15.2 Các vấn đề liên quan Khi các lạch sông được nạo vét sâu nhằm cho phép các tàu lớn đi lại, chúng ta cần chú ý tới dòng chảy và vận chuyển trầm tích chủ yếu dọc theo các lạch đó.. Má
Trang 115 Các lạch tàu
W.W Massie
15.1 Mở đầu
Chúng ta có thể đưa ra kết luận từ chương trước rằng tất cả các công việc nạo vét nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi cho các tàu to có thể đi lại trong các cảng và cửa sông Một phần lớn các công việc nạo vét hiện nay liên quan ít nhiều tới vùng biển hở nhằm tạo ra các lối vào an toàn cho các tàu lớn Ví dụ lạch tàu cảng Rotterdam đi xa về phía biển tới hơn 35 km, và đây chưa phải là ví dụ tới hạn Vậy hậu quả gì có thể gây nên trên biển đối với các lạch nêu trên? Sau đây
là phần trả lời câu hỏi đó
15.2 Các vấn đề liên quan
Khi các lạch sông được nạo vét sâu nhằm cho phép các tàu lớn đi lại, chúng ta cần chú ý tới dòng chảy và vận chuyển trầm tích chủ yếu dọc theo các lạch đó Mỗi khi có hiện tượng trầm tích thì thông thường khi đạt tới lạch tàu chúng sẽ bị dòng chảy đưa đến phần cuối của lạch Các con tàu có thể gặp thuận lợi hay khó khăn khi đi trong điều kiện dòng chảy mạnh theo hướng thuận hay ngược dòng Vậy trạng thái trên có bị thay đổi khi ra tới biển không? Câu trả lời là có Thông thường dòng chảy và vận chuyển trầm tích đều tạo một góc với hướng trục lạch tàu Dòng trầm tích theo hướng vuông góc với lạch tàu thường rất cao khi lạch tàu đi qua vùng nông nhất của dải ven bờ Nguyên nhân chủ yếu do dòng trầm tích do sóng đổ dọc các bờ biển kề cận Các sóng đổ này cũng hình thành nên dòng cắt ngang kênh tại khu vực gần cửa, điều này rất nguy hiểm đặc biệt khi tàu chuyển động chậm Đay là một lý do xây dựng các đê phá sóng từ bờ ra tại các cảng hay cửa sông với mục đích cắt ngang hoặc tối thiểu cũng giảm được hay làm phân tán dòng chảy và vận chuyển trầm tích dọc bờ Về các công trình phá sóng
sẽ được đề cập riêng trong chương 18 của giáo trình này Nguyên nhân và tác
động của dòng dọc bờ và vận chuyển trầm tích sẽ được giới thiệu tổng quát trong chương 26 và được trình bày chi tiết trong tập II
Xa hơn về phía biển, ngoài khu vực sóng đổ, các vấn đề liên quan trở nên đơn giản hơn Tại đây chỉ còn có dòng chảy và vận chuyển trầm tích do triều nhưng chúng không tạo nên vấn đề gì đặc biệt như đối với khu vực ven bờ đã được trình bày trên đây
Tuy nhiên lại có thể xuất hiện những vấn đề nghiêm trọng ở ngoài khơi Do vị
Trang 2vấn đề đảm bảo lạch tàu an toàn cũng trở nên khó khăn hơn và việc nạo vét lạch tàu cũng gặp phải những khó khăn tương tự
15.3 Vấn đề tối ưu hoá
Như vậy trong khi lựa chọn các thiết kế cần quan tâm tới các lạch dẫn tàu Giải pháp lựa chọn ở đây là các kích thước rộng và độ sâu khác nhau Và để có lời giải tốt chúng ta cần sử dụng phương pháp tối ưu hoá Quy trình tối ưu hoá sẽ
được đề cập tới trong tập II Vấn đề xây dựng và nạo vét được trình bày trong các chương tiếp theo
Trang 3
16 Các thiết bị nạo vét
L.E van Loo
16.1 Mở đầu
Vấn đề nạo vét luôn được xem là cần thiết đối với các cảng sông và biển hiện
đại Vởy loại thiết bị nào được xem là tốt nhất? Sau khi giải thích nguyên lý chung của các thiết bị nạo vét chúng ta sẽ liệt kê và mô tả các loại thiết bị nạo vét hiện hành Tuy nhiên những trình bày dưới đây chưa thể xem là đầy đủ được, vì vậy cần tham khảo thêm các giáo trình chuyên đề
16.2 Các nguyên lý cơ bản
Phần lớn các máy nạo vét đều dựa trên nguyên lý máy hút thuỷ lực Những máy này được trang bị hệ thống bơm ly tâm cho phép hút hỗn hợp nước và bùn cát Bùn cát chuyển động tương tự như các chất lơ lửng trong dòng nước
Tỷ lệ giữa bùn cát và nước trong hỗn hợp đó là hết sức quan trọng tạo nên hiệu quả của công việc Tỷ lệ này phụ thuộc vào bản thân máy cũng như vật liệu
đáy Lượng hỗn hợp biến đổi từ 1 đến 2 đối với bùn và từ 3 đến 5 đối vơi cát trung bình (d 250 m) Đối với sỏi và đá thì tỷ lệ này thường cao hơn vào khoảng từ 10
đến 12
Do các loại bơm và công suất của chúng được cố dịnh nên lượng hỗn hợp hút
được hay sản lượng hút phụ thuộc mạnh vào các tỷ lệ nêu trên
Đầu ra của các ống dẫn thường tăng lên khi kích thước hạt tăng Còn độ dài cực đại của ống dẫn lại giảm khi kích thước hạt tăng bởi vì áp suất của đầu bơm gần như không đổi Một số công thức thực nghiệm cho phép tính toán kích thước ống dẫn với độ chính xác chưa thật cao đã được xây dựng, có thể xem thí dụ trong Furboter (1961)
Về lý thuyết, có thể giảm tổn thất cột nước bằng cách giảm vận tốc Tuy nhiên điều này có những giới hạn nhất định, bởi vì vận tốc chỉ có thể giảm đến mức khi các vật liệu trong hỗn hợp vẫn giữ được trong trạng thái lơ lửng
Vận tốc tới hạn này sẽ tăng lên khi kích thước và tỷ trọng hạt tăng cùng với
đường kính ống dẫn
16.3 Máy hút phẳng
Đây là một trong những loại máy hút phổ biến ở Hà lan Trên hình 16.1 cho
Trang 4Hình 16.1 Máy hút dạng phẳng
Những máy hút loại này thường phát huy hiệu quả đối với các vật liệu cát Nếu như phần đầu của ống hút có lắp đặt vòi phun nước mạnh thì có thể đạt tới các lớp cát sâu
Trang 6Các máy hút này được giữ bởi 6 neo và chuyển động từ từ theo neo trước Loại máy hút này làm việc tốt trong điều kiện địa hình đáy ghồ ghề vì vậy có thể sử dụng cho các yêu cầu san lấp
Giá cả vận chuyển một đơn vị bùn cát bằng loại máy hày thường không cao Năng suất của các máy hút này phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có kích thước hạt, độ xốp cũng như hình dáng hố đào
Nhằm mục đích tăng độ sâu hút người ta cố gắng đặt bơm sâu dưới nước Thông thường bơm được đặt trên ống hút khác với vị trí được thể hiện trên hình
vẽ Trong một số trường hợp người ta sử dụng đồng thời 2 bơm: 1 trên tàu và 1 trên ống hút Mối tương quan giữa các yếu tố ảnh hưởng lên mức độ hoàn thiện của tàu hút được mô tả thông qua “phương trình máy hút” Phương trình này
được rút ra từ việc xem xét sự biến đổi áp suất dọc bên trong ống hút từ đầu vào
đến bơm Có thể thấy điều đó trên hình 16.3
p s w s
g
V f Z Z Z
2
*
2
(16.01) trong đó:
f hệ số tổn thất thuỷ lực từ đầu vào ống hút đến bơm,
g gia tốc trọng trường,
V S vận tốc dòng trong ống hút,
p* áp suất chân không tại đầu vào của bơm thể hiện qua độ cao cột nước,
Z 1p độ sâu đặt bơm,
ZS độ sâu đầu vào ống hút,
1m trọng lượng riêng của hỗn hợp, và
w trọng lượng riêng của nước
Giá trị phổ biến của f nằm giữa 2,5 và 3,5
Nếu như nồng độ của hỗn hợp được thể hiện trong thứ nguyên thể tích, c v, thì
ta có:
trong đó g là trọng lượng riêng của cát khô
Tách c V ta thu được:
W g
W m
V
c
Trang 7Hình 16.3 Cơ sở xác lập phương trình
máy hút
Kết hợp hai phương trình 16.01 và 16.03 ta có:
g
V f Z Z
g
V f Z p c
S p S
S p
W g
W
V
2
2
*
2 2
(16.04)
Công suất của tàu hút sẽ tăng nếu như áp suất chân không, p*, và độ sâu đặt bơm, Z p , tăng lên Việc tăng độ sâu đầu hút, Z S , và hệ số trở kháng, f, sẽ làm cho
công suất giảm
Với các bơm đặt ngầm dưới nước, các tàu hút loại này có thể làm việc với độ sâu rất lớn (có thể đạt tới 70 mét nếu cần)
Với một số thay đổi không cơ bản loại tàu hút chuẩn ta có được một loại canô hút được thể hiện trên hình 16.4 Nguyên lý hoạt động của chúng hoàn toàn không có gì thay đổi so với loại tàu hút nêu trên, chúng cũng được sử dụng rộng rãi ở Hà Lan
16.4 Máy hút cắt
Máy hút cắt là một trong những loại máy hút đa năng sơ đồ của nó được thể hiện trên hình 16.5 Nó có khả năng làm việc với các vật liệu từ bùn đến đá mềm
Trang 9Hình 16.5 Sơ đồ máy hút cắt
Trang 10Các phương trình từ 16.01 đến 16.04 cũng áp dụng tốt cho các loại máy hút cắt Tuy nhiên cần bổ sung và thay đổi một yếu tố nhất định Trong số đó có khả năng cày, cắt và cường lực cũng như tốc độ chuyển động của các tời
Do máy hút chỉ lấy vật liệu từ một phạm vi hạn chế, điều này cho phép kiểm tra một cách chính xác Có thể đạt được độ chính xác về độ sâu trong khoảng 0,25 m và độ dốc của bờ lạch có thể kiểm tra
Những dao cắt nhỏ thường được sử dụng cho đáy cát và sét mềm với độ liên kết nhỏ hơn 3 x104 N/m2 Các dao cắt lớn với công suất cao được sử dụng đối với sét cứng hoặc đá mềm Các loại đá với độ bền nén khoảng 5 x107 N/m2 đều có thể nạo vét bằng các máy hút cắt Các đá rắn hơn chỉ có thể nạo vét khi sử dụng chất
nổ
Độ sâu cực đại sử dụng các máy hút bùn cắt giới hạn khoảng 25 mét Giới hạn này chủ yếu phụ thuộc vào giới hạn của tời và cáp
Khả năng của các máy hút cắt cỡ lớn được trình bày trong bảng 16.1
Để kết thúc bảng công suất các máy hút có thể đưa ra các chỉ số hoạt động của bơm sâu như sau:
độ sâu nạo vét : 20 m
đường kính ống dẫn: 0,8 m
công suất: 5600 kW (7500 mã lực)
Bảng 16.1 Sản lượng đặc trưng của các máy hút
Vật liệu
(xem trong bài)
Sản lượng
(m 3 /h in situ)
Khoảng cách đổ tối đa
(km)
cát
sét mềm
sét cứng
đá mềm
1500
1750
750
400
từ 3 đến 6
6
3
1,5
16.5 Máy hút thùng
Loại máy hút này được thể hiện trên hình 16.6, đó là một con tàu với các ống hút rắn Các tàu này sẽ hút khi chuyển động chậm về phía trước khoảng một vài hải lý trong một giờ Với khả năng đó các máy hút này được sử dụng cho các lạch
Trang 11khả năng bơm và dung tích thùng chứa, khoảng cách đến bãi đổ, và thời gian cần thiết để đổ Dung tích thùng chứa lớn nhất đên năm 1975 khoảng 10000 m3 Những máy hút loại này có thể làm việc với độ chính xác theo độ sâu vào khoảng 0,5 m với độ sâu cực đại là 35 m
16.6 Máy hút gầu
Không giống như các máy hút đã trình bày trên đây, đây là một phương tiện cơ khí hoàn toàn Công việc đào và vận chuyển bùn cát đều do hệ thống dây chuyền các gầu nối nhau liên tục Có thể thấy mô tả loại máy hút này trên hình 16.7 Từ đỉnh dây chuyền các gầu đổ trực tiếp xuống các ca nô đậu dọc hai bên Máy hút gầu thường được cố định bởi 6 neo khác nhau Nó dịch chuyển theo hình cánh cung với tâm là neo chính Độ chính xác của lớp đáy được nạo vét vào khoảng 0,2 m
Rất nhiều loại vật liệu chất đáy có thể thích ứng đối với loại máy hút này Nó
có thể sử dụng dể làm sạch các bãi đá sau khi sử dụng chất nổ để phá Sở dĩ có thể làm được việc đó vì chúng có thể nâng được những tảng lớn hơn bất kỳ các kích thước lớn nhất khi sử dụng các máy khác Đối với loại máy hút này kích thước tảng lớn nhất vào khoảng 1 mét, đối với các máy khác kích thước cực đại chỉ vào khoảng 0,4 mét
Độ sâu hoạt động cực đại của loại máy hút này khoảng 40 m Các gầu múc có dung tích khoảng 1 m3 và tốc độ dây chuyền gầu vào khoảng 30 gầu trong một phút Sản lượng đặc trưng cho phương tiện hút này được đưa ra trong bảng 16.2 với các điều kiện tương ứng sau đây:
thể tích gầu : 0,75 m3
độ sâu nạo vét: 15 m
công suất: 375 kW (500 mã lực)
Trang 13Hình 16.7 Máy hút gầu
Bảng 16.2 Sản lượng đặc trưng cho loại máy hút gầu
/h in situ
bùn
sét
cát
đá vụn
đá mềm
1000
500
350
75
50
Trang 14Hình 16.8 Máy hút biển
Hình 16.9 Máy hút dàn khung
16.7 Các hướng phát triển mới
Trên đây chỉ giới thiệu các phương tiện hút bùn thông dụng Một số phương tiện chuyên dùng được sử dụng trong các điều liện đặc biệt không được giới thiệu
Trang 15kiện phức tạp với sóng khoảng từ 3 đến 4 mét Có lẽ các ống dẫn bùn cát tới bãi
đổ là điểm yếu của loại máy này
Hiện nay các vấn đề môi trường do nạo vét và đổ đất cát càng trở nên cấp bách, đặc biệt ở Mỹ Vấn đề đổ bùn cát sẽ được trình bày trong chương sau
Đọc giả có thể tìm thấy các kết quả mới về vấn đề nạo vét trong các tuyển tập Hội thảo quốc tế về nạo vét (WODCON)
Trang 1617 Vấn đề thu đổ bùn cát
J de Nekker
17.1 Mở đầu
Trong chương vừa qua đã giới thiệu các vật liệu thu được trong quá trình nạo vét Mỗi khi các vật liệu thu được phục vụ cho mục đích khai khẩn hoặc khai thác vật liệu sỏi cát thì thường không có vấn đề ghì đối với việc đổ bùn cát Cressard (1975) đã mô tả một số hậu quả môi trường gián tiếp của công việc nạo vét Công việc nạo vét thường căn cứ theo chất lượng vật chất đáy hơn là các yêu cầu giao thông
Khi các yêu cầu giao thông dẫn tới yêu cầu nạo vét thì vấn đề đổ bùn cát trở nên đáng quan tâm hơn Chúng ta thường gặp phải các vật liệu đáy khó có thể sử dụng vì chất lượng kém Những vật liệu này thông thường được đổ lên đất liền hoặc ra các vùng nước khác
17.2 Thu đổ bùn cát ra biển
Thông thường các vật liệu lạ được đổ ra biển sẽ gây nên các hậu quả đáng kể
đối với sinh vật biển Nhiều hậu quả xấu có thể tránh được nếu như ta đổ các vật liệu nạo vét ra các vùng biển sâu Tuy nhiên do chi phí vận chuyển đắt đỏ nên người ta chỉ áp dụng cho các trường hợp có chất thải nguy hiểm có chứa các chất
độc hại như các chất phóng xạ
Hiện nay chỉ mới bắt đầu có các công trình nghiên cứu tác động của chất thải nạo vét lên dải ven bờ Các công việc này nhận được sự quan tâm trước hết của các nhà sinh học biển
17.3 Thu đổ bùn cát lên bờ
Trong một số trường hợp có thể kinh tế hơn nếu đổ các vật liệu nạo vét bùn, sét, cát từ các cảng lên những vùng đất gần đó Trong trường hợp đó, các vật liệu bùn cát cùng đi theo nước trong ống dẫn đổ trực tiệp lên bờ Những xử lý tiếp
Trang 17Khi các vật liệu mịn như bùn và sét thì thường người ta đổ chúng vào các khu vực đã được đào sâu so với xung quanh Sau khi phần lớn các vật liệu rắn chìm xuống thì lớp nước trên có thể cho chảy ra ngoài Sau khi cho nước mặt chảy hết lớp trầm tích còn lại nên giữ ở dộ dày khoảng 1,3 m Có thể dào các kênh thoát nước qua khu vực đổ bùn cát để cho nước rút nhanh Sau khoảng 1 năm thì lớp trầm tích này còn lại độ dày khoảng từ 0,9 đến 1 m Lúc này có thể xây dựng các
đê chắn để tiếp tục đổ các bùn cát mới hút, hay có thể san lấp để cải tạo cho các mục đích sử dụng như nông nghiệp hay khai khẩn
Trang 18
18 Các công trình bảo vệ
J.J van Dijk
18.1 Mở đầu
Như chúng ta đã thấy trong 3 chương vừa rồi khi các tàu trở nên lớn hơn thì vấn đề nạo vét cảng cũng trở nên lớn hơn Thông thường việc nạo vét có thể phải
mở rộng ra các vùng biển khơi Do tác động của sóng tại các khu vực biển hở có thể làm phức tạp quá trình nạo vét nên có thể kinh tế hơn nếu triển khai các biện pháp bảo vệ lạch vào cảng Việc bảo vệ có thể nâng cao hiệu quả nạo vét và cũng
có thể làm giảm yêu cầu nạo vét Tất nhiên các công trình bảo vệ này đôi khi cũng có thể sử dụng như một cầu cảng
Các chi tiết của công trình bảo vệ sẽ là chủ đề của một tập sách riêng Trong phần này chúng ta chỉ giới hạn xem xét các vấn đề liên quan tới địa mạo
18.2 Vai trò địa mạo của các công trình bảo vệ
Làm thế nào để các công trình bảo vệ hỗ trợ giải quyết các vấn đề nạo vét lạch tàu? Có thể nêu ra một số hướng sau đây:
a Chúng có thể làm suy giảm tác động của sóng tại lạch dẫn tàu cho phép các phương tiện nạo vét hoạt động tốt hơn Nhiều loại phương tiện nạo vét yêu cầu giữ ổn định trong sóng nhằm hoạt động hiệu quả Giảm tác động của sóng cho phép lựa chọn và sử dụng hữu hiệu các phương tiện nạo vét
b Do xây qua đới sóng đổ, các công trình bảo vệ có thể làm gián đoạn dòng bùn cát vận chuyển dọc bờ mà trước đó có thể gây lắng đọng tại các lạch tàu Bằng cách ngăn chặn dòng vật liệu do sóng, lượng bùn cát cần nạo vét được giảm đi đáng kể Thông thường chúng ta cần xem xét kỹ việc ngăn chặn các dòng trầm tích đó Dòng vận chuyển dọc bờ trước khi xây dựng kênh bây giờ bị công trình bảo vệ chắn lại, hiện tượng xói lở bờ có thể xẩy ra ở phía bờ kia của kênh dẫn
