Chuyên đề:Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý đê biển

Chương 3 Cơ chế phá hoại của đê biển Khác với các công trình bảo vệ bờ sông, đê biển chịu tác động của hai yếu tố chính là: Đê biển nước ta không liền tuyến do bị chia cắt bằng nhiều cửa

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHÁ HOẠI

Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂY

DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN

Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Nguyễn Quốc Dũng

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

7579-6

22/12/2009

Hà Nội 2009

MỤC LỤC

3.2.1 Nguyên nhân nội sinh 3-43.2.2 Nguyên nhân nhân sinh 3-63.2.3 Nguyên nhân ngoại sinh 3-8

3.3.1 Phá hoại cấu trúc đất 3-203.3.2 Phá hoại tổng thể 3-223.3.3 Tràn đỉnh 3-28

3.4.1 Phá hoại do mất ổn định tổng thể 3-323.4.2 Phá hoại do mất ổn định cấu trúc đất 3-323.4.3 Phá hoại do tràn đỉnh 3-33

3.5.1 Lựa chọn mức bảo đảm an toàn 3-343.5.2 Lựa chọn tuyến đê 3-353.5.3 Kết cấu đê 3-35

Danh mục hình vẽ

Hình 3-1: Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển 3-11Hình 3-2: Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển 3-12Hình 3-3: Các con hà bám vào tường cống ở Hải Hậu 3-13Hình 3-4: Xói lở bờ biển Hải Hậu-Nam Định 3-13Hình 3-5: Vỡ đê đe dọa con người và nền kinh tế 3-14Hình 3-6: Cơ chế phá hoại đê biển (nguồn: Pilarczyk) 3-16Hình 3-7: Phá hoại do các dạng xói ngầm (nguồn: Pilarczyk) 3-20Hình 3-8: Phá hoại do mạch đùn (nguồn: Pilarczyk) 3-21Hình 3-9: Phá hoại do đẩy trồi 3-21Hình 3-10: Phá hoại do đứt gãy 3-22Hình 3-11: Phá hoại do hóa lỏng (nguồn: Pilarczyk) 3-23Hình 3-12: Phá hoại do trượt phẳng 3-24Hình 3-13: Nước rút nhanh gây trượt mái ngoài 3-24Hình 3-14: Phá hoại do mất ổn định mái dốc 3-25Hình 3-15: Trượt khi đê đắp bằng nhiều loại đất khác nhau 3-25Hình 3-16: Trượt khi nâng cấp đê cũ 3-25Hình 3-17: Các dạng phá hoại lớp bảo vệ mái 3-26Hình 3-18: Phá hoại do tác động của tàu thuyền 3-27Hình 3-19: Lún do cố kết của lớp đất yếu 3-27Hình 3-20: Thấm vào mái trong đê do tràn đỉnh 3-28Hình 3-21: Sự cố vỡ đê do tràn đỉnh gây xói lở mái trong ở Hà Lan 3-29Hình 3-22: Giảm cao trình đỉnh bằng cách thay đổi mái dốc và cơ ngoài 3-34

Danh mục bảng biểu

Bảng 3-1: Mức độ gia tăng xói lở bờ biển do mực nước biển dâng cao 3-9Bảng 3-2: Tốc độ hạ thấp địa hình bãi biển ở chân đê do xói lở 3-10Bảng 3-3: Tốc độ xói lở một số đoạn bờ biển đồng bằng Bắc Bộ 3-11Bảng 3-4: Các bộ phận của đê và loại phá hoại tương ứng 3-19Bảng 3-5: So sánh mất ổn định cấu trúc đất và mất ổn định do tràn đỉnh 3-31

Chương 3 Cơ chế phá hoại của đê biển

Khác với các công trình bảo vệ bờ sông, đê biển chịu tác động của hai yếu tố chính là:

Đê biển nước ta không liền tuyến do bị chia cắt bằng nhiều cửa sông lớn nhỏ, các tuyến đê biển thường nối tiếp với các tuyến đê cửa sông để tạo thành các tuyến khép kín bảo vệ các vùng ven biển, tổng chiều dài đê cửa sông cũng gần xấp xỉ với chiều dài đê trực tiếp biển Các tuyến đê biển, đê cửa sông từ Quảng Ninh đến Quảng Nam có tổng chiều dài khoảng 1.700 km, trong đó có khoảng 853 km đê biển, đờ cửa sông là đê cấp III hoặc là đê được đầu tư chủ yếu bằng ngân sách Trung ương

3.2.1 Nguyên nhân nội sinh

a Kiến tạo địa chất

Nguyên nhân nội sinh ở đây được hiểu là chuyển động tân kiến tạo và hiện đại gây nên chuyển động nâng, hạ, tách, dãn, trượt của lớp hoặc các mảng của vỏ trái đất dẫn đến bồi, xói Tiếc là cho đến nay, vấn đề chuyển động tân kiến tạo và hiện đại của dải ven biển Việt Nam còn ít được nghiên cứu đến, còn tản mạn và mâu thuẫn Thí dụ, có ý kiến cho rằng xói lở bờ biển vùng Hải Phòng có liên quan trực tiếp với hoạt động đứt gãy hiện đại của vùng Hải Phòng – Quảng Yên với sự sụt lún

hiện thời của vùng cửa sông Bạch Đằng Tác giả Nguyễn Thế Thôn và đồng nghiệp lại cho rằng ở suốt chiều dài Móng Cái – Cửa Hội, hoạt động tân kiến tạo từ nửa cuối Holoxen đến nay (tức 4000 năm trở lại đây) đã không còn có các biểu hiện gì nữa và đã ngưng lại và do vậy, không đóng vai trò gì rõ rệt về nâng, hạ và quá trình xói lở bờ biển chỉ do vai trò động lực sông, biển quyết định Dù sao, hiện nay chỉ có thể kết luận rằng rất khó lý giải các quá trình bồi xói diễn ra khá trầm trọng ở nhiều nơi bằng các nguyên nhân nội sinh

b Địa chất nền đê

Xây dựng trên nền đất sét yếu, đê biển thường có nguy cơ đổ vỡ thân đê do đất nền không ổn định Trước khi đất nền mất ổn định thường xuất hiện các triệu chứng như:

- Lún sụt tăng lên đột ngột

- Biến dạng hông của đất nền tăng lên đột ngột, khiến mặt đất phồng lên

- Thân đê xuất hiện khe nứt dọc hướng trục, chiều dài chiều rộng khe nứt mở rộng dần, sau đó phát triển vết nứt ngang, cuối cùng phát triển thành mặt trượt dạng cung tròn

- Áp lực kẽ rỗng trong đất nền tăng lên đột ngột hoạc xuất hiện mạch đùn, sủi

ở chân mái

Những triệu chứng đó thường xuất hiện trước khi khối đất đê trượt khoảng 4÷5 ngày, điều đó chứng tỏ sự mất ổn định của thân đê và nền đê là một quá trình phát triển từ phá hoại cục bộ đến phá hoại tổng thể

c Địa chất vật liệu đắp đê

Các tuyến đê biển hiện nay thường được đắp bằng vật liệu tại chỗ, chủ yếu là cát mịn, khi bề mặt và sườn không được bảo vệ dễ bị xói mòn hoặc sạt lở do tác động của nước mưa, nước mặt và sóng leo Qua nghiên cứu, nhiều đoạn đê biển chỉ

kè bê tông hoặc đá hộc ở sườn phía biển, sườn phía đất liền và bề mặt chưa được xây dựng bảo vệ Trong mưa lớn, hoặc khi sóng leo vượt lên trên bề mặt đê, vật liệu

là cát mịn ở mặt và sườn đê dễ dàng bị xói mòn Qua quan sát thực tế đê Thụy Xuân

và Thụy Hải (Thái Thụy, Thái Bình) có thể thấy, bề mặt đê hạ thấp tới 5cm/năm do xói mòn Trong cơn bão số 7 tháng 9 năm 2005, phần lớn các đoạn đê hư hỏng ở Hải Hậu là do sườn phía đất liền bị nước do sóng leo tràn vào phá hoại trước, kéo

theo là sự sập đổ dần của mái đê theo chiều từ đất liền ra biển

Với vật liệu đắp là cát mịn lấy trực tiếp ở ven biển Một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của đất đắp đê được lấy tại Hải Hậu như sau: hệ số rỗng (e) = 0,759, đường kính hạt hữu hiệu D10 = 0,12mm, hệ số đồng nhất CU = 1,3, góc ma sát trong hữu hiệu (j’) 25-300 Do đê có góc dốc phía đất liền phổ biến là 1:2 (gần 300) tức là xấp

xỉ góc ma sát trong hữu hiệu của đất Sở dĩ ở trạng thái tự nhiên đê bền vững là do đất được bổ sung thành phần sức chống cắt do độ hút dính Qua đây có thể thấy, ở trạng thái khô gió, cát mịn có độ hút dính lên tới 10kPa, tăng cao sức chống cắt của đất Khi mực nước dâng cao do thủy triều và nước dâng trong bão, cát mịn dễ dàng

bị bão hòa nước do mao dẫn, hoặc trong một số trường hợp bão hòa do nước mưa, nước mặt Khi đó, mái dốc phía đất liền gần như ở trạng thái cân bằng giới hạn Do vậy, dưới tác dụng của dòng chảy mặt sườn đê dễ dàng bị xói mòn, thậm chí bị sạt

lở ở các mức độ khác nhau Nghiêm trọng hơn, nếu nước do sóng leo tràn qua đê sẽ

dễ dàng gây ra sự mất ổn định của sườn đê biển, tạo ra các khối trượt nông dạng dòng chảy và dẫn đến sự phá hủy hoàn toàn đê biển theo chiều từ đất liền ra biển

3.2.2 Nguyên nhân nhân sinh

Các hoạt động khai hoang lấn biển, thủy lợi, khai thác sa khoáng, vật liệu xây dựng, chặt phá rừng ngập mặn v.v có thể gây nên sự xói lở bờ biển, thường là ở mức độ địa phương, trong phạm vi hẹp Ở nước ta có thể dẫn ra khá nhiều ví dụ như vậy

a Do khai hoang lấn biển

Việc quai đê lấn biển thiếu khoa học dễ gây ra mất cân bằng cán cân bùn cát – phù sa Nhiều đoạn bờ trước khi có công trình lấn biển hoặc là ổn định, hoặc là được bồi, trở nên bị xói lở sau khi có các công trình đó Theo các phiếu điều tra có thể thấy một số vùng quai đê lấn biển đã ảnh hưởng trực tiếp đến địa phương mình hoặc vùng lân cận, gây ra xói lở bờ Ví dụ bờ Thái Thụy, Thái Bình đang bị xói lở mạnh do ảnh hưởng của quai đê lấn biển của huyện Tiền Hải, Bờ Giao Long tỉnh Nam Định bị xói lở do quai đê lấn biển ở Bạch Long Nhơn Bình, Nhơn Hải, thành phố Quy Nhơn bị xói lở sau khi quai đê lần thứ hai và khoanh đìa nuôi hải sản Bờ biển Xuân Hòa, Sông Cầu tỉnh Phú Yên và Hiệp Trạch; duyên hải tỉnh Trà Vinh cũng bị xói lở sau khi quai đê lấn biển

b Do xây dựng các công trình ven biển

Một số công trình thủy lợi tưới tiêu vùng cửa sông ven biển (như cống thoát nước, kè nắn dòng) các hệ thống kênh đào và mương máng tưới tiêu, các đập và hồ chứa nước đầu nguồn đã làm ảnh hưởng tới dòng chảy trên sông và lượng vận chuyển bùn cát ra bờ biển

Đập sông Bạch Thanh Hóa đã gây xói lở các xã ven biển của huyện Tĩnh Gia như Hải Thanh, Hải Bình Trước khi chưa có đập Cống Bạng, cửa sông được mở rộng và sâu trung bình 5m, thuyền bè ra vào thuận lợi Năm 1978 sau khi xây dựng cống Bạng xong, cửa sông bị lấp và thu hẹp lại, độ sâu lòng cửa sông giảm xuống chỉ còn 2m Hiện tượng xói lở bờ các xã ven biển đã xảy ra nghiêm trọng, làm thiệt hại nhiều tài sản và nhà cửa của nhân dân Xói lở đã cướp đi một làng ven biển có

số dân trên 200 hộ Nhân dân các xã trong huyện đã kiến nghị dỡ bỏ cống Bạng và tình trạng cửa sông đã trở về như cũ

Một số nơi khác khi có công trình thủy lợi cũng đã gây xói lở bờ, như bờ biển Hoàng Yến (Hoằng Hóa), bờ biển Quảng Tiến (Thị xã Sầm Sơn) tỉnh Thanh Hóa bị xói lở từ khi có kè Hới xây dựng Bờ Nhân Trạch, Bố Trạch bị lở sau khi có đập Đá Mài, bờ Triệu An (Triệu Phong, Quảng Trị) xói lở khi có công trình thủy lợi

Ảnh hưởng của hệ thống sông đào và mương tưới tiêu đối với hiện tượng xói

lở bờ biển không lớn lắm, song cũng cần quan tâm Thực tế cho thấy khi chưa mở cửa sông Hoàng và sông Lý (huyện Quảng Xương) đổ vào hạ lưu sông Yên thì bờ biển Hải Châu (Diễn Châu, Nghệ An) bị xói lở từ sau khi có kênh đào Vách Bắc, bờ Diễn Ngọc bị xói lở từ khi có 2 kênh đào thủy lợi

c Do khai thác khoáng sản, vật liệu xây dựng

Bờ biển Hàm Thuận tỉnh Bình Thuận, trước khi chưa có Xí nghiệp khai thác khoáng sản Thuận Hải về khai thác cát đen (imminit) và titan, thì không thấy xói lở xảy ra Từ sau 1983 trở lại đây, do khai thác sa khoáng ven biển trên bờ phía Nam của xã sau 2 lần gió mùa Đông Bắc thì bờ biển đã bị xói lở mất 20m Còn ở Đồng Châu (Thái Bình) do khai thác cát làm vật liệu xây dựng cũng đã làm mất ổn định đường bờ và quá trình xói lở đã xảy ra

Ở bờ biển nước ta, một số nơi có san hô phát triển Bờ san hô thành tạo dưới

các dạng khác nhau và có tác dụng bảo vệ bờ, giảm năng lượng sóng đập vào bờ và

là vật cản của dòng ven Một số đoạn bờ ổn định và vững chắc là nhờ có cấu tạo bờ san hô Một số địa phương đã khai thác san hô làm đá vôi xây dựng, phá vỡ bức tường chắn sóng vững chắc tự nhiên của bờ Từ sau khi bờ bị khai thác san hô làm vôi, đường bờ bên trong bị phá hủy và gây xói lở nghiêm trọng như bờ Vĩnh Lương, Khánh Hòa

Ở quần đảo Trường Sa, vật chất tạo thành đảo là san hô hóa thạch và các mảnh vụn san hô, trai ốc ở bãi chìm quanh đảo Việc khai thác san hô làm đồ mỹ nghệ và xây dựng các loại công trình dễ làm chắn dòng vận chuyển các loại vật liệu mảnh vụn nói trên, chắc chắn gây thiếu hụt vật chất tại đảo

d Do hoạt động giao thông thủy

Các hoạt động giao thông thuỷ cũng gây ra nhiều tác động bất lợi đến bảo vệ

vờ biển như sóng do tàu thuyền khi chạy gây ra, va chạm của tàu thuyền vào các kết cấu công trình ở bờ biển

Một nguyên nhân khác gây nên xói lở là do việc phá rừng ngập mặn và cây chắn cát ven biển Hậu quả của việc phá rừng ngập mặn và rừng chắn gió ven biển

đã gây hiện tượng xói lở của các xã Hải Lĩnh (Tĩnh Gia, Thanh Hóa), Nghi Yên (Nghi Lộc, Nghệ An), Thanh Trạch (Quảng Trạch, Quảng Bình), Bình Phú (Bình Sơn, Quảng Nam), Cần Trạch (Duyên hải thành phố Hồ Chí Minh), Nguyễn Huân (Đầm Dơi, Minh Hải)

3.2.3 Nguyên nhân ngoại sinh

Các yếu tố ngoại sinh ở đây được hiểu là gió, bão, biến đổi mực nước (mực nước dâng toàn cầu, mực nước dâng do bãi và gió mùa, mực triều), dòng chảy (dòng triều, dòng gió, dòng sông và dòng do sóng), sóng (sóng bão, sóng gió)

Có lẽ các yếu tố ngoại sinh là các nguyên nhân chính và phổ biến, chi phối các quá trình xói lở dải bờ biển nước ta Sau đây, sẽ trình bày tác động của các yếu tố

đó như các nguyên nhân gây xói:

a Gió

Gió là sản phẩm của các quá trình khí tượng Gió thổi trên mặt biển tạo ra sóng và nước dâng

Dễ thấy không thể xem gió có tác động trực tiếp mang vật chất từ bờ biển đi một nơi khác và do đó gây xói lở (mặc dù gió có thể thổi bay một lượng đáng kể cát khô tràn vào đất liền ở một số địa điểm miền Trung như ở bờ biển Quảng Bình, Quảng Trị) Gió chỉ có gián tiếp xói lở bằng cách tạo ra sóng, dòng chảy là những yếu tố trực tiếp gây ra hiện tượng đó

b Bão

Gió trong giông, bão có thể bốc đi một lượng đáng kể cát ở bờ biển, song tác động chính gây xói lở (biến động luồng lạch, sạt lở bờ biển, vỡ đê v.v ) vẫn do các hậu quả chính của bão là sóng bão và dòng chảy trong bão Tuy nhiên, thông thường, những thay đổi địa hình bờ biển do chúng chỉ tồn tại trong một thời gian nào đó, và sẽ được các yếu tố động lực thường kỳ bồi đắp để đạt được xu thế thường kỳ trước bão Sự xuất hiện hoặc biến mất của các doi cát ở một số cửa sông nước ta khi có bão thuộc loại nguyên cơ này

c Biến đổi mực nước

Khi mực nước dâng cao hơn, khả năng sóng vỗ được vào lớp đất, cao hơn của

bờ biển, đê biển (thường là lớp kém bền vững hơn các lớp thấp hơn) sẽ lớn hơn Do vậy dễ gây xói lở hơn Tuy nhiên, nếu sự dâng lên đó chỉ xảy ra trong thời gian ngắn và hậu quả xói lở tức thì không quá nghiêm trọng thì bờ biển có thể trở lại trạng thái cân bằng như trước đó (điều này thường đúng đối với mực nước dâng do bão, có thể cao tới 3 ± 4m), song chỉ tồn tại trong 2 ± 3 giờ)

Bảng 3-1: Mức độ gia tăng xói lở bờ biển do mực nước biển dâng cao

Gió mùa có thể chỉ dâng lên cỡ 30 ± 40cm song có thể tồn tại một tuần hoặc lâu hơn, tạo thời gian lâu dài hơn cho sóng đánh vào lớp cấu tạo bờ cao hơn, đặc

biệt là khi có cả mực triều cao (như thời kỳ “nước Rươi” ở ven biển đồng bằng Nam Bộ) Cũng như vậy có thể kết luận về tác động mực triều: sự thay đổi mực triều không phải nguyên nhân thường trực gây xói Một bằng chứng khá rõ rệt là hiện tượng xói lở xảy ra ở mọi nơi, không phân biệt độ thủy triều và biên độ của nó Tóm lại sự thay đổi mực nước cũng không đóng vai trò chính Nó chỉ có tác động phụ

d Dòng chảy

Về nguyên tắc, dòng chảy đóng vai trò chính để tải bùn cát đã được sóng bứt

ra khỏi bờ, đáy Dòng triều có tính chất thuận nghịch và do đó có tác động tổng hợp vận tải bùn cát bằng không sau mỗi chu kỳ triều, do vậy thường không phải kể đến Dòng dư, dòng từ sông đổ ra và dòng do sóng tạo nên dòng chảy ven bờ tổng hợp vận tải bùn cát dọc bờ

Bảng 3-2: Tốc độ hạ thấp địa hình bãi biển ở chân đê do xói lở

Ở bờ biển nước ta, dòng sóng và dòng ven bờ vào mùa gió Đông Bắc có hướng từ Bắc xuống Nam đến tận mũi Cà Mau rồi sau đó men theo bờ Tây Nam Bộ lên phía Rạch Giá Vào mùa gió Tây Nam, dòng chảy ven bờ Tây Vịnh Bắc Bộ vẫn

có hướng Bắc Nam cho đến Đà Nẵng (Quảng Nam), Tam Kỳ (Quảng Ngãi) mới gặp dòng chảy theo hướng ngược lại so với mùa Đông

Bảng 3-3: Tốc độ xói lở một số đoạn bờ biển đồng bằng Bắc Bộ

e Sóng

Sóng là tác nhân chính gây ra sự phá hoại các công trình ven bờ và xói bồi bãi biển Ngoài tác động phá hoại trực tiếp, năng lượng sóng được chuyển thành dòng, năng lượng là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự vận chuyển bùn cát đáy biển và tạo ra các vùng bồi xói

Thông thường, có hai trạng thái sóng đặc trưng, đó là sóng bình thường và sóng lớn

Hình 3-1: Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển

Hình 3-1 là sơ đồ thể hiển sóng bình thường hàng ngày tác dụng vào bờ và bãi biển Mái dốc của bờ và bãi biển ở trạng thái cân bằng ổn định trong điều kiện sóng

và dòng chảy bình thường

Hình 3-2: Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển

Hình 3-2 là sơ đồ thể hiện sóng lớn khi có gió bão tác dụng vào bờ và bãi biển; mái dốc của bờ và bãi biển bị xói lở và lấp xuống chân mái dốc của bãi biển; bờ và bãi biển đang ở trạng thái mất ổn định

f Tác động hóa học

Hàm lượng muối hòa tan trong nước biển vào khoảng 34 đến 35 gam/lít Loại muối NaCl chiếm tỷ lệ lớn nhất, khoảng 77-79%, tiếp đến là MgCl chiếm 10.5-10.9%, MgSO4 chiếm 4.8%, CaSO4 chiếm 3.4-3.6% và một số loại muối khác Các loại muối trên có thể gây ra các phản ứng hóa học với khoáng chất, các loại vật liệu

đá, bê tông, bê tông cốt thép, kết cấu thép… Hậu quả là các vật liệu trên có thể bị ăn mòn hóa học

Hình 3-3: Các con hà bám vào tường cống ở Hải Hậu

Các yếu tố tự nhiên không tác động một cách đơn lẻ, riêng biệt Các tác động của thuỷ triều, nước biển mặn, vi sinh vật, dòng chảy ven bờ diễn ra trong thời gian dài nhất định mới gây ra sự giảm cấp về độ bền, hư hỏng, sạt lở, phá hoại nào đó Nhưng xung lực của sóng có thể nhanh chóng phá hoại từng phần, thậm chí làm sụp

đổ bờ và các kết cấu công trình bảo vệ nó

Hình 3-4 là ảnh chụp bờ biển đã bị xói lở hàng trăm mét, đến nay biển đã lấn đến sát tháp chuông của nhà thờ ở Hải Hậu, Nam Định; đê chính đã phải lùi vào sâu phía trong đồng

Hình 3-4: Xói lở bờ biển Hải Hậu-Nam Định

Trong các phương thức phá hoại từ hóa học, cơ học hay sinh học đối với đê

biển thì sự phá hoại cơ học vẫn là chủ yếu nhất Trong các nguyên nhân phá hoại: nội sinh, ngoại sinh, nhân sinh thì nguyên nhân ngoại sinh vẫn thường xuyên và quan trọng nhất Trong các yếu tố ngoại sinh thì sóng biển là yếu tố hàng đầu gây nên các dạng phá hoại đối với bờ biển và hải đảo, có hoặc không có công trình Một đánh giá của Cục phòng chống lụt bão và quản lý đê điều tiến hành năm 2005 tổng kết rằng hầu hết các đoạn đê bị phá hỏng là trực diện với biển chịu tác động trực tiếp của sóng lớn Thực tế qua các trận bão năm 2005 cho thấy, những đoạn đê trực tiếp biển, mái phía biển được bảo vệ bằng đá hộc lát khan, đá xây từ cao trình +3,50m trở lên (từ cao trình 3,50m trở xuống bảo vệ bằng cấu kiện bê tong do trước đây không đủ kinh phí đầu tư) là không đảm bảo ổn định bền vững; bão số 7 năm

2005 sóng lớn đã làm hư hỏng nặng, hoặc phá hủy phần đá lát khan, đá xây từ cao trình +3,50m trở lên, dẫn đến vỡ đê biển như: đê biển I - Đồ Sơn, đê biển Cát Hải,

đê biển Nam Định Những đoạn mái đê biển được bảo vệ bằng các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn có đủ chiều dày, trọng lượng phù hợp thì không bị phá hoại trong bão

Hình 3-5: Vỡ đê đe dọa con người và nền kinh tế

Ngoài ra, sự ổn định của để biển gắn liền với mức độ ổn định của đường bờ Lượng chuyển cát dọc bờ biển là một trong những yếu tố cơ bản quyết định mức độ

ổn định của đường bờ

Các dạng phá hoại tự nhiên có thể kể đến như sau:

- Sóng do tác dụng trực tiếp lên công trình hoặc bờ, bằng áp lực xung kích

của nó phá hoại kết cấu bảo vệ, gây trượt mái, lật các tường đứng

- Xô vỡ rồi cuốn trôi công trình hoặc bờ đất cao ven biển khi có sóng triều cùng kèm theo bão

- Dòng chảy bào mòn mặt bãi, hạ thấp thềm bãi, xâm thực chân công trình hoặc bờ đất gây sụt lở đất, đẩy lùi dần tuyến bờ vào trong Đây là dạng phá hoại khó khắc phục nhất

- Bồi lấp cửa sông làm giảm khả năng thoát lũ, đến khi gặp lũ lớn, dòng chảy lũ có vận tốc cao có thể phá bờ, mở cửa song mới từ phía trong Đối với đê biển, các cơ chế phá hoại phá hoại được K.W.Pilarczyk mô tả trong Hình 3-6

a Mực nước biển cao tràn đỉnh đê b Sóng vỗ tràn nước qua đỉnh đê

c Trượt vòng cung mái đê phía biển d Trượt mái đê phía bên trong

e Xói lở cục bộ mái đê phía biển f Trượt mái đê phía biển do đất bị hoá

lỏng

g Sự phát triển cung trượt mái đê phía

biển khi nước rút

h Mạch đùn

i Vật nổi đập vào mái đê phía biển k Va đập của tàu thuyền vào mái đê

l Xói lở chân đê phía biển m Đê bị đẩy trượt phẳng trên lớp đất

yếu

Hình 3-6: Cơ chế phá hoại đê biển (nguồn: Pilarczyk)

Với tất cả các dạng phá hoại này, trạng thái được xem xét là trạng thái tới hạn, tại đó các lực tác dụng cân bằng với các các lực chống đỡ của công trình Trong ứng dụng tính toán trạng thái tới hạn, hàm mật độ xác suất của các nguy cơ phá hoại (gồm các tải trọng) và nhân tố chống đỡ (phụ thuộc độ bền của đê) được tổ hợp lại Các nguy cơ phá hoại được thể hiện qua các biến cơ bản (phụ thuộc các điều kiện biên của công trình), ví dụ như vận tốc gió cực hạn (hoặc độ cao sóng và chu kỳ sóng), cao trình mực nước và tác động của tàu bè (va chạm) Các nhân tố giữ ổn định công trình được suy ra từ các biến cơ bản tính toán từ lý thuyết hay từ mô hình vật lý (ví dụ như từ lý thuyết hay mô hình ổn định bán kinh nghiệm của cấu trúc hạt đất) Quan hệ để suy ra các nguy cơ phá hoại từ điều kiện biên được gọi là các hàm truyền (ví dụ như để chuyển sóng hay thủy triều thành các lực tác dụng lên hạt đất hay các thành phần kết cấu khác) Xác suất xảy ra trạng thái cân bằng ứng với mỗi một cơ chế phá hoại được tính toán bằng phương pháp toán học và thống kê Ranh giới an toàn giữa nguy cơ phá hoại và nhân tố giữ ổn định đảm bảo xác suất bị phá hoại là bé

Ngoài giới hạn phá hủy, trong quá trình hoạt động của đê biển còn xuất hiện một số trạng thái ở đó sự tác động của tải trọng trong một thời gian đủ dài sẽ gây ra

sự giảm sức bền công trình nhưng không lập tức phá hoại công trình Có thể kể đến một số cơ chế như xói bãi trước, lún v.v Tuy nhiên trong điều kiện đặc biệt, sự xuống cấp này có thể gây phá hoại công trình

Trong quá trình hoạt động của đê biển, giới hạn phục vụ có thể được tăng lên bằng 2 cách sau:

- Tăng khả năng kháng chịu của công trình nhằm đảm bảo có đủ sức bền trong suốt tuổi thọ phục vụ

- Kiểm soát sự xuống cấp của đê biển bằng cách áp dụng quy trình theo dõi-bảo dưỡng

Nhìn chung sự chú ý thường được tập trung vào công trình sau khi hoàn thành Tuy nhiên trong quá trình thi công có thể xuất hiện một số thời kỳ tại đó công trình

dễ bị phá hoại, ví dụ khi có yếu tố bão xảy ra Nguy hiểm hơn cả là cơ chế phá hoại địa kỹ thuật, xảy ra khi áp lực lên các hạt đất giảm đi Có thể gặp trong thi công khi

chất tải lên đất có tình thoát nước kém Áp lực lỗ rỗng tăng làm giảm ứng suất hiệu quả dẫn tới mất ổn định Sau một thời gian, do nước được thoát ra ngoài nên áp lực

kẽ rỗng giảm đi

Từ cơ chế này có thể thấy rằng việc thiết kế tổ chức thi công nên được tính toán dựa trên các trạng thái tới hạn Khi cần thiết phải thay đổi phương pháp thi công và trong một số trường hợp đặc biệt thậm chí phải thay đổi toàn bộ thiết kế

Có thể gặp trường hợp này khi thi công những đê lớn trên nền đất yếu