đúc sẵn 1,7x1,5x3m; lớp đệm bằng bê tông M100 đá 4-6 tạo phẳng dày 20cm đổ trên mặt lớp lõi đê. Đáy tường góc có chiều rộng đáy 6,5m là đường giao thông hai làn xe chạy, chiều dầy bản đáy 1m, chiều cao tường 4,5m kể từđáy tường, cao độđỉnh tường +7,0m (Hải đồ). Lề đường bên phải rộng 1m dày 50cm bằng bê tông đổ tại chỗ M250 đá 4x6 trên nền bê tông M100 đá 4-6 tạo phẳng.
- Khối bê tông M250 đá 4x6 đúc sẵn đệm chân tường đỉnh kích thước 1,7x1,5x3m và 1,5x1,5x3m.
Hình 4 - 2: Mặt cắt ngang đại diện đê chắn sóng
(Nguồn Hồ sơ thuyết minh thiết kế bản vẽ thi công dự án ĐTXD đường nối khu kinh tế cảng Hòn La với KCN xi măng tập trung Tiến – Châu – Văn Hóa, tỉnh Quảng Bình).
Công trình dự kiến với kết cấu các phần như trên sau khi hoàn thành sẽđủ sức chống chọi với những cơn bão cấp 12. Tuy nhiên khi đang trong quá trình thi công thì xảy ra cơn bão số 8 năm 2012 làm hư hại gần như toàn bộ công trình đoạn nối đảo Hòn Cỏ với Hòn La (đoạn AB).
4.1.3. Hiện trạng tuyến đập trước sự cố
Công trình khởi công vào ngày 24/10/2011 tiến hành đúc các khối Tetrapod tại xưởng và tiến hành đắp đập phần lòng dẫn bắt đầu từ 16/4/2012.
Trước khi sự cố xảy ra đê đã thi công phần lõi đê lên đến cao độ đỉnh +2,5m. Lớp bảo vệ mái phía biển (nơi có địa hình sâu) mới chỉ phủđược 2 lớp đá 1,5T đến 2,0 tấn. Khối TETRAPOD đúc sẵn mới rải rìa trên và rìa dưới của máị Trên mặt đê chưa được bảo vệ, mái phía trong vịnh chưa được lắp đặt các cục bê tông bảo vệ.
Sự cố xảy ra ngày 28/10/2012 do bão Sơn Tinh quét qua khu vực công trình. Theo tài liệu thông báo của Trung tâm mạng lưới khí tượng thủy văn và môi trường- Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia, bão sẽ quét qua vùng Quảng Bình gió ngoài khơi lên đến cấp 12 và giật trên cấp 12 (khu vực Quảng Bình - Đà Nẵng).
Hình 4 - 4: Đường đi bão Sơn Tinh (28-10-2012)
4.1.4. Hiện trạng công trình sau sự cố
Sau khi sự cố xảy ra đoạn giữa của đập đã bị phá hoàn toàn, chiều dài đoạn phá hủy khoảng trên 150m, tạo thành lòng dẫn tự nhiên, sóng và dòng qua cửa chỗ nàỵ Một số cục bê tông phá sóng (Tetrapords) loại 25 tấn đã trôi dạt về phía cảng khoảng 40m so với vị trí ban đầụ Mặt đê một số đoạn bị hạ thấp, chỗ bị phá hủy phía cảng thấp hơn so với mực nước.
Hình 4 - 5: Mặt đê phía cảng bị phá hủy tiệm tiến của cửa xói thân đê
4.2. TÍNH TOÁN KIỂM TRA QUÁ TRÌNH XÓI LỞ VẬT LIỆU THÂN ĐÊ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ
4.2.1. Tính toán kiểm tra chiều cao sóng tại thời điểm xảy ra sự cố
4.2.1.1 Giới thiệu phần mềm Mike 21
Mô hình MIKE 21 SW là mô hình mô phỏng quá trình hình thành, suy giảm, lan truyền sóng do gió và sóng lừng ở vùng nước sâu và ven biển. Mô hình được sử dụng để dự báo và đánh giá xu thế của sóng ở ngoài khơi và khu vực ven bờ. Mô hình có xét đến các hiện tượng sóng khúc xạ, sóng nước nông, ảnh hưởng do gió, suy giảm năng lượng do ma sát đáy, sóng vỡ, tương tác giữa sóng - dòng chảy, … MIKE 21 SW cho phép người dùng lựa chọn 1 trong 2 cách mô phỏng sau:
• Phương pháp 1: Sử dụng hệ phương trình bảo toàn động lượng của sóng trong đó tần số sóng được tham số hoá và coi là các biến phụ thuộc theo đề xuất Holthuijsen.
• Phương pháp 2: Sử dụng hệ phương trình bảo toàn động lượng của sóng. Về nguyên tắc, phương pháp thứ 2 là phương pháp tổng quát, có thể sử dụng để nghiên cứu sự phát triển, suy giảm, lan truyền sóng do gió và sóng lừng ở khu vực ngoài khơi và ven bờ. Tuy nhiên, khối lượng tính toán theo phương pháp này sẽ
lớn hơn rất nhiều so với phương pháp 1. Trong phần lớn các trường hợp, phương pháp 1 có thể sử dụng nếu trường sóng nghiên cứu thỏa mãn các điều kiện sau:
- Phạm vi mô hình tính toán nhỏ (từ 10 đến 50 km). - Sóng mô phỏng là sóng phát triển đầy đủ.
- Sóng lừng (và sự kết hợp giữa sóng lừng và sóng gió) là thành phần không quan trọng.
Lưu ý rằng, lực tác động do gió không được xét đến khi sử dụng phương pháp 1. Nếu sử dụng phương pháp tính này, ảnh hưởng của gió đến sóng sẽ được tính toán dựa vào các công thức kinh nghiệm. Phương pháp 1 cũng là phương pháp tính toán sử dụng trong MIKE 21 SW (với khác biệt duy nhất: lưới tính toán là lưới chữ nhật). Mô hình MIKE 21 có xét đến các hiện tượng vật lý sau:
- Sóng phát triển dưới tác động của gió. - Tương tác phi tuyến giữa sóng và sóng. - Phân tán năng lượng do sóng vỡ ngoài khơị - Phân tán năng lượng do ma sát đáỵ
- Phân tán năng lượng do sóng vỡ phát sinh do độ sâu khu nước giảm. - Khúc xạ và lan truyền sóng nước nông.
- Tương tác giữa sóng và dòng chảỵ
- Ảnh hưởng của biến đổi mực nước, có xét đến những vùng thay đổi mực nước. Với phiên bản 2009, hiên tượng nhiễu xạ sóng cũng được xét đến.
4.2.1.2.Phạm vi ứng dụng của MIKE 21 SW
MIKE 21 SW áp dụng để dự báo sóng khu vực ngoài khơi và ven biển, đánh giá điều kiện sóng - chiều cao sóng, chu kỳ sóng, hướng sóng - phục vụ cho việc thiết kế xây dựng các công trình biển, công trình cảng, và công trình bảo vệ bờ. Ngoài ra, kết quả tính trường ứng suất sóng còn dùng để phục vụ cho bài toán vân chuyển bùn cát và diễn biến đường bờ.
Một ứng dụng quan trọng của MIKE 21 SW là dùng để tính sóng phục vụ cho thiết kế công trình ngoài khơi và ven biển. Các công trình thường chịu tác động trực tiếp của sóng trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Đểđánh giá mức độ an toàn
cũng như tính kinh tế của thiết kế, việc xác định chính xác tải trọng của sóng lên công trình là điều hết sức quan trọng. Các số liệu đo đạc tại khu vực công trình thường không dài để có thể đánh giá được một cách chính xác chế độ sóng trong điều kiện thiết kế (sóng bão). Trong trường hợp này, số liệu thực đo có thểđược sử dụng để bổ sung cho mô phỏng trường sóng bằng mô hình MIKE 21 SW.
Mô hình MIKE 21 SW rất phù hợp để dự báo và phân tích sóng cho cả phạm vi lớn (đại dương) và nhỏ (khu vực nghiên cứu). Trong mô phỏng, thông thường lưới mô hình được lựa chọn khá thưa phía ngoài khơi và dày hơn phí gần bờ và các khu vực quan tâm. Đây là một ưu việt lớn của MIKE 21 SW, cho phép người dùng chủ động trong việc lựa chọn kích thước lưới theo yêu cầu của bài toán, giúp việc mô hình hóa đạt hiệu quả tối ưụ
Kết quả về trường ứng suất sóng của mô hình MIKE 21 SW được sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho tính toán vận chuyển bùn cát do sóng. Dòng chảy do sóng được tính toán trên cơ sở trường ứng suất sóng khu vực sóng vỡ sử dụng phần mềm MIKE 21 Flow Model FM. (tham khảo Trương Văn Bốn,(2006) Dự tính mực nước
thuỷ triều ven bờ Vịnh Bắc Bộ bằng phần mềm Mike 21) 4.2.1.3.Chiều cao sóng tại thời điểm xảy ra sự cố ạ) Chiều cao sóng theo hồ sơ thiết kế tính toán
Tài liệu mực nước thiết kế tính theo tiêu chuẩn thiết kếđê biển
Cấp công trình: Theo tiêu chuẩn thiết kếđê thuộc loại công trình cấp IỊ Mực nước thiết kế: Theo tiêu chuẩn an toàn của tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế đê biển có T = 100 năm, tương ứng P =1%. Theo QĐ 1613/QĐ-BNN-KHCN, tra mặt cắt 30 của tiêu chuẩn này cho MNTK = 2,67m.
Sóng thiết kế: Tài liệu sóng tính toán kiểm tra theo Tiêu chuẩn thiết kếđê biển (QĐ 1613/QĐ-BNN-KHCN), với chiều sâu nước tại vị trí công trình (luồng sâu nhất) với độ sâu d = 7,8m cho Hs= 3,19m. Sóng vùng nước sâu Hs=11,2m, T= 12,9s, chiều cao sóng thiết kế tại chân công trình HSD = 5,9m
b). Chiều cao sóng tính toán tại vị trí công trình khi xảy ra cơn bão số 8 năm 2012
Vận tốc gió tính toán trong bão (cấp 12) : V = 36m/s
Sử dụng mô hình Mike 21 tính toán chiều cao sóng tại 14 điểm tại vị trí xây dựng công trình.
Hình 4 - 6: Vị trí các điểm trích rút chiều cao sóng
Bảng 4.1 : Kết quả tính toán kiểm tra trị số sóng tại 14 điểm trên công trình
Điểm đo Trị số H (m) T(s) Điểm đo Trị số H (m) T(s) 1 Max 5.95 13.3 8 Max 5.12 13.2 Min 2.02 5.1 Min 2.15 4.9 2 Max 5.93 13.2 9 Max 4.69 13.4 Min 2.09 5 Min 1.59 3.6 3 Max 5.63 13.1 10 Max 0.63 12.5 Min 2.16 5 Min 0.02 1.8 4 Max 5.63 13.1 11 Max 0.63 11.7 Min 2.16 5 Min 0.02 1.8 5 Max 5.57 13.1 12 Max 0.63 11.3 Min 2.23 5 Min 0.02 1.8
Điểm đo Trị số H (m) T(s) Điểm đo Trị số H (m) T(s) 6 Max 5.42 13.1 13 Max 0.63 11.6 Min 2.22 5 Min 0.02 1.8 7 Max 5.20 13.2 14 Max 0.63 12.1 Min 2.16 5 Min 0.02 1.8 Kết quả:
Khi bão vào Quảng Bình chiều cao sóng tại chân công trình là: Hs,max = 5,95m, T= 13,3s. Điểm thấp nhất Hs,min = 4,67m, T = 13,36s.
4.2.2. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của kết cấu đê nối hai đảo
4.2.2.1. Tính toán lưu lượng nước tràn qua đỉnh đê
Tính toán lưu lượng chảy tràn qua đỉnh đê đang thi công (cao độ +2.5m), có hai lớp bê tông dị hình đặt trên gờ mép (+7,2m).
Trận bão số 8 năm 2012 đã xảy ra với cấp tần suất thiết kế (gió cấp 12), khi này công trình còn đang giai đoạn hoàn tất. Theo tiêu chuẩn TCXDVN 285-2002 thì cấp tần suất thiết kế P = 5% (tức là chu kỳ lặp lại 20 năm). Với trị số quy định này thấp hơn nhiều so với cấp gió đã xảy rạ Sau đây sẽ tính toán cho các trường hợp khi Công trình xây dựng ở cao độ +2,5m, có chồng thêm 2 tầng cục Tetrapords bảo vệ phía biển. Cao trình đỉnh chóp cục là +7.2m.
Trường hợp cao trình mặt đê là +2,5m, phía trước đã đặt cục bê tông dị hình, mô hình tính toán khi này cục bê tông dị hình giống như là tường đỉnh, cao trình đỉnh là +7,2m. Tuy nhiên do lượng nước có chảy qua khe các cục nên chiều cao tường giảm đị Giảđịnh độ giảm yếu đi khoảng (30)%, khi này chiều cao tương ứng của đỉnh tường +5,8m.
Sơđồ tính toán xem như là đập có tường đỉnh, cao trình đỉnh là +5,8 m liền khối (giảđịnh lượng nước chảy xuyên qua các khe hạ thấp khoảng gần 30% chiều cao).
Khi đỉnh đê ở cao độ +2,5m nhỏ hơn cao độ thiết kế, như vậy đê làm việc ở chếđộ chảy tràn. Thông số lưu lượng được tính toán bằng các công thức saụ
1,0 3 0 1,0 0 0,067 1 .exp 4,3 tan c p b m m m b f v m R q H gH β γ ξ ξ γ γ γ γ α − − ⎛ ⎞ = ⎜⎜− ⎟⎟ ⎝ ⎠ khi γb.ξm-1,0≤ 2 (4.1) 3 0 0 1 0, 2.exp 2,3 c p m f m R q H gH γ γβ ⎛ ⎞ = ⎜⎜− ⎟⎟ ⎝ ⎠ khi 2 < γb.ξm-1,0 < 7 (4.2) ( ) 3 0 0 0 0, 21.exp 0,33 0, 022. c p f m m R q H gH γ γβ ξ ⎛ ⎞ = ⎜⎜− ⎟⎟ + ⎝ ⎠ khi ξm-1,0 > 7 (4.3) Trong đó:
Hm0 = Hs: Chiều cao sóng có nghĩa tại chân công trình (chiều cao sóng thiết kế m) q - Lưu lượng tràn đơn vị (m3/s/m).
Rc,q - Độ lưu không đỉnh đê trên MNTK tính theo sóng tràn (m); xác định thông qua q.
γβ- Hệ số chiết giảm do sóng tới xiên góc tính với trường hợp góc sóng tới là vuông góc. γβ=1.
γb - Hệ số chiết giảm khi có cơ đê = 1.
γf - Hệ số chiết giảm do độ nhám trên mái dốc.