Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN 978 604 82 2548 3 42 NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU, TRỰC TIẾP PHÁ HOẠI CẤU KIỆN BÊ TÔNG LẮP GHÉP MÁI KÈ BIỂN NƯỚC TA Phạm Lan Anh, Phạm Văn Quốc Bộ môn Thủy[.]
Trang 1NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU, TRỰC TIẾP PHÁ HOẠI CẤU KIỆN
BÊ TÔNG LẮP GHÉP MÁI KÈ BIỂN NƯỚC TA
Phạm Lan Anh, Phạm Văn Quốc
Bộ môn Thủy công Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi
Email: lananhct@tlu.edu.vn
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Mái kè biển ở nước ta sử dụng mảng cấu
kiện bê tông có khớp liên kết, chiều dày từ 26
đến 40cm, trọng lượng từ 100 đến 130kg một
viên vẫn bị sóng đánh bung khi bão mới ở
mức cấp 9 Bài báo khảo sát các loại cấu kiện
mái kè biển, qui trình tính toán sóng thiết kế
ở nước ta và ở các nước tiên tiến, tính toán áp
lực sóng âm lớn nhất đẩy ngược lên viên kè
của mái đê biển Giao Thủy; từ đó xác định
nguyên nhân chủ yếu, trực tiếp gây ra hư
hỏng mái kè biển và kiến nghị c ác biện pháp
cần thiết
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Khảo sát, tổng hợp, phân tích đặc điểm
thoát áp lực nước của các loại cấu kiện bê
tông lắp ghép mái kè biển và hiện tượng hư
hỏng thực tế, qui trình tính toán chiều cao
sóng thiết kế, phương pháp tính toán áp lực
sóng âm, từ đó xác định nguyên nhân chủ
yếu, trực tiếp phá hoại mảng cấu kiện bê tông
lắp ghép mái kè biển ở nước ta
3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1 Tám loại mảng cấu kiện bê tông lắp
ghép mái kè biển ở nước ta (bảng 1)
Bảng 1 Tám loại cấu kiện bê tông
lắp ghép mái kè biển ở nước ta
(1) P.Đ.TAC 178 (2) P.Đ.TAC CM
(3)P.Đ.TACHI 0099 (4)P.Đ.TAC-CM5874
(5)P.Đ.TAC-M5874 (6) T249
(7) 7775
(8) Viên kè âm dương 404024cm
3.2 Bốn loại cấu kiện bê tông lắp ghép mái kè biển ở Hà Lan (bảng 2)
Bảng 2 Bốn loại cấu kiện bê tông lắp ghép mái kè biển ở Hà Lan
(1) Hillblock (2) Hydro Cubes
(4) Basaltone - Cụm 18 cấu kiện bố trí ở đoạn chân đê thẳng
Cụm 17 cấu kiện Basaltone ở đoạn thân
đê thẳng
Cụm cấu kiện Basaltone bố trí khóa cuối đoạn kè hoặc ở góc cuối cùng
Cụm 18 cấu kiện Basaltone bố trí ở chân đoạn thân đê cong
(3) Holhquader Đã áp dụng ở Cát Hải, Hải Phòng và Xóm Rớ, Phú
Yên
Có mố nhám, có lỗ thoát áp lực nước ở giữa và ở mặt bên Không có khớp liên
kết
Trang 23.3 So sánh đặc điểm cấu kiện bê tông
lắp ghép mái kè biển ở Việt Nam và của
Hà Lan
Cấu kiện ở Việt Nam có mộng khớp liên
kết, có mố nhám, phù hợp với thi công bằng
thủ công, nhưng có nhược điểm không có lỗ
thoát áp lực sóng âm đẩy ngược Cấu kiện ở
Hà Lan, tăng cường ma sát kẹp giữ chặt mỗi
viên kè, có mố nhám chiều cao lớn, có lỗ
thoát áp lực nước đẩy ngược, độ bền cao, phù
hợp với thi c ông lắp ghép bằng máy loại nhỏ,
đã khẳng định an toàn ổn định, độ bên cao
chịu được sóng biển mạnh Hà Lan
3.3 Nguyên nhân chủ yếu, trực tiếp phá
hoại cấu kiện bê tông lắp ghép mái kè biển
3.3.1 Chiều cao sóng thiết kế nhỏ hơn
chiều cao sóng biển thực tế tác dụng lên
mái kè
Hình 1 Sóng thực tế tại 4 mái kè bờ biển
Với sóng đánh lên kè nêu ở hình 1, ước
tính bằng mắt c hiều cao sóng lớn hơn 2,5m
Nhưng thực tế: Đê Giao Thủy - Nam Định từ
K27+074 đến K28+800 dài 1726m thiết kế
nâng cấp năm 2009, chống được bão cấp 10,
chiều cao sóng thiết kế HSTK = 1,45m, chu
kỳ sóng Tp = 5,21s, chiều dài sóng LS =
26,81m Đê của đảo Cát Hải (Hải Phòng) là
công trình cấp IV theo TCVN 9901-2014
chống được sóng biển do trận bão gây ra có
chu kỳ lặp lại 30 năm Trong thiết kế đã dùng
phần mềm SWAN để tính toán từ đảo Bạch
Long Vĩ trở vào đảo Cát Hải dài 115km,
dùng giữ liệu chiều cao sóng lớn nhất hàng
năm của 32 năm (từ 1970 đến 2007), chiều
cao sóng có ý nghĩa tại vị trí đảo Bạch Long
Vĩ HS1/ 3 = 8,3m [3] Chu kỳ sóng Tp = 11,6,
chiều cao sóng thiết kế tại chân kè HSTK =
1,76m (< 2m thuộc sóng lớn cấp IV, chưa
phải là sóng mạnh theo Qui phạm quan trắc
hải văn v en bờ - BTNMT)
3.3.2 Cấu kiện không có lỗ tiêu thoát áp lực nước sẽ bị áp lực sóng âm đẩy bung lên
Hình 2 Biểu đồ để xác định áp suất sóng âm
đẩy ngược không thứ nguyên
Sử dụng biểu đồ ở hình 2 [3] chúng tôi đã tính toán áp lực sóng âm đẩy lên viên kè kiểu
“âm dương’’, kích thước 0,4 0,4 0,28m,
gờ liên kết 5cm, 112 kG/1 viên, mái kè m = 4 thuộc đê biển Giao Thủy; chiều cao sóng thiết kế tại c hân đê HSTK = 1,69m, c hiều dài sóng LS = 29,49m; lớp lọc dày dF = 0,15m, lớp phủ dày dT =0,28m Đối với cấu kiện
“âm dương’’ lấy Λ = 3,38 theo K.W
Pilarczyk, dẫn đến HS/Λ = 0,5; tra đường cong trên cùng HS/Λ = 2 (hình 2) với z/z2% =
0 (khi mực nước được phân chia bởi mức c ó 2% con sóng leo vượt lên ngang mức đỉnh đầu sóng, Z = 0); do đó Φw/HS = 0,42; tính ra
Φw = 0,71m Diện tích chịu áp lực sóng âm = 0,45 0,45m = 0,2025m2 Áp lực sóng âm lớn nhất đẩy lên viên kè WS = 143,8 kg Hệ
số an toàn K = 112 kg/143,8 kg = 0,78 < 1 Như vậy, viên kè sẽ bị áp lực sóng âm đẩy bung lên
Hình 3 a) Kè Tam Hải và b) Kè Cửa Đại Quảng Nam bị sóng biển đánh vỡ
Cùng điều kiện mái kè nêu trên, Hoàng Việt Hùng đã dùng phương pháp của M I Buriacốp và A V Kunchixki tính toán áp lực sóng đẩy ngược lên viên kè = 135 kG, kết luận viên kè bị áp lực sóng âm đẩy bung lên, dẫn đến phải dùng kết cấu neo để néo mỗi viên kè xuống đất nền với lực neo tối thiểu =
23 kG để giữ cho viên kè ổn định [4]
Trang 33.4 Sự khác nhau về tính toán chiều cao
sóng thiết kế giữa nước ta với các nước
phát triển
Ở châu Âu, Mỹ, Nhật… dùng chiều cao
sóng có ý nghĩa tại chân công trình HS1/ 3
(significant wave height of incoming waves at
the toe of the structure (m) để thiết kế ổn
định và độ bền công trình bảo vệ bờ biển [3]
HS1/ 3 được tính toán từ sử dụng nguồn dữ liệu
dịch vụ mô phỏng về gió bão và sóng Hincat
ở ngoài khơi (of f shore) của NOAA (National
Oceanic and Atmospheric Administration -
Cơ quan Quản trị Khí quyển và Đại dương
Quốc gia Mỹ); từ đó tính toán truyền sóng
vào khu vực bờ biển có công trình đang
nghiên cứu Thuật ngữ “có ý nghĩa” được
hiểu là chiều cao sóng “có đủ độ lớn” để có
thể gây ra hư hỏng công trình Chiều cao
sóng có ý nghĩa HS1/ 3 là khái niệm độc lập,
chỉ phụ thuộc vào liệt sóng đo đạc quan trắc,
không phụ thuộc vào cấp công trình
Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển (QĐ
số 1613/QĐ-BNN-KHCN ngày 09/ 7/2012
của Bộ NN&PTNT) qui định: “Chiều cao
sóng sử dụng trong các tính toán thiết kế mặt
cắt ngang đê (như sóng leo, sóng tràn, ổn
định kết cấu bảo vệ mái, vv…) là chiều cao
sóng tới có nghĩa Hs được xác định tại vị trí
chân công trình do sóng tương ứng với tần
suất thiết kế tại khu vực nước sâu truyền vào
(gọi tắt là sóng thiết kế tại chân công trình).”
TCVN 9901: 2014 – Yêu cầu thiết kế đê
biển, tại Phụ lục C quy định: “tính toán sóng
leo thiết kế Hsp là chiều cao sóng ứng với tần
suất thiết kế tại chân công trình”; dẫn đến
chiều cao sóng thiết kế kè đê Giao Thủy và
kè mái đê Cát Hải thiên về quá nhỏ, chưa
phải là cấp sóng mạnh (theo Qui phạm quan
trắc hải văn ven bờ BTNMT)
4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- Hai nguyên nhân chủ yếu và trực tiếp phá
hoại mảng cấu kiện bê tông lắp ghép mái kè
biển ở nước ta là: Chiều cao sóng biển thiết
kế nhỏ hơn chiều cao sóng biển trong thực tế
tác dụng lên mái kè Cấu kiện bê tông không
có lỗ để tiêu thoát áp lực sóng âm đẩy ngược
- Đề nghị tăng cường quan trắc sóng biển, đặc biệt là quan trắc sóng biển tại c hân các công trình bảo vệ bờ biển đã và đang bị sóng lớn đánh hỏng để phục vụ thiết kế, sửa chữa
và nghiên cứu công trình biển
- Đề nghị Tổng cục Khí tượng Thủy văn, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam sử dụng nguồn dữ liệu dịch vụ mô phỏng về gió bão
và sóng Hincat ở ngoài khơi của NOAA để tính toán truyền sóng vào các khu vực bờ biển; tổ chức c ung cấp dịch vụ về tính toán sóng biển cho các dự án nhằm đảm bảo các kết quả tính toán chiều cao sóng thiết kế công trình được khách quan, tin c ậy và hợp lý
- Đề nghị Bộ NN&PTNT nên qui định
giống như các nước phát triển: Sử dụng HS1/ 3
(không phụ thuộc vào cấp công trình) để tính
toán ổn định và độ bền đê, kè biển
- Đề nghị c ác c ấp có thẩm quyền chỉ c ho phép áp dụng c ác cấu kiện bê tông lắp ghép
có lỗ tiêu thoát áp lực sóng âm đẩy ngược đối với c ác dự án mới để xây dựng đê kè biển ở hải đảo và bờ biển chịu sóng mạnh tại c hân công trình
- Đề nghị sớm tiến hành nghiên cứu cải tiến, đưa ra sản phẩm các c ấu kiện bê tông lắp ghép kiểu mới, có lỗ tiêu thoát áp lực sóng âm đẩy ngược, bền vững chịu được chiều cao sóng lớn do bão cấp 12 và bão cấp lớn hơn gây ra
5 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Quốc (chủ biên) và nnk; Công trình bảo vệ bờ biển, Đại học Thủy lợi, 2002 [2] Nick Bel, Mark Disco markdisco, Pim Kalf, Janneke Kluwen, ChuHui Lin, Stefan van
de Sande, H.J Verhagen, Thieu Quang Tuan; 10-2010; Report Design of a pilot dike on Cat Hai Island
[3] Mark Klein Breteler, Gijsbert Mourik and Yvo Provoost; January 2014 Coastal Engineering Proceedings; Stability of placed block revetments in the wave run-up zone [4] Hoàng Việt Hùng; Nghiên cứu các giải pháp tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển tràn nước, LATS, Thư viện Quốc gia, 2013