(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Đề Xuất, Thiết Kế Mặt Cắt Hợp Lí Cải Tạo Đê Đá Đổ Khu Vực Gia Lộc-Cát Hải Nhằm Gia Tăng Ổn Định Và Giảm Sóng Tràn.pdf

M� Đ�U LỜI CẢM ƠN Trong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng đê biển an toàn cao theo hướng hài hòa với môi trường sinh thái” do ThS Nguyễn Viết Tiến là chủ nhiệm đề tà[.]

LỜI CẢM ƠN

Trong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng

đê biển an toàn cao theo hướng hài hòa với môi trường sinh thái” do ThS Nguyễn Viết Tiến là chủ nhiệm đề tài, Trung tâm Tư vấn & Chuyển giao Công nghệ Thủy lợi là cơ quan chủ trì đề tài, luận văn “Nghiên cứu đề xuất, thiết kế mặt cắt hợp lý cải tạo đê

đá đổ khu vực Cát Hải nhằm gia tăng ổn định và giảm sóng tràn” đã được hoàn

thành đúng thời gian quy định Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu và bổ ích

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi, Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Thiều Quang

Tuấn đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt

quá trình hoàn thành luận văn này

Cảm ơn các đồng nghiệp trong Trung tâm Tư vấn và Chuyển giao công nghệ Thủy lợi – Tổng cục Thủy lợi là những người đã chỉ dẫn tác giả trong quá trình nghiên cứu Đặc biệt là NCS Nguyễn Viết Tiến - đồng nghiệp đã đóng góp cho tác giả nhiều

ý kiến hay, cung cấp nhiều thông tin bổ ích và những số liệu đầu vào cần thiết dùng trong quá trình làm luận văn

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này./

Hà N ội, ngày tháng năm 2014

Tác gi ả

Mai Th ị Hà

B ẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên: Mai Thị Hà

Chuyên ngành: Xây dựng Công trình Thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu đề xuất, thiết kế mặt cắt hợp lý cải tạo đê

đá đổ khu vực Cát Hải nhằm gia tăng ổn định và giảm sóng tràn”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức

kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường./

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Học viên cao học

Mai Thị Hà

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài: 4

3 Phương pháp nghiên cứu: 4

4 Kết quả dự kiến đạt được: 4

5 Nội dung chính của luận văn: 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 5

1.1.1 Vị trí địa lý 5

1.1.2 Điều kiện tự nhiên 5

1.1.3 Điều kiện xã hội 6

1.1.4 Tổng quan đê biển 6

1.2 Tổng quan các giải pháp giảm tải trọng sóng tác động lên công trình 8

1.2.1 Kè mỏ hàn 9

1.2.2 Đê ngầm giảm sóng 10

1.2.3 Dải ngầm giảm sóng 11

1.2.4 Kết cấu thùng chìm buồng tiêu sóng 11

1.2.5 Một số giải pháp công trình mới gần đây nhằm giảm sóng tác động lên công trình ở Việt Nam 13

1.2.6 Lăng thể giảm sóng trước công trình 21

1.3 Kết luận Chương 1 23

CHƯƠNG II ĐỀ XUẤT DẠNG MẶT CẮT NGANG HỢP LÝ CHO ĐÊ BIỂN CÁT HẢI ĐOẠN GÓT – GIA LỘC 24

2.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế mặt cắt ngang đê biển Cát Hải 24

2.2 Đề xuất tiêu chí xây dựng đê biển hợp lý cho khu vực 28

2.3 Lựa chọn giải pháp giảm tương tác sóng tác động lên công trình cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc 30

2.4 Đề xuất dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc 30

2.5 Kết luận Chương 2 32

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TOÁN TƯƠNG TÁC SÓNG CÔNG TRÌNH 33

3.1 Cơ sở khoa học về mô hình IH2-VOF (Máng sóng số) 33

3.2 Kiểm định và hiệu chỉnh mô hình toán cho bài toán tương tác giữa sóng và đê ngầm 35

3.2.1 Thí nghiệm vật lý 36

3.2.2 Mô hình toán 36

3.2.3 Kết quả kiểm định 37

3.2.4 Kết luận: 39

3.3 Xây dựng mô hình toán cho bài toán nghiên cứu 40

3.4 Xác định vị trí hợp lý đặt lăng thể Tetrapod giảm sóng 41

3.4.1 Đề xuất các kịch bản tính toán 41

3.4.2 Xây dựng biểu đồ quan hệ lưu lượng sóng tràn và vị trí đặt lăng thể Tetrapod giảm sóng 43

3.4.3 Phân tích kết quả tính toán lưu lượng sóng tràn qua đỉnh đê 45

3.4.4 Phân tích khả năng chiết giảm lưu tốc dòng chảy qua lăng thể Tetrapod, mái đê, thềm trước tường và tường đỉnh 47

3.4.5 Xác định vị trí đặt lăng thể Tetrapod 49

3.5 Kết luận Chương 3 49

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN CÁT HẢI ĐOẠN GÓT – GIA LỘC 51

4.1 Vị trí khu vực đoạn Gót – Gia Lộc 51

4.2 Đặc điểm địa hình 51

4.3 Đặc điểm địa chất 51

4.4 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 52

4.4.1 Khí hậu 52

4.4.2 Nhiệt độ 52

4.4.3 Mưa 52

4.4.4 Độ ẩm, lượng bốc hơi 55

4.4.5 Gió 55

4.5 Đặc điểm hải thủy văn 58

4.5.1 Về thuỷ triều 58

4.5.2 Về bão 60

4.5.3 Về sóng 61

4.5.4 Về nước dâng trong bão 62

4.6 Xác định cao trình đỉnh đê 64

4.6.1 Trường hợp không cho phép sóng tràn 64

4.6.2 Tính toán lượng sóng tràn qua đê trường hợp cho phép sóng tràn qua đỉnh đê theo tiêu chuẩn hiện hành 67

4.6.3 Lưu lượng sóng tràn khi đê có tường đỉnh, có thềm trước tường và có lăng thể Tetrapod giảm sóng trước công trình 68

4.7 Dạng mặt cắt đê hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc 69

4.8 Cấu kiện bảo vệ mái đê phía biển 72

4.9 Lăng thể Tetrapod giảm sóng cải thiện tương tác sóng – công trình 73

4.10 Tính toán ổn định công trình 74

4.11 Kết luận Chương 4 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

1 Các kết quả đạt được trong luận văn 81

2 Hạn chế, tồn tại 81

3 Kiến nghị 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

PHỤ LỤC 84

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦu

Hình 1 Dải ngầm giảm sóng xa bờ 2

Hình 2 Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney -biển Bắc, nước Đức 2

Hình 3 Đê biển bằng đá đổ khu vực Cát Hải, TP Hải Phòng 3

Chương 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Hình 1 1 Vị trí khu vực nghiên cứu 5

Hình 1 2 Dải ngầm giảm sóng xa bờ 8

Hình 1 3 Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney-biển Bắc, nước Đức 9

Hình 1 4 Cơ chế bồi xói mỏ hàn 9

Hình 1 5 Mỏ hàn chữ I và chữ T ở đê biển Nghĩa Hưng, Nam Định 9

Hình 1 6 Hiệu quả giảm sóng của đê ngầm bằng đá đổ ở khu vực Miamy- Montaza, Alexandria, Ai Cập trong một cơn bão 10

Hình 1 7 Sự thay đổi đường bờ bãi biển Songdo, Busan, Hàn Quốc do hai đê ngầm sử dụng cấu kiện tiêu sóng Tetrapod nặng 25 tấn 10

Hình 1 8 Đê ngầm bảo vệ bờ biển bằng khối Reef ball 11

Hình 1 9 Dải ngầm giảm sóng 11

Hình 1 10 Kết cấu thùng chìm nhiều buồng tiêu sóng 12

Hình 1 11 Đê chắn sóng tách bờ tạo bãi bảo vệ bờ biển Cà Mau 14

Hình 1 12 Đê biển Gành Hào, Bạc Liêu 15

Hình 1 13 Đê mềm bằng vải địa kỹ thuật ở Bạc Liêu 16

Hình 1 14 Giảm năng lượng sóng và bảo vệ bờ biển bằng trồng rừng ngập mặn 17

Hình 1 15 Hình phối cảnh mô hình kết cấu kè tiêu năng , hấp thu năng lượng sóng (TU.ICOE.2012) 19

Hình 1 16 Hình ảnh kiểu kè mới HDH.ICOE.2012 ứng dụng nguyên lý tiêu – hắt sóng tới và giảm xói chân kè bằng mố tiêu năng và mũi phun 21

Hình 1.17 Sử dụng lăng thể bằng cấu kiện tiêu giảm sóng để bảo vệ công trình 22

Hình 1 18 Đê biển Nghĩa Hưng, Nam Định đã sử dụng lăng thể Tetrapod trước đê

22

Chương 2 Đề xuất dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc Hình 2 1 Mái kè khu vực dự án sau các đợt bão, triều cường 25

Hình 2 2 Mái đê đoạn K2+000-K2+800 được gia cố bằng cấu kiện Holhquader 26

Hình 2 3 Sóng tràn qua đê biển Cát Hải trong cơn bão số 2 hồi tháng 6/2013 26

Hình 2 4 Mái đê đoạn chưa được gia cố sau bão số 2 vào tháng 6/2013 27

Hình 2 5 MC 1 - Dạng mặt cắt ngang đê thiết kế điển hình 31

Hình 2 6 MC 2 - Dạng mặt cắt ngang đê thiết kế điển hình 31

Chương 3 Nghiên cứu mô hình toán tương tác sóng công trình Hình 3 1 Nguyên tắc trung bình thể tích một cố thể xốp rỗng của hệ phương trình VARANS 35

Hình 3 2 Giá trị hàm mật độ F và mặt thoáng của chất lỏng (Khí: F = 0; chất lỏng F = 1,0; Mặt thoáng: F < 1,0) 35

Hình 3 3 Sơ đồ bố trí nghiệm mô hình vật lý 36

Hình 3 4 Sơ họa lưới tính toán trong mô hình toán 36

Hình 3 5 So sánh mực nước tính toán và thực đo Kết quả tính toán: đường liền nét, Kết quả thực đo: điểm chấm F=−5 cm, b=100 cm, Hs=10 cm, (a) Tp=2,4 s, (b)Tp=3,2 s 37

Hình 3 6 So sánh phổ sóng tính toán và phổ sóng thực đo ở các đầu đo sóng trong trường hợp F=−5 cm, b=100 cm, Hs=10 cm, Tp=2,4 s Kết quả thực đo: Đường liền nét, Kết quả tính toán: đường nét đứt 38

Hình 3 7 So sánh kết quả tính toán lan truyền sóng F=−5 cm, b=100 cm, Hs=10 cm, Tp=2,4 s Kết quả thực đo: các điểm chấm, Kết quả tính toán: Đường liền nét 39 Hình 3 8 Kết quả tính toán trường vận tốc, F=−5 cm, b=100 cm, Hs=10 cm, Tp=2,4 s 39

Hình 3 9 Sơ đồ tính toán sóng tràn qua đê biển Cát Hải 40

Hình 3 10 Ví dụ về thiết lập miền tính toán và lưới tính toán trong mô hình máng

sóng số 41

Hình 3 11 Hình ảnh tính toán bằng mô hình IH2-VOF 43

Hình 3 12 Quan hệ lưu lượng sóng tràn và vị trí xây dựng lăng thể - Mặt cắt 1 44

Hình 3 13 Quan hệ lưu lượng sóng tràn và vị trí xây dựng lăng thể - Mặt cắt 2 45

Hình 3 14 Trường hợp không có lăng thể, lưu tốc qua mái đê và đỉnh đê rất lớn 47

Hình 3 15 Trường hợp có lăng thể, có thềm, có tường, lưu tốc qua đỉnh đê còn rất nhỏ 48

Hình 3 16 Dạng mặt cắt hợp lý cho đê biển đoạn Gót – Gia Lộc, Cát Hải, Hải Phòng 49

Chương 4 Thiết kế đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc Hình 4 1 Bản đồ vị trí khu vực dự án 51

Hình 4 2 Biểu đồ tổng lượng mưa trung bình tháng của nhiều năm (1984÷1993) 53 Hình 4 3 Biểu đồ số ngày mưa trung bình tháng & năm của nhiều năm (1984÷1993) 53

Hình 4 4 Hoa gió tổng hợp nhiều năm tại trạm Hòn Dấu (1984÷1993) 56

Hình 4 5 Dạng mặt cắt hợp lý cho đê biển đoạn Gót – Gia Lộc, Cát Hải, Hải Phòng 71

Hình 4 6 Sơ đồ chia lát tính toán ổn định 75

Hình 4 7 Sơ đồ các lực tác dụng lên một dải đất 76

Hình 4 8 Kết quả tính toán ổn định tổng thể trường hợp I 78

Hình 4 9 Kết quả tính toán ổn định tổng thể trường hợp II 79

Hình 4 10 Đẳng chuyển vị đứng của mặt cắt tính toán trường hợp I 79

Hình 4 11 Đẳng chuyển vị đứng của mặt cắt tính toán trường hợp II 79

DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương 3 Nghiên cứu mô hình toán tương tác sóng công trình

Bảng 3 1 Tổng hợp các kịch bản mô phỏng, tính toán 42

Bảng 3 2 Các tham số mô hình của các kết cấu xốp rỗng 43

Bảng 3 3 Quan hệ lưu lượng sóng tràn qua đê biển với vị trí xây dựng lăng thể Tetrapod - Mặt cắt 1 44

Bảng 3 4 Quan hệ lưu lượng sóng tràn qua đê biển với vị trí xây dựng lăng thể Tetrapod - Mặt cắt 2 45

Chương 4 Thiết kế đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc Bảng 4 1 Số ngày mưa trung bình tháng và năm của nhiều năm (1984÷1993) 54

Bảng 4 2 Tần suất hướng gió các tháng chính mùa đông trung bình nhiều năm 56

Bảng 4 3 Tần suất hướng gió mùa chuyển tiếp nhiều năm 56

Bảng 4 4 Tính tần suất gió 57

Bảng 4 5 Mực nước thực đo trạm Hòn Dấu từ năm 1988÷2007 58

Bảng 4 6 Mực nước thực đo trạm Cửa Ông từ năm 1986÷2007 59

Bảng 4 7 Tần suất bão hoạt động phân bố các tháng trong năm 61

Bảng 4 8 Tần suất hoạt động của bão phân bố theo vĩ độ 61

Bảng 4 9 Chiều cao nước dâng tại khu vực vĩ tuyến 190-200 62

Bảng 4 10 Hệ số chiết giảm cơ đê các trường hợp tính toán 66

Bảng 4 11 Chiều cao sóng leo tính toán với các bề rộng cơ khác nhau 66

Bảng 4 12 Cao trình đỉnh đê trường hợp không cho nước tràn qua với các trường hợp khác nhau 67

Bảng 4 13 Lưu lượng sóng tràn qua đỉnh đê với các trường hợp khác nhau 68

Bảng 4 15 Các chỉ tiêu đất nền 77

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực ổ bão tây bắc Thái Bình Dương với đường bờ biển dài hơn 3200 km đi qua nhiều vùng có đặc điểm điạ chất, điạ mạo và chế độ thủy triều, tỷ lệ giữa đường bờ biển so với diện tích lục địa là rất lớn Với địa hình phần lớn là đồi, núi, vùng đồng bằng dọc ven biển được đánh giá là khu vực năng động, giàu tiềm năng, có nhiều thuận lợi trong phát triển kinh tế - xã hội Hiện đây là khu vực tập trung dân cư với mật độ lớn và nhiều cơ sở hạ tầng kinh tế quan trọng Tuy nhiên, bên cạnh những lợi thế, đây cũng là khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng nặng nề của thiên tai, trong đó chủ yếu là bão và lũ với tần suất trung bình hàng năm từ 6 đến 8 trận bão, thiên tai ngày càng nghiêm trọng hơn trước xu thế biến đổi cực đoan của khí hậu làm mực nước biển dâng cao; bão, lũ ngày càng khốc liệt, bất thường, gia tăng cả về tần suất xuất hiện và cường độ

Do vậy hệ thống đê biển của nước ta cũng đã được hình thành từ rất sớm, là minh chứng cho quá trình chống chọi với thiên nhiên không ngừng của người Việt Nam Hệ thống đê biển đã được xây dựng, bồi trúc và phát triển qua nhiều thế hệ với vật liệu chủ yếu là đất và đá lấy tại chỗ do người địa phương tự đắp bằng phương pháp thủ công với trình độ kỹ thuật chưa cao và kinh phí đầu tư còn hạn chế nên hệ thống đê biển nước ta hiện ở tình trạng bị đe dọa, nhiều trận bão xảy ra đã phá đi hàng trăm, hàng ngàn m đê biển, ảnh hưởng không nhỏ đến phát triển kinh

tế, xã hội của những vùng dân cư ven biển

Được sự quan tâm của nhà nước hệ thống đê biển nước ta đã được đầu tư khôi phục và nâng cấp nhiều lần thông qua các dự án PAM 4617, OXFAM, EC, CARE, ADB, và các chương trình đê biển quốc gia, tuy nhiên các tuyến đê biển nhìn chung vẫn còn thấp và nhỏ Đê biển miền bắc thuộc loại lớn nhất cả nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình và Nam Định Một số tuyến đê biển đã được nâng cấp hiện nay có cao trình đỉnh phổ biến ở mức + 5,5 m (kể cả tường đỉnh) Mặt đê được bê tông hóa 1 phần, nhưng chủ yếu vẫn là đê đất, sình lầy trong mùa mưa bão và dễ bị xói mặt

Tuy nhiên, do hạn chế về kinh phí nên việc đầu tư còn mang tính chắp vá, thiếu đồng bộ, chủ yếu tập trung vào việc đắp tôn cao, áp trúc thân đê bằng đất khai thác tại chỗ; các hạng mục, kết cấu bảo vệ đê và phục vụ kết hợp đa mục tiêu chưa được đầu tư đúng mức dẫn đến đê biển mới chỉ có thể đảm bảo an toàn ở mức độ nhất định, hiệu quả đầu tư chưa cao

Hiện nay, nhu cầu sử dụng và phát triển kinh tế của khu vực ven biển là rất cao và tiếm năng Mặt khác, trong bối cảnh nước biển dâng và biến đổi khí hậu Tất

cả các nguyên nhân trên đặt ra được yêu cầu cần có những giải pháp mới cho công tác xây dựng đê biển Tiêu chí xây dựng đê biển mới: chống được bão cấp 12 kết hợp triều cường (đê không bị vỡ), cho phép sóng tràn, đắp bằng vật liệu địa phương, mái trồng cỏ thân thiện môi trường, tái định cư và sử dụng đã mục đích trên mái và đỉnh đê, …

giảm sóng hoặc cải thiện điều kiện tương tác sóng và công trình Nhóm giải pháp thứ nhất, chủ yếu tập trung vào giảm thiểu các tác động của sóng trong điều kiện bình thường, có thể là các giải pháp mềm thân thiện với môi trường như nuôi dưỡng bãi (chống xói giữ bãi đê, chân đê), trồng rừng ngập mặn (giảm sóng tăng bồi lắng), hoặc giải pháp cứng như áp dụng hệ thống kè mỏ hàn, hoặc đê chắn sóng xa bờ để giữ bãi Tuy vậy các giải pháp này không thể áp dụng rộng rãi mà còn phụ thuộc điều kiện cụ thể ở từng vùng Ở nhóm giải pháp thứ hai, các biện pháp công trình được được áp dụng với mục đích giảm sóng trong bão từ xa (offshore wave damping barriers) làm sóng vỡ một phần trước khi tới đê hoặc cản sóng bão trên bờ (onshore wave damping barriers - OWDB) nhằm thay đổi tính chất tương tác giữa sóng với công trình theo hướng giảm tác động bất lợi lên công trình Hình 1 và hình

2 lần lượt minh họa các giải pháp giảm sóng xa bờ và trên bờ thuộc nhóm giải pháp thứ hai nhằm cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao mức độ an toàn của đê biển Toàn đảo Cát Hải được bao bởi các tuyến đê từ Gót – Gia Lộc – Hoàng Châu – Văn Chấn – Nghĩa Lộ - Đồng Bài - Gót Nhìn chung địa hình toàn đảo là khu vục khá bằng phẳng bao gồm các ao hồ đầm nuôi trồng thuỷ sản và các khu dân cư Đoạn đê biển Bến Gót – Gia Lộc có khoảng 3km đê nhưng lại trực diện với biển Tuy được nâng cấp và sửa chữa nhiều lần nhưng vẫn chưa có được giải pháp hợp lý cho tuyến đê để chống lại triều cường trong bão, Tháng 6/2013, cơn bão số 2 đổ

bộ vào Hải Phòng đã làm hư hỏng nhiều đoạn đê biển của Cát Hải

Đê biển sau bão số 2 (ngày 24/6/2013) Sóng đánh tràn đỉnh đê trong một cơn bão

Hình 3 Đê biển bằng đá đổ khu vực Cát Hải, TP Hải Phòng

Chính vì thế đề tài ”Nghiên cứu đề xuất, thiết kế mặt cắt hợp lý cải tạo đê đá

đổ khu vực Gia Lộc – Cát Hải nhằm gia tăng ổn định và giảm sóng tràn” đã được đề xuất để nghiên cứu

2 Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương án thiết kế mặt cắt ngang hợp lý cho

đê biển Cát Hải giảm và chịu được sóng leo, sóng tràn

3 Phương pháp nghiên cứu:

Để đạt được những mục tiêu đề ra, luận văn sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu truyền thống và phương pháp nghiên cứu hiện đại gồm:

- Tổng hợp, kế thừa, phân tích các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực kỹ thuật biển, đê biển, sóng leo, sóng tràn từ đó đưa ra biện pháp hoặc đề xuất mặt cắt ngang thích hợp cho dạng đê biển đá đổ tại khu vực Cát Hải

- Phương pháp mô hình toán máng sóng số mô phỏng sóng tràn qua đê biển

4 Kết quả dự kiến đạt được:

- Đề xuất được vị trí đặt lăng thể Tetrapod giảm sóng

- Đề xuất dạng mặt cắt ngang hợp lý giảm sóng leo sóng tràn cho đê biển Cát Hải

- Tính toán thiết kế sơ bộ mặt cắt ngang lựa chọn

5 Nội dung chính của luận văn:

- Phần mở đầu

- Chương 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

- Chương 2 Đề xuất dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc

- Chương 3 Nghiên cứu mô hình toán tương tác sóng công trình

- Chương 4 Thiết kế đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc

- Kết luận và kiến nghị

- Tài liệu tham khảo

- Phụ lục

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu

1.1.1 Vị trí địa lý

Cát Hải là một huyện đảo nhỏ, có diện tích gần 30 km2, dân số của toàn đảo 13.000 người, thuộc thành phố Hải Phòng; Phía Bắc giáp đảo Hà Nam (Quảng Ninh), phía Nam giáp vịnh Bắc Bộ, phía đông giáp cửa Lạch Huyện, phía tây giáp cửa Nam Triệu Toạ độ địa lý: 200

48’vĩ độ B; 1060

53’ kinh độ Đông

Hình 1 1 Vị trí khu vực nghiên cứu

1.1.2 Điều kiện tự nhiên

Đảo Cát Hải được hình thành bởi quá trình bồi tích phù sa của các cửa sông khu vực Hải Phòng Qua quá trình biến đổi hiện nay địa hình của đảo có xu hướng

Khu vực nghiên cứu

cao dần từ bắc đến nam, chiều dài trung bình của đảo 5,5 km, chiều rộng trung bình 4,6 km và được chia làm 3 khu vực chính:

Khu vực đất nông nghiệp và dân cư có cao trình +2,0 ÷ +2,5, cao nhất +4,5 Khu vực nuôi trồng thuỷ sản và làm muối có cao độ trung bình +0,9 ÷ +1,1 Các khu vực bãi có thể quai đê lấn biển rộng khoảng 300 ha có cao độ trung bình từ +0,5 ÷ +1,1

Đảo Cát Hải có tiềm năng du lịch sinh thái và còn giữ vai trò quan trọng về quân sự Sự ổn định của đảo đồng thời cũng liên quan đến sự ổn định của luồng tàu vào cảng Hải Phòng qua cửa Nam Triệu

Do vậy việc giữ ổn định bờ biển Cát Hải, chống xói lở là một yêu cầu quan trọng và cấp thiết nhằm đảm bảo an toàn về tính mạng, đời sống của ngư dân ở đảo phát triển sản xuất, tạo cơ hội đầu tư trong và ngoài nước, ổn định cho luồng tàu vào các cảng khu vực Hải Phòng, đồng thời góp phần đảm bảo an ninh quốc phòng

1.1.3 Điều kiện xã hội

Huyện đảo Cát Hải hiện có 10 xã và 2 thị trấn Ngoài cư dân bản địa, dân Cát Hải là người cộng đồng muôn phương, thạo nghề sông nước như Thái Bình, Nam Định, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Hải Dương, Hưng Yên, Hà Tây, Quảng Ninh… Bên cạnh cư dân gốc Việt là cơ bản, trước đây còn có khá đông người Hoa sinh sống Họ từ mọi miền và các tỉnh ven biển của Trung Quốc đến định cư tại Cát Bà Sau “sự kiện người Hoa” năm 1978, hầu hết người Hoa rời đảo

ra đi Để phân bố lại lực lượng trên địa bàn, đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất và bảo vệ đảo, một bộ phận cư dân Đồ Sơn, Tiên Lãng, An Lão được bổ sung cho huyện đảo Cát Hải, nhân dân xã Cao Minh bên Cát Hải được bố trí chuyển cư hẳn sang Cát Bà, do đặc điểm địa hình, nên việc phân bố dân cư của huyện không đồng đều, có nơi dân sống tập trung như thị trấn Cát Bà, thị trấn Cát Hải, xã Nghĩa Lộ; có nơi dân cư sống thưa thớt, biệt lập như Gia Luận, Việt Hải

1.1.4 Tổng quan đê biển

Toàn đảo có 20,6 km đê bao quanh, trong đó có tuyến đê xung yếu từ Bến

Gót đến Hoàng Châu nằm ở phía nam đảo chịu tác động trực tiếp của sóng, gió nơi

có dòng chảy ven bờ mạnh nhất và dải bờ đang bị xâm thực Hình thức kết cấu công trình đê đắp bằng đất, mái đê phía biển có kè lát mái bảo vệ ở những đoạn xung yếu tường xuyên chịu tác động của sóng triều Riêng đoạn đê Gót - Gia Lộc có kết cấu bằng đá hộc Nhìn chung năng lực phòng chống lũ bão của các công trình còn rất yếu Hiện trạng cụ thể từng tuyến như sau:

1.1.4.1 Tu yến Gót- Gia Lộc: Dài 3100 m, đê bằng đá hộc thường xuyên bị xô sạt do

kích thước đá kè nhỏ thường xuyên chịu tác động mạnh của sóng, triều Với triều cường và gió cấp 5, 6 sóng biển đã có thể tràn qua mặt đê Bãi biển gần chân đê bị xói lở mạnh càng làm cho kè kém ổn định Hiện tại đoạn đê này có mặt cắt ngang

đê gần như không còn định hình, mặt đê nhỏ, đá sắp xếp tự nhiên ngổn ngang, đoạn tuyến gần như là bãi đá

1.1.4.2 Tuyến Gia lộc - Văn Chấn - Hoàng Châu: Dài hơn 4000m, đã được xây

dựng hoàn thiện

1.1.4.3 Tuyến Hoàng Châu - Nghĩa Lộ: Dài 3000 m, hiện trạng đê còn thấp nhỏ so

với yêu cầu, mặt cắt đê không đều Đê không có kè bảo vệ Tuyến đê này có bãi ngoài cao rộng và có rừng cây chắn sóng Đối với tuyến đê này cần duy trì rừng cây chắn sóng đã có

1.1.4.4 Tuyến Nghĩa Lộ - Đồng Bài: Là tuyến đê trung gian dài 4340 m, đê được

xây dựng từ những năm 1960, tuyến này bị xuống cấp nghiêm trọng do xói mòn và không được tu bổ trước đây vì do đê thuỷ sản phía ngoài Từ những năm 1992 đã được thành phố đầu tư khôi phục để đảm bảo an toàn phía bắc đảo Đoạn đê này không có kè bảo vệ mái do phía ngoài là khu vực bãi rộng và điều kiện sóng gió ít khắc nghiệt hơn Đê không thường xuyên chịu tác động của sóng, triều

1.1.4.5 Tuyến Đồng Bài - Lương Năng: Dài 2900 m, tuyến đê bảo vệ khu vực phía

đông bắc đảo, thường bị ảnh hưởng của sóng triều trong các thơì kỳ gió mùa đông bắc Qui mô đê tương đối đảm bảo, kè còn manh mún, năng lực công trình hạn chế không đảm bảo an toàn trong trường hợp có sóng gió lớn Rừng cây chắn sóng có

tác dụng tốt

1.1.4.6 Tuyến Lương Năng - Gót: Dài 2800m, tuyến đê này còn thấp nhỏ, kè lát

mái chưa hoàn chỉnh Bãi ngoài có cây chắn sóng, nhìn chung năng lực công trình yếu cần được nâng cấp bảo đảm an toàn cho khu vực đông dân cư

1.2 Tổng quan các giải pháp giảm tải trọng sóng tác động lên công trình

Có rất nhiều giải pháp giảm tải trọng sóng lên công trình đã được nghiên cứu

áp dụng và có thể phân chia các giải pháp này thành hai nhóm chính: một là tôn tạo

và giữ bãi/thềm trước đê và hai là giải pháp công trình nhằm giảm sóng hoặc cải thiện điều kiện tương tác sóng và công trình

- Nhóm giải pháp thứ nhất, chủ yếu tập trung vào giảm thiểu các tác động của sóng trong điều kiện bình thường, có thể là các giải pháp mềm thân thiện với môi trường như nuôi dưỡng bãi (chống xói giữ bãi đê, chân đê), trồng rừng ngập mặn (giảm sóng tăng bồi lắng), hoặc giải pháp cứng như áp dụng hệ thống kè mỏ hàn, hoặc đê chắn sóng xa bờ để giữ bãi Tuy vậy các giải pháp này không thể áp dụng rộng rãi mà còn phụ thuộc điều kiện cụ thể ở từng vùng

- Nhóm giải pháp thứ hai, các biện pháp công trình được được áp dụng với mục đích giảm sóng trong bão từ xa (offshore wave damping barriers) làm sóng vỡ một phần trước khi tới đê) hoặc cản sóng bão trên bờ (onshore wave damping barriers - OWDB) nhằm thay đổi tính chất tương tác giữa sóng với công trình theo hướng giảm tác động bất lợi lên công trình Hình 1.2 và Hình 1.3 lần lượt minh họa các giải pháp giảm sóng xa bờ và trên bờ thuộc nhóm giải pháp thứ hai nhằm cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao mức độ an toàn của đê biển

Hình 1 2 Dải ngầm giảm sóng xa bờ

Hình 1 3.Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở

Norderney-biển Bắc, nước Đức

1 2.1 Kè mỏ hàn

Mỏ hàn từ bờ vươn ra biển, có tác dụng ngăn chặn, cản trở đối với sóng có phương tiến vào xiên góc với bờ và đối với dòng chảy dọc bờ Mục tiêu của việc xây dựng mỏ hàn là giảm nhẹ lực xung kích của sóng và dòng chảy đối với bờ biển, ngăn chặn bùn cát chuyển động dọc bờ, khiến cho bùn cát bồi lắng vào khoảng giữa hai mỏ hàn, mở rộng và nâng cao thềm bãi, củng cố đê, bờ

Có thể dạng chữ I (nếu hướng sóng tới xiên góc với đường bờ), chữ T/L nếu hướng sóng đến vuông góc với đường bờ

Hình 1 4 Cơ chế bồi xói mỏ hàn

Hình 1 5 Mỏ hàn chữ I và chữ T ở đê biển Nghĩa Hưng, Nam Định

Hình 1 6 Hiệu quả giảm sóng của đê ngầm bằng đá đổ ở khu vực Miamy-

Montaza, Alexandria, Ai Cập trong một cơn bão

Hình 1 7 Sự thay đổi đường bờ bãi biển Songdo, Busan, Hàn Quốc do hai đê ngầm

sử dụng cấu kiện tiêu sóng Tetrapod nặng 25 tấn

Đê ngầm bằng Reefs ball Trồng rừng ngập mặn trên cấu trúc

bờ

Hình 1 9 Dải ngầm giảm sóng

1 2.4 Kết cấu thùng chìm buồng tiêu sóng

Ý tưởng về bố trí buồng tiêu sóng ở mặt đón sóng của thùng chìm lần đầu được Jarlan (Canada) đề xuất năm 1961 Kết cấu này gồm một buồng tiêu sóng phía biển (cấu trúc một buồng), tường đục lỗ phía trước (với độ rỗng ε là 20%) và tường không thấm phía bờ Khi sóng tác động tới công trình, một phần năng lượng sóng sẽ

phản xạ ở tường đón sóng, phần còn lại sẽ qua các lỗ trên tường vào buồng tiêu sóng Tại đây một phần năng lượng sóng tới sẽ phản xạ còn một phần lớn năng lượng sóng sẽ bị tiêu hao do hiện tượng cộng hưởng sóng, xoáy và tổn thất ma sát

Tỷ lệ mở lỗ thông sóng và tỷ số B/L giữa chiều rộng buồng tiêu sóng B và chiều cao sóng tới L là hai thông số chính ảnh hưởng đến lượng sóng phản xạ, và lượng sóng tiêu hao

Kết cấu Jarlan truyền thống khắc phục nhược điểm của công trình biến dạng tường đứng vì kết cấu này giảm đáng kể phản xạ sóng, do đó khả năng tiêu hao sóng tốt Hiệu quả tiêu sóng của kết cấu Jarlan truyền thống đạt giá trị tối đa là khi

độ rộng tương đối B/L≈ 0,2 Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và kết luận cho thấy hạn chế của kết cấu này là hiệu quả làm việc của công trình chỉ đạt được giá trị mong muốn trong một miền giá trị hẹp của tỷ số B/L Do đó, một giải pháp mới được đề xuất là kết cấu thùng chìm nhiều buồng tiêu sóng Thí nghiệm mô hình vật

lý máng sóng được thực hiện tại Hannover để nghiên cứu khả năng tiêu sóng của kết cấu mới đề xuất Kết quả mô phỏng thực nghiệm cho thấy kết cấu mới này không chỉ giảm sóng phản xạ rõ rệt mà hiệu quả tiêu giảm sóng khá tốt khi độ rộng tương đối B/L dao động trong một miền giá trị rộng hơn (B/L> 0,25) so với kết cấu Jarlan cổ điển

Hình 1 10 Kết cấu thùng chìm nhiều buồng tiêu sóng Thùng chìm có buồng tiêu sóng cấu trúc đa buồng có nhiều ưu điểm về mặt kỹ

thuật, nó cho phép giảm sóng phản xạ, kiểm soát tốt hơn phần năng lượng sóng phản xạ, (tăng an toàn cho giao thông thủy và giảm hiện tượng xói thềm), sóng leo, sóng tràn đỉnh…Vì vậy có thể coi đây là giải pháp thay thế lý tưởng cho tường chắn sóng, đê chắn sóng, cầu cảng để bảo vệ bờ biển và các đảo xa bờ Tính linh hoạt của cấu kiện thùng chìm cao (về hình dạng và kích thước cấu kiện), khu vực bảo vệ

có thể được quy hoạch cho mục đích lợi dụng tổng hợp như kết hợp với các hoạt động vui chơi giải trí

1 2.5 Một số giải pháp công trình mới gần đây nhằm giảm sóng tác động lên công trình ở Việt Nam

1.2.5.1 Đê chắn sóng tách bờ ở Cà Mau

Cà Mau có 3 mặt tiếp giáp với biển có tổng chiều dài 254 km, chiếm 7,8% chiều dài bờ biển cả nước Cao trình đê hiện tại trên toàn tuyến chỉ khoảng từ (+1,7÷+2,0) m; chiều rộng mặt đê từ 4÷6 m Rừng phòng hộ ven biển Tây Cà Mau

là rất mỏng từ 150÷200 m Các loại cây ở rừng phòng hộ chủ yếu đước và mắm Đây là bức tường chắn sóng thiên nhiên lý tưởng với tuyến đê Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân mà gần đây diện tích rừng ngập mặn bị phá hủy rất nhiều, đặc biệt là khu vực huyện U Minh

Đã có rất nhiều giải pháp công trình để hạn chế biển lấn, tuy nhiên mãi đến năm 2010, giải pháp khoa học mang tên “Đê chắn sóng tách bờ tạo bãi gây rừng” đã giúp địa phương này có được một phương pháp chống lại nạn sạt lở theo hướng bền vững Đê chắn sóng tách bờ được xây dựng cách bờ biển 50÷100 m hướng ra biển,

sử dụng những cọc bê tông ly tâm dự ứng lực cao 6 m, đóng liền kề 2 dãy cách nhau khoảng 1,5 m; phần rỗng cho đá vào Với phương pháp này, hàng cừ có tác dụng chắn được sóng biển nhưng không làm ảnh hưởng đến thủy triều, dòng chảy, phù sa vẫn trôi được vào bờ tạo bãi Theo tài liệu về cọc cừ bê tông ly tâm thì đây là loại

cừ tròn có sức chịu lực, chống thấm rất cao, thích hợp với vùng ven biển, nước mặn, tuổi thọ cao hơn nhiều so với các loại cọc bê tông thông thường Lâu dần, phù sa bồi lắng tạo thành bãi Khi có bãi thì cây mắm, cây đước sẽ mọc lên tạo thành thảm rừng ngập mặn ven biển bảo vệ đê

Phương pháp mới này đã được xây dựng thí điểm vào năm 2010, với 300 m đê chắn sóng tách bờ tạo bãi gây rừng, triển khai ngay tại đoạn đê nguy cấp nhất, thuộc địa bàn xã Khánh Tiến, huyện U Minh Sau một năm, đoạn đê chắn sóng tách bờ này đã tạo ra một bãi đất phù sa trù phú, những cây mắm lấn biển đầu tiên đã xuất hiện

300m đê chắn sóng tách bờ ở xã Khánh

Tiến, U Minh Hiệu quả của 300m đê chắn sóng tách bờ mang lại

Thi công đê chắn sóng tách bờ Đoạn đê chắn sóng tách bờ khác ở

Cà Mau

Hình 1 11 Đê chắn sóng tách bờ tạo bãi bảo vệ bờ biển Cà Mau

Đến thời điểm này, đê chắn sóng tách bờ đã được triển khai xây dựng trên một

số điểm sạt lở nghiêm trọng nhất như đê biển Tây 1.800 m, Mũi Cà Mau 667 m, Gành Hào 507 m Cho đến nay, xây dựng đê chắn sóng tách bờ theo cách làm ở Cà Mau được xem là hiệu quả nhất Hai năm thực hiện thí điểm cho thấy chẳng những

đê chính không sạt lở mà còn tạo được bãi bồi ven biển Cây đước, cây mắm đã bắt đầu đâm chồi vươn lên Hiện tỉnh Cà Mau đang trình Trung ương và kêu gọi các tổ chức phi chính phủ hỗ trợ Cà Mau triển khai xây dựng hàng loạt dạng đê chắn sóng tách bờ loại này thay thế toàn bộ công trình cũ nhằm thực hiện một cách đồng bộ thì

đê biển không còn bị đe dọa mỗi khi đến mùa biển động

Mỗi mét đê chắn sóng tách bờ được đầu tư ước khoảng 30 triệu đồng Như vậy, việc xây dựng đê chắn sóng tách bờ chi phí thấp hơn đến 1/4 so với kè áp mái lâu nay áp dụng, tuy nhiên do điều kiện thi công hầu hết là trên biển nên mỗi năm chỉ thi công được vài tháng vào mùa biển lặng, vào mùa mưa bão thì sà lan, cần cẩu không thể ra biển để tập kết vật tư, đóng bê tông được Mặt khác, điểm yếu theo hình thức xây dựng này là cọc ly tâm dựng đứng, nền đất xây dựng yếu nên khi

sóng biển tạt thẳng sẽ tạo dòng chảy ngầm dưới chân cọc, cuốn đi lượng đất nhất định, tác động đến sự ổn định của đê chắn sóng…

1.2.5.2 Đê mềm giảm sóng ở Bạc Liêu

Hình 1 12 Đê biển Gành Hào, Bạc Liêu

Bạc Liêu có chiều dài bờ biển 56km, trong giai đoạn 1965÷2001, đoạn bờ tính từ giáp ranh tỉnh Sóc Trăng về phía nam dài khoảng 6km bị biển lấn vào khoảng 160m, tốc độ dịch chuyển đường bờ khoảng 7m/năm Ở đoạn bờ

kế tiếp cho đến khu vực xã Điền Hải, huyện Đông Hải cách cửa Gành Hào khoảng 9km, hoạt động bồi tụ chiếm

ưu thế, với tốc độ bồi tụ từ 10÷60m/năm, đường bờ được lấn ra phía biển từ 350m đến 2.300m

Đoạn bờ ở khu vực cửa Gành Hào thuộc xã Long Điền Tây, huyện Đông Hải dài khoảng 9km bị xói lở mạnh, tốc độ xói lở chừng 10m/năm, riêng tại khu vực Gành Hào tốc độ xói lở khoảng 17m/năm trong giai đoạn 1965÷1989, và lên đến 50m/năm trong giai đoạn 1989÷2001 Trong giai đoạn 2001÷2005, đường bờ biển Bạc Liêu khá ổn định Chỉ một vài ví trí xói cục bộ với mức độ nhẹ, tốc độ khoảng trên dưới 5m/năm

Vật liệu vải địa kỹ thuật đã được áp dụng tại Việt Nam từ năm 2006 với dự án

mỏ hàn mềm tại Lộc An, Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2007 với dự án mỏ hàn mềm tại Phú Thuận, Thừa Thiên Huế, năm 2008 với dự án kè mềm ở Bình Thuận, năm 2009 với mỏ hàn mềm ở Quảng Nam Có nơi dự án “công nghệ mềm” này đem lại hiệu quả cao, nhưng cũng có những nơi không đem lại hiệu quả như ý muốn

Để chủ động đối phó với tình hình sạt lở và triều cường dâng cao, gây ảnh hưởng đến sản xuất, sinh hoạt của người dân, ngành Nông nghiệp tỉnh đã đầu tư hơn 5,3 tỷ đồng để xây dựng tuyến đê mềm ở ngoài khu vực rừng phòng hộ ven biển Nhà Mát thuộc thành phố Bạc Liêu Mục đích của công trình này là chắn sóng

và gây bồi cho khu vực ven biển Đồng thời, hạn chế biển xâm thực gây sạt lở và bị xâm nhập mặn do triều cường dâng cao Để phát huy hiệu quả công trình, ngành Nông nghiệp vận động bà con ngư dân tuyến ven biển cùng nhau bảo vệ và giữ gìn tuyến đê mềm này

Hình 1 13 Đê mềm bằng vải địa kỹ thuật ở Bạc Liêu

Đê mềm bằng vải địa kỹ thuật Geotube với các thông số kỹ thuật như sau: + Loại, cấp công trình: Công trình thủy lợi, cấp IV

+ Quy mô: Công trình thuộc nhóm C

+ Chiều dài tuyến đê: 1.056 m (theo tim tuyến đê)

+ Cao trình đỉnh đê: +1,40 m

+ Chiều cao đê: 1,8 m

+ Bề rộng thân đê: 4,6 m

+ Diện tích sử dụng đất: 0,8 ha

+ Thời gian thực hiện: Năm 2012÷2013

Mô hình thí điểm đê mềm để gây bồi tạo bãi khôi phục rừng phòng hộ ven biển khu vực cửa biển Nhà Mát khi xây dựng xong có nhiệm vụ bảo vệ và phát triển khoảng 15 ha rừng ngập mặn trong phạm vi dự án dọc theo bờ biển khu du lịch Nhà Mát; bảo vệ đoạn đê biển khu du lịch Nhà Mát; rút kinh nghiệm để ứng dụng giải pháp đê mềm phá sóng nhằm bảo vệ và phát triển rừng ven biển của tỉnh Bạc Liêu

1 2.5.3 Hàng rào chắn sóng, chắn bùn cát ở Kiên Giang

Dự án Bảo tồn và Phát triển Khu dự trữ sinh quyển Kiên Giang của GIZ, các chuyên gia xác định sóng và bùn là hai tác động chính đến tỷ lệ cây sống Dựa theo

đặc điểm vùng ven bờ của tỉnh vốn nông và sóng không cao, những người trực tiếp tham gia dự án đã thiết kế và thử nghiệm ba kiểu hàng rào bảo vệ bờ biển khác nhau

để trồng rừng ngập mặn Trước hết, đó là hàng rào chắn sóng nhằm giảm tác động của sóng Theo sách hướng dẫn kỹ thuật của GIZ, hàng rào chắn sóng gồm hai dãy hàng rào cách nhau 0,5m, được đóng xuống đáy bùn ở độ sâu 2m

Khoảng cách giữa hai hàng rào chèn bằng các cành và nhánh cây nhỏ có khả năng di động khi có sóng và hấp thụ năng lượng sóng Thiết kế của hàng rào chắn sóng giúp giữ bùn vào cuối mùa mưa và ngăn chặn rác từ biển vào các khu vực phục hồi rừng Trong báo cáo kỹ thuật “Đo đạc năng lượng sóng tại mô hình khôi phục bờ biển của Dự án GIZ”, hàng rào trên được đánh giá làm giảm sức mạnh của sóng lên đến 63% Các loại hàng rào đều sử dụng cây cừ tràm – một loại cây địa phương có giá thành thấp và phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long Cừ tràm có khả năng tồn tại trong điều kiện ngập nước và bùn tại các hệ sinh thái ngập mặn Theo GIZ, sử dụng cây cừ tràm giúp nông dân tăng thu nhập và giảm lượng khí thải do

thói quen đốt hiện trường sau khi khai thác

Hàng rào chắn sóng làm giảm 63% sức

mạnh của sóng Dự án trồng rừng ngập mặn ở ấp Vàm Rầy của GIZ

Hàng rào chắn bùn bồi đắp 20cm bùn

mỗi năm, đóng góp khoảng 700 tấn/ha Hiệu quả rừng ngập mặn đã dần được khôi phục

Hình 1 14 Giảm năng lượng sóng và bảo vệ bờ biển bằng trồng rừng ngập mặn

Theo chuyên gia đánh giá, hàng rào chắn bùn của GIZ giúp giảm năng lượng sóng khoảng 60% Ngoài ra, còn giúp bồi đắp 20cm bùn mỗi năm, đóng góp khoảng

700 tấn/ha Sử dụng kết hợp hai hàng rào trên đã tạo nên một dạng hàng rào thứ ba, giúp cây con phát triển tốt và tạo nên sự đa dạng sinh học ngay ở khu vực trồng mới Nghiên cứu do Viện Nghiên cứu Biến đổi khí hậu của Đại học Cần Thơ (thực hiện năm 2011) cho thấy tỷ lệ cây sống khi có hai hàng rào: chắn bùn và chắn sóng đạt tới 90%, lượng phù sa sau hàng rào tăng 4cm Sau một năm có số lượng cây trung bình Sau 3 năm, ước tính khoảng 20÷500 cây Những người thực hiện nghiên cứu ghi nhận có 7 sinh vật đáy về mức độ đa dạng loài và 57 sinh vật đáy mật độ quần thể (thân mềm và giáp xác như cua, trai, ốc) Đặc biệt, khi sử dụng hai hàng rào trên kết hợp với rừng ngập mặn thì tỷ lệ cây sống đạt tới 100%

Tỷ lệ trên vượt trội so với khu vực không có hoặc chỉ có một hàng rào thông thường Trong khoảng 2÷3 năm đầu, bùn bồi lắng sẽ bồi lấp hết hàng rào (đặc biệt hàng rào chắn sóng) nên cần phải bảo dưỡng và bổ sung thêm cành nhánh tràm vào đầu mùa mưa để duy trì khả năng cản sóng cho hàng rào

1.2.5.4 Sáng kiến mới về kết cấu kè biển

* Hình thức kết cấu kè bảo vệ bờ biển mới ứng dụng nguyên lý tiêu tán, hấp thụ năng lượng sóng, giảm giá thành xây dựng

Đây là hình thức kết cấu kè mới do ThS Lê Văn Tuấn – Viện Kỹ thuật Biển

đề xuất với tiêu chí ban đầu phát triển một hình thức kè mới ứng dụng nguyên lý tiêu tán và hấp thu năng lượng sóng nhằm giảm tối đa chi phí xây dựng và phù hợp cho đoạn bờ biển có sóng biển ở mức độ trung bình tại các khu vực cửa sông, ven biển, điển hình như đoạn bờ giáp cửa sông Cung Hầu, cửa Định An

Hình thức kết cấu này ứng dụng nguyên lý tiêu tán và hấp thụ năng lượng xung kích của sóng và trả nguồn nước bằng lỗ điều hòa Cụ thể, phần chân khay đặt sâu đến mực nước thấp nhất nhằm chống xói chân kè, phần thân kè được chia làm hai phần, phần giáp chân khay có độ dốc lớn (m=1,5÷2) nhằm giảm giá thành công trình, phần phía trên có độ dốc thoải hơn (m=3÷4) có mái cong động lực phù hợp với đặc điểm sóng biển, được kết nối với các họng thu nước do ngọn sóng xô tới Năng lượng sóng do sóng leo bị phân tán năng lượng thành 2 phần: Phần 1: nước bị thu vào hầm thu sau đó trả lại biển thông qua các lỗ thoát nước; Phần 2: nước biển

do sóng leo theo quán tính tung lên cao và rơi xuống dưới, một phần nước rơi trực tiếp vào nắp hầm thu nước có các lỗ và rơi trở lại hầm thu Ngoài ra, để tránh hiện tượng sóng dồn do sóng sau trùm lên sóng trước làm mực nước tăng cao ảnh hưởng

đến phần phía trên đỉnh kè bố trí các vách ngăn giữa các họng hấp thu nước (xem Hình 1.15) Dọc theo mái cong liền khối bố trí lỗ thoát nước mật độ 50cm/lỗ, đường kính 3cm, phía dưới cấu kiện là lớp dăm lót dày 20cm và lớp vải địa kỹ thuật

Hình 1 15.Hình phối cảnh mô hình kết cấu kè tiêu năng , hấp thu năng lượng sóng

(TU.ICOE.2012)

Mô hình kết cấu này (TU.IOE.2012) có các điểm mạnh như: Công trình có

độ cao an toàn cao, kết cấu bền vững, mỹ quan công trình tốt, không gian phía trên

có thể kết hợp trồng cây, tạo cảnh quan tự nhiên, thi công thuận lợi, không đòi hỏi phạm vi giải phóng mặt bằng rộng Tuy nhiên, mô hình kết cấu này cũng tồn tại một

số điểm hạn chế so với loại 1, yêu cầu độ chính xác cao trong thi công hệ thống hấp thu năng lượng sóng biển, về lâu dài nắp hầm chứa có thể bị rỗ bề mặt và giảm tuổi thọ do thế năng của nước rơi tự do xuống gây ra

* Hình thức kết cấu kè mới ứng dụng nguyên lý mố cong hắt sóng và tiêu tán năng lượng sóng bằng các mố tiêu năng

Đây là hình thức kè mới do ThS Lê Văn Tuấn và các cộng sự của Viện KỸ thuật Biển đề xuất với tiêu chí phát triển ban đầu là nghiên cứu hình thức kết cấu ứng dụng mố tiêu năng hay áp dụng cho các công trình đập thủy lợi Hình thức kết cấu kè là sự kết hợp “nửa trọng lực và nửa mái nghiêng” Kè có kết cấu bê tông cốt thép khối đặc hoặc rỗng ruột (chèn đá học hoặc cát phía trong tạo trọng lượng bản thân), bê tông mặt phía biển tối thiểu đạt mác 300 trở lên, đúc lắp ghép hoặc đổ tại chỗ liền khối Mái mặt trước kè có hình thức cong trơn thuận động lực của tường hắt sóng có nhiệm vụ đón sóng và tung sóng lên cao theo chiều thẳng đứng hoặc

hướng về phía biển (tùy theo độ cong), ngoài ra, năng lượng sóng đến và sóng rút còn tiếp tục bị triệt tiêu bằng hình thức mố nhám tiêu năng (mố nhám trên có tác dụng giảm năng lượng sóng đến, mố nhám dưới vừa kết hợp giảm năng lượng sóng đến vừa tiêu giảm dòng rút chống xói chân kè) như các công trình thủy lợi – thủy điện Phần chân khay kè không bố trí rời mà kéo dài theo hình cong hẫng có tác dụng chống xói chân công trình khi dòng rút mạnh Dọc theo mái kè bố trí các lỗ tròn thoát nước có đường kính khoảng 3cm, phía dưới lớp bê tông là lớp dăm (1x2)

cm dày 20cm và lớp vải địa kỹ thuật

Trong gió mùa Đông Bắc (tháng 10 đến tháng 4), bãi biển phía trước công trình có xu thế hạ thấp vì vậy mái bê tông công trình sẽ lộ ra nhiều, tuy nhiên trong gió mùa Tây Nam (tháng 5 đến tháng 9), bãi biển sẽ được bồi tụ và nâng cao dẫn tới che lấp phần lớn bề mặt bê tông của công trình và trả lại nét tự nhiên cho bờ biển trong mùa khai thác du lịch (xem Hình 1.16)

Mô hình kết cấu HDH.ICOE.2012 này có ưu điểm như: Kè có hình thức đẹp, kết cấu kè bền vững (khi có trọng lượng lớn và chân khay mở rộng tạo thế vững chắc dưới tác động của sóng biển); tuổi thọ cao; diện tích chiếm bãi ít nên phù hợp với khu vực kết hợp chống xói lở và du lịch (mái kè trơn thuận biến đổi theo dạng cồn cát không gây ảnh hưởng nhiều đến mỹ quan bãi biển, cách khoảng 25÷50 m bố trí bậc thanh lên xuống, do kè dạng tường đứng trọng lực vì vậy mái kè trong mùa gió Tây Nam ít lộ và không ảnh hưởng nhiều đến nét tự nhiên của bãi biển); giá thành thấp (do áp dụng nguyên lý hắt sóng kết hợp nên giảm chiều cao chống sóng leo công trình và giảm giá thành xây dựng; có thể xây dựng hạ tầng ngay phía sau công trình để khai thác Nhược điểm của mô hình kết cấu này là đòi hỏi yêu cầu thi công có độ chính xác cao

Hình 1 16.Hình ảnh kiểu kè mới HDH.ICOE.2012 ứng dụng nguyên lý tiêu – hắt

sóng tới và giảm xói chân kè bằng mố tiêu năng và mũi phun

1.2.6 Lăng thể giảm sóng trước công trình

Vận dụng sáng tạo đê ngầm giảm sóng đặt gần bờ với việc xây dựng lăng thể giảm sóng phía trước đê là một giải pháp mang tính chủ động và có hiệu quả kinh tế cao, giảm thiểu được tải trọng, gia tăng ổn định cho công trình dưới tác động của sóng và nước dâng trong bão (xem Hình 1.17, Hình 1.18) Tùy theo khoảng cách bố trí lăng thể đến chân đê mà hiệu quả khác nhau với nguyên lý cơ bản là cải thiện điều kiện tương tác giữa sóng và công trình, giảm thiểu trực tiếp vận tốc sóng leo trên mái đê và lưu lượng sóng tràn qua đê biển

Hình 1.17 Sử dụng lăng thể bằng cấu kiện tiêu giảm sóng để bảo vệ công trình

Hình 1 18 Đê biển Nghĩa Hưng, Nam Định đã sử dụng lăng thể Tetrapod trước đê

1.3 Kết luận Chương 1

Qua tình hình tổng quan khu vực nghiên cứu có thể thấy rằng khu vực đê biển Cát Hải chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều, thường xuyên chịu tác động của các cơn bão Đây là khu vực huyện đảo, có tiềm năng du lịch và khai thác thủy sản nên việc xây dựng, nâng cấp đê biển ở đây có những đặc thù riêng

Để đảm bảo an toàn cho công trình, các giải pháp giảm tải trọng sóng tác động lên công trình đã được nghiên cứu với nhiều dạng công trình khác nhau và đã được áp dụng rộng rãi trong nước và trên thế giới

Việc đánh giá tổng quan các giải pháp giảm tải trọng sóng tác động lên công trình có ý nghĩa quan trọng và là tiền đề cho việc nghiên cứu, đề xuất giải pháp dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc

CHƯƠNG II ĐỀ XUẤT DẠNG MẶT CẮT NGANG HỢP LÝ CHO ĐÊ BIỂN

CÁT HẢI ĐOẠN GÓT – GIA LỘC 2.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế mặt cắt ngang đê biển Cát Hải

Đoạn từ Gót đến Gia Lộc K0+000 đến K3+094, hiện trạng là đê đá hộc Cao trình đỉnh đê đá đoạn này từ +3,7 đến +4,5 Cao trình bãi phía biển từ -1,2 đến +0,8

Do cao trình đê thấp, đê bằng đá hộc nên hay bị xô sạt do kích thước đá kè nhỏ thường xuyên chịu tác động mạnh của sóng, triều Với triều cường và gió cấp 5, 6 sóng biển đã có thể tràn qua mặt đê và hằng năm sau mỗi mùa mưa bão đều phải duy tu tuyến đê này

Theo quyết định phê duyệt dự án đầu tư cảng Lạch Huyện giai đoạn khởi động

số 3793/QĐ-BGTVT ngày 22/12/2009, giai đoạn khởi động thực hiện từ năm 2009 đến năm 2013 đưa vào khai thác sử dụng với khu vực hậu cần bao chùm cả tuyến

đê Do đó, sau năm 2013, tuyến đê biển hiện có không chịu tác động trực tiếp của sóng, gió biển

Để phù hợp với quy hoạch với tinh thần Cảng cửa ngõ Quốc tế Lạch Huyện cùng với khu dịch vụ hậu cần bao chùm toàn bộ đảo Cát Hải, bùn cát nạo vét tàu được đổ tại khu vực bãi ngoài chân đê Gót – Gia Lộc kéo về Văn Chấn với chiều dài khoảng 5Km, UBND Thành phố Hải Phòng phê duyệt đầu tư dự án tu bổ tuyến

đê tại Quyết định số 860/QĐ-UBND với các thông số kỹ thuật chủ yếu như sau:

- Công trình cấp IV

- Chống gió bão cấp 8, triều trung bình P = 20%

- Mực nước dâng thiết kế tần suất P = 20%

- Chiều dài tuyến đê: 3.094 m;

- Chiều rộng mặt đê: 2,0 m;

- Cao trình mặt đê +4,0 đến +4,5 m;

- Hệ số mái đê phía biển m=3,0, phía đồng m=1,0

Kết cấu công trình bằng hình thức kè đá lát khan trong khung ô bê tông cốt thép để thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng và hạn chế tu sửa lớn Hằng năm, dưới tác động của sóng, gió, bão đá lát kè có thể bị xô dịch nhưng không ảnh hưởng tới ổn định tổng thể của công trình Do đó, để phục vụ tốt cho công tác phòng chống

lụt bão, sau mỗi mùa mưa bão hoặc sau những biến động bất thường của thời tiết cần kiểm tra, phát hiện, xử lý sửa chữa những hư hỏng cục bộ nhằm đảm bảo an toàn tuyến đê trước khi cảng Lạch Huyện đi vào hoạt động

Tuy nhiên, sau khi tuyến đê được xây dựng xong năm 2011, liên tiếp xảy ra các đợt triều cường lớn hơn tần suất thiết kế kết hợp với gió mạnh và bão nên tiếp tục có hiện tượng xô sạt mái, đặc biệt là các đoạn từ K1+100 đến K3+094

Hình 2 1 Mái kè khu vực dự án sau các đợt bão, triều cường

Ngay sau các cơn bão số 2, số 3 năm 2011, UBND TP Hải Phòng đã huy động lực lượng, phương tiện để gia cố lại mái kè nhưng giải pháp gia cố bằng rọ thép chỉ mang tính chất tạm thời

Để khắc phục hiện tượng xô sạt mái kè, đảm bảo ổn định cho đê, trong năm 2012, UBND thành phố Hải Phòng đã cho phép Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hải Phòng lập báo cáo kinh tế kỹ thuật gia cố mái đê đoạn bị xô sạt mạnh nhất từ K2+000 đến K2+800 bằng cấu kiện Holhquader Đến nay, đoạn gia cố mái này đã được thi

công hoàn thiện, mái đê đảm bảo ổn định sau các trận bão đầu mùa mưa bão 2013

Hình 2 2 Mái đê đoạn K2+000-K2+800 được gia cố bằng cấu kiện Holhquader Tuy nhiên, hiện nay, các đoạn chưa được gia cố mái từ K1+100 đến K2+000 và

từ K2+800 đến K3+094, sau các trận bão năm 2013, đặc biệt là sau bão số 2 tháng 6/2013 đã bị xô sạt nghiêm trọng Phần đá mái kè phía biển bị sóng đánh xô rất nhiều,

15 dầm chia ô giữa mái kè bị gãy Mái đá xây phía đồng nhiều vị trí bị bong chóc

Hình 2 3 Sóng tràn qua đê biển Cát Hải trong cơn bão số 2 hồi tháng 6/2013

Hình 2 4 Mái đê đoạn chưa được gia cố sau bão số 2 vào tháng 6/2013 Cho đến nay, công trình đã được thi công xong Tuy nhiên do diễn biến thời tiết bất thường, sóng biển ngày càng lớn Đặc biệt năm 2011, 2012, 2013 hướng gió Tây Nam, Đông Nam, Nam (hướng trực diện với tuyến đê) ngày càng xuất hiện với tần suất lớn, kéo dài dẫn đến đá hộc lát khan phần mái từ cao trình +2,5 trở xuống thường xuyên bị sóng tác động gây bong xô cục bộ đá lát khan mặt mái kè phía biển Bên cạnh đó, theo Quyết định phê duyệt điều chỉnh dự án đầu tư xây dựng công trình Cảng cửa ngõ quốc tế Hải Phòng - Giai đoạn khởi động số 476/QĐ-BGTVT ngày 13/3/2011 và theo Văn bản số 4818/UBND-TL ngày 08/7/2013 của UBND TP Hải Phòng thì trước mắt khu vực đê Cát Hải đoạn từ K1+181 đến K3+094 sẽ không nằm trong phạm vi mặt bằng cảng và nằm phía ngoài đê chắn sóng, chắn cát của cảng nên vẫn chịu tác động trực tiếp của sóng biển

Với các lý do trên, để phù hợp với mục tiêu trước mắt đảm bảo an toàn cho tuyến đê, đơn vị tư vấn kiến nghị lựa chọnh giải pháp xây dựng công trình tu bổ, nâng cấp tuyến đê theo chu kì lặp lại 30 năm tương ứng với đê cấp IV

Khó khăn khi thực hiện dự án: Khu vực dự án nằm ngoài hải đảo, vật liệu địa phương không thể dùng để đắp đê, việc vận chuyển vật liệu ra đảo gặp nhiều khó khăn, phải theo con nước lớn mới cập được vào bến nên ảnh hưởng đến giá thành

và tiến độ xây dựng công trình

Với đê biển Cát Hải việc đắp tôn cao đê nhằm giảm sóng tràn qua đê biển tỏ ra

là giải pháp không khả thi về mặt kinh tế do điều kiện khan hiếm về đất đắp cũng như là hạn chế về không gian phía sau đê do nhà dân và đường sát ngay đê Về mặt

kỹ thuật thì giải pháp gia cố mới cho đoạn đê biển này cũng cần tận dụng tối đa phần mái kè đá đổ của đê cũ làm một phần của thân đê mới nhằm giảm chi phí xây dựng công trình Với các điều kiện ràng buộc nêu trên thì cần nghiên cứu giải pháp giảm tài trọng sóng tác động lên công trình, giảm thiểu trực tiếp vận tốc sóng leo trên mái đê và lưu lượng sóng tràn qua đê biển để rồi lựa chọn giải pháp phù hợp nhất cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc

2.2 Đề xuất tiêu chí xây dựng đê biển hợp lý cho khu vực

Như đã nêu trong phần hiện trạng của tuyến đê: Đê biển Gót – Gia Lộc hiện tại có kết cấu đá hộc lát khan trong khung bê tông cốt thép cùng với chỉ tiêu chống bão cấp 8 kết hợp với mực nước triều trung bình 20% của đê Gót - Gia Lộc chỉ là phương án bảo vệ đê trong thời gian ngắn trước khi cảng Lạch Huyện đi vào hoạt động như dự án đã được phê duyệt (giai đoạn khởi động đi vào hoạt động năm 2013 với phần bùn nạo vét luồng tàu được đổ vào vị trí sau tuyến đê với chiều rộng 1,5

km, dài 5 km tới cao trình +1,5 đến +2,1) Tuy nhiên theo Quyết định điều chỉnh Dự

án Đầu tư xây dựng công trình Cảng cửa ngõ quốc tế Hải Phòng - Giai đoạn khởi động đến năm 2012 công trình dự kiến mới được khởi công và năm 2015 mới đưa vào khai thác sử dụng Hiện nay, dự án Cảng cửa ngõ quốc tế Hải Phòng mới đang trong giai đoạn chuẩn bị khởi công Mặt khác theo thông báo của Ủy ban nhân dân

TP Hải Phòng thì các bên đã thống nhất cao về vị trí đổ đất nạo vét luồng tại Khu công nghiệp Nam Đình Vũ

Như vậy, khi cảng Lạch Huyện đi vào hoạt động năm 2015 và tương lai sau này thì tuyến đê Gót – Gia Lộc (đặc biệt là đoạn K1,1 đến K3,094) không chịu ảnh hưởng nhiều bởi các công trình của cảng Lạch Huyện mà vẫn phải trực diện với sóng gió như hiện nay Do đó cần phải có phương án xử lý tổng thể nhằm bảo vệ an toàn đê điều, bảo vệ nhân dân sinh sống phía trong đê cũng như khu dịch vụ hậu cần của cảng cửa ngõ Quốc tế Lạch Huyện

Tuyến đê biển Cát Hải là một trong các tuyến đê của Hải Phòng nằm trong chương trình đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam theo Quyết định số 58/2006/TTg ngày 14/3/2006 của Thủ tướng Chính phủ nên đề nghị có biện pháp tổng thể xử lý bảo vệ tuyến đê phải tính toán theo các chỉ tiêu như theo Quyết định 58/2006/TTg (chống được bão cấp 10, triều cường 5%)

Tuyến đê Gót-Gia Lộc là tuyến đê cấp IV của Hải Phòng Do vậy trong dự án

này, đề nghị nâng cấp tuyến đê đảm bảo chống được bão theo tần suất bảo đảm của tuyến đê cấp IV theo tiêu chuẩn hiện hành (Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển ban hành kèm theo Quyết định 1613/ QĐ-BNN-KHCN ngày 09/7/2012 của Bộ Nông nghiệp và PTNT với mức đảm bảo 30 năm xuất hiện một lần

Tiêu chí mặt cắt ngang đê biển hợp lý cho khu vực đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc là:

- Tận dụng được hiện trạng mặt cắt ngang đê biển đã có Khu vực công trình

có đê bằng kết cấu đá hộc, thường xuyên chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều và bão nên hay phải sửa chữa, nâng cấp Mặt cắt ngang hợp lý cần biết tận dụng hiện trạng đê hiện có để giảm chi phí xây dựng, thời gian xây dựng, tránh gây lãng phí

- Giảm tác động sóng lên công trình: giảm sóng leo, sóng tràn, lưu tốc dòng chảy trên mái đê Do cao trình đê thấp lại trực diện với biển phải chịu tác động mạnh của sóng, triều, mặt khác do kích thước viên đá kè nhỏ nên thường xuyên bị

xô sạt Khi triều cường và gió cấp 5, 6 sóng biển đã có thể tràn qua mặt rất dễ gây mất ổn định và phá hoại kết cấu đê Giải pháp đắp tôn cao đê nhằm giảm sóng tràn qua mặt đê tỏ ra là giải pháp không khả thi về mặt kinh tế do điều kiện khan hiếm

về vật liệu cũng như là hạn chế về không gian phía sau đê do nhà dân và đường sát ngay đê nên mặt cắt ngang hợp lý phải đảm bảo tiêu chí giảm tác động sóng lên công trình: giảm sóng leo, sóng tràn, lưu tốc dòng chảy trên mái đê

- Khối lượng vật liệu xây dựng nhỏ Đây là huyện đảo nên vật liệu khan hiếm, để thi công công trình thường phải chuyển vật liệu từ đất liền ra, điều này làm cho chi phí xây dựng tăng lên nhiều, do vậy mặt cắt ngang hợp lý là mặt cắt có khối lượng vật liệu xây dựng nhỏ

- Không mở rộng mặt cắt, hạn chế không gian chiếm đất của công trình Do phía sau đê có đoạn là: đường giao thông, di tích lịch sử, đoạn còn lại ngay sát đê là nhà dân Diện tích tự nhiên trên đảo Cát Hải là nhỏ nên việc mở rộng mặt cắt ngang

đê rất khó khăn, khi xây dựng cần hạn chế không gian chiếm đất của công trình

- Khống chế lưu lượng sóng tràn cho khu vực q < 10 l/s/m Do phía sau đê là đường giao thông, nhà dân nên khả năng thoát nước không cao, nếu lưu lượng sóng tràn qua quá lớn sẽ làm ảnh hưởng rất lớn đến đời sống và giao thông của khu vực

- Đảm bảo ổn định tổng thể

2.3 Lựa chọn giải pháp giảm tương tác sóng tác động lên công trình cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc

Từ các giải pháp giảm tương tác sóng tác động lên công trình như: Kè mỏ hàn;

Đê ngầm giảm sóng; Dải ngầm giảm sóng; Kết cấu thùng chìm buồng tiêu sóng; Đê chắn sóng tách bờ; Đê mềm giảm sóng; Kết cấu kè tiêu năng, hấp thụ sóng; Kết cấu

kè ứng dụng nguyên lý tiêu hắt sóng tới và giảm xói chân kè bằng mố tiêu năng và mũi phun;…đều là những giải pháp có khả năng giảm năng lượng sóng tác dụng lên công trình, từ đó làm giảm những tác dụng bất lợi lên công trình

Đối với đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc có địa hình bờ biển tương đối thoải với độ dốc i=1/67, chế độ thủy hải văn phức tạp, trực tiếp trực diện với biển

do đó việc áp dụng các giải pháp giảm sóng xa bờ (đê ngầm giảm sóng, đê chắn sóng tách bờ, dải ngầm giảm sóng, đê mềm giảm sóng) sẽ gây tốn kém rất lớn về kinh tế, còn sử dụng dạng mặt cắt ngang có kết cấu kè tiêu năng, hấp thụ sóng; Kết cấu kè ứng dụng nguyên lý tiêu hắt sóng tới và giảm xói chân kè bằng mố tiêu năng

và mũi phun cũng không hợp lý vì nếu áp dụng giải pháp này thì sẽ không tận dụng được kết cấu kè hiện tại

Giải pháp giảm tải trọng sóng tác động lên công trình cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc hợp lý nhất là giải pháp xây dựng lăng thể giảm sóng phía trước đê - một giải pháp mang tính chủ động và có hiệu quả kinh tế cao, giảm thiểu được tải trọng, gia tăng ổn định cho công trình dưới tác động của sóng và nước dâng trong bão (xem Hình 1.17 và Hình 1.18) Tùy theo khoảng cách bố trí lăng thể đến chân đê mà hiệu quả khác nhau với nguyên lý cơ bản là cải thiện điều kiện tương tác giữa sóng và công trình, giảm thiểu trực tiếp vận tốc sóng leo trên mái đê

và lưu lượng sóng tràn qua đê biển Ở Việt Nam, giải pháp này đã được áp dụng ở một số nơi như sử dụng để bảo vệ đê biển Nghĩa Phúc, Hải Hậu, Giao Thủy (Nam Định) tuy nhiên việc đặt lăng thể Tetrapod lại không qua một phương pháp hay bài toán tính toán nào nên cơ sở tính toán còn thiếu tính thuyết phục, tuy nhiên hiệu quả thực tế mà công trình mang lại đã được minh chứng – giảm tải trọng sóng tác động lên đê, gây bồi giữa lăng thể và chân đê

2.4 Đề xuất dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc

Qua phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế mặt cắt ngang đê biển Cát Hải, tiêu chí xây dựng đê biển hợp lý cho khu vực và giải pháp giảm tải trọng sóng

tác động lên công trình đã chọn cho đê biển Cát Hải đoạn Gót – Gia Lộc, tác giả đề xuất hai dạng mặt cắt ngang hợp lý cho đoạn đê biển trên (xem Hình 2.5 và Hình 2.6)

Hình 2 5 MC 1 - Dạng mặt cắt ngang đê thiết kế điển hình

Hình 2 6 MC 2 - Dạng mặt cắt ngang đê thiết kế điển hình

Nhìn chung đê có kết cấu mặt cắt ngang khá phức tạp với lõi đê tận dụng mái

kè đá đổ cũ có độ rỗng và tính thấm lớn và sử dụng tấm Holhquader trong khung bê tông Phần mái kè có dạng tương tự như dạng đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng nên

có tính năng giảm sóng leo, sóng tràn cao Phía trước đê là lăng trụ Tetrapod với chức năng cản phá sóng, cải thiện tính chất tương tác của sóng trên mái đê Bên cạnh đó đỉnh đê còn được gia tăng bởi tường đỉnh với thềm trước có tác dụng hạ thấp chiều cao sóng bắn, hạn chế thành phần sóng tràn gia tăng do gió thổi đem sóng bắn qua đê

Mặc dầu có cấu tạo kết cấu và hình học mang nhiều ưu điểm trong việc giảm thiểu sóng leo sóng tràn, tuy nhiên cao trình đỉnh đê vẫn còn tương đối thấp +4,5 m

và cao trình đỉnh tường +5,0 m so với điều kiện sóng và mực nước ở Cát Hải Vì vậy lượng sóng tràn qua đê biển vẫn có thể là rất đáng kể trong điều kiện thiết kế, đặc biệt là trong tình hình biến đổi khí hậu nước biển dâng và bão đỏ bộ vào khi triều cường Việc tính toán xác định lưu lượng sóng tràn qua đê biển trong trường