các công trình ven bờ và xói lở cliff

Phân loại: Về cấu tạo các kè biển có thể được phân ra làm các loại: Kè tường đứng hoặc tường nghiêng: Kè tường trọng lực các loại có mặt đứng hoặc nghiêng kể cả tường cừ có cấu tạo cơ

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên

Bộ Môn Hải Dương, Khí Tượng Và Thủy Văn

VŨ ĐÌNH SAN Hướng dẫn thực tập: TS VÕ LƯƠNG HỒNG PHƯỚC

TP HỒ CHÍ MINH, năm 2008

Đề tài:

CÁC CÔNG TRÌNH VEN BỜ- XÓI LỞ CLIFF

1 Các công trình ven biển:

Đới bờ biển là khu vực chuyển tiếp giữa lục địa và biển, là nơi thường xuyên xảy

ra các tác động tương tác giữa quá trình sông và biển

bão, lũ từ ngoài biển

Loại công trình thường không cho phép nước đi qua, xây dựng theo đường bờ biển

Đập phá sóng

(ngoài khơi)

Chống xói mòn bờ biển

Giảm chiều cao sóng, đồng thời có tác dụng giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ

Thoát nước bãi Chống xói mòn bờ

biển

Tập trung nước, vật liệu vào rãnh thoát nước

Đập phá sóng Tạo vùng nước lặng

trong cảng và cho luồng tàu tránh tác động của sóng, dòng chảy

Giảm năng lượng sóng hoặc phản xạ lại một phần năng lượng sóng

Đập phá sóng nổi Tạo vùng nước lặng

trong cảng và nơi neo đậu thuyền chống hiện tượng cộng hưởng (nguyên nhân

do sóng có chu kỳ ngắn)

Giảm chiều cao sóng do phản xạ hoặc do sóng tiến vào bờ

tàu tại cửa sông và vủng triều

Giảm ảnh hưởng của dòng do sóng và dòng triều, Bảo vệ công trình chóng gió bão và dòng ngang bờ

Tường hướng dòng Chống bồi, xói và

bảo vệ nơi neo đậu tàu thuyền dưới tác động của dòng chảy

Hướng dòng chảy tự nhiên hoặc tạo ra dòng chảy theo ý muốn con người bằng cách giảm tác dụng của dòng ven bờ

Barrier chắn sóng Bảo vệ vùng cửa

sông tránh tác động của bão biển

Tạo ra một lá chắn ngăn cửa sông và biển

Định nghĩa: là đê dọc bờ xây dựng sát mép nước tạo thành rào cản ngăn cách biển với

đất liền Các đê hay kè này bảo vệ và cố định đường bờ tại vị trí đê

Phân loại: Về cấu tạo các kè biển có thể được phân ra làm các loại:

Kè tường đứng hoặc tường nghiêng: Kè tường trọng lực các loại có mặt đứng

hoặc nghiêng kể cả tường cừ có cấu tạo cơ bản như tường bến hay tường chắn đất thông thường và được xây dựng ở các nơi bờ có dốc lớn Các công trình loại này phả i chịu lực

do sóng rất lớn do sóng bị phản xạ trước tường

Kè mái nghiêng: là kết cấu mái nghiêng gia cố bằng vật liệu nặng như đá đổ hoặc

khối bê tông

Kè hỗn hợp: là loại phổ biến bao gồm một phần mái nghiêng được gia cố bên

dưới và cấu trúc kiểu trọng lực để chịu lực vỗ trực tiếp của sóng ở bên trên

Đặc điểm cấu tạo:

Do bãi biển và đường bờ luôn luôn có khuynh hướng biến động bồi hay xói nên việc cố định đường bờ bằng kè không phù hợp với tính di động của nền đáy trước đường

bờ Ảnh hưởng của các công trình cứng, cố định làm mất sự cân bằng bùn cát trước khi

có công trình, vì thế trước chân công trình,dù là công trình dạng mái nghiêng, thường xói chân theo từng thời kỳ và công trình sẽ bị phá hủy toàn bộ nếu bị trượt hoặc lật khi hố xói phát triển quá lớn Do đặc điểm này khi thiết kế kè biển phải lưu ý một số điếm sau:

- Để chống xói trước chân công trình phải bố trí chân khay liên tục và sâu hay màn cừ tạo thành màn kín ngăn không cho đất dưới móng công trình bị xói ngầm lôi ra phía hố xói

- Các mái nghiêng phải được tựa lên một khối móng (chân khay) dạng lăng thể đá giữ chân hoặc dầm dọc bờ Chân khay phải cắm sâu xuống dưới độ sâu xói lớn nhất và được bảo vệ chống xói lớn nhất và được bảo vệ chống xói ngầm bằng một màn kín bằng

cừ có neo vào trong đất liền Phải lưu ý neo màn hàng cừ chân khay sao cho đầu cừ không bị dịch chuyển,tách ra khỏi mái nghiêng tạo thành khe nứt và để đất thoát ra

- Cần tránh dùng các công trình dạng tường đứng hay tường có góc nghiêng lớn vì hiện tượng xói chân công trình loại này Nguyên nhân là do tường phản xạ sóng, tạo thành sóng đứng trước công trình, dao động do sóng vì thế sẽ tăng lên làm bùn cát đáy bị bốc lên và bị các dòng chảy khác nhau mang đi nơi khác

- Các công trình dạng tường kín không thấm nước phả i chịu áp lực thủy tĩnh rất lớn, vì thế phải bố trí thiết bị thoát nước để hạ thấp mực nước ngầm sau tường khi nước xuống hoặc thiết kế công trình chịu được áp lực xô ngang này

- Các kè bờ phải chống được lực vỗ trực tiếp của sóng và không để đỉnh sóng vượt qua đỉnh kè gây xói phía sau Vì vậy phần trên của tường thường được nâng cao bằng con trạch hay tấm hắt sóng và được uốn cong đến thẳng đứng hoặc hơi chồm về phía biển, đỉnh tường và sau tường được gia cố bằng lớp phủ kín nước như bê tông nhựa hoặc xây vữa

- Công trình sẽ được bảo vệ tốt hơn nếu sóng phản xạ yếu vì thế mái dốc trước công trình phải thật nhẹ, thông thường mái dốc bờ kè nhỏ hơn 3/1(từ 4/1 đến 10/1) Tuy nhiên những mái dốc bờ kè nhẹ như thế nào làm tăng khối lượng bờ kè rất lớn, khi bãi biển tương đối ổn định, ít bồi xói và cấu tạo bằng vật liệu thô khá lớn như đá cuội, sỏi … thì có thể dùng các mái dốc lớn hơn (2/1 hoặc 3/2)

- Mái nghiêng có cấu tạo là một lớp khối xây cứng có các lỗ thoát nước, đặt trên các lớp vật liệu của tầng lọc ngược Lớp khối xây có thể là đá hay khối bê tông liên kết bằng vữa xi măng hay nhựa đường Khi kích thước các khối đủ lớn có thể dùng mái đá đổ hoặc khối bê tông nhân tạo không có vữa liên kết

- Kích thước của lớp bên ngoài được chọn càng sớm càng tốt và thường được chọn theo khả năng của phương tiện thi công

- Vì không thể sửa chữa ngay khi có bão nên khi có một chỗ yếu trên bờ kè, sóng lớn do bão sẽ làm sụp đổ từng mảng kè bờ và sự phá hoại sẽ lan ra nhanh chóng theo chiều dọc kè Để giới hạn thiệt hại phải phân đoạn kè bờ bằng các tường ngang

Vai trò của bờ kè:

Đây là công trình bảo vệ bờ biển hoặc bảo vệ các công trình ven bờ khác chống lại tác dụng phá hoại của sóng, chủ yếu là tác động xói mòn hoặc bồi lắng có hại cho sự

an toàn của bờ hoặc sự vận hành bình thường của công trình ven bờ

Theo cách bố trí có thể phân ra làm hai loại:

Đê dọc bờ: bố trí song song hay gần song song với đư ờng bờ ta có kè bờ hoặc kè

Chiều dài đập đinh:

Khi chỉ nhằm giảm bớt chuyển động bùn cát do dòng chữ chi zích zắc ven bờ thì các đập đinh rất ngắn trên phần bái sát mép nước

Khi muốn giảm sự vận chuyển bùn cát do dòng dọc bờ thì các đập đinh được kéo dài ra khỏi dải cát ngầm dọc bờ hay vị trí sóng vỡ và chặn ngang toàn bộ vùng có chuyển động bùn cát tích cực

Như vây, đập đinh dài nhất sẽ vươn ra đến vị trí sóng vỡ ứ ng với mức nước thủy triều thấp, trên thực tế các đập đinh thường chỉ vươn ra đến vị trí mức nước thấp trên bãi hoặc ngắn hơn nữa nếu bãi có cấu tạo là đá sỏi hạt thô

Hướng và khoảng cách đập đinh:

Đập đinh chắn ngang đường vận chuyển bùn cát dọc bờ nên sẽ hình thành bãi bồi ở phía thượng lưu đập đinh và gây xói ở phía kia, vì vậy đập đinh được bố trí thành dãy nhiều cái, bắt đầu từ hạ lưu vùng cần bảo vệ so với hướng vận chuyển bùn cát chủ yếu

Trong khoảng cách giữa hai đập đinh, phía đối diện với sóng tới có xu hướng hình thành bãi bồi, ngược lại phía khuất sóng có khuynh hướng bị xói Người ta cũng nhận thấy có dòng chảy xoáy hướng về phía bờ ở phía đối diện với sóng và hướng ra khơi

ở phía khuất sóng Bãi bồi ở giữa hai đập đinh sẽ có khuynh hướng tạo nên đường bờ mới song song với đỉnh sóng tới

Như vây việc bố trí các đập đinh thành dãy phải bảo đảm sao cho gốc đê phía khuất sóng của các đập đinh không bị xói, khi cần thiết gốc đập đinh có thể được bảo vệ bằng kè gia cố bờ Thông thường khoảng cách giữa các đập đinh vào khoảng 1,5 đến 2 lần chiều dài đập Khoảng cách này càng phải gần hơn khi sóng càng lớn và hướng vuông góc vào bờ Khi dòng bùn cát dọc bờ yếu và hướng theo hướng truyền sóng chủ đạo (nếu

có hướng sóng chủ đạo) thì các đập đinh có thể bố trí cách xa hơn Để xác định cụ thể khoảng cách thích hợp của các đập đinh phải sử dụng mô hình thu nhỏ

Các đập đinh phải có chiều dài bằng nhau vì các đập ngắn hơn sẽ bị mất tác dụng

1.2 Bờ kè vùng Cần Giờ:

Kè ven biển:

Hình 1.1: Bờ kè ở Cần Giờ

Hình 1.2: Mạt dừa theo sóng và triều tới ven bờ

Lịch sử phát triển: Trước khi có bờ kè thì hàng năm biển xâm thực vào đất liền

Kè chủ yếu chống sạt lở, bảo vệ đất liền, kè chỉ chịu được bão cấp5,cấp 6

Nguyên nhân gây xói lở:

Sóng vào mùa gió chướng: Gió chướng là gió thổi từ biển vuông góc với bờ ảnh hưởng đến sinh hoạt người dân

Triều cường: triều cao khoản 1.3m Triều cường cao nhất 1.5 m so với mực chuẩn

Ảnh hưởng của chế độ thuỷ văn ven bờ

Kè mỏ hàn:

Hình 1.3: Kè mỏ hàn

Mỏ hàn có chiều dài khoảng 100m

Chiều dài kè ven biển 13 km có khoảng 34 kè mỏ hàn

Khoảng cách giữa hai mỏ hàn khoảng 200m trở lại

Mỏ hàn dùng để chắn sóng và ngăn việc di chuyển phù sa ,trầm tích ven bờ

Kè mỏ hàn xây dựng cao 2m so với giá trị trung bình

2 Geotube:

2.1 Định nghĩa:

Hình 2.1: Geotube Geotube được định nghĩa như là một ống lớn có mặt cắt ngang là hình bầu dục được chế tạo từ vải địa kỹ thuật có độ bền cao

2.2 Cấu trúc và cách lắp đặt:

Cấu trúc:

Mỗi geotube có chu vi lớn hơn 2.5m và chiều dài lớn hơn 6m Chiều dài của geotube tuy thuộc vào công trình xây dựng sử dụng geotube.Bên ngoài được bao bọc bởi lớp vải địa kỹ thuật, bên trong chứa đầy cát và nước, loại cát này là hỗn hợp của đất và xi măng

Hình 2.2: Nước còn sót lại trên các bao geotube

Hình 2.3: Quá tình bơm nước vào ống

Để có được những ống geotube này trước tiên người ta sẽ bơm đầy hỗn hợp cát và nước vào bên trong sau đo sử dụng máy bơm hút hết nước vào hồ chứa và khi hồ chứa đầy thì máy bơm sẽ tự động bơm nước đến nơi cần thiết

Cách lắp đặt:

Để có một kết cấu vững chắc và đạt hiệu quả, người ta thường thiết kế một ống geotube nhỏ hoặc đặt các bao cát gần với ống geotube lớn để chống lại hiệu ứng xói mòn phía chân do chà xát để bảo vệ nền móng của ống geotube chính.Sự chà xát dưới chân của geotube chủ yếu do tác động của sóng và dòng

2.3 Ứng dụng và hiệu quả :

Ứng dụng:

Công nghệ sử dụng geotube được xem như là một thành phần quan trọng trong việc thiết kế và xây dựng các loại cấu trúc công trình ven biển hay các công trình thủy lợi như đê chắn sóng ở biển (breakwaters), đê (levies), và các hệ thống ngăn chặn hư hại ở biển

Ngoài ra, công nghệ sử dụng geotube còn có tác dụng bảo vệ đường bờ(shoreline), phục hồi lại bãi biển, cải tạo đất ở vùng biển

Sử dụng công nghệ geotube là một thách thức nhưng nó là loại phương pháp mang lại hiệu lợi nhuận cao trong việc bảo vệ đường bờ và cấu trúc ven biển Nó được đặt tại trung tâm của những đụn cát, đầm lầy và những môi trường khác; đê chắn sóng (jetties), con đê (dikes), đê biển (groynes) và những cấu trúc dưới nước vì vậy nó sẽ tạo

ra những vùng đất mới (islands) từ bên dưới lớp nước

Đê chắn sóng goetube là một cấu trúc mềm thích ứng hơn với môi trường là rừng ngập mặn

Hiệu quả của việc sử dụng geotube:

Hệ thống geotube được lắp đặt đầu tiên vào năm 1962 và có hơn 150 dặm (hải lý ) được lắp đặt ở hơn 50 quốc gia

Nó được biết đến như là giải pháp tốt cho cả các biện pháp ngắn kỳ lẫn dài kỳ, mang lại lợi nhuận cao

Công nghệ này sẽ làm phục hồi lại vùng đầm lầy (wetland)

Cấu trúc geotube mang lại hiệu quả cao khi biết kết hợp với cấu trúc đường bờ làm bằng vật liệu truyền thống Có khả năng tận dụng được vật liệu tại chỗ thay thế cho khối đá lõi có thể tích lớn

Geotube được cấu tạo từ một loại vải có độ bền cao có khả năng chống lại áp suất trong suốt quá trình bơm.khối vật liệu được bao bọc tạo được một khối lớn đồng nhất nên khả năng chịu đựng các yếu tố thiên nhiên bất lợi cao

Nó không đòi hỏi một công cụ đặc biệt nào trong quá trình chế tạo và lắp đặt Cách chế tạo rõ ràng, dễ lắp đặt và mức độ đòi hỏi bảo dưỡng thấp

2.4 Một số công trình sử dụng geotube ở Việt Nam:

Khu lấn biển Cần Giờ:

Về tổng thể phần lấn biển là 600 ha, toàn bộ hệ thống san lấp là 378 ha chia thành 4 khu san lấp mỗi khu vựccó diện tích khoảng 95 ha được ngăn cách bằng các ống geotube

2 ống geotube đầu tiên được lắp đặt cách mép biên dữ án khoảng 150m để bảo

vệ 2 biên của dựi án, ngăn cách và thi công vùng nước đục do quá trình thi côngbơm cát san lấp dự án sẽ không bị lan truyền dọc bờ và không bị ảnh hưởng đến các khu vực lân cận khác

Các ống geotube khác được dùng để làm đường bao cho các khu vực san lấp khác Vậy toàn bộ khu vực san lấp của dự án được chia thành các khu vực san lấp nhỏ bằng các ờ bao là các ống goetube, bên ngoài còn được bao bọc bằng 1 lớp bờ bao thứ

2 bao phủ toàn bộ khu vực san lấp để nước đục sẽ không lan tỏa ảnh hưởng đến các khu vực xung quanh dự án

Dự án đê chắn sóng geotube ở Miền trung:

Đây là loại đê chắn sóng với khối đá lõi được thay thế từ các geotube (ống vải địa kỹ thuật ) Loại đê này tận dụng tối đa ưu điểm của đê chắn sóng mái nghiêng bằng

đá đổ, khả năng tận dụng vật liệu tại chỗ cùng với sự ra đời của loại vải địa kỹ thuật có tuổi thọ trên 50 năm

Hình 2.4: Mặt cắt ngang đê mái nghiêng dùng lõi đá với loại dùng geotube

Ta thấy các khối đá lõi gồm các hạt rời thi công kiểu đổ tự do và san ủi nên khó định hình bằng ác ống geotube với lõi cát được bơm đầy trực tiếp Lớp phủ vẫn có kết cấu như các loại đê mái nghiêng

Đê chắn sóng kiểu geotube có thể được sử dụng ở mọi độ sâu nếu đáy biển cho phép thả cọc neo đồng thời nó mang lại hiệu quả kinh tế cao vì tiết kiệm được khoản chi phí khá lớn

Hiình 2.5: So sánh chi phí làm một khối lõi của đê đá đổ và đê geotube

3 Khu lấn biển Cần Giờ:

3.1 Vị trí –đặc điểm:

Cần Giờ là một huyện ven biển nằm ở phía Đông Nam của Thành phố Hồ Chí Minh, cách trung tâm khoảng 50 km Diện tích của huyện là 704,2 km² Địa hình chia cắt bởi sông, rạch, không có nước ngọt Rừng Sác và đước, đất rừng chiếm 47,25% diện tích Huyện Cần Giờ tiếp cận với biển Đông hiện hữu một khu rừng ngập mặn đan xen với hệ thống sông rạch dày đặc chứa đựng các hệ sinh thái mang tính đa dạng sinh học cao với nhiều loài động thực vật đặc hữu của miền duyên hải Việt Nam Đó là khu rừng ngập

mặn Cần Giờ nằm gọn trong địa giới huyện Cần Giờ và rừng Sác huyện Nhơn Trạch tỉnh Đồng Nai

Khu lấn biển Cần Giờ nằm phía nam Cần Giờ

Khu lấn biển Cần Giờ khỏang 600ha Độ dốc khoảng 2% Sóng nơi đây yếu chủ yếu là sóng gió với chu kỳ khỏang 3-4 s Sóng gần như hình sin Ở đây có các doi cát do các dòng rút tạo ra những doi cát này Nước biển ở đây không trong như biển ở nơi khác

vì bãi biển Cần Giờ là bãi cát bùn Bãi biển Cần Giờ vốn là vùng hội tụ dòng chảy, bãi nông, nước đục…

Hình 3.1: Khu Lấn biển Cần Giờ

Hình 3.2: Bãi triều của khu lấn biển

3.2 Động lực học:

Biển Cần Giờ chịu tác động trực tiếp từ hệ thống cửa sông và sóng biển Sóng ở Cần giờ là sóng gió với chu kì khoảng 3-4 s Sóng nơi đây gần như hình sin Không có sóng vỗ ven bờ vì địa hình đáy tương đối lài Khi triều lên vận tố c lên chậm hơn so với khi triều rút vì khi triều rút dòng triều kết hợp với dòng từ sông đi ra Nhưng vận tốc rút ở đây chậm Ở khu lấn biển có dòng chảy ven bờ mang phù sa di chuyển dọc ven bờ Các