Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đê chắn sóng

Từ những thiệt hại do hiện tượng xói lở bờ biển gây ra cho cuộc sống người dân ven biển và ảnh hưởng tới tiến trình phát triển kinh tế của tỉnh Thừa Thiên Huế nên trong đồ án em muốn đề

MỤC LỤC

CHƯƠNG I 11

GIỚI THIỆU CHUNG 11

I.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu : 11

I.2 Xác định vấn đề .12

I.2.1 Sạt lở bờ biển xã Hải Dương : 13

I.2.2 Khu vực Thuận An – Hòa Duân .13

I.3 Mục tiêu của đồ án .14

I.4 Phạm vi của đồ án .14

I.5 Phương pháp thực hiện .14

CHƯƠNG II 16

ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 16

II.1 Điều kiện địa lý, địa hình .16

II.1.1 Vị trí địa lí: 16

II.2.2 Đặc điểm địa hình .17

II.2 Điều kiện khí hậu .19

II.2.1 Gió .19

II.2.2 Bão .20

II.2.3 Mưa .21

II.3 Điều kiện thủy, hải văn .21

II.3.1 Thủy triều: 21

II.3.2 Chế độ sóng: 22

II.3.3 Dòng chảy: 24

II.3.4 Nước dâng 25

II.4 Điều kiện địa chất và bùn cát .26

CHƯƠNG III 29

PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ ĐIỀU KIỆN BIÊN 29

III.1 Phân tích xác định mực nước thiết kế .29

III.1.1 Xác định cấp công trình .29

III.1.2 Mực nước triều thiết kế : 30

III.1.3 Nước dâng thiết kế : 31

III.1.4 Mực nước thiết kế: 32

III.2 Tính toán tham số gió .32

III.2.1 Giá trị vận tốc V gió do bão: 32

III.2.2 Xác định đà gió .35

III.3 Phân tích xác định các đặc trưng sóng thiết kế 35

III.3.1.Tính toán tham số sóng khởi điểm .35

III.3.2 Thông số sóng tại chân công trình .36

III.3.2.1: Hệ số khúc xạ (k r ) và hệ số biến hình ( k s ) theo hướng Đông Bắc(NE) 37

III.3.2.2: Hệ số khúc xạ (k r ) và hệ số biến hình ( k s ) theo hướng Đông (E) 38

III.3.3 Xác định biên sóng đổ : 38

III.3.3.1 Độ sâu sóng đổ: 38

III.4 Phân tích, xác định vận chuyển bùn cát .39

CHƯƠNG IV 41

PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH 41

IV.1 Phân tích cơ chế xói, bồi, phá hoại bờ biển và công trình bảo vệ bờ .41

IV.2 Phương án lựa chọn tuyến đê chắn bùn cát .41

IV.3 Tính toán sóng nhiễu xạ sau công trình .46

IV.3.1 Tính toán sóng nhiễu xạ hướng Đông Bắc .46

IV.3.1 Tính toán sóng nhiễu xạ hướng Đông 48

IV.4 Hiệu quả đê chắn bùn cát .49

IV.4.1 Dự báo lượng bùn cát bồi lấp trong luồng theo thông số sóng 49

IV.4.2 Hiệu quả đê chắn bùn cát .51

CHƯƠNG V 53

THIẾT KẾ ĐÊ CHẮN BÙN CÁT 53

V.1 Giới thiệu về các loại đê chắn bùn cát ( chắn sóng) .53

V.1.1.Đê trọng lực tường đứng: 53

V.1.2 Đê chắn sóng mái nghiêng .53

V.1.3.Đê chắn sóng hỗn hợp .54

V.2 Thiết kế sơ bộ cho đê chắn bùn cát mái nghiêng .55

V.2.1 Xác định cao trình đỉnh đê .55

V.2.2 Xác định trọng lượng khối phủ mái .58

V.2.2.1 Trọng lượng khối phủ mặt: 58

V.2.2.2 Chiều dày lớp phủ và lớp lót .61

V.2.2.3 Giới hạn chân của lớp phủ chính .62

V.2.3 Lớp lót .63

V.2.3.1 Trọng lượng lớp lót .63

V.2.3.2 Chiều dày lớp lót .64

V.2.4 Tính toán chân khay .65

V.2.4.1 Kích thước chân khay theo điều kiện ổn định trượt .67

V.2.4.2 Kiểm tra ổn định chân khay 71

V.2.5 Tính toán lớp lõi .73

V.2.6 Bề rộng đỉnh đê .73

V.2.7 Tính toán cho đầu đê mở rộng .74

V.2.7.1 Các yếu tố gây mất ổn định đầu đê: 74

V.2.7.2 Kích thước cấu tạo đầu đê .75

V.2.7.3 Kích thước khối phủ đầu đê mở rộng .75

V.2.8 Tính toán lớp thềm dùng để chống xói chân khay .76

V.2.9 Tổng hợp khối lượng vật liệu dùng cho công trình .76

V.3 Thiết kế kỹ thuật đê chắn bùn cát mái nghiêng .77

V.3.1 Kích thước vật liệu gia cố đê .77

V.3.1.1 Trọng lượng khối phủ mái .77

V.3.1.2 Kích thước khối Tetrapod phủ mái .78

V.3.1.3 Kích thước vật liệu lớp lót .79

V.3.1.4 Kích thước vật liệu lõi .79

V.3.1.5 Kích thước vật liệu chân khay .80

V.3.1.6 Kích thước khối bê tông đỉnh 80

V.3.2 Tính toán sức chịu tải của đất nền .80

V.3.2.1 Xác định ứng suất nén của công trình lên đất nền .81

V.3.2.2 Xác định khả năng chịu tải của đất nền .83

V.3.3 Tính toán ổn định trượt cho công trình .84

V.3.3.1 Tải trọng sóng tác dụng lên đê mái nghiêng .84

V.3.3.2 Kiểm tra trượt phẳng cho đê mái nghiêng .88

V.3.4 Kiểm tra ổn định lún cho công trình .88

V.3.4.1 Số liệu áp suất bề mặt .88

V.3.4.2 Số liệu lớp đất .89

V.4 Thiết kế sơ bộ đê chắn sóng trọng lực tường đứng .92

V.4.1 Điều kiện áp dụng 92

V.4.2 Kết cấu thùng chìm .93

V.5 Kết cấu sơ bộ cho từng phân đoạn .94

V.5.1 Mặt cắt ngang và dọc của đê chắn sóng trọng lực tường đứng thùng chìm 94

V.5.2 Xác định cao trình đê .96

V.5.3 Xác định kích thước thềm đá .98

V.5.4 Xác định bề rộng tường đứng cho từng phân đoạn của các tuyến đê 100

V.5.5 Tính toán kích thước thùng chìm 108

CHƯƠNG VI 113

TRÌNH TỰ THI CÔNG ĐÊ CHẮN CÁT 113

VI.1 Tổng quát 113

VI.2 Thiết bị thi công 113

VI.3 Định vị công trình 114

VI.4 Thi công chân đê 114

VI.5 Thi công lõi đê và lớp lót 114

VI.6 Thi công lắp đặt khối Tetrapod 115

VI.7 Các quy định khi thi công 116

VI.8 Kiểm tra và bảo dưỡng 117

CHƯƠNG VII 118

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118

VII.1 Kết luận 118

VII.2 Kiến nghị 119

Phụ lục 120

Phụ lục 1 Tính toán hệ số khúc xạ với sóng hướng Đông Bắc 120

Phụ lục 2 Tính toán hệ số khúc xạ với sóng hướng Đông 124

Phụ lục 3 Tính toán vận chuyển bùn cát ven bờ 125

Phụ lục 4 Sơ bộ khái toán giá thành công trình 128

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1: Cửa Thuận An 11

Hình 2-1: Bản đồ hành chính Thừa Thiên Huế 16

Hình 2-3: Biểu đồ hoa gió trạm Cồn Cỏ 24

Hình 2-4: Lát cắt địa chất công trình khu vực khao sát 28

Hình 3.1 – Đồ thị phân bố Weibull 33

Hình 3-2 : Đồ thị phân bố Weibull .36

Hình 3-3: Hoa gió tổng hợp tại cửa Thuận An (1988) 36

Hình 3-4: Giản đồ khúc xạ sóng 37

Hình 4-1: Sơ đồ bố trí tuyến đê theo phương án 1 44

Hình 4-2: Sơ đồ bố trí tuyến đê theo phương án 2 45

Hình 4-3: Tra hệ số k dif với góc sóng tới =45 0 và B/L = 2 .47

Hình 4-4: Tính toán nhiễu xạ qua 1 đê bằng CRESS .48

Hình 4-5: Mặt cắt ngang luồng tại phân đoạn 1 .50

Hình 4-6: Mặt cắt ngang luồng tại phân đoạn 2 .50

Hình 4-7: Mặt cắt ngang luồng tại phân đoạn 3 .51

Hình 5-1: Tính toán Rc bằng Wadibe .57

Hình 5-2: Tính toán trọng lượng khối phủ mái bằng Wadibea .60

Hình 5-3: Sơ đồ săp xếp khối Tetrapot .60

Hình 5-4: Chân khay nước rất nông 66

Hình 5-5: Chân khay nước nông .66

Hình 5-6: Chân khay nước sâu .66

Hình 5-7: Sơ đồ xác định kích thước chân khay .67

Hình 5-8: Đồ thị xác định kích thước viên đá chân khay .69

Hình 5-12: Sơ đồ đầu đê .74

Hình 5-14: Sơ đồ cấu tạo khối Tetrapod .78

Hình 5-15: Mặt cắt ngang đầu đê 81

Hình 5-15: Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất tác dụng lên mái dốc .85

Hình 5-16: Sơ đồ tính lún từng lớp 90

Hình 5-17: Một kết cấu thùng chìm điển hình .93

Hình 5-18 Mặt cắt ngang đê tường đứng .95

Hình 5-19: Mặt cắt ngang thềm đá .98

Hình 5-20: Tải trọng sóng tác động lên công trình theo Goda 101

Hình 5-21: Tính toán các giá trị * và các lực p 1 , p 2 , p 3 bằng Cress 104

( Tính với phần đầu đê ) 104

Hình 5-22: Sơ đồ biểu thị các áp lực tác dụng 105

Hình 5-23: Sơ đồ thể hiện các lực gây trượt 107

Hình 5-24 Kích thước thùng chìm 109

Hình 5-25 Sơ đồ tính toán ổn định nổi của thùng chìm 109

Hình P1: Tính toán các hệ số bằng CRESS 120

Hình P3.1: Tính toán vận chuyển bùn cát vào mùa đông 125

( Với hướng Đông Bắc ) 125

Hình 3.2: Tính toán vận chuyển bùn cát vào mùa đông 126

( Với hướng Đông ) 126

Hình 3.3: Tính toán vận chuyển bùn cát vào mùa hè 127

(Với hướng Đông Nam) 127

Hình 3.4: Tính toán vận chuyển bùn cát vào mùa hè 127

(Với hướng Tây Nam) 127

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng vận tốc trung bình theo tháng (TCVN 4088) .19

Bảng 2.2 Vận tốc gió lớn nhất theo tháng trong thời kì quan trắc (19591995) .19

Bảng 2 3 Vận tốc gió cực đại ứng với chu kì lặp ( TCVN 4088) 19

Bảng 2.4: Các cơn bão đổ bộ, ảnh hưởng đến khu vực (1960 – 2000 ) 20

Bảng 2.5: Tần suất mực nước: 22

Bảng 2.6: Một số đặc trưng chế độ sóng ở cửa vịnh Bắc Bộ 23

và ven cửa Thừa Thiên Huế: 23

Bảng 2.7: Tần suất chiều cao sóng theo hướng (1993 1994), Đơn vị đo là %: 23 Bảng 2-8: Tần suất xuất hiện tốc độ và hướng dòng chảy tại cửa Thuận An 25

Bảng 3-1: Bảng phân cấp công trình theo cấp luồng .30

Bảng 3-2 - Phân cấp công trình theo thông số kỹ thuật của tàu .30

Bảng 3-3 - Kết quả tính chênh lệch giữa trạm nghiệm triều và cao độ quốc gia .30

Bảng 3-4: Số liệu vận tốc gió tính theo phân bố Weibull: 33

Bảng 3-5: Bảng tra giá trị K t theo địa hình 34

Bảng 3-6: Đà gió cho phép .35

Bảng 3 – 7: Bảng xác định độ sâu sóng vỡ 39

Bảng 3 – 8 : Bảng thống kê chiều cao sóng đổ tại độ sâu d = 6m .39

Bảng 3- 9: Lượng vận chuyển bùn cát trong năm .40

Bảng 4-1: Bảng tính h dif với hướng gió Đông Bắc qua 2 đê AI và AII .47

Bảng 4-2: Chiều cao sóng nhiễu xạ cho đê AII với sóng hướng Đông .49

Bảng 4-3: Tính toán hệ số sa bồi cho các phân đoạn của tuyến luồng .50

Bảng 4-4: Bảng tính toán chiều dày lớp sa bồi do sóng gây ra .51

Bảng 4-5: Tính toán lượng bùn cát do các tuyến đê chắn được .52

Bảng 5-1: Hệ số thực nghiệm a, b với mái dốc thẳng sóng nước sâu .56

Bảng 5-2: Tính toán giá trị Rc .57

Bảng 5-3: Trọng lượng khối gia cố mái ngoài .59

Bảng 5-4: Trọng lượng khối gia cố mái trong .59

Bảng 5-5: Giá trị Kvà P .61

Bảng 5-6: Chiều dày mái phủ phía ngoài .62

Bảng 5-7: Chiều dày mái phủ phía trong .62

Bảng 5-8: Trọng lượng lớp lót ngoài 63

Bảng 5-9: Trọng lượng lớp lót trong 64

Bảng 5-10: Chiều dày lớp lót mái phía ngoài .64

Bảng 5-11: Chiều dày lớp lót mái phía trong .65

Bảng 5-12: Tính toán chiều cao và cao trình đỉnh chân khay cho từng đoạn mái trước đê .68

Bảng 5-13: Tính toán chiều cao và cao trình đỉnh chân khay cho từng đoạn mái sau đê .68

Bảng 5-14: Tính toán đường kính và trọng lượng viên đá chân khay cho các tuyến đê .70

Bảng 5-15: Tính toán bề rộng đỉnh và đáy chân khay .71

Bảng 5-16: Trọng lượng viên đá lớp lõi .73

Bảng 5-17: Tính toán bề rộng đỉnh đê 74

Bảng 5-18: Kích thước đoạn mở rộng đầu đê .75

Bảng 5-19: Bảng tính trọng lượng khối phủ cho đầu đê mở rộng .76

Bảng 5-18: Tính trọng lượng và kích thước vật liệu thềm chống xói .76

Bảng 5-19: Tổng hợp số lượng kết cấu sử dụng cho thi công đê A1 .77

Bảng 5-20: Tính toán khối lượng vật liệu dùng cho công trình .77

Bảng 5-21: Tính toán kích thước khối Tetrapod .78

Bảng 5-22: Chiều dày lớp phủ 79

Bảng 5-23: Bảng trọng lượng của lớp dưới .79

Bảng 5-24: Chiều dày lớp dưới .79

Bảng 5-25: Kích thước chân khay .80

Bảng 5-26 Bảng tra giá trị m 1 , m 2 83

Bảng 5-27: Các chỉ tiêu cơ lý của đất .89

Bảng 5-28: Bảng tính lún tổng cộng .91

Bảng 5-29 : Hệ số γ s 97

Bảng 5- 30: Bảng tính toán R c. .97

Bảng 5-31: Cao trình thềm đá .99

Bảng 5-32: Tính toán D n50 , W 50 và chiều dày chân thềm t .99

Bảng 5-33: Sơ bộ chọn kích thước chiều rộng tuyến đê A1 100

Bảng 5-34: Tính toán giá trị L tại độ sâu tính toán 103

Bảng 5-35: Tính toán giá trị h b 103

Bảng 5-36: Tính toán α 1 , α 2 , α 3 104

Bảng 5-37: Tính toán p 1 , p 2 , p 3 , và p u 105

Bảng 5-38: Tính toán các lực tác dụng lên đê 106

Bảng 5-39: Tính toán hệ số SF sliding 107

Bảng 5-40 Kích thước thùng chìm 108

Bảng 5-41 Tính toán sơ bộ khối lượng thùng chìm 111

Bảng 5-42 Tính toán mớn nước và trọng tâm C của thùng chìm 111

Bảng 5-43 Tính toán tâm nổi W của thùng chìm 111

Bảng 5-44 Bảng tính toán chiều cao tâm nghiêng ρ của thùng chìm 112

Bảng 5-45 Bảng tính toán tâm nghiêng m của thùng chìm 112

Bảng P1.1: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 1 – Đi vào gốc 121

( Hướng NE – đê A1 ) 121

Bảng P1.2: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 2 – Đi vào thân đê 121

( Hướng NE – đê A1 ) 121

Bảng P1.3: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 3 – Đi vào đầu đê 122

( Hướng NE – đê A1 ) 122

Bảng P1.4: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 4 – Đi vào đầu đê 122

( Hướng NE – đê A2 ) 122

Bảng P1.5: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 5 – Đi vào thân đê 123

( Hướng NE – đê A2 ) 123

Bảng P1.6: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 6 – Đi vào gốc đê 123

( Hướng NE – đê A2 ) 123

Bảng 2.1: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 7 – Đi vào gốc đê 124

( Hướng E – đê A2 ) 124

Bảng 2.2: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 8 – Đi vào thân đê 124

( Hướng E – đê A2 ) 124

Bảng 2.3: Tính toán hệ số k r , k s cho tia sóng 9 – Đi vào đầu đê 125

( Hướng E – đê A2 ) 125

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG I.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu :

Tỉnh Thừa Thiên Huế là tỉnh phía Nam của vùng duyên hải Bắc Trung Bộ, phía Bắc giáp tỉnh Quảng Trị, phía Tây giáp với nước CHDCND Lào, phía Nam giáp với thành phố Đà Nẵng, phía Đông giáp với biển Đông với đường bờ biển dài khoảng 120Km

Khu vực cửa Thuận An – tỉnh Thừa Thiên Huế ( Hình 1-1 ) có tọa độ địa lý từ

độ Mỹ ngụy, sau năm 1975 đất nước hoàn toàn giải phóng cảng Thuận An được sử dụng như một cảng tổng hợp phục vụ cho việc tiếp nhận, vận tải và bốc xếp hàng hóa phục vụ cho việc phát triển dân sin kinh tế của địa phương cũng như của cả khu vực miền Trung Con đường ngắn nhất để nối cảng với biển là qua cửa Thuận An Tuyến luồng của cảng qua phá Tam Giang, qua cửa biển được hình thành và cũng chính là tuyến luồng giao thông quan trọng phục vụ cho các hoạt động của cảng, cho việc lưu thông phát triển kinh tế của ngư dân huyện Phú Vang và của Thừa Thiên Huế

Cửa Thuận An là cửa thoát lũ sông Hương, ảnh hưởng trực tiếp đến tình trạng úng ngập kéo dài vùng hạ lưu sông Hương trong đó có thành phố Huế vào mùa lũ

Cho đến nay cảng Thuận An ( cùng với cảng Chân Mây mới được đưa vào khai thác 19/5/2003 ) vẫn là đầu mối duy nhất để nối các phương thức giao thông vận tải đường biển, đường thủy nội địa, đường bộ và là cửa ngõ thông thương nối Thừa Thiên Huế với các tỉnh bạn trong nước cũng như trong khu vực trong mối quan hệ giao lưu hàng hóa

Cảng Thuận An nằm ngay sát cửa Thuận An diễn biến của vùng cửa ra biển ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của cảng

Cửa Thuận An còn là một cán cân sinh thái quan trọng trong hệ sinh thái đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, thông qua việc điều tiết sự trao đổi nguồn nước với biển

Bãi tắm Thuận An là khu nghỉ mát chính của tỉnh và đã được quy hoạch thành khu du lịch lớn trong dự án phát triển du lịch của tỉnh, nhưng việc quan trọng hơn là việc xói lở bãi tắm Thuân An đe doạ việc chọc thủng ranh giới cuả biển và đầm phá phá vỡ toàn bộ hệ môi trường sinh thái trong một vùng rông lớn của tỉnh Do đó việc xây dựng công trình chống bồi xói cho cửa Thuận An là một nhiệm vụ vô cùng cấp thiết

Trong những năm 1999 – 2000 tỉnh Thừa Thiên Huế đã trải qua nhiều cơn lũ liên tiếp trong đó có lũ lịch sử vào tháng 10 năm 1999 Ảnh hưởng của lũ trên diện rộng, thời gian dài đã gây nhiều thiệt hại về người, tài sản và các công trình công cộng trong đó cơ sở hạ tầng giao thông bị thiệt hại nặng nề

Năm 2001, bờ biển tỉnh Thừa Thiên Huế đoạn cửa Thuận An đến Hòa Duân tiếp tục bị xâm thực nặng dẫn đến sạt lở bờ biển nghiêm trọng đe dọa tính mạng của nhân dân trong khu vực, gây xáo trộn về an ninh, trật tự xã hội vì hàng loạt hộ dân

đã phải di dời đến nơi ở khác

I.2 Xác định vấn đề

Bờ biển tỉnh Thừa Thiên Huế là một trong những đoạn bị xâm thực thường xuyên, đe dọa đất ở, gây nguy hiểm cho cuộc sống dân cư trong vùng Theo khảo sát thì khu vực Thuận An – Hòa Duân đã có hiện tượng bị xâm thực , xói từ trước trận lũ lịch sử ( tháng 9/1999 ) khá lâu, nhất là đoạn từ bãi tắm Thuận An đến Hòa Duân và đoạn bờ biển xã Hải Dương sát với cửa Thuận An Sau lũ 9/1999 thì mức

độ sạt lở bờ biển đoạn này trở nên nghiêm trọng hơn gây ra những thiệt hại nặng nề Tình hình xói lở bờ biển của khu vực Thuận An – Hòa Duân và bờ biể xã Hải Dương :

I.2.1 Sạt lở bờ biển xã Hải Dương :

- Từ lũ tháng 9/1999 đến tháng 7/2000 : Trong giai đoạn này khu vực bờ biển thuộc địa phận xã Hải Dương, hiện tượng xói lở bờ biển diễn ra với tốc độ và mức độ lớn hơn trước đó nhiều lần Diện tích đất dọc bờ biển bị mất do xói lở khoảng 12,25Ha phân bố trên chiều dài gần 2,6Km suốt từ phía đầm phá ra ngoài cửa biển Chiều rộng khu vực bị xói trung bình khoảng 47m, có nơi chiều rộng xói

lở lên đến 90m Hiện tượng xói lở với cường độ mạnh ở đây diễn ra vào thời gian từ tháng 1 đến tháng 7 năm 2000

- Sau tháng 7/2000 hiện tượng xói lở bờ biển diễn ra với cường đọ mạnh đã làm cho trạm Hải đăng lật nhào xuống biển, hơn 20 nhà dân chài ven biển cũng bị

đổ xuống Hiện nay suốt trên chiều dài 2Km bờ biển đoạn này, hiện tượng xói lở vẫn đang tiếp tục diễn ra Xói lở đã tạo ra đường bờ có dạng vòng cung lõm, diện tích bờ bị lở của khu vực này khoảng 5,57Ha, chiều rộng xói lở trung bình 30m, chỗ lớn nhất là 60m Khu vực ngọn Hải Đăng xói lở sâu vào 22m Hiện tượng xói lở diễn ra mạnh nhất vào thời kì từ tháng 7 đến tháng 9 năm 2000 và từ tháng 12/2000 đến tháng 1/2001

I.2.2 Khu vực Thuận An – Hòa Duân

- Từ lũ tháng 11/1999 đến tháng 7/2000 : Trận lũ năm 1999 đã mở lại cửa biển Hòa Duân với chiều rộng khoảng 600 ÷ 700m, làm cắt đứt quốc lộ 49B Sau lũ mức độ sạt lở bờ biển đoạn Thuận An – Hòa Duân gia tăng mãnh liệt Trong vòng một năm khu vực này đã bị xói lở sâu với chiều rộng có nơi lên tới 90m và trung bình khoảng 50m

Khu vực bãi tắm Thuận An trên chiều dài 6,6Km từ cửa Thuận An đến Hòa Duân, chiều rộng trung bình bị xói lở là 35m, vị trí lớn nhất là 60m Trong giai đoạn này toàn bộ bờ biển bị xói lở mạnh với tốc độ 40m/năm, tổng diện tích đất đai bị xói lở mất khoảng 44,7Ha

Sau tháng 7/2000 : Sau khi công trình khôi phục QL49B hoàn thành ( đập bịt cửa Hòa Duân ), đập chắn đã tạo ra vùng bồi phía biển khá lớn, nhưng đường bờ vẫn là một vòng cung lõm cách bờ cũ khá xa Toàn bộ bãi cát rộng lớn trước đây thuộc bãi tắm Thuận An đã bị xói mất để lại bờ cát dốc đứng

Trước tình hình đó đòi hỏi chính quyền địa phương phải có biện pháp xử lý khắc phục kịp thời để bảo vệ khu vực bờ biển tỉnh Thừa Thiên Huế nhằm bảo vệ cho cuộc sống của người dân cũng như để đảm bảo cho việc phát triển kinh tế của tỉnh

I.3 Mục tiêu của đồ án

Thông qua tìm hiểu một số tài liệu về kết quả khảo sát nguyên nhân gây ra hiện xói lở mạnh là do khu vực này thường xuyên phải hứng chịu những đợt bão mạnh tác động trực tiếp, hiện tượng gió mùa Đông Bắc có mưa vừa kết hợp với triều cường… sinh ra sóng ngoài khơi đánh mạnh vào bờ mang cát ra và dòng chảy ven bờ mang cát đi Những tác động như vậy làm cho lượng cát ở bãi biển bị xói mòn dần tạo độ dốc không ổn định và dẫn đến sụt lở liên tục ngày càng sâu

Từ những thiệt hại do hiện tượng xói lở bờ biển gây ra cho cuộc sống người dân ven biển và ảnh hưởng tới tiến trình phát triển kinh tế của tỉnh Thừa Thiên Huế nên trong đồ án em muốn đề xuất biện pháp công trình: Xây dựng công trình đê chắn bùn cát tại khu vực cửa Thuận An nhằm :

- Chống bồi lắng luồng tàu để ổn định luồng vào cảng Thuận An

- Hạn chế xói lở để bảo vệ bờ biển, đất đai cho người dân sống ven biển

và giữ ổn định về môi trường cho khu vực

I.5 Phương pháp thực hiện

Để thực hiện được đồ án thì em đã tiến hành các bước như sau:

- Thu thập, điều tra, xử lí số liệu về địa hình, số liệu về điều kiện thủy hải văn, khí tượng, địa chất và dân sinh kinh tế trong khu vực phạm vi của

đồ án

- Xác định sự cần thiết của công trình đê chắn bùn cát đối với luồng tàu vào cảng Thuận An và với tình hình xói lở bờ biển khu vực hai bên cửa Thuận An

- Xử lý số liệu thu được để tính toán các điều kiện biên nhằm lựa chọn giải pháp và thiết kế công trình như : bố trí mặt bằng, giải pháp kết cấu

và biện pháp thi công…

- Tính toán khối lượng công trình và đưa ra mức đầu tư cần thiết để xây dựng được công trình

- Hiệu quả của công trình đê chắn bùn cát đem lại sau khi hoàn thành

- Đánh giá tác động của công trình đối với môi trường khu vực

CHƯƠNG II ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN II.1 Điều kiện địa lý, địa hình

II.1.1 Vị trí địa lí:

Thừa Thiên Huế ( Hình 2-1 ) là một trong 4 tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm miền Trung, có toạ độ địa lý 16-16,80 vĩ bắc và 107,8-108,20 kinh đông

Hình 2-1: Bản đồ hành chính Thừa Thiên Huế

nghìn người, chiếm 1,5% về diện tích và 1,5% về dân số so với cả nước

Thừa Thiên Huế nằm trên trục giao thông quan trọng xuyên Bắc-Nam, trục hành lang Đông-Tây nối Thái Lan - Lào - Việt Nam theo đường 9 Thừa Thiên Huế

ở vào vị trí trung độ của cả nước, nằm giữa thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh là hai trung tâm lớn của hai vùng kinh tế phát triển nhất nước ta, là nơi giao thoa giữa điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội của cả hai miền Nam - Bắc Thừa Thiên Huế là một trong những trung tâm văn hoá, du lịch, trung tâm giáo dục đào tạo, y tế lớn của cả nước và là trung tâm phát triển kinh tế quan trọng của vùng kinh

tế trọng điểm miền Trung

Bờ biển của tỉnh dài 120 km, có cảng Thuận An và vịnh Chân Mây với độ sâu

18 ÷ 20m đủ điều kiện xây dựng cảng nước sâu với công suất lớn, có cảng hàng không Phú Bài nằm trên đường quốc lộ 1A và đường sắt xuyên Việt chạy dọc theo tỉnh, có 81 km biên giới với Lào

Vị trí địa lý như trên đã tạo điều kiện thuận lợi cho Thừa Thiên Huế phát triển sản xuất hàng hoá và mở rộng giao lưu kinh tế - xã hội với các tỉnh trong cả nước và quốc tế

Cảng Thuận An thuộc sở GTVT tỉnh Thừa Thiên Huế quản lí và khai thác, cảng cho phép cập tầu tới 1000 DWT để khai thác nhập khẩu hàng hóa phục vụ cho tình Cảng thuộc địa bàn thôn Tân Mỹ xã Phú Tân huyện Phú Vang tỉnh Thừa Thiên Huế Cảng nằm ở bờ Tây Nam của phá Tam Giang cách bờ biển Thuận An khoảng 4km về phía Đông Nam và cách trung tâm thành phố khoảng 12km Cảng Thuận

Trong tình hình hội nhập kinh tế như hiện nay của Việt Nam nói chung

và tỉnh Thừa Thiên Huế nói riêng đã đặt ra một nhu cầu cấp thiết là phải nâng cấp cảng Thuận An và luồng tầu vào cảng nhằm đáp ứng nhu cầu giao lưu hàng hóa bắng đường biển với các tỉnh bạn và với quốc tế Muốn phát triển cảng Thuận An trở thành cảng có thể tiếp nhận tầu từ 1000 DWT đến 2000 DWT với lượng hàng hóa thông qua lớn thì ngoài việc cải tiến phương tiện vận chuyển, không ngừng xây dựng cơ sở vật chất của cảng ngày càng hiện đại hơn còn phải cải tạo luồng vào cảng đảm bảo cho tàu bè vào cảng an toàn thuận lợi

Một trong những biện pháp cải tạo luồng tàu hiệu quả và lâu dài là xây dựng công trình đê chắn cát chống bồi lấp luồng tầu vào cửa Thuận An

II.2.2 Đặc điểm địa hình

Thuận An là cửa biển thuộc sông Hương, bờ trái thuộc xã Hải Dương huyện Hương Trà, bờ phải thuộc xã Thuận An, huyện Phú Vang, Tỉnh Thừa Thiên Huế Khu vực cảng Thuận An nằm ở dìa ngoài của đồng bằng Thừa Thiên Huế, trên dải cát ngăn cách vịnh Bắc Bộ và Hệ đầm phá nổi tiếng Tam Giang – Thuỷ Tú – Cầu Gai với địa hình được mô tả như sau:

địa hình tỉnh Thừa Thiên Huế có cấu tạo dạng bậc khá rõ, với đầy đủ các dạng địa hình gò đồi, rừng núi, đồng bằng duyên hải, đầm phá và biển tập trung trong một không gian hẹp thấp dần từ Tây sang Đông, phía Tây là dãy núi cao, phần giữa là đồi núi thấp, phía Đông là dải đồng bằng nhỏ hẹp

- Địa hình núi chiếm khoảng 1/4 diện tích nằm ở biên giới Việt - Lào và tỉnh Quảng Nam Đà Nẵng Địa hình đồng bằng là một phần đồng bằng duyên hải miền Trung, bề ngang hẹp và chiều dọc kéo dài theo phương Tây Bắc - Đông Nam, song song với bờ biển Trong miền đòng bằng ven biển có

nhiều đầm phá, vũng như phá Tam Giang, đầm Hà trung, đầm Cầu Hai, vũng An cư, chúng đổ ra biển ở cửa Thuận An, cửa Tư Hiền và cửa Lăng

Ngoài ra ở vùng đồng bằng sát núi còn có một số hồ nhỏ nước ngọt như hồ Hoà Mỹ, hồ Thọ Sơn, hồ diện Hòn Chén

- Một dạng địa hình phân bố khá phổ biến trong vùng đồng bằng là những cồn

Đường bờ biển :

- Dải cồn cát ngăn cách hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai với biểu hiện bị xâm thực và xói lở nghiêm trọng ở ba khu vực : từ xã Hải Dương đến Thuận An, từ Thuận An đến Hòa Duân và từ Hòa Duân đến Phú Thuận

- Bờ biển có cồn cát chắn từ cửa Thuận An đến làng Hòa Duân tương đối thẳng và có hướng Tây Bắc – Đông Nam Dải cát trong đoạn này nơi rộng nhất đạt tới 850m ( gần cầu Thuận An ) đến 80m (ở eo Hòa Duân ) Cao

độ của cồn cát phía biển dao động từ 2,5m đến 3m, bờ phía đầm có cao độ thấp hơn

- Bờ biển vùng này trống trải không được che chắn Từ bờ ra 20m đến 25m đáy biển có độ dốc 9% ÷ 10%, kế đến có độ dốc 1,75 ÷ 2,5% trong khoảng 100m, xa ra nữa đáy biển thay đổi đột ngột dốc và sâu

Cửa biển :

- Cửa biển chính của phá Tam Giang – Cầu Hai là cửa Thuận An và cửa Tư Hiền Cửa Thuận An rộng khoảng 380m, không sâu, địa hình biến đổi từ Đông sang Tây với cao độ từ -1m đến -4m Cửa Tư Hiền hẹp hơn với chiều rộng khoảng 50m, sâu trung bình 1,0m Biên độ triều ở Thuận An và

Tư Hiền khác nhau, biên độ triều thấp ở Thuận An và tăng dần lên về phía

Tư Hiền và có một số ảnh hưởng triều của vùng kế cận bên là vịnh Chân Mây

- Các cửa biển thường được khai thông trong mùa mưa bão lớn Cửa biển bị lấp tự nhiên lại chủ yếu xảy ra vào mùa khô ( gió mùa Đông Bắc thịnh hành trong khu vực ), nhất là trong những năm không có mưa lớn

Luồng tàu qua cửa Thuận An : Tổng chiều dài luồng tàu từ biển vào cảng Thuận An khoảng 5Km và có thể phân chia thành hai đoạn:

- Đoạn trong phá Tam Giang: là đoạn luồng kín ít chịu tác đọng của các yếu tố động lực biển, đoạn này chạy trong đầm phá theo lạch sâu tự nhiên Chiều dài 2,5Km nối cảng với cửa Thuận An, tuyến luồng ổn định

- Đoạn luồng ngoài biển ( dài 2,5Km ) : độ ổn định về hướng tuyến nhỏ Do chịu tác động của dòng chảy mùa lũ, dòng ven và dòng triều nên thường thay đổi theo mùa, theo năm Địa hình đoạn luồng đi qua đáy biển có cao

độ từ -5 đến -10m theo đường trũng sâu, nhưng cách cửa khoảng 1,5Km

có ngưỡng cạn và cao độ đỉnh ngưỡng cạn chỉ đạt từ -3 đến -4m

II.2 Điều kiện khí hậu

II.2.1 Gió

Chế độ gió ở đây chia làm 2 mùa rõ rệt: Gió mùa hè và gió mùa đông

- Gió mùa đông thống trị trong khoảng thời gian từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau Hướng gió thịnh hành là NE, E Tốc độ gió trung bình quan trắc

Khoảng thời gian chuyển tiếp giữa 2 mùa ( tháng 4 và tháng 9) có thể coi là khoảng thời gian giao thời Hướng gió trong khoảng thời gian này cũng thay đổi và vận tốc gió cũng không lớn

Căn cứ vào một số số liệu thực đo ( Năm 1988) về chế độ gió tại cửa Thuận

An thì hướng gió tại cửa Thuận An lại khá tập trung và tần suất lặng gió là khá thấp Hướng gió chủ yếu có vận tốc lớn là hướng Đông (E) và Đông Bắc (NE) Sau đây

là hệ thống hoa gió đo được tại cửa Thuận An

Hình 2-2: Hoa gió tổng hợp tại cửa Thuận An (1988)

WS W

Khu vực này thường có bão vào các tháng VIII, IX, X trong năm, tháng IX là

tháng có số lần xuất hiện bão nhiều nhất

- Theo thống kê từ năm 1884 đến 1977 có 71 cơn bão gây ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến khu vực này Bão xuất hiện sớm nhất vào tháng VI và muộn nhất vào tháng XI Tần suất số lần xuất hiện bão ảnh hưởng đến khu vực này không đều, trong lúc tần suất bão tháng XI chỉ chiếm khoảng 4% thì riêng tháng IX lại đạt đến 33%

- Bão đổ bộ vào khu vực này chủ yếu là bão cấp 9, 10 Tuy nhiên cũng có những năm bão cấp 12 và trên cấp 12, tốc độ gió lớn nhất trong bão quan trắc được trong khu vực này đạt 36 đến 40m/s

Bảng 2.4: Các cơn bão đổ bộ, ảnh hưởng đến khu vực (1960 – 2000 )

- Mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 12

- Mùa khô kéo dài từ tháng 1 đến tháng 8

Là một trong những tỉnh có lượng mưa lớn nhất ở nước ta với lượng mưa trung bình hàng năm đều trên 2500 mm, có nơi lên trên 4000 mm

II.3 Điều kiện thủy, hải văn

II.3.1 Thủy triều:

Vùng ven bờ biển Thừa Thiên Huế chỉ với kéo dài khoảng 120 km nhưng thuỷ triều biến đổi khá phức tạp Từ Nam Quảng Bình tới cửa Thuận An, thuỷ triều thuộc loại bán nhật không đều, hầu hết các ngày trong tháng là bán nhật triều với độ

thuộc chế độ bán nhật triều đều: Một ngày có hai lần triều lên và hai lần triều xuống Nơi đây có dao động thuỷ triều nhỏ nhất so với toàn dải ven bờ nước ta

Biên độ dao động ngày của mực nước ngày tại trạm Thuận An chỉ khoảng 30 50cm Xa dần vùng cửa Thuận An về phía Bắc và phía Nam, biên độ dao động triều

ngày bán nhật triều/ một thángvà biên độ dao động kì nước cường là 80cm

Tại khu vực Chân Mây biên độ trung bình là 70cm, cực đại là 145cm và cực tiểu là 20cm Mực nước triều trung bình là 0cm, mực nước cực đại là 126cm và cực tiểu là - 72cm

Theo số liệu của Ban quản lí dự án sông Hương, tại cửa Thuận An:

Theo số liệu thực đo năm 1989, thống kê tần suất mực nước được thể hiện trong bảng 1.5:

Bảng 2.5: Tần suất mực nước:

Tần suất (%)

MN Đỉnh triều (cm)

MN Chân triều (cm)

MN Giờ (cm)

Đi vào vùng ven bờ, sóng hướng Đông và Đông Bắc chiếm ưu thế Quan trắc thấy ở cửa Tùng sóng các hướng này chiếm tần suất là 67% Với cửa Thuận An, sóng hướng Đông Bắc chiếm ưu thế tuyệt đối với tần suất là 99% trong khoảng độ cao

Tấn suất (%)

Khoảng cao độ

có tần suất lớn

Hướng sóng

Tấn suất (%)

Khoảng cao độ

có tần suất lớn Cửa vịnh Bắc

Vào mùa hè sóng chủ yếu có hướng Tây Nam và Đông Nam ở ngoài khơi và

chiếm tần suất 93%

Sóng biển cửa Thuận An chủ yếu là sóng do gió và cũng ứng với hai mùa gió Mùa đông hướng sóng thịnh hành là hướng Đông Bắc và Đông, độ cao trung bình

Xem bảng 2-6 ta thấy hướng sóng ENE chiếm 50,7%, E chiếm 25,7% (Đây là

2 hướng sóng chủ đạo), SE chiếm 5,6%

Hình 2-3: Biểu đồ hoa gió trạm Cồn Cỏ

N

1.40%

S WS

W WN

SE

E NE

1.6-3m 0.5-1.5m

II.3.3 Dòng chảy:

Dòng chảy của khu vực chịu ảnh hưởng chung của hoàn lưu vịnh Bắc Bộ, vừa

tụ của dòng chảy bờ Tây vịnh Bắc Bộ tồn tại quanh năm và dòng chảy xoáy mùa đông bờ Tây Biển Đông Dòng chảy thứ nhất phát sinh trong vùng nước không lớn

và nông ở vịnh Bắc Bộ chảy theo hướng Đông Nam dọc theo đường bờ Khi tới cửa Tây Nam của vịnh gặp độ sâu lớn có lẽ không phát triển mạnh, vận tốc chỉ khoảng vài chục cm/s ở tầng 20m Dòng chảy thứ hai chảy từ phía Đông Bắc qua vùng biển ngoài khơi bên ngoài cửa vịnh Bắc Bộ, có qui mô và cường độ mạnh hơn, tốc độ

dòng hợp thành một và tiến xuống phía Nam theo đường bờ miền Trung và Thừa Thiên Huế Tại đoạn này do áp sát vào bờ và trường gió mùa Đông Bắc mùa đông thuận lợi cho sự phát triển, nên dòng chảy phát triển mạnh hơn Do tính chất đường

bờ thẳng, độ sâu lớn nên dòng chảy phát triển chủ yếu ở dưới tầng sâu vài chục mét

3.5

4.0

Tổng 1.2 1.1 0.6 50.7 25.7 3.2 5.6 1.9 1.4 2.2 4.0 1.9 0.2 0 0.1 0.2

với vận tốc lớn đáng kể Hệ thống dòng chảy vùng sát bờ gồm: Dòng chảy ổn định, dòng triều và dòng sóng Dòng chảy ổn định gồm 2 đới Đới sát bờ tới độ sâu 10m

có tốc độ dòng chảy mặt gấp hai lần tốc độ dòng chảy đáy, hướng chảy từ Bắc đến Nam Riêng khu vực mũi Chân Mây đến Nam cửa Thuận An vào mùa hè có hướng

Dòng triều có tính chất bán nhật và toàn nhật không đều, riêng khu vực lân cận cửa Thuận An là bán nhật triều đều Tốc độ dòng triều khá mạnh, trung bình

20cm/s ( vào sâu trong phá Tam Giang dòng toàn nhật chỉ còn 3cm/s, trong khi

Dòng chảy sóng giữ vai trò chính trong vận chuyển bùn cát trong đới sóng nhào Hướng khá ổn định dọc theo bờ theo mùa sóng tác động Mùa hè dòng sóng hướng dọc bờ từ phía Nam lên ( SE – NW), mùa đông ngược lại ( NW – SW) Tốc

II.3.4 Nước dâng

Nước dâng do bão là hiện tượng đặc biệt nguy hiểm ở dải ven biển miền Trung Mực nước biển dao động mạnh và đột ngột do kết quả của chuyển động

sóng Nước dâng do gió mạnh ở vùng ven bờ do áp suất khí quyển trên mặt nước giảm mạnh và hậu quả của mưa lũ Bão xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 10 và tập trung vào tháng 9 (54%), trung bình có 0,41 cơn bão/năm Nước dâng trong bão xảy

ra ở tất cả các pha triều với xác suất tương tự nhau và thời gian đỉnh nưóc dâng khoảng 2 giờ Cơn bão số 8 (CECIL) ngày 15/10/1985 đổ bộ ngây nước dâng 2,7m

Thiên Huế nước dâng thường không vượt quá 1,5m

II.4 Điều kiện địa chất và bùn cát

Theo báo cáo khảo sát địa chất công trình do Trung tâm Động lực học cửa sông ven biển và hải đảo thực hiện tháng 6/1999 và báo cáo địa chất công trình do Công ty Tư vấn xây dựng cảng – Đường thủy thưc hiện tháng 10/2002 cho thấy khu vực cửa Thuận An có các lớp địa chất theo thứ tự như sau:

- Lớp 1: Cát hạt trung đến thô, màu xám trắng, xám vàng, dưới bão hoà nước,

chặt vừa lẫn vỏ sò, vỏ hến

Lớp cát này phân bố rộng khắp khu vực khảo sát Các hố khoan trên bờ (đoạn

các lỗ khoan trên bờ và - 3,3m đối với các hố khoan dưới nước Cao độ đáy lớp biến đổi từ (-14,0m) đối với hố khoan LK5 và (-16,1m) với lỗ khoan LK4 Bề dày lớp đất lớn biến đổi từ 10,7m (LK5) tới 18m (LK4)

Các kết quả trên cho thấy cát lớp 1 này có khả năng chịu tải tốt nhưng không có độ dính kết nên dưới tác dụng của sóng biển dễ bị rửa trôi, gây hiện tượng xói lở bờ

- Lớp 2: Sét, đôi chỗ là sét pha xen kẹp lớp bùn sét màu xám xanh, xám đen

lẫn tàn tích thực vật, trạng thái dẻo chảy đến chảy, hiếm dẻo mềm

Nằm dưới lớp cát hạt trung đến lớp thô (lớp 1) là lớp sét này Cũng như lớp 1, sét pha lớp 2 phân bố rộng khắp khu vực khảo sát Cao độ mặt lớp trùng với cao độ đáy lớp 1 Cao độ đáy lớp biến đổi từ (-20,6m) LK4 đến (-25,7m) LK2 Bề dày lớp biến đổi từ (4.5m) LK4 đến (11.0m) LK2

Lớp 2 này có cường độ chịu tải thấp, biến dạng mạnh và mức độ ổn định kém

- Lớp 3: Cát pha xám tro, xám ghi, lẫn ít vỏ sò, vỏ hến, trạng thái dẻo đến

chảy:

Nằm kề với lớp đất sét 2 là lớp cát pha lớp 3 Lớp đất này phân bố rộng khắp khu vực khảo sát Cao độ mặt lớp trùng với cao độ đáy lớp 2 Cao độ đáy lớp biến đổi từ cao độ (-25m) LK3, LK4 đến (-26.4m) LK5 và (-29.0m) LK1, LK2 Bề dày lớp biến đổi từ (3.4m) LK2, LK3, LK4 đến (4.5m) LK5 và (6.0m) tại LK1

Lớp 3 có khả năng chịu tải tương đối tốt, biến dạng nhỏ, mức độ ổn định tương đối tốt

- Lớp 4: Sét, đôi chỗ là sét pha màu xám xanh, xám đen lẫn tàn tích thực vật

và ít vỏ sò, vỏ hến, trạng thái dẻo dến chảy, hiếm dẻo mềm:

Nằm dưới cùng của mặt cát là lớp đất sét lớp 4 Cũng như các lớp đất trên, lớp này phân bố rộng khắp khu vực khảo sát Cao độ mặt lớp trùng với cao độ đáy lớp

3 Cao độ đáy lớp và độ dày chưa xác định vì các hố khoan đều dừng trong lớp này

Bề dày lớp đất này tương đối lớn ( > 9.6m)

Lớp 4 này có khả năng chịu tải thấp, biến dạng mạnh, mức độ ổn định kém + Kết quả khảo sát như đã trình bày ở trên cho thấy điều kiện địa chất công trình tại khu vực khảo sát có các đặc điểm sau:

1 Nền đất tự nhiên trong phạm vi khảo sát được cấu tạo bởi 4 lớp đất khác nhau, trong đó có 2 lớp đất thuộc loai đất yếu và 2 lớp đất thuộc loại đất tương đối tốt hơn nằm xem kẹp với nhau

2 Các lớp đất thuộc loại tương đối tốt hơn là: Lớp 1(cát hạt trung đến hạt thô), lớp 3(cát pha) Các lớp đất này phân bố rộng khắp khu vực khảo sát và bề dày tương đối ổn định Lớp 1 phân bố ngay trên bề mặt, bề dày lớn, kết cấu rời rạc, dưới tác dụng của sóng biển đã gây ra hiện tượng xói lở bờ rât mạnh

3 Các lớp đất yếu là: Lớp 2 và lớp 4(sét đôi khi là sét pha lẫn tàn tích thực vật trạng thái dẻo chảy đến trạng thái chảy) Các lớp đất này phân bố rộng khắp khu

Khả năng chịu tải thấp, biến dạng mạnh, khả năng ổn định kém nhưng phân bố

ở sâu

4 Đặc điểm địa chất ở các lỗ khoan trên bờ và dưới nước không có gì khác nhau Chỉ có bề dày lớp 1 (cát hạt nhỏ đến hạt trung) là biến đổi tương đối nhiều từ

5 Đặc điểm địa chất ở 2 bờ nhìn chung không có gì thay đổi lớn, các lớp đất phân bố đồng đều trên khu vực khảo sát cả về bề dày lẫn chiều sâu, chỉ có tại lỗ

khoan LK1 ở xã Hải Dương trong lớp 1 (cát hạt nhỏ đến hạt thô) có xen kép thấu kính cát pha màu xám đen lẫn tàn tích thực vật, trạng thái chảy thấu kính này có thể được tạo thành do quá trình biển tiến và biển lùi

Sau đây là lát cắt địa chất khu vực khảo sát (Hình 2-4):

Hình 2-4: Lát cắt địa chất công trình khu vực khao sát

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ ĐIỀU KIỆN BIÊN III.1 Phân tích xác định mực nước thiết kế

III.1.1 Xác định cấp công trình

Cấp công trình đê chắn sóng và đê chắn bùn cát bảo vệ cảng được xác định

nhất dọc theo tuyến đê chính tại chân đê sát cửa cảng ( Theo 22 – TCN – 222 - 95)

Công trình chỉ được tăng một cấp công trình đê chắn sóng so với quy định trên trong các trường hợp sau:

Công trình có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ( chủ quyền quốc gia, an ninh quốc phòng, xây dựng kinh tế biển )

Xây dựng trong điều kiện tự nhiên bất lợi (nền đất rất yếu, thi công gấp trong điều kiện tự nhiên khắc nghiệt )

Lần đâu tiên ứng dụng một loại kết cấu mới, vật liệu mới

Ngoài cách phân cấp trên, đê chắn sóng còn được phân cấp theo độ sâu:

Tuy nhiên đây là công trình đê chắn bùn cát chống bồi lấp luồng tàu do đó cấp công trình sẽ được xác định theo tuyến luồng Theo tiêu chuẩn phân cấp tuyến luồng của “Cục Hàng Hải Việt Nam” ban hành và cơ quan xét duyệt là “Bộ Giao Thông Vận Tải” thì cấp công trình được phân cấp theo các cấp sau:

Dựa vào lượng hàng hóa thông qua cảng, cấp công trình được phân cấp như sau:

Bảng 3-1: Bảng phân cấp công trình theo cấp luồng

Dựa theo thông số kỹ thuật của tàu, phân cấp tuyến luồng như sau:

Bảng 3-2 - Phân cấp công trình theo thông số kỹ thuật của tàu

( H = mực nước thủy triều khai thác chạy tàu + độ sâu luồng )

Cảng Thuận An trong tương lai được nâng cấp lên để đón nhận được tàu có trọng tải 2000DWT, vậy dựa vào bảng phân cấp trên thì công trình đê chắn bùn cát

ở đây sẽ là công trình cấp IV

III.1.2 Mực nước triều thiết kế :

Theo 14 TCN 130 – 2002 Hướng dẫn thiết kế đê biển, mực nước triều cực trị thiên văn Max tại trạm nghiên cứu Thuận An là 76,4cm ( Cao độ hải đồ ) Số “0” hải đồ tại các trạm này sẽ được quy về số “0” hải đồ tại trạm quốc gia tại Hòn Dấu Tính tương quan giữa các trạm, quy mực nước trạm nghiệm triều theo số “0” trạm quy ước và quy các số “0” trạm theo số “0” độ sâu tại các trạm hải văn Cuối cùng, chúng ta có kết quả quy chuẩn hệ cao độ tại khu vực theo số “0” hải đồ và số “0” lục địa như sau :

Bảng 3-3 - Kết quả tính chênh lệch giữa trạm nghiệm triều và cao độ quốc gia

Số liệu Bảng 3-3 lấy từ kết quả tính toán của phần mềm TIDE tính toán phân tích điều hòa từ các chuỗi số liệu của các trạm nghiệm triều

Vậy mực nước triều cực trị thiên văn quy về hệ cao độ hải đồ quốc gia và hệ lục địa tại trạm Thuận An – Thừa Thiên Huế là :

- Quy về “0” hải đồ: 76,4 + 124,7 = 204,1 (cm)

- Quy về “0” lục địa: 76,4 – 61,3 = 15,1 (cm)

III.1.3 Nước dâng thiết kế :

Theo đề tài nghiên cứu khoa học của thầy Vũ Minh Cát về “ Ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ để xác định điều kiện biên như sóng, gió, nước dâng và tính toán cao trình thiết kế đê biển Bắc bộ” trang 17 ta có công thức tính nước dâng của Bretshneider như sau:

2 w a w

hcosg

FU)/(C2

U: vận tốc gió thiết kế ở độ cao 10(m) so với mặt nước (m/s)

=32,75(m/s) – ( Tính toán trong phần III.2.1 )

F: đà gió thiết kế (km) =152,672(km) – ( Tính toán tại III.2.2 )

h : chiều sâu trung bình của vùng nước trước đê =6(m)

Hướng gió chủ yếu tại khu vực này là hướng Đông Bắc và Đông Dựa vào hướng gió và bình đồ khu vực t a xác định được:

- Với hướng Đông Bắc : thay các số liệu tính được vào phương trình (*)

ta có :

2 3

613cos81

,9

152672

75,32)

1000/21,1(10.8

653cos81

,9

152672

75.32)

1000/21.1(10.8

130 – 2002 ( trang 92 ) thì nước dâng lớn nhất đã và có thể xảy ra là 2,6(m) cho nên

kết quả tính toán nước dâng thiết kế cho hai hướng sóng Đông Bắc và Đông như trên là có thể chấp nhận được

III.1.4 Mực nước thiết kế:

+ Mực nước thiết kế với hướng Đông Bắc (NE):

III.2 Tính toán tham số gió

III.2.1 Giá trị vận tốc V gió do bão:

Theo 22 TCN 222 – 95 (Phụ lục 1- 7) thì khi xác định các phần tử của sóng do gió và nước dâng do gió phải lấy suất đảm bảo của cơn bão tính toán là :

2% ( 1 lần trong 50 năm ) – đối với công trình cấp I và II

4% ( 1 lần trong 25 năm ) – đối với công trình cấp III và IV

Công trình cua ta là công trình cấp IV nên Thuận An lấy với tần suất 4% (N=25)

Xác định lượng ngẫu nhiên theo chu kỳ lặp theo luật phân bố weibull

Hàm xác suất lũy tích Weibull có dạng:



 )(

1)()(

b x e x

X F x F

) (

) (

H F x

Trong đó i là vị trí của số liệu trong chuỗi theo thứ tự sắp xếp từ lớn đến nhỏ (i=1 ứng với số lớn nhất)

Tính toán phân bố weibull với giá trị 

Ta có bảng sau ( Số liệu lấy từ Bảng 2-4 ):

Bảng 3-4: Số liệu vận tốc gió tính theo phân bố Weibull:

1/(1-F(x))

F(x)))

F(x)))^1/beta

Tr=

) ( 1

1

x F

Từ đó ta có:

Tra trên đồ thị weibull ta có: V= 37,84 (m/s)

Tốc độ gió tính toán ở độ cao 10m trên mặt nước được xác định theo công thức:

Trong đó:

thức:

t V

5 , 4

= 0,675 +

84 37

5 , 4

= 0,794 < 1

22TCN222-95 Nó phụ thuộc vào tốc độ gió và loại địa hình

Bảng 3-5: Bảng tra giá trị K t theo địa hình

hình tương tự có các chướng ngại vật phân bố đều,với chiều cao của chướng ngại cao hơn 10 m so với mặt đất;

Dựa vào bảng trên và nội suy với địa hình loại A và vận tốc gió Vt =

III.2.2 Xác định đà gió

Khi xác định sơ bộ các thông số sóng thì giá trị trung bình của đà gió(m) đối

w V

III.3 Phân tích xác định các đặc trưng sóng thiết kế

III.3.1.Tính toán tham số sóng khởi điểm

Từ số liệu quan trắc sóng trong 37 năm ( từ 1961 đến 1997 ) tại trạm Cồn Cỏ cho khu vực Thừa Thiên Huế ta có được đường tần suất Weibull ( β = 2 ) như hình dưới :

Hình 3-2 : Đồ thị phân bố Weibull

Dựa vào đồ thị phân bố Weibull với công trình đê chắn bùn cát tại Thuận An – Thừa Thiên Huế là công trình cấp IV, tần suất P = 5% ( 20 năm mới xuất hiện 1 lần

Chu kỳ đỉnh phổ sóng lấy theo công thức kinh nghiệm :

III.3.2 Thông số sóng tại chân công trình

Từ biểu đồ hoa gió đo được tại cửa Thuận An ta thấy hướng gió chủ yếu có vận tốc lớn là hướng Đông (E) và Đông Bắc (NE) :

Hình 3-3: Hoa gió tổng hợp tại cửa Thuận An (1988)

WS W

III.3.2.1: Hệ số khúc xạ (k r ) và hệ số biến hình ( k s ) theo hướng Đông Bắc(NE)

thẳng vẽ qua một điểm cho trước ở vùng nước nông (m)

Ta có giản đồ khúc xạ sóng như sau:

Hình 3-4: Giản đồ khúc xạ sóng

và Đông (E), ứng với mỗi hướng sóng xét 3 tia sóng tiến vào phần đầu thân và gốc

của đê Từ bản bình đồ địa hình khu vực xét tại các độ sâu khác nhau, khi tia sóng

qua các độ sâu khác nhau nó sẽ thay đổi độ lớn và hướng truyền

- Sử dụng phần mềm CRESS với các thông số đầu vào gồm :

- Độ sâu tại điểm tính toán : h (m)

- Chu kỳ sóng : T (s)

III.3.2.2: Hệ số khúc xạ (k r ) và hệ số biến hình ( k s ) theo hướng Đông (E)

Tương tự như đã tính toán với các tia sóng hướng Đông Bắc ta cũng tính được

Đông Bắc các chùm tia sóng tác động cả vào hai đê A1 và A2 nên Thuận An phải tính toán cho 6 tia sóng, đối với hướng Đông thì do đã được đê A2 nằm trên địa phận xã Thuận An thuộc huyện Phú Vang che chắn nên đê A1 nằm trên địa phận xã Hải Dương huyện Hương Trà không chịu ảnh hưởng của các tia sóng từ hướng Đông Vì vậy đố với sóng hướng Đông ta chỉ cần tính toán cho 3 tia sóng tác động vào phần đầu, thân và gốc của đê A2

Kết quả tính toán được lập thành bảng như trong phần phụ lục 2

III.3.3 Xác định biên sóng đổ :

III.3.3.1 Độ sâu sóng đổ:

Khi sóng đi từ vùng nước sâu vào vùng nước nông do năng lượng không đổi

mà bị thay đổi bởi độ dốc đáy hay hiệu ứng nước nông sẽ sinh ra hiện tượng sóng

vỡ ta có công thức quan hệ của chiều cao sóng nước sâu và chiều cao sóng nước nông :

2 1 (

tanh

1

kh

kh h

(Trang 134 GT Cơ Sở Kỹ Thuật Bờ Biển)

- Hs là chiều sâu nước tại điểm sóng vỡ

- k = 2π/L = 2.3,14/121,24 = 0,052

Mặt khác có hệ số Hv/ h = 0,73 ÷ 1,03 ( Giáo trình HTBB _ Trang 59 )

Từ 2 điều kiện trên dùng phép thử dần ta xác định được độ sâu sóng vỡ :

Bảng 3 – 8 : Bảng thống kê chiều cao sóng đổ tại độ sâu d = 6m

Độ sâu sóng

đổ Hđ (m)

III.4 Phân tích, xác định vận chuyển bùn cát

Để tính toán xác định vận chuyển bùn cát của khu vực Thuận An – Thừa Thiên Huế ta xét đến chế độ sóng chịu ảnh hưởng của chế độ gió mùa tại khu vực này Khu vực Thuận An – Thừa Thiên Huế chủ yếu là sóng do gió và cũng ứng với hai mùa gió là :

- Mùa Đông hướng sóng thịnh hành là hướng Đông Bắc và Đông, bùn cát vận chuyển từ Nam lên Bắc

- Mùa hè hướng sóng thịnh hành là Đông Nam và Tây Nam, bùn cát vận chuyển từ Bắc xuống Nam

Dựa vào phần mềm CRESS tính toán được lượng vận chuyển bùn cát ở đây theo hai mùa Trong phần mềm CRESS ta áp dụng công thức CERC để tính toán Kết quả tính toán được thể hiện như trong phần phụ lục 3

Từ kết quả tính toán với phần mềm CRESS về vận chuyển bùn cát của khu vực cho hai mùa Hè và Đông ta thấy lượng vận chuyển từ Nam ra Bắc lớn hơn lượng bùn cát vận chuyển từ Bắc vào Nam Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về khu vực này trong đó có đề tài khoa học cấp Nhà nước “ Nghiên cứu phục hồi thích nghi cho vùng cửa sông ven biển Thuận An – Tư Hiền và đầm phá Tam Giang – Cầu Hai ” đã được nghiệm thu

Bảng 3- 9: Lượng vận chuyển bùn cát trong năm

Phương pháp

Lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ (m 3 /năm)

Với quy ước :

- Từ Bắc xuống Nam mang dấu “ + ”

- Từ Nam ra Bắc mang dấu “ - ”

Như vậy kết quả tính toán như trên là có thể chấp nhận được