Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình và giải pháp thi công công trình bảo vệ bờ biển xóm rớ tỉnh phú yên

Được sự dạy bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo các trong trường, sự cộng tác của các cơ quan chuyên môn và các bạn bè cộng sự với sự nỗlực phấn đấu của bản thân tác giả đã hoàn t

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại khoa sau đại học trường Đại học

Thủy Lợi Hà Nội Được sự dạy bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo các trong

trường, sự cộng tác của các cơ quan chuyên môn và các bạn bè cộng sự với sự nỗlực phấn đấu của bản thân tác giả đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, chuyên

ngành Công trình với nội dung: “Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình và giải pháp thi công công trình bảo vệ bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên”

Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cán bộ hướng dẫn khoa học là thầygiáo GS.TS Lê Kim Truyền – người đã giành nhiều thời gian chỉ bảo, hướng dẫn đểtôi có thể hoàn thành được luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Công trình, Khoa Kỹthuật Biển đã truyền đạt nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tạitrường Đại học Thủy Lợi

Cuối cùng tác giả xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã tạođiều kiện giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian thực hiện luận văn

Do còn hạn chế về trình độ chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế chưanhiều nên trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi những sai sót Tácgiả rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và sự góp ý chân thànhcủa các bạn bè đồng nghiệp để tác giả có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình

Hà Nội, ngày 05 tháng 11 năm 2015

Tác giả

Phạm Phú Đạt

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Phạm Phú Đạt

Học viên lớp: 21C11

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung và kếtquả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳcông trình khoa học nào

Tác giả

Phạm Phú Đạt

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Cấu trúc luận văn 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN 3

1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung và sự tác động của nó đến công trình 3

1.1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung 3

1.1.2 Phân loại sóng và sự tác động của nó lên công trình 3

1.1.3 Hiện trạng và xu thế xói lở bờ biển miền Trung 5

1.2 Đặc điểm công trình bảo vệ bờ biển 5

1.2.1 Giải pháp phi công trình – giải pháp “mềm” 6

1.2.1.1 Trồng rừng ngập mặn 6

1.2.1.2 Nuôi bãi 6

1.2.1.3 Trồng cây trên cồn cát dọc bờ 7

1.2.2 Giải pháp công trình – giải pháp “cứng” 8

1.2.2.1 Đê biển 8

1.2.2.2 Gia cố bờ (kè biển) 9

1.2.2.3 Hệ thống đập mỏ hàn (Đập đinh) 9

1.2.2.4 Đê chắn sóng bờ (đê ngầm) 10

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam 10

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 14

Kết luận chương 1 16

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC VÀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN 17

2.1 Yêu cầu và xác định lực tác dụng vào công trình bảo vệ bờ 17

2.1.1 Tính toán xác định mực nước triều thiết kế 17

2.1.2 Tính toán các yếu tố sóng do gió 18

2.1.2.1 Tính toán các số liệu về gió dùng để tính sóng 18

2.1.2.2 Mực nước tính toán sóng 21

2.1.4 Xác định chiều cao sóng leo 24

2.1.4.1 Trường hợp mái nghiêng chỉ có 1 độ dốc 24

2.1.4.2 Trường hợp mái dốc phức hợp có thềm giảm sóng 25

2.1.4.3 Trường hợp hướng sóng đến xiên góc với tim tuyến 26

2.1.4.4 Trường hợp đặc biệt 27

2.1.5 Tính toán áp lực sóng 27

2.1.5.1 Phân bố áp lực sóng trên mái nghiêng 27

2.1.5.2 Tải trọng sóng lên các công trình bảo vệ bờ 30

2.2 Yêu cầu tính toán lựa chọn hình thức kết cấu và kích thước công trình bảo vệ bờ biển 37

2.2.1 Đê biển 37

2.2.1.1 Đê biển mái nghiêng 37

2.2.1.2 Đê biển dạng tường đứng 38

2.2.1.3 Đê biển dạng hỗn hợp 39

2.2.1.4 Xác định kích thước mặt cắt cơ bản của đê biển 40

2.2.2 Công trình gia cố bờ (kè biển) 42

2.2.2.1 Chân kè (chân khay) 45

2.2.2.2 Thân kè 46

2.2.2.3 Đỉnh kè 47

2.2.2.4 Tính toán chiều dày tấm bê tông gia cố mái 47

2.2.2.5 Tính toán chiều dày lớp phủ bằng đá lát khan 48

2.2.2.6 Tính toán ổn định của vật liệu chân kè 49

2.2.3 Đập mỏ hàn 49

2.2.4 Đê giảm sóng 50

2.3 Đề xuất công nghệ thi công công trình bảo vệ bờ biển 52

2.3.1 Xác định thời gian thi công 52

2.3.2 Bố trí tổ chức thi công 52

2.3.2.1 Thời kỳ chuẩn bị thi công 52

2.3.2.2 Thời kỳ thi công 53

2.3.2.3 Thời kỳ bàn giao công trình 53

2.3.3 Sơ đồ công nghệ thi công 54

2.3.3.1 Thi công dưới nước 54

2.3.3.2 Thi công trên cạn 54

2.3.3.3 Thi công trong điều kiện khác 54

Kết luận chương 2 55

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN XÓM RỚ TỈNH PHÚ YÊN 56

3.1 Đặc điểm, điều kiện tự nhiên khu vực bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên 56

3.1.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình địa mạo khu vực 56

3.1.2 Điều kiện dân sinh, kinh tế - xã hội 56

3.1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng, thủy hải văn môi trường 57

3.1.3.1 Khí hậu 57

3.1.3.2 Thủy triều 57

3.1.3.3 Mưa - lũ 58

3.1.3.4 Gió 58

3.1.3.5 Bão 58

3.2 Nhiệm vụ công trình bảo vệ bờ 59

3.3 Đặc điểm sóng biển khu vực xóm Rớ tỉnh Phú Yên 60

3.4 Lựa chọn giải pháp bảo vệ bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên 62

3.4.1 Hiện trạng xói lở của khu vực 62

3.4.2 Yêu cầu chung lựa chọn giải pháp bảo vệ 64

3.4.3 Lựa chọn giải pháp bảo vệ 64

3.4.4 Tính toán điều kiện thủy hải văn thiết kế 66

3.4.5 Tính toán hệ thống mỏ hàn ngăn cát 70

3.4.5.1 Tính toán vị trí xác định sóng thiết kế đối với đập mỏ hàn 70

3.4.5.2 Tính toán các tham số sóng thiết kế đối với đập mỏ hàn 70

3.4.5.3 Chiều dài đập mỏ hàn 75

3.4.5.4 Tính toán mặt cắt ngang đập mỏ hàn 75

3.4.5.5 Xác định kích thước và trọng lượng chân khay 80

3.4.6 Tính toán kè bảo vệ mái 82

3.4.6.1 Tính toán các tham số sóng 82

3.4.6.2 Xác định cao trình đỉnh kè 82

3.4.6.3 Tính toán lớp khối phủ Hohlquader 83

3.4.6.4 Tính toán lớp giữa (lớp đá đổ) 85

3.4.6.5 Xác định kích thước và trọng lượng chân khay: 86

3.4.6.7 Xác định kích thước tường đỉnh 83

3.5 Đề xuất giải pháp thi công 87

3.5.1 Giải pháp thi công kè 87

3.5.1.1 Các bước tiến hành 87

3.5.1.2 Biện pháp thi công 88

3.5.1.3 Tiến độ thi công công trình 90

3.5.2 Giải pháp thi công hệ thống mỏ hàn 90

3.5.2.1 Tổng quan về thi công 90

3.5.2.2 Thiết bị thi công 90

3.5.2.3 Định vị công trình 91

3.5.2.4 Trình tự thi công hố móng 91

3.5.2.5 Trình tự thi công chân đập 91

3.5.2.6 Trình tự thi công lớp lót, lõi đập 92

3.5.2.7 Trình tự thi công và lắp đặt khối Hohlquader 92

3.5.2.8 Các quy định khi thi công 93

2.5.2.9 Kiểm tra và bảo dưỡng 93

3.5.3 Quản lý chất lượng 94

3.5.3.1 Quản lý chất lượng thi công xây dựng của nhà thầu 94

3.5.3.2 Giám sát chất lượng thi công xây dựng công trình của chủ đầu tư 94

3.5.3.3 Công tác đảm bảo an toàn giao thông 96

3.5.3.4 Phòng chống cháy nổ và an toàn lao động 96

Kết luận chương 3 98

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

I Kết luận 99

II Tồn tại và kiến nghị 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Rừng cây ngập mặn 6

Hình 1.2 Nuôi bãi từ tàu nạo vét bơm thổi cát và nuôi bãi trực tiếp bằng hệ thống đường ống tại bờ biển 7

Hình 1.3 Rừng cây trên cồn cát dọc bờ 8

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo mặt cắt ngang của đê biển 9

Hình 1.5 Mặt cắt ngang điển hình kè biển 9

Hình 1.6 Hệ thống đê mỏ hàn chắn cát 10

Hình 1.7 Hệ thống đê chắn sóng dọc bờ 10

Hình 1.8 Đê biển chịu sóng tràn ORD 12

Hình 1.9 Dải ngầm giảm sóng xa bờ 13

Hình 1.10 Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney (biển Bắc, nước Đức) 14

Hình 2.1: Xác định đà gió tương đương De 20

Hình 2.2 Các yếu tố sóng 21

Hình 2.3 Phân vùng sóng 22

Hình 2.4 Sóng leo trên mái dốc phức hợp 26

Hình 2.5 Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất trên mái dốc gia cố bằng các tấm bản 28

Hình 2.6 Đồ thị để xác định phản áp lực của sóng 29

Hình 2.7 Các biểu đồ áp lực sóng lên một đê ngầm giảm sóng 30

Hình 2.8a,b,c Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn thẳng đứng 34

Hình 2.9 Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn sóng thẳng đứng khi sóng rút 35

Hình 2.10 Biểu đồ áp lực sóng tác động lên mỏ hàn 36

Hình 2.11 Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng 37

Hình 2.12 Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng có mái gãy 38

Hình 2.13 Đê biển mái nghiêng có mặt cắt phức hợp 38

Hình 2.14 Mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng 39

Hình 2.15 Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên nghiêng, dưới đứng 40

Hình 2.16 Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên đứng, dưới nghiêng 40

Hình 2.17 Kè biển dạng mái nghiêng 42

Hình 2.18 Kè biển dạng tường đứng 43

Hình 2.19 Kè biển dạng hỗn hợp 44

Hình 2.20 Chân khay kè biển 45

Hình 2.21 Sơ đồ cấu tạo các bộ phận của mỏ hàn 50

Hình 2.22 Sơ đồ cấu tạo đê giảm sóng 51

Hình 3.1 Biểu đồ hoa sóng ngoài khơi Tuy Hòa 62

Hình 3.2 Đường bờ khu vực xóm Rớ năm 2009 63

Hình 3.3 Đường bờ khu vực xóm Rớ năm 2014 64

Bảng 3.3 Tiêu chuẩn an toàn và phân cấp đê 66

Hình 3.4 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC32 67

Hình 3.5 Sơ đồ 5 vùng tính sóng ven bờ, tại mỗi vùng sẽ tiến hành xác định 68

các tham số sóng nước sâu 68

Hình 3.6 Các mặt cắt đại diện 71

Hình 3.7: Tính toán truyền sóng ngang bờ 71

Hình 3.8: Phân bố chiều cao sóng ngang bờ tại MC 1-1 72

Hình 3.9: Phân bố chiều cao sóng ngang bờ tại MC 2-2 73

Hình 3.10: Phân bố chiều cao sóng ngang bờ tại MC 3-3 74

Hình 3.11 Xác định độ sâu nước thiết kế Ds 75

Hình 3.12 Số liệu đầu vào phần mềm WADIBE 76

Hình 3.13 Phân bố chiều cao sóng khí hậu chủ đạo 77

Hình 3.14: Tính toán khối phủ chân khay 81

Hình 3.15: Kích thước cơ bản của khối Hohlquader 84

Hình 3.16: Tính toán khối phủ chân khay 86

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước 18

Bảng 2.2 Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m 19

Bảng 2.3 Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22TCN-222-95 20

Bảng 2.4 Tần suất mực nước cao nhất năm 21

Bảng 2.5 Hệ số ma sát tổng hợp 23

Bảng 2.6 Hệ số nhám và thấm của mái dốc K ∆ 24

Bảng 2.7 Hệ số kinh nghiệm Kw 25

Bảng 2.8 Hệ số tính đổi Kp cho tần suất lũy tích chiều cao sóng leo 25

Bảng 2.9 Trị số R 0 25

Bảng 2.10 Hệ số K β 27

Bảng 2.11 Hệ số kt 28

Bảng 2.12 Hệ số Ptcl 28

Bảng 2.13: Hệ số Kth 31

Bảng 2.14: Hệ số Kw 31

Bảng 2.15: Hệ số kzd 33

Bảng 2.16: Hệ số kα 36

Bảng 2.17 Xác định độ dốc mái đê 41

Bảng 2.18 Dạng kết cấu bảo vệ mái và điều kiện áp dụng 46

Bảng 2.19: Hệ số φ theo cấu kiện và cách lắp đặt 47

Bảng 2.20: Khối lượng ổn định của viên đá làm chân kè 49

Bảng 3.1 Các giá trị mực nước tính toán khu vực 58

Bảng 3.2 Tần suất bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào Nam vĩ tuyến 17°N 59

và tỉnh Phú Yên 59

Bảng 3.3 Tiêu chuẩn an toàn và phân cấp đê 66

Bảng 3.4 Kết quả tính các tham số sóng vùng nước sâu cho các vùng tính sóng chi tiết ven bờ từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa – Vũng Tàu 69

Bảng 3.5 Tính toán chiều dài biên sóng đổ 70

Bảng 3.6: Số liệu mặt cắt MC 1-1 72

Bảng 3.7: Số liệu mặt cắt MC 2-2 73

Bảng 3.8: Số liệu mặt cắt MC 3-3: 74

Bảng 3.9 Kết quả tính toán lớp khối phủ 78

Bảng 3.10: Cấp phối đá tiêu chuẩn 79

Bảng 3.11: Bảng cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683(1) 79

Bảng 3.12: Kết quả tính toán lớp giữa 80

Bảng 3.13 Bảng cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683 (2) 80

Bảng 3.14: Trị số gia tăng độ cao 82

Bảng 3.15 Kết quả tính toán lớp khối phủ 85

Bảng 3.16: Cấp phối đá tiêu chuẩn 85

Căn cứ vào bảng cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683, ta chọn khối lượng đá lớp giữa là (540+690)/2 = 615 (kg) = 0,615 (T) 85

Bảng 3.17 Bảng cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683 86

Bảng 3.18: Kết quả tính toán lớp giữa 86

Bảng 3.19: Kết quả tính toán khối phủ chân khay 87

MỞ ĐẦU1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Bờ biển nước ta có chiều dài hơn 3200 km, dọc theo chiều dài bờ biển tậptrung những khu công nghiệp lớn như: Khu kinh tế Nghi Sơn – Thanh Hóa, khukinh tế Vũng Áng – Hà Tĩnh, khu kinh tế Dung Quất – Quãng Ngãi … Ngoài ra còn

có các khu dân cư và khu du lịch như: Vịnh Hạ Long – Quảng Ninh, Sầm Sơn –Thanh Hóa, Nha Trang - Khánh Hòa … Các khu công nghiệp và khu du lịch trên cóảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển kinh tế xã hội của nước ta

Theo chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020, mục tiêu phát triển biển đượcNghị quyết Đảng ta nêu rõ: Đến năm 2020, phấn đấu đưa nước ta trở thành quốc giamạnh về biển, làm giàu từ biển, bảo đảm vững chắc chủ quyền, quyền chủ quyềnquốc gia trên biển, đảo, góp phần quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiệnđại hóa, làm cho đất nước giàu, mạnh

Mặt khác do biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang làm cho bờ biển có xuthế bị xói lở vì thế công tác gia cố bảo vệ bờ biển là hết sức quan trọng, cần thiết vàđảm bảo an toàn cho sự phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng

Những năm gần đây, xóm Rớ ở phường Phú Đông (TP Tuy Hòa - Phú Yên)luôn trong tình trạng bị nước biển xâm thực, ảnh hưởng rất lớn đến đời sống ngườidân Nhiều gia đình phải bỏ đi nơi khác, số còn lại thì sống trong cảnh thấp thỏm losợ

Theo người dân, khoảng 5 ÷ 7 năm trước, khu dân cư xóm Rớ nằm cách bờ

biển gần 200 mét, nay chỉ còn cách hơn 30m Mặc dù đã có kè chống xói lở bờ biểnnhưng từ năm 2003 đến nay hệ thống kè này vẫn bị xâm thực do thường xuyên xuấthiện triều cường cao hàng chục mét và diễn biến ngày càng phức tạp gây sạt lở trởlại, ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của nhân dân trong vùng

Hiện nay Ban quản lý dự án thủy lợi và phòng chống thiên tai tỉnh Phú Yênphối hợp với UBND TP.Tuy Hòa đã thực hiện việc định vị, cắm mốc biển báo khuvực đang bị sạt lở, khẩn trương di dời các hộ dân trong khu vực đã và đang tiếp tục

bị sạt lở, uy hiếp bởi triều cường để đảm bảo an toàn cho người dân

Trước thực trạng đã nêu, đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình

và giải pháp thi công công trình bảo vệ bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên” là cấp thiết.

1.2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình và giải pháp thi công công trình bảo vệ

bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú Yên

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: bờ biển Tuy Hòa tỉnh Phú Yên

Phạm vi nghiên cứu: Giai đoạn lập dự án

1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận:

Từ kết quả nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, mức độ xói lở vùng bờ vàđặc điểm thủy hải văn của khu vực từ đó tính toán kiểm tra đưa ra hình thức côngtrình bảo vệ bờ và lựa chọn thời gian, giải pháp thi công hợp lý

Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp thống kê, khảo sát đánh giá hiện trạng

- Phương pháp điều tra đo đạc, quan sát thực tế, điều tra hiện trường

- Phương pháp so sánh lựa chọn tối ưu

- Phương pháp phân tích tổ hợp

- Phương pháp chuyên gia, tranh thủ ý kiến của các nhà khoa học, các nhà quản lý

có kinh nghiệm

1.5 Cấu trúc luận văn

Nội dung chính gồm 3 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC VÀ KẾT CẤUCÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN XÓM

RỚ TỈNH PHÚ YÊN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung và sự tác động của nó đến công trình

1.1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung

Vùng thềm lục địa miền Trung từ vĩ tuyến 110 đến 180 Bắc (Từ Thanh Hóa đếnKhánh Hòa) Vùng biển miền Trung có địa hình phức tạp, bề mặt gồ ghề, tương đốidốc và sâu Sông ngòi ngắn và dốc nên mực nước giữa các mùa chênh lệch nhau rấtlớn dẫn đến lượng phù sa bồi đắp cho đường bờ không thường xuyên Địa chất khuvực chủ yếu là cát và một phần đá xen kẽ nhô ra biển nhưng mang tính không đều,

có nơi vẫn tồn tại những chỗ đất yếu Do địa chất khá phức tạp nên khi xây dựngcác công trình bảo vệ bờ ở đây cần phải thận trọng và thăm dò khảo sát địa chấtcông trình theo đúng quy định

Khu vực miền Trung nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệttrong năm là: Mùa hè nóng ẩm và mùa đông khô lạnh Mùa đông chịu ảnh hưởngcủa gió mùa Đông Bắc lạnh và khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Mùa

hè có nắng nóng, nhiệt độ cao với sự ảnh hưởng chủ yếu là gió mùa Tây Nam Mưa

ở đây cũng hình thành 2 mùa rõ rệt Mùa mưa kéo dài từ tháng 6 đến tháng 11 vàmùa khô là từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau

Thủy triều khu vực miền Trung có tính chất hỗn hợp thiên về nhật triều, trong thángthủy triều ở đây có hầu hết các loại nhật triều, bán nhật triều và hỗn hợp Trong cácvùng biển thì chế độ sóng và dòng chảy phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ gió ở vùng

đó do vậy theo các mùa khác nhau thì chế độ sóng và dòng chảy cũng khác nhau.Vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc, đường bờ chịu tác động trực tiếp của sóng hướngĐông Bắc Thời kỳ gió mùa Tây Nam thì sóng hướng Đông Nam sẽ chiếm ưu thế

1.1.2 Phân loại sóng và sự tác động của nó lên công trình

Sóng biển là yếu tố hải văn chủ yếu tác động trực tiếp đến công trình bảo vệ bờ Cácyếu tố sóng biển như: chiều cao, chiều dài, chu kỳ … là những đặc trưng quan trọngảnh hưởng trực tiếp đến công trình bảo vệ bờ Ta có thể căn cứ đặc điểm của sóng

mà phân ra các loại như sau:

- Nguyên nhân hình thành (sóng gió, sóng triều, sóng động đất …)

- Tính chất lực tác dụng (sóng mao dẫn và sóng trọng lực)

- Tính chất của chuyển động (sóng đi tới, sóng trùng hợp trong đó có sóng trùnghợp toàn phần là sóng đứng và sóng trùng hợp một phần, sóng giao thoa, sóng khúc

xạ, sóng nhiễu xạ, sóng phản xạ, sóng vỡ, sóng xây-sơ)

- Độ sâu nước (sóng nước sâu và sóng nước cạn)

- Chiều sài sóng (Sóng dài với chu kỳ lớn và sóng ngắn với chu kỳ bé)

- Thời điểm tác dụng (sóng cưỡng bức và sóng lừng)

- Vị trí so với mặt nước (sóng mặt và sóng nội)

- Tính chất đường mặt sóng (sóng 2 chiều và sóng 3 chiều, sóng đều và sóng khôngđều, sóng dao động bé và sóng dao động lớn)

Trong số các loại sóng trên thì sóng gió được coi là đối tượng chính cần xem xéttrong thiết kế xây dựng công trình biển, đặc biệt là sóng do gió bão (sóng bão) vàsóng lừng (sóng nằm ngoài trường gió)

Sóng gió thường là sóng không đều, ngắn, có tính ngẫu nhiên Sự hình thành

sóng từ gió phụ thuộc vào tốc độ gió, thời gian gió thổi và đà gió tức chiều dài giótác dụng lên mặt nước Các yếu tố của sóng gió luôn biến đổi theo thời gian vàkhông gian Hướng sóng cũng luôn biến đổi nhưng hướng chính thì luôn phù hợpvới chiều gió Khi tới vùng nước nông, năng lượng sóng chuyển thành dòng chảydọc bờ và gây nên hiện tượng vận chuyển bùn cát ven bờ

Sóng bão được hình thành trong vùng có bão và chúng thường rất phức tạp.

Tại một thời điểm, có rất nhiều chiều cao sóng khác nhau, sóng dường như xuấthiện đột ngột và biến mất đột ngột Sở dĩ mà sóng bão phức tạp như vậy là do bãokhông chỉ đơn giản tạo nên một loại sóng mà là tạo nên toàn bộ phổ sóng với mộtdải các giá trị chu kỳ và chiều cao sóng khác nhau Tuy vậy, khi sóng di chuyển ra

khỏi vùng có bão thì chúng lại trở nên đều đặn và phát triển thành sóng lừng, (swell wave), đây là các sóng có chiều cao và khoảng cách giữa các đỉnh sóng đồng đều

nhau Ở trạng thái đều đặn này, một con sóng có thể nối tiếp các con sóng đơn kháctrên một quãng đường dài đáng kể khi chúng lan truyền qua đại dương Sóng lừng

có vai trò truyền năng lượng qua đại dương tới bờ biển, tại đó các sóng bị vỡ do ảnh

hưởng của ma sát đáy và giải phóng năng lượng mà nó mang theo trong vùng sóngvỡ.

Sóng thần là sóng do động đất tạo ra, được đặc trưng bởi bước sóng rất dài

(hàng trăm km) và chu kỳ sóng tính bằng phút chứ không phải tính bằng giây.Thông thường những loại sóng này là do động đất ở những độ sâu lớn (>1km) và dichuyển một quãng đường rất dài mà sự giảm chiều cao sóng không đáng kể Sóngthần cũng như động đất rất khó dự báo trước Về mặt nguyên tắc, nó cũng cần đượcxem xét đến trong thiết kế mặc dù tiêu chuẩn an toàn trong trường hợp này sẽ khôngcho lời giải kinh tế

1.1.3 Hiện trạng và xu thế xói lở bờ biển miền Trung

Quá trình bồi xói đường bờ ở khu vực miền Trung diễn biến theo các mùa khácnhau nhưng xu thế xói là chiếm ưu thế Do địa hình địa mạo khúc khuỷu, răng cưanhiều vũng vịnh và bán đảo đá gốc nên hiện tượng xói lở chủ yếu là ở các vùng cửasông với quy mô nhỏ, cường độ xói từ yếu đến trung bình

Vùng biển ở đây ít được che chắn và lại chịu ảnh hưởng của bão lũ nhiều nhất chonên quá trình xói lở bờ biển ở khu vực này xảy ra rất mạnh mẽ Trong những nămgần đây, các hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra ngày càng dữ dội, gia tăng cả vềtần suất lần cường độ Ngoài ra việc khai thác bùn cát của con người trên các lưuvực sông tăng mạnh, việc xây dựng các đập thủy điện và hồ chứa ở thượng nguồndẫn đến lượng bùn cát bồi đắp cho bờ biển bị thiếu hụt Hệ quả là hiện tượng xói lở

bờ biển ngày càng trở nên mãnh liệt gây nhiều thiệt hại về kinh tế và ảnh hưởng lớnđến đời sống của các khu dân cư ven biển

Quá trình xói lở đang diễn ra trên hầu hết bờ biển với mức độ (cường độ và tốc độ)khác nhau Quá trình xói lở đang diễn ra tại hầu hết các kiểu cấu tạo bờ: nền đá gốc,sỏi cát, bùn sét, bùn, cát … song chủ yếu là bờ cát Đáng chú ý là một số đoạn bờ đã

có các công trình chỉnh trị (như đê, kè, trồng cây …) vẫn tiếp tục bị xói Số đoạn bịxói có xu thế tăng rõ rệt trong thời gian từ năm 1930 trở lại đây

1.2 Đặc điểm công trình bảo vệ bờ biển

Bờ biển là địa bàn, là căn cứ địa của tất cả các hoạt động khai thác tài nguyênbiển, canh giữ và bảo vệ lãnh thổ, lãnh hải của đất nước Việc quy hoạch để hình

thành từng bước các trung tâm kinh tế biển theo hướng phát triển tổng hợp phải gắnliền với việc bảo vệ bờ biển

Công trình bảo vệ bờ biển được thực hiện với những phương pháp và kết cấurất đa dạng, có thể phân ra 2 loại hình chủ yếu là: Giải pháp phi công trình và giảipháp công trình

1.2.1 Giải pháp phi công trình – giải pháp “mềm”

1.2.1.1 Trồng rừng ngập mặn

Có tác dụng chống xói lở, giữ bùn cát đặc biệt là khả năng giảm năng lượng củasóng cao Do đó có thể hạn chế xói lở bờ biển và bảo vệ được các công trình phíatrong dẫn tới việc đường bờ dần tiến tới ổn định Đây là giải pháp “thân thiện” vớimôi trường, có tác dụng hiệu quả và mang tính chất “bền vững” nhất

Tuy nhiên chỉ thích hợp khi trồng tại khu vực bờ biển thoải hoặc có bãi, chiều caosóng và biên độ triều nhỏ

gian thi công nhanh, giải pháp kỹ thuật đơn giản và có kết quả ngay, không gây ảnhhưởng tới khu vực lân cận, tới cảnh quan môi trường, rất phù hợp với các bãi biển

du lịch

Tuy nhiên kích thước vật liệu dùng để nuôi dưỡng bãi sẽ làm thay đổi quá trình vậnchuyển tự nhiên của dòng ven bờ Quá trình này cần được lặp lại thường xuyên nênnếu tính trong một thời đoạn dài thì phương pháp này cũng khá tốn kém Hơn nữa,phương pháp này thường được kết hợp với giải pháp công trình khác như đập mỏhàn cho nên kinh phí lại trở thành cao Phương pháp cũng chưa được ứng dụng rộngrãi trên phạm vi cả nước

Hình 1.2 Nuôi bãi từ tàu nạo vét bơm thổi cát và nuôi bãi trực tiếp bằng hệ thống

đường ống tại bờ biển

1.2.1.3 Trồng cây trên cồn cát dọc bờ

Có tác dụng hạn chế cát bay, cát nhảy, xói lở, tăng bồi tụ đất ven biển, hạn chế xâmnhập mặn, ngăn cản các chất thải rắn trôi ra biển, bảo vệ đê điều, đồng ruộng, nơisống của người dân ven biển trước sự tàn phá của gió bão, sóng thần và nước biểndâng …

Tuy nhiên các dải đất cát, cồn cát ven biển phần lớn là những vùng đất khô hạnnghèo dinh dưỡng, thiếu nước tưới, khí hậu khắc nghiệt … Vì vậy có rất ít loại câychịu được với điều kiện khắc nghiệt trên nên phải có các giải pháp kĩ thuật, chế độchăm sóc và bảo vệ phù hợp

Hình 1.3 Rừng cây trên cồn cát dọc bờ

1.2.2 Giải pháp công trình – giải pháp “cứng”

Đây là giải pháp xây dựng các công trình bảo vệ (gần bờ hoặc xa bờ) nhằmmục đích bảo vệ khu vực phía bên trong công trình Giải pháp này phù hợp trongđiều kiện việc đầu tư xây dựng các công trình bảo vệ bờ có chi phí thấp hơn nguồnlợi thu được từ khu vực đó hoặc là những vị trí có vai trò quan trọng về an ninh –quốc phòng, vùng đông dân cư

Giải pháp công trình có tác động trực tiếp tới các tác nhân gây ra tai biến vàhạn chế thiệt hại cho một khu vực cụ thể một cách toàn diện nhất Tuy nhiên, giảipháp này thường tốn kém, đôi khi có thể gây ra các tác động xấu cho khu vực khác

Do đó, nhất thiết phải có tính toán chi tiết trước khi lựa chọn phương án cụ thể.Thông thường người sử dụng kết hợp nhiều biện pháp khác nhau để khắc phụcnhững điểm yếu của mỗi biện pháp

1.2.2.1 Đê biển

Có tác dụng ngăn chặn nước biển xâm nhập vào các vùng thấp trong đất liền khixuất hiện bão, nước dâng, triều cường Lấn biển, mở mang vùng đất mới tạo điềukiện cho phát triển dân sinh kinh tế của khu vực Đây là giải pháp chính để bảo vệ

bờ và đã được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam (từ Quảng Ninh đến Quảng Nam).Tuy nhiên đê biển không có tác dụng chống xói lở đường bờ trong trường hợp xói

lở gây ra bởi dòng ven

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo mặt cắt ngang của đê biển

Tuy nhiên theo quy luật cân bằng bùn cát, phần hạ lưu của công trình này thường bịxói nên cần phải kết hợp với các giải pháp bảo vệ khác như nuôi bãi hay công trình

đê kè để bảo vệ vùng hạ lưu

Hình 1.6 Hệ thống đê mỏ hàn chắn cát

1.2.2.4 Đê chắn sóng bờ (đê ngầm)

Có tác dụng làm tiêu hao một phần năng lượng sóng trước khi sóng tác dụng lênđường bờ, làm giảm tốc độ dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ dẫn đến gây bồi tạobãi

Tuy nhiên kinh phí xây dựng ban đầu tốn kém, chi phí sửa chữa cao, phía hạ lưuđập chắn song thường bị xói lở mạnh, gây ảnh hưởng tới cảnh quan môi trường đặcbiệt là du lịch Mặt khác, thiết kế khá phức tạp và điều kiện thi công rất khó khăn.Hiện tại đang được thử nghiệm và chưa đưa vào ứng dụng rộng rãi ở nước ta

Hình 1.7 Hệ thống đê chắn sóng dọc bờ

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam

Biển và đại dương chiếm một diện tích khá lớn trên bề mặt trái đất (khoảng 75%)chứa nhiều tài nguyên vô cùng phong phú nhưng chưa được khai thác nhiều, trongkhi đó nguồn tài nguyên trên phần lục địa đã được khai thác gần như cạn kiệt

Trước tình hình đó, nhiều nước ven biển trên thế giới đã đua nhau tiến công ra biểnnhằm khai thác sử dụng tiềm năng phong phú của biển để phát triển nền kinh tếnước mình Để khai thác sử dụng nguồn tài nguyên biển phục vụ cho kinh tế xã hộithì cần phải có cơ sở hạ tầng kỹ thuật trên biển, trong đó các công trình bảo vệ bờchiếm một phần rất quan trọng Các loại công trình biển được xây dựng trong điềukiện tự nhiên vô cùng phức tạp, sóng to gió lớn, địa hình biến đổi không ngừng theothời gian và không gian, địa chất có nhiều biến đổi theo vùng và mang tính đột biến.

Hệ thống công trình bảo vệ bờ được xây dựng nhằm bảo vệ đường bờ tránh khỏinhững tác động của lũ lụt và thiên tai từ biển Vì tính chất quan trọng đó mà nhữngnghiên cứu về công trình bảo vệ bờ ở trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia có biển

đã có một lịch sử phát triển rất lâu đời Tuy nhiên tùy thuộc vào các điều kiện tựnhiên và trình độ phát triển của mỗi quốc gia mà các hệ thống công trình bảo vệ bờphát triển ở những mức độ khác nhau

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Ngày nay ở các nước như Hà Lan, Mỹ, Nhật … với sự phát triển của khoa học côngnghệ, vật liệu mới và máy móc thi công hiện đại đã xây dựng được các hệ thốngcông trình kiên cố nhằm chống lại những ảnh hưởng từ biển với tần suất hiếm.Trước đây quan điểm thiết kế đê biển truyền thống ở các nước châu Âu là hạn chếtối đa sóng tràn qua do vậy cao trình đỉnh đê rất cao nhưng rủi ro khi xảy ra sự cốthì hậu quả là rất lớn

Trong những năm gần đây, tư duy và phương pháp luận thiết kế đê biển ở các nướcphát triển đã và đang có sự biến chuyển rõ rệt Giải pháp kết cấu, chức năng và điềukiện làm việc của đê biển được đưa ra xem xét một cách chỉnh thể hơn theo quanđiểm hệ thống, bền vững và hài hòa với môi trường

Về cấu tạo hình học và kết cấu: Khi xây dựng hoặc nâng cấp đê lên rất cao để chống(không cho phép) sóng tràn qua thì dẫn đến công trình rất đồ sộ, gây ảnh hưởng đếncảnh quan của vùng bờ Tuy nhiên vẫn có thể bị hư hỏng do áp lực sóng lớn dẫn tớithiệt hại khôn lường Thay vào đó ta có thể xây dựng để chịu được sóng tràn qua đê,nhưng không thể bị vỡ Tất nhiên khi chấp nhận sóng tràn cũng có nghĩa là chấp

nhận một số thiệt hại nhất định ở vùng phía sau được bảo vệ, tuy nhiên so vớitrường hợp vỡ đê thì thiệt hại trong trường hợp này là không đáng kể Đặc biệt lànếu như một khoảng không gian nhất định phía sau ta quy hoạch thành vùng đệm đachức năng để thích nghi với điều kiện bị ngập ở một mức độ và tần suất nhất định.Đây chính là cách tiếp cận theo quan điểm hệ thống, lợi dụng tổng hợp, và bềnvững vùng bảo vệ bờ ComCoast (Combining Functions in Coastal Defence Zone,xem www.ComCoast.org) của liên minh Châu Âu (Hình 1.5) Như vậy thay vì mộtcon đê biển như một dải chắn nhỏ thì chúng ta sử dụng cả một vùng bảo vệ ven biển

mà có thể sử dụng tổng hợp

Hình 1.8 Đê biển chịu sóng tràn ORDBên cạnh các giải pháp về mặt kết cấu chống sóng tràn thì cấu tạo hình dạng mặt cắtngang đê đóng vai trò quan trọng đối với đê an toàn cao trong việc đảm bảo ổn định

đê, tăng cường khả năng chống xói do dòng chảy (sóng tràn), và đặc biệt là kiến tạokhông gian cho các mục đích lợi dụng tổng hợp của đê và vùng đệm phía sau đêSong song với gia cố chống sóng tràn cho mái đê phía trong thì các giải pháp chomái kè phía biển nhằm đảm bảo an toàn của đê biển dưới tác động của sóng bãocũng rất quan trọng Hàng loạt các dạng kết cấu mái kè phía biển có khả năng ổnđịnh trong điều kiện sóng lớn nhưng thân thiện với môi trường sinh thái đã đượcnghiên cứu áp dụng với sự đẩy mạnh ứng dụng kết hợp công nghệ vật liệu địa kỹthuật tổng hợp Xu thế chung hiện nay các dạng cấu kiện khối phủ không liên kết códạng hình cột trụ đang được áp dụng rộng rãi cho mái kè Ưu điểm nổi bật đã đượcchứng minh của dạng cấu kiện này là có hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao hơn so với

các dạng kết cấu truyền thống khác như liên kết mảng hoặc tấm mỏng thể hiện quacác mặt như mức độ ổn định cao, tính năng bảo vệ linh động với biến dạng nền, dễthi công và bảo dưỡng, và khả năng thân thiện tốt với môi trường.

Về điều kiện làm việc và tương tác giữa tải trọng với công trình: Đây chính lànhững giải pháp nhằm giảm thiểu các tác động của tải trọng lên công trình, đặc biệt

là của sóng Có thể phân chia các giải pháp này thành hai nhóm chính: một là tôntạo, giữ bãi thềm trước đê và giải pháp công trình nhằm giảm sóng hoặc cải thiệnđiều kiện tương tác sóng và công trình

Nhóm giải pháp thứ nhất, chủ yếu tập trung vào giảm thiểu các tác động của sóngtrong điều kiện bình thường, có thể là các giải pháp mềm thân thiện với môi trườngnhư nuôi dưỡng bãi (chống xói giữ bãi đê, chân đê), trồng rừng ngập mặn (giảmsóng tăng bồi lắng), hoặc giải pháp cứng như áp dụng hệ thống kè mỏ hàn, hoặc đêchắn 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 công trình được áp dụng với mục đích giảm sóng

từ xa (làm sóng vỡ một phần trước khi tới công trình) hoặc cản sóng trên bờ nhằmthay đổi tính chất tương tác giữa sóng với công trình theo hướng giảm tác động bấtlợi lên công trình Hình 1.6 và hình 1.7 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 1.9 Dải ngầm giảm sóng xa bờ

Hình 1.10 Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney

(biển Bắc, nước Đức)Như vậy có thể thấy rằng trong những năm gần đây phương pháp luận thiết kế vàxây dựng đê biển trên thế giới đã có nhiều chuyển biến rõ rệt Đê biển đang đượcxây dựng theo xu thế chống đỡ với tải trọng một cách mềm dẻo và linh động hơn,

do đó đem lại sự an toàn, bền vững, thân thiện với môi trường và đặc biệt là có thểlợi dụng tổng hợp

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Đê biển Việt Nam được hình thành từ rất sớm nhằm bảo vệ sản xuất nông nghiệp vànuôi trồng thủy hải sản Các tuyến đê biển được tạo thành từ những vùng đất rộnglớn cơ bản kép kín cùng với đê sông, hằng năm các tuyến đê biển vẫn được củng cốnâng cấp Mặc dù có lịch sử lâu đời về xây dựng đê biển nhưng phương pháp luận

và cơ sở khoa học cho thiết kế đê biển ở nước ta còn lạc hậu, chưa bắt kịp vớinhững tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới Bên cạnh đó phương pháp và côngnghệ thi công đê biển còn chậm tiến bộ, ít cơ giới hóa

Hiện nay các công trình bảo vệ bờ biển điển hình như ở Hải Phòng (Đồ Sơn, CátHải), Nam Định (Hải Hậu, Nghĩa Hưng), Thái Bình (Thái Thụy, Tiền Hải), ThanhHóa (Hậu Lộc, Hoằng Hóa) … đang bị phá hủy từng ngày với nhiều nguyên nhân.Nguyên nhân chủ quan như thiết kế chưa đưa ra các giải pháp tối ưu tính toán đầy

đủ các yếu tố bất lợi đến công trình (địa hình, địa chất, các yếu tố tác dụng lên công

trình … ), thi công chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra (độ chặt đầmnén đất, chất lượng bê tông … ) Nguyên nhân khách quan như các diễn biến bấtthường của thời tiết kèm theo những yếu tố cực đoan (nước biển dâng, bão … )Gần đây, các tiến bộ mới trong kỹ thuật thiết kế và xây dựng đê biển ở trên thế giới

đã được nghiên cứu áp dụng với điều kiện cụ thể của nước ta Trong đó đặc biệt làkhái niệm sóng tràn lần đầu tiên được xem xét là một tải trọng quan trọng nhấttrong tính toán thiết kế đê biển và đã được đưa vào Hướng dẫn thiết kế đê biển mớithay cho tiêu chuẩn ngành 14TCN-130-2002 Các thí nghiệm sóng tràn qua đê biểntrên mô hình vật lý máng sóng ở Trường ĐH Thủy Lợi đã chứng tỏ việc áp dụngcác phương pháp tính toán sóng tràn tiên tiến đang được áp dụng phổ biến hiện naytrên thế giới như TAW (2002) cho điều kiện ở Việt Nam là hoàn toàn phù hợp Bêncạnh đó, được sự giúp đỡ của các chuyên gia Hà Lan trong khuôn khổ dự án phốihợp nâng cao năng lực đào tạo ngành Kỹ thuật Biển ở Trường Đại học Thủy Lợi,lần đầu tiên một máy xả sóng đã được chế tạo tại Việt Nam với mục tiêu thửnghiệm đánh giá khả năng chịu sóng tràn của đê biển nước ta

Gần đây việc nghiên cứu áp dụng một số công nghệ vật liệu mới như Consolid, kếtcấu neo địa kỹ thuật nhằm gia tăng ổn định của đê biển hiện có cũng đã được đềcập đến ở một số đề tài nghiên cứu cấp bộ và nhà nước Mặc dù vậy khái niệm đê

an toàn cao thân thiện với môi trường vẫn còn khá mới mẻ ở nước ta và chưa cócông trình nghiên cứu áp dụng

Như vậy có thể thấy rằng tuy là muộn nhưng việc áp dụng và cập nhật các tiến bộkhoa học kỹ thuật trên thế giới vào công tác xây dựng đê biển ở nước ta đã cónhững bước tiến đáng kể Tuy nhiên cần phải đẩy mạnh hơn nữa những công trìnhnghiên cứu khoa học để áp dụng một cách hiệu quả các thành tựu này vào trongđiều kiện thực tiễn đặc thù của nước ta

Kết luận chương 1

Công trình bảo vệ bờ biển có tầm quan trọng to lớn và ảnh hưởng trực tiếpđến kinh tế - xã hội, quốc phòng an ninh của đất nước Với hình thức kết cấu đadạng, làm việc trong môi trường rất phức tạp, luôn phải chịu những tác động mạnhcủa môi trường biển như sóng gió, thủy triều … những tác động đó là một quá trìnhthường xuyên liên tục, ngoài ra còn các yếu tố khác tác động lên công trình như tácđộng xâm thực ăn mòn, lực do sóng của tàu thuyền gây ra … Đó chính là các tácnhân chính gây hư hỏng công trình và biến dạng đường bờ Việc nghiên cứu, nắmrõ bản chất của các yếu tố tác dụng lên đường bờ sẽ giúp ta đưa ra được phương ánbảo vệ bờ đạt hiệu quả nhất từ đó đề ra phương án tổ chức và công nghệ thi cônghợp lý

Bờ biển Việt Nam nói chung và bờ biển miền Trung khu vực Phú Yên nóiriêng là những khu kinh tế có vị trí quan trọng đối với phát triển kinh tế xã hội nước

ta Hiện nay một số nơi có xu hướng xói lở đường bờ gây ảnh hưởng lớn đến sựphát triển kinh tế xã hội của vùng Đặc điểm tự nhiên của vùng bờ biển miền Trung

có ảnh hưởng đến các giải pháp bảo vệ bờ Có rất nhiều giải pháp bảo vệ bờ biểnnhư các giải pháp “mềm”, giải pháp công trình “cứng” Lựa chọn giải pháp nào chophù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội là những nội dung cần nghiên cứu đểđảm bảo công trình làm việc ổn định lâu dài, đáp ứng được yêu cầu hiện tại cũngnhư trong thời gian sắp tới của khu vực

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC VÀ KẾT CẤU

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN

2.1 Yêu cầu và xác định lực tác dụng vào công trình bảo vệ bờ

2.1.1 Tính toán xác định mực nước triều thiết kế

Mực nước triều cao thiết kế thông thường được xác định theo phương pháp tínhtoán tần suất mực nước triều cao nhất năm Mỗi năm đo được hơn 700 số liệu ứngvới đỉnh triều vùng bán nhật triều và hơn 360 ở vùng nhật triều Tập hợp các số liệuđỉnh triều trong một năm đó có coi một cách gần đúng là một liệt các biến số ngẫunhiên Số hạng lớn nhất trong liệt đó là mực nước triều cao nhất năm Nếu có n năm

số liệu mực nước triều, sẽ có n số hạng lớn nhất Vì các số hạng mực nước lớn nhất

là cực trị, phân bố xấc suất của nó là phân bố cực trị Trong liệt n trị số mực nướctriều cao nhất năm, gọi tần suất xuất hiện của mực nước bằng hoặc cao hơn một trị

số nào đó là P(%), chu kỳ lặp (cũng gọi là hoàn kỳ, hay số năm xuất hiện trở lại) làT(năm) là:

2.1.2 Tính toán các yếu tố sóng do gió

2.1.2.1 Tính toán các số liệu về gió dùng để tính sóng

- Tốc độ gió

Tốc độ gió dùng để tính toán sóng là đo tốc độ gió lấy trung bình trong 10 phút tựghi của máy đo gió ở độ cao 10m trên mặt nước

W10=k t k đ k10 W t (2-4)Trong đó:

W t – Tốc độ gió thực đo, lấy trung bình trong 10 phút và với tần suất quyđịnh

k t – Hệ số tính lại tốc độ gió đo được bằng máy đo gió

k t=0,675+4,5

k đ – Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

+ Khi đo trên bãi cát bằng phẳng k đ=1

+ Khi đo trên các loại địa hình A, B, C trị số k đ lấy theo Bảng 2.1

k10 – Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m trên mặt nước, xác định theo Bảng 2.2

Bảng 2.1 Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

- Dạng địa hình C ứng với các khu thành phố với các nhà cao hơn 25m.Bảng 2.2 Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m

Khoảng cách giữa máy

Khoảng cách giữa máy

- Đà gió

Đà gió được xác định tùy theo tình hình thực tế ở địa điểm dự báo

+ Nếu địa điểm dự báo là vùng nước hẹp, đà gió D được xác định theo phương pháp

đồ giải “đà gió tương đương” D e Hình 2.1

gió tương đương D e là trị số trung bình hình chiếu của tất cả các trị số r i lên tia xạchính.

Hình 2.1: Xác định đà gió tương đương D e

- Đối với vùng không có yếu tố địa hình hạn chế, giá trị trung bình của đà gió D(m)

đối với một tốc độ gió tính toán W(m/s) cho trước, được xác định theo công thức:

D=5 1011ϑ

Trong đó: là hệ số nhớt động học của không khí, lấy bằng 10−5m2/s

- Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22TCN-222-95 được xác định theo Bảng 2.3

Bảng 2.3 Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22TCN-222-95

Khi đà gió lớn hơn 100km thì tốc độ gió tính toán phải xác định có xét đến sự phân

bố tốc độ gió theo không gian

2.1.2.2 Mực nước tính toán sóng

Mực nước tính toán sóng là mực nước cao nhất năm có tần suất đảm bảo tương ứngvới các cấp công trình như Bảng 2.4

Bảng 2.4 Tần suất mực nước cao nhất năm

Nếu trong số liệu tính toán tần suất mực nước chưa kể đến chiều cao nước dâng dobão thì cần cộng thêm trị số nước dâng tính toán vào mực nước tính toán sóng

2.1.2.3 Các yếu tố sóng

Các kích thước đặc trưng chủ yếu của hình thái sóng được thể hiện như hình 2.2

Hình 2.2 Các yếu tố sóngNgọn sóng: Phần sóng trên mặt nước tĩnh

Đỉnh sóng: Điểm cao nhất sóng

Bụng sóng: Phần sóng dưới mặt nước tĩnh

Chân sóng: Chỗ thấp nhất của bụng sóng

Chiều sao song Hs: Khoảng cách thẳng đứng giữa chân sóng và đỉnh sóng

Chiều dài song Ls: Khoảng cách ngang giữa hai đỉnh sóng hoặc hai chân sóng kềnhau

Độ dốc sóng: Tỉ số giữa chiều cao sóng và chiều dài song Hs/Ls

Đường trung bình sóng: Đường nằm ngang chia đôi chiều cao sóng

Độ dướn: Độ cao chênh lệch giữa đường trung bình sóng và đường mặt nước tĩnhChu kì song Ts: Thời gian thực hiện một lần nhô lên, thụt xuống của sóng

Tốc độ sóng C: Tốc độ ngọn sóng di chuyển theo phương ngang

- Sóng vỗ bờ

Độ sâu tiếp tục giảm nhỏ, ảnh hưởng của ma sát đáy càng rõ dẫn đến sóng không ổnđịnh hay không giữ nổi thăng bằng mà đổ xuống, phát sinh sóng vỡ Sau khi sóng

vỡ, một loại sóng mới hình thành và lại tiến về phía trước đến một vị trí nào đó lại

bị đổ xuống mà vỡ lần nữa Dần dần quỹ tích chuyển động của chất điểm nước đãkhông còn khép kín nữa mà bị đẩy về phía trước hình thành một dòng sóng xô vàobờ

- Sóng leo

Sau lần đổ cuối cùng của sóng vỗ bờ, sóng hình thành một dòng xung kích rất mạnhtrườn lên mặt dốc, leo đến một độ cao nào đó rồi rút xuống Trong vùng này, cácyếu tố hình dạng đã không còn tồn tại, gọi là vùng sóng leo

2.1.3 Xác định chiều cao nước dâng do gió bão

Chiều cao nước dâng do bão H nd được xác định tốt nhất theo các số liệu quan trắcthực tế Được tính toán theo công thức phổ biến:

β – Góc giữa hướng gió thổi và pháp tuyến của đường bờ (độ)

K w – Hệ số ma sát tổng hợp, tham khảo bảng 2.5, ở Việt Nam có thể chọn

K w=3,6.10−6

Bảng 2.5 Hệ số ma sát tổng hợp

Tiêu chuẩn N.O.B (Bộ nội vụ Mỹ) 4,04

Trung Quốc 3,60

2.1.4 Xác định chiều cao sóng leo

2.1.4.1 Trường hợp mái nghiêng chỉ có 1 độ dốc

Trường hợp hệ số mái dốc m = 1,5 ÷ 5,0

R p=K ∆ K w K p

Trong đó:

R p – Chiều cao sóng leo có tần suất lũy tích là p

K ∆ – Hệ số nhám và tính thấm của mái nghiêng, dựa vào tính chất của vật liệu gia

cố mặt để tra bảng 2.6

K w – Hệ số kinh nghiệm, tra bảng 2.7 theo đại lượng W

√gh

K p – Hệ số tính đổi tần suất lũy tích của chiều cao sóng leo, xác định theo bảng 2.8

m – Hệ số mái dốc, m = cotgα với α là góc nghiêng của mái

H s – Chiều cao trung bình của sóng trước đê

L s – Chiều dài sóng trước đê

Trường hợp hệ số mái dốc m ≤ 1,25

R p=K ∆ K w K p R0H s (2-14)Trong đó:

R0 – Chiều cao sóng leo khi không có gió, mặt dốc trơn và không thấm nước (K ∆ = 1).Chiều cao trung bình của sóng H s=1 m, trị số R0 được xác định theo bảng 2.9

Trường hợp hệ số mái dốc 1,25 < m < 1,5

Có thể nội suy chiều cao sóng leo từ các trị số tính theo m = 1,25 và m = 1,5

Bảng 2.6 Hệ số nhám và thấm của mái dốc K ∆

Trơn phẳng, không thấm nước (bê tông nhựa) 1,0

Loại hình gia cố mái K ∆

2,66 2,23 2,07 1,97 1,90 1,84 1,64 1,54 1,39 0,960,1 ÷ 0,3 2,44 2,08 1,94 1,86 1,80 1,75 1,57 1,48 1,36 0,97

> 0,3 2,13 1,86 1,76 1,70 1,65 1,61 1,48 1,40 1,31 0,99Chú ý: R Chiều dài sóng leo trung bình

Bảng 2.9 Trị số R0

2.1.4.2 Trường hợp mái dốc phức hợp có thềm giảm sóng

Khi mái dốc có thềm giảm sóng, chiều cao sóng leo vẫn được tính như mục 2.1.4.1,nhưng hệ số mái dốc phải được tính đổi thành hệ số mái dốc tương đương m e Trị số

m e được xác định như sau:

Trường hợp trên và dưới thềm giảm sóng có cùng độ dốc

MT, mD : Hệ số mái dốc phần trên và dưới thềm giảm sóng

hw: Độ sâu nước trên thềm giảm sóng

- Khi thềm giảm sóng ở dưới mực nước tĩnh thì h w>0

- Khi thềm giảm sóng ở trên mực nước tĩnh thì h w<0

Hình 2.4 Sóng leo trên mái dốc phức hợp

2.1.4.3 Trường hợp hướng sóng đến xiên góc với tim tuyến

Khi hướng sóng đến xiên một góc β (độ) với đường tim đê, chiều cao sóng leo R p

tính toán cần nhân với hệ số K β

Trường hợp mái dốc có hệ số m ≥ 1, hệ số K β xác định theo bảng 2.10

2.1.5.1 Phân bố áp lực sóng trên mái nghiêng

Đối với mái dốc được gia cố bằng bê tông đổ tại chỗ hay tấm bê tông lắp ghép, khi

hệ số mái thoả mãn điều kiện 1,5 ≤ m ≤ 5 thì biểu đồ áp lực sóng thể hiện trên hình2.5 Trong biểu đồ này, áp lực sóng tính toán lớn nhất P d (KPa) xác định theo côngthức:

p d=k s k t p tcl ρ g H s (2-19)Trong đó:

Hình 2.5 Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất trên mái dốc gia cố bằng các tấm

bảnBảng 2.11 Hệ số kt

B=H s[0,95−(0,48cotg ϕ−0,25 ) H s

- Tung độ Z3 (m) ứng với chiều cao sóng leo trên mái dốc (xác định theo mục 2.1.4)Trên các đoạn mái dốc nằm cao hơn hoặc thấp hơn điểm 2 thì phải lấy các tung độp(KPa) của biểu đồ áp lực sóng ở các khoảng như sau: