NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA KẾT CẤU BẢO VỆ CHÂN KÈ BIỂN TRONG ĐIỀU KIỆN THIÊN TAI BẤT THƯỜNG Ở MIỀN TRUNG

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA KẾT CẤU BẢO VỆ CHÂN KÈ BIỂN TRONG ĐIỀU KIỆN THIÊN TAI BẤT THƯỜNG Ở MIỀN TRUNG

-

NGHIÊN C U N NH C C B C A K T C U

B O V CHÂN KÈ BI N TRONG I U KI N THIÊN TAI B T TH NG MI N TRUNG

LU N V N TH C S

I U KI N THIÊN TAI B T TH NG MI N TRUNG

Mã s : 60 - 58 - 40

LU N V N TH C S

thày cô giáo, b n bè và đ ng nghi p

Tác gi xin chân thành c m n Phòng ào t o i h c và sau i h c, các gi ng viên Khoa Công trình – Tr ng i h c Th y L i đã giúp đ và truy n đ t

nh ng ki n th c chuyên môn c n thi t trong quá trình tác gi h c t p t i tr ng

c bi t tác gi xin chân thành c m n PGS.TS Nguy n Quang Hùng, NCS V Hoàng H ng đã tr c ti p h ng d n, giúp đ t n tình tác gi hoàn thành lu n

M U

1 Tính c p thi t c a đ tài

Vi t Nam n m trong vùng nhi t đ i gió mùa ông Nam Á, ch u nh

h ng c a khí h u l c đ a Trung n t phía B c và phía Tây, l i v a ch u nh h ng

c a khí h u bi n ông t phía ông và phía Nam, n i giao gi a 2 bi n l n là Thái Bình D ng và n D ng, đ ng th i n m gi a bão bi n ông là 1 trong 5 bão

l n nh t th gi i

N c ta có đ ng b bi n dài kho ng 3260 km, kéo dài 13 đ v tuy n t Móng Cái đ n Hà Tiên.Vùng ven bi n n c ta có đ a hình t nhiên th p tr ng, th ng xuyên ch u tác đ ng c a thu tri u có biên đ l n, bão v i n c bi n dâng cao, gió l n gây nh h ng đ n đ i s ng sinh ho t s n xu t c a nhân dân

Duyên h i mi n Trung Vi t Nam bao g m 13 t nh thành t Thanh Hoá t i Bình Thu n n m trong khu v c nhi t đ i gió mùa có ch đ gió mùa ho t đ ng r t đ c

bi t Hàng n m có s tranh ch p c a nhi u h th ng th i ti t cùng đ a hình b chia c t

ph c t p, m ng l i sông su i dày đ c đã gây ra di n bi n b t th ng c a th i ti t và

ch đ th y v n

Duyên h i mi n Trung là n i h ng ch u nhi u tác đ ng c a bão trong khu

v c, theo nh ng th ng kê t n m 1972 đ n n m 2005 cho th y khu v c này ch u tác

đ ng c a 49 % s c n bão.Các c n bão đ b vào mi n Trung gây ra m a l n, gió

m nh và đ c bi t là sóng do gió gây ra có tác đ ng m nh m đ n công trình th y l i nói chung và kè b o v mái d c nói riêng Các tác đ ng này th ng gây ra nh ng h

h ng mái và chân kè d n đ n m t an toàn n đ nh

Chân kè có vai trò h t s c quan tr ng trong vi c gi gìn n đ nh mái kè

và n đ nh t ng th c a toàn b kè T th c t c ng nh các k t qu nghiên c u t ng

k t đã cho th y rõ s phá ho i chân kè kéo theo s phá ho i t ng th toàn b kè C u

t o chân kè không h p lý d n t i không ch m t n đ nh chân kè mà còn gây m t n

đ nh l p b o v , d n t i m t n đ nh t ng th toàn công trình

V i nh ng nh n đ nh nh v y, tác gi đ nh h ng t p trung đi sâu nghiên

c u n đ nh c c b c a k t c u chân kè nh m đ m b o an toàn n đ nh cho kè b o v mái trong đi u ki n thiên tai b t th ng c a vùng duyên h i mi n Trung

2 M c đích c a đ tài

Nghiên c u tr ng ng su t bi n d ng trong k t c u chân kè bi n nh m

b c đ u đánh giá an toàn n đ nh c c b c a chân kè

3 N i dung c a đ tài

Nghiên c u tr ng ng su t bi n d ng trong k t c u chân kè bi n trong

đi u ki n thiên tai b t th ng vùng duyên h i mi n Trung T đó có nh ng đánh giá

CH NG 1 TÌNH HÌNH XÂY D NG Ê KÈ BI N VI T NAM

y u là cát, bùn, b t sét, cu i, s n s i phân b t i các vùng c a sông và đ ng b ng ven

bi n B bi n có lo i đ t b r i chi m kho ng 80 % chi u dài c a đ ng b bi n n c

ta

1.1.2.S hình thành đê bi n Vi t Nam

Vùng ven bi n n c ta có đ a hình th p tr ng, th ng xuyên ch u tác

đ ng c a th y tri u có biên đ l n, gió bão v i n c bi n dâng cao gây nh h ng đ n

s n xu t và đ i s ng sinh ho t c a nhân dân Do đó h th ng đê bi n đ c hình thành

t nhu c u t t y u b o v khu dân c và khu s n xu t vùng ven bi n Các tuy n đê bi n

có nhi m v ng n m n, gi ng t, b o v sinh m ng và tài s n c a nhân dân ven bi n,

b o v khu v c s n xu t Do tính ch t và biên đ th y tri u, m c đ nh h ng c a bão

và hình thái đ a hình c a t ng vùng khác nhau mà quy mô v đê bi n t ng vùng c ng khác nhau

Vùng ven bi n đ ng b ng B c B có đ a hình th p tr ng, là vùng bi n có biên đ th y tri u cao và n c dâng do bão c ng r t l n ây là khu v c t p trung đông dân c , là trung tâm kinh t chính tr c a c n c Do v y đ b o v đ i s ng sinh ho t

và s n xu t c a nhân dân, đê bi n và đê c a sông khu v c này đ c hình thành t r t

s m ê bi n ven bi n B c B đ c đ p t th i nhà Tr n (th k 13) ê bi n m t s tuy n các t nh B c khu IV c đ c xây d ng t nh ng n m 1930

Còn l i ph n l n đê bi n, đê c a sông các t nh mi n Trung đ c đ p sau

n m 1975 S phát tri n đê bi n mi n Nam g n li n v i quá trình khai thác ru ng đ t

và phát tri n nông nghi p c a d i đ t ven bi n t Bà R a – V ng Tàu t i Kiên Giang, phát tri n t n m 1975 và m nh nh t là giai đo n 1975 – 1985

ê bi n n c ta đa s là công trình b ng đ t, mái đ c b o v b ng c

Nh ng đo n đê bi n ch u tác đ ng tr c ti p tác d ng c a sóng đ c lát mái các tuy n đê vùng c a sông nhân dân tr ng các lo i cây sú v t ch n sóng b o v đê

ê bi n n c ta không li n tuy n do b chia c t b ng nhi u c a sông l n

nh , các tuy n đê bi n th ng n i ti p v i các tuy n đê c a sông t o thành các tuy n khép kín b o v vùng ven bi n

Hình 1.1 B n đ đê bi n Vi t Nam 1.1.3.Tình hình xây d ng và hi n tr ng đê bi n Vi t Nam

D c theo ven bi n, cho đ n nay h th ng đê bi n đã đ c xây d ng v i

t ng chi u dài trên 1400 km, v i nhi u quy mô khác nhau đóng vai trò quan tr ng trong vi c b o v b bi n, ch ng gió bão, góp ph n phát tri n kinh t xã h i, t ng

c ng an ninh qu c phòng, b o v cu c s ng c a nhân dân

ê bi n đ ng b ng B c B t Ninh Bình tr ra có th ch ng đ c m c tri u cao, sóng ng v i gió c p 7,8 M t s tuy n quan tr ng nh đê bi n H i Phòng, Nam nh có kh n ng ch ng đ c gió bão c p cao h n ê bi n mi n Trung t Thanh Hoá đ n Bình Thu n có th ch ng đ c m c tri u trung bình, sóng ng v i gió c p 6,7

Còn đê bi n các t nh Nam B t Bà R a – V ng Tàu đ n Kiên Giang có th ch ng

đ c m c tri u cao

T n m 1993 đ n n m 1998, d án PAM 4617 đã t p trung khôi ph c và nâng c p 456 km đê và xây d ng 224,3 km kè thu c các t nh ven bi n mi n Trung g m Thanh Hoá, Ngh An, Hà T nh, Qu ng Bình, Qu ng Tr , Th a Thiên Hu , à N ng,

Qu ng Nam

T n m 1996 đ n 2000, m t s tuy n đê bi n xung y u thu c các t nh

Qu ng Ninh, H i Phòng, Thái Bình, Nam nh, Ninh Bình ti p t c đ c đ u t nâng

c p thông qua d án PAM 5325 T ng chi u dài đã đ c khôi ph c và nâng c p là 307,98 km đê và xây d ng đ c 75,61 km kè t i m t s tuy n tr ng đi m

Sau c n bão s 4 n m 2000, m t s tuy n đê bi n t i Hà T nh b h h ng

n ng c ng đã đ c đ u t nâng c p s a ch a b ng ngu n v n ngân sách đ a ph ng, ngu n v n Trung ng và s h tr c a Ngân hàng phát tri n Châu Á nh m kh c ph c

h u qu bão l t

N m 2005, liên ti p 3 c n bão v i s c gió m nh đã đ b vào Vi t Nam,

đ c bi t là c n bão s 7 v i s c gió m nh duy trì trong th i gian dài trùng v i tri u

c ng đã gây n c dâng 3,5 đ n 4,5 m làm v 1465 m và s t l 54055 m đê thu c các

t nh H i Phòng, Nam nh, Thái Bình, Ninh Bình, Thanh Hoá, Ngh An Chính ph đã phê duy t ch ng trình đ u t nâng c p đê bi n t Qu ng Ninh đ n Qu ng Nam

Ngoài ra v i s h tr c a các t ch c qu c t thông qua các d án nh CARE, CEC, OXFAM, kho ng 200 km đê bi n, đê c a sông thu c khu v c mi n Trung c ng đã đ c đ u t nâng c p

1.1.4 Nh ng v n đ t n t i c a đê bi n Vi t Nam

H th ng đê bi n Vi t Nam hi n nay m i ch đ m b o an toàn m c đ

nh t đ nh tu theo t m quan tr ng c a khu v c đ c b o v Thông qua các d án h

tr c a PAM và ADB, nhi u tuy n đê đã đ c đ u t s a ch a và nâng c p, có th

ch ng đ c s c gió c p 9 và m c tri u t n su t 5% Tuy nhiên v n còn r t nhi u tuy n

đê đã xu ng c p và b h h i sau m t th i gian làm vi c nh ng v n ch a đ c tu b Nhi u đo n đê bi n có th b phá v hàng lo t n u không đ c đ u t b o v , c ng c

k p th i

Do s thay đ i khí h u toàn c u, s c n bão, l l n x y ra ngày càng nhi u h n vào các n m g n đây đã gây nh h ng x u đ n b sông và b bi n Theo các tài li u thu th p đ c, nhi u khu v c b bi n trên c n c đã b xói l b trong

nh ng n m g n đây

Mi n B c có 165 đi m s t l v i t ng chi u dài 252 km

Mi n Trung có 307 đi m s t l v i t ng chi u dài 555 km

Mi n Nam có 265 đi m s t l v i t ng chi u dài 450 km

Có kho ng 800 km đê bi n, đê c a sông thu c các t nh ven bi n t Qu ng Ninh đ n Qu ng Nam ch a đ c đ u t c i t o và nâng c p Bên c nh đó, m t s đo n

đê m c dù đã đ c đ u t nh ng ch a đ kiên c , l i ch u tác đ ng c a bão l n gây h

h ng

Nhi u vùng bi n n c ta thu c d ng bi n ti n, do tác đ ng c a sóng, gió, dòng ven nên bãi bi n ngày càng b thu h p, đây c ng là m t nguyên nhân gây m t n

đ nh m t s đo n kè b o v mái đê đã đ c đ u t b i d án PAM nh tuy n đê bi n

H u L c (t nh Thanh Hoá) Do đó đ b o v và phát huy nh ng thành qu c a d án PAM c n thi t ph i có bi n pháp gi m sóng, gi m dòng ven b ng cách xây d ng các h

th ng kè m hàn b o v bãi

M t đê dù đã đ c b c b i l p đ t th t ho c l p c p ph i nh ng do

th ng xuyên ch u tác đ ng c a m a l n và sóng leo nên l p b m t b cu n trôi làm các ph ng ti n c gi i không th đi l i đ c gây c n tr giao thông, khó kh n cho

vi c h đê trong mùa m a bão

Thân đê ch y u đ c đ p b ng đ t cát pha có đ chua l n không tr ng

c đ c, đ c bi t m t s tuy n đê nh H u L c (Thanh Hoá) đ c đ p b ng cát và

đ c ph l p đ t sét ch ng xói phía ngoài.Tuy nhiên do tác đ ng c a m a l n, sóng leo nên mái đê và m t đê x y ra hi n t ng xói

T i nhi u n i mái đê đã đ c b o v b ng các c u ki n nh ng v n b h

h ng do bão nh : lát mái b ng đá h c dày 0,5 đ n 1 m (đê H i H u - Nam nh); đá xây v a xim ng (đê Ti n H i – Thái Bình); bêtông đúc s n (đê bi n Qu ng Ninh) ; bêtông đ t i ch t m l n chi u dày t 15 cm đ n 20 cm (Thanh Hoá)

D i cây ch n sóng tr c đê bi n nhi u n i ch a có Có n i đã có nh ng

do công tác qu n lý, b o v không t t nên d i cây ch n sóng b phá ho i, nhi u n i vùng xa c a sông không th tr ng đ c cây ch n sóng Vì v y đê bi n đa ph n ch u tác

đ ng tr c ti p c a sóng gây s t l

Các c ng d i đê nhi u v s l ng nh ng đã đ c xây d ng t nhi u

n m v tr c, m t s không còn phù h p v i quy ho ch phát tri n s n xu t, h u h t đã

b xu ng c p nghiêm tr ng ch a đ c tu s a V n đ đ t ra là c n ph i quy ho ch, xây

d ng m i và c i t o h th ng c ng d i đê đ đ m b o an toàn cho đê, ki m soát m n

ph c v s n xu t c a vùng ven bi n

1.2.Tình hình xây d ng đê kè bi n vùng duyên h i mi n Trung

Vùng duyên h i mi n Trung có di n tích nh h p, ph n l n các tuy n đê

bi n đ u ng n, b chia c t b i các sông, r ch, đ a hình đ i cát ven bi n M t s tuy n bao di n tích canh tác nh h p d c theo đ m phá ây là vùng có biên đ th y tri u

th p nh t, th ng xuyên ch u nh h ng c a thiên tai Khác v i vùng c a sông đ ng

b ng B c B ch y u là b i, các c a sông mi n Trung có th thay đ i tu theo tính ch t

c a t ng c n l , do v y tuy n đê đ c đ p theo m t tuy n, không có tuy n đê quai l n

các tuy n đê b o v di n tích canh tác nh d i 3000 ha, ngoài ra c ng có m t s tuy n

đê b o v di n tích l n h n nh đê Qu ng X ng (S m S n – Thanh Hoá) b o v 3232 ha; đê Qu ng Tr ch (Qu ng Bình) b o v 3900 ha V i m c tiêu nhi m v nh trên, đê không c n đ p cao nh ng c n ph i gia c 3 m t đ ch ng h h ng khi có l tràn qua

Ph n l n các tuy n đê đ c đ p b ng đ t th t nh pha cát, m t s tuy n n m sâu so v i

c a sông và đ m t thân đê là đ t sét pha cát nh đê T Gianh (Qu ng Bình) hay đê

V nh Thái (Qu ng Tr ) M t s đo n đê đã đ c b o v 3 m t ho c 2 m t b ng t m bêtông đ cho l tràn qua nh tuy n đê phá Tam Giang (Hu ), đê h u Nh t L (Qu ng Bình)

M t s t n t i chính c a đê bi n duyên h i mi n Trung nh sau:

- Có nhi u đê bi n, đê c a sông ch a đ c đ u t tu b , nâng c p nên

ch a đ m b o cao đ thi t k

- Chi u r ng m t đê h u nh d i 3 m, trong đó có đ n 272 km m t đê

ch r ng t 1,5 đ n 3 m Chi u r ng m t đê nh gây khó kh n l n trong vi c giao thông

và h đê

- M t đê ch a đ c gia c c ng hoá, v mùa m a bão m t đê th ng b

l y l i nhi u đo n không th đi l i đ c

- n nay m i có kho ng 160 km trong t ng s h n 500 km đê đ c xây

d ng kè b o v mái, ph n l n mái đê phía bi n ch a đ c b o v , m t s n i đã đ c

b o v nh ng ch a đ ng b ho c ch a đ kiên c nên v n th ng xuyên b s t l đe

d a đ n an toàn c a các tuy n đê bi n

- Ngoài 22,5 km đê thu c Th a Thiên Hu và m t s đo n đê thu c

Qu ng Nam đ c gia c 3 m t, còn l i đa s m t đê và mái đê phía đ ng ch a đ c gia

c nên r t d b s t l khi có bão l

1.3 Các d ng h h ng c a đê kè bi n vùng duyên h i mi n Trung và đánh giá

nguyên nhân gây h h ng

- Sóng l ng là sóng x y ra sau c n bão, ho c đ c t o b i 1 c n bão nào

đó ngoài đ i d ng cách xa khu v c.Sóng l ng có b c sóng khá dài và có kh n ng

v t qua đ c m t kho ng cách l n Khi vào g n b biên đ sóng đ c t ng đáng k

và gây nguy hi m h n sóng do gió gây ra trong khu v c

t ng đó g i là n c dâng, n c h N u n c dâng trong tri u c ng s t o ra m c

n c đ c bi t cao.Th i gian t n t i n c dâng t 12 đ n 30 gi Th i gian duy trì đ nh

n c dâng t 2 đ n 3 gi N c dâng và n c h đ u gây nh h ng tiêu c c đ n b

bi n do khi dâng m c n c t ng cao gây úng l t, t o sóng l n và khi rút thì t o v n t c dòng ch y l n gây xói l b

N c dâng vùng ven bi n x y ra do s h c a khí áp, do nh h ng c a sóng và áp l c gió cao n c dâng thay đ i khi đi t đi m này đ n đi m khác

Trong bão, đ cao n c dâng d i nh h ng t ng h p c a s h khí áp và sóng gió có

th đ t t i 3 m Trong các đ t bi n đ ng, đ cao n c dâng có th đ t t i 1 m Thông

th ng n c dâng do bão dù r t nguy hi m nh ng có th i gian t ng đ i ng n, th i gian n c l n ch t 6 đ n 8 gi nên kh n c n c dâng trùng v i tri u c ng là không cao Tuy nhiên đ i v i n c dâng do sóng, vì th i gian n c dâng có th kéo dài

t i vài ngày nên kh n ng n c dâng trùng v i tri u c ng là khá l n N c dâng do sóng trùng v i tri u c ng s gây xói l b r t nghiêm tr ng N u có sóng ph n x t

kè b khi mà kè đ c thi t k không chu n ho c khi có hi n t ng thi u h t trong cân

b ng bùn cát v n chuy n d c b , quá trình xói l này s gây ra s xâm l n liên t c c a

bi n vào đ t li n

Hình 1.2 Sóng l n gây ra nguy c s t l đê kè bi n 1.3.1.2 Ch đ th y tri u

Dao đ ng m c n c vùng ven b ch y u do th y tri u gây ra và các y u

t khí t ng th y v n nh áp su t khí quy n, sóng , gió Thu tri u n c ta thay đ i t tính ch t nh t tri u đ u t i C a Ông, Hòn Gai t i bán nh t tri u không đ u t i Kiên

Giang, Phú Qu c cao th y tri u c ng thay đ i khá m nh T i vùng bi n phía B c,

đ cao th y tri u trung bình trong k tri u c ng t i C a Ông là 4,2 m cao th y tri u gi m d n khi đi vào mi n Trung T i Quy Nh n, giá tr đ cao th y tri u trung bình trong k tri u c ng đ t 2,4 m cao th y tri u l i t ng d n khi đi vào vùng

bi n phía Nam T i V ng Tàu, giá tr trên đ t 3,7 m

Phân b tri u d c theo b bi n Vi t Nam ngoài s chi ph i chung c a ch

đ tri u bi n ông còn có tính đ c thù c a vùng bi n và d i b B bi n Vi t Nam tr i dài trên nhi u v đ , có nhi u sông ngòi đ ra ng b l i lõm, khúc khu u là nh ng nhân t t o nên b c tranh phân b đa d ng d c theo d i b

1.3.1.3 Dòng ven b

Dòng ven b đ c hình thành b i gió, sóng và th y tri u Dòng ven b không đ ng nh t v i dòng ch y ngoài kh i v h ng c ng nh t c đ Dòng ch y hình thành do gió v nh B c B , khi có gió ông B c c p 7, dòng d c theo b h ng B c Nam t i c a Ba L t là 0,35 m/s ; tr ng gió ông Nam, v n t c dòng trung bình t 5

đ n 7 cm/s Dòng ch y do sóng đ c hình thành t ng đ i gi ng v i dòng ch y do gió

v h ng và t c đ Khi sóng truy n vào b có h ng ông B c và h ng ông c p 4 thì c a áy và c a Ba L t xu t hi n dòng ven v i t c đ trung bình t 0,15 đ n 0,2 m/s

V i tr ng sóng ông Nam, đo n t b bi n Thái Bình – Nam Hà, dòng ch y d c theo

b có h ng Tây Nam đ n ông B c v i v n t c c c đ i t 0,4 đ n 0,6 m/s

1.3.2 ánh giá v hi n tr ng h h ng nói chung c a đê kè bi n mi n Trung

ê bi n vùng duyên h i mi n Trung n đ nh trong đi u ki n khí t ng

h i v n bình th ng v i m c n c tri u t trung bình đ n cao khi có gió d i c p 7 và không có m a l n i đ ng

ê bi n vùng duyên h i mi n Trung h h ng n ng trong các đi u ki n sau đây :

- V i m c tri u t trung bình đ n cao g p gió bão trên c p 9, các d ng h

h ng th ng g p là :

+ S t mái đê phía bi n d c theo tuy n đê, đ c bi t là các đo n ti p xúc

+ S t mái đê phía bi n do sóng cao ho c ch y u do n c l tràn qua đ nh

đê vì tràn và c ng không đ kh u di n tiêu thoát n c l Có tr ng h p mái s t s p và sóng n c cu n m t m t n a thân đê S t s p mái đê phía bi n trong gió bão là hi n

t ng ph bi n không ch đ i v i các tuy n đê đ t mà ngay c nh ng tuy n đê có lát kè

b ng đá nh b o v mái

Hình 1.3 S t mái ngoài đê phía bi n

1.3.3 ánh giá nguyên nhân

S thay đ i khí h u toàn c u d n đ n các tr n bão l l n x y ra ngày càng nhi u h n vào các n m g n đây đã gây nh h ng tiêu c c đ n b bi n

Công tác đi u tra kh o sát ch a đ y đ và chính xác nên các tài li u c

ch a đ tiêu chu n k thu t

X lý n n ch a đ t yêu c u gây ra lún n n sau m t th i gian công trình làm vi c

T ng l c không t t, đ t phía trong chân kè b xói gây h h ng chân kè

T i khu v c có c ng qua đê, ch ti p giáp gi a các công trình bêtông v i

đ t (đ ng ng trong thân đê, t ng biên các công trình) th ng có dòng th m t p trung N u thi t k không đúng ho c thi công không đ m b o, s phá ho i r t d x y ra

t i nh ng v trí này

1.4 K t lu n ch ng 1

N c ta có đ ng b bi n dài là thu n l i và c ng là thách th c trong

vi c phát tri n kinh t và n đ nh đ i s ng nhân dân trong khu v c D c theo ven bi n, cho đ n nay h th ng đê bi n đã đ c xây d ng v i t ng chi u dài trên 1400 km, v i nhi u quy mô khác nhau đóng vai trò quan tr ng trong vi c b o v b bi n, ch ng gió bão, góp ph n phát tri n kinh t xã h i, t ng c ng an ninh qu c phòng, b o v cu c

s ng c a nhân dân

Vi t Nam n m trong vùng nhi t đ i gió mùa ông Nam Á, ch u nh

h ng c a khí h u l c đ a Trung n t phía B c và phía Tây, l i v a ch u nh h ng

c a khí h u bi n ông t phía ông và phía Nam, n i giao gi a 2 bi n l n là Thái Bình D ng và n D ng, đ ng th i n m gi a bão bi n ông là 1 trong 5 bão

l n nh t th gi i Duyên h i mi n Trung là n i h ng ch u nhi u tác đ ng c a bão trong khu v c.Các c n bão đ b vào mi n Trung gây ra m a l n, gió m nh và đ c bi t là sóng tác đ ng tiêu c c đ n đê kè bi n nói chung và chân kè nói riêng, gây ra nh ng h

h ng mái và chân kè d n đ n m t an toàn công trình

Do t m quan tr ng c a đê kè bi n đ i v i s phát tri n kinh t - xã h i, an ninh qu c phòng và đ m b o n đ nh đ i s ng cho nhân dân ven bi n, trong nhi u n m qua ng và Nhà n c đã đ u t xây d ng, nâng c p nhi u tuy n đê bi n, đê c a sông Nhi u t ch c n c ngoài nh CEC, CARE, OXFAM c ng đã tài tr cho vi c phát tri n đê kè bi n Chính ph đã phê duy t ch ng trình đ u t c ng c và nâng c p đê

bi n mi n Trung t i quy t đ nh s 58/2006/Q – TT

Vì v y đ tài nghiên c u n đ nh c c b chân kè bi n nh m đ m b o an toàn n đ nh cho kè trong đi u ki n thiên tai b t th ng c a vùng duyên h i mi n Trung là c n thi t, thi t th c cho giai đo n hi n nay c ng nh trong t ng lai

CH NG 2

C S LÝ THUY T

2.1 S làm vi c c a chân kè bi n trong đi u ki n thiên tai b t th ng c a vùng duyên h i mi n Trung

2.1.1 Tình hình thiên tai vùng duyên h i mi n Trung

Vùng duyên h i mi n Trung có di n tích nh h p, ph n l n các tuy n đê

bi n đ u ng n, b chia c t b i các sông, r ch, đ a hình đ i cát ven bi n Duyên h i mi n Trung n m trong khu v c nhi t đ i gió mùa có ch đ gió mùa ho t đ ng r t đ c bi t Hàng n m có s tranh ch p c a nhi u h th ng th i ti t cùng đ a hình b chia c t ph c

t p, m ng l i sông su i dày đ c đã gây ra di n bi n b t th ng c a th i ti t và ch đ

th y v n

Do s thay đ i khí h u toàn c u, s c n bão, l l n x y ra ngày càng nhi u Theo th ng kê t n m 1972 đ n n m 2005 cho th y khu v c này đã ch u tác

đ ng c a 49 % s c n bão Mùa bão trùng v i mùa m a, c ng thêm đ a hình ph c t p,

đ ng b ng h p và th p tr ng, núi cao s n d c, tình tr ng phá r ng ngày càng tr m

tr ng làm l bão luôn có chi u h ng gia t ng trong nh ng th p k g n đây

Nh ng c n bão l n g n đây đã x y ra duyên h i mi n Trung nh :

- Bão Shirley đ b vào Quy Nh n 1978

- Bão Nancy đ b vào Ngh T nh (18 – 12 – 1982)

- Bão Kim đ b vào Thu n H i n m 1983

- Bão Anges đ b vào Ngh a Bình n m 1988 v i s c gió t c p 12 – 13

- Bão Cecil đ b vào Bình Tr Thiên (16 – 10 – 1985)

Nh ng n m g n đây, do nh h ng c a bi n đ ng th i ti t trên toàn th

gi i nh El Nino và La Nina, nh ng tr n bão bi n và m a l n x y ra càng kh c li t

h n, đã có nh ng tr n l l t l n ch a t ng th y x y ra các t nh ven bi n c bi t là hai c n l liên ti p t đ u tháng 11 đ n đ u tháng 12 n m 1999 đ c g i c n l th k

Nh ng tr n m a liên t c t ngày 18/10 đ n ngày 6/11/1999 đã nâng m c n c các sông l n mi n Trung lên cao trình ch a t ng th y G n 1,4 m (1384 mm) n c m a

đã đ xu ng thành ph Hu trong vòng 24 gi (t 7 gi sáng ngày 2/11 đ n 7 gi sáng ngày 3/11/1999), làm m c n c sông H ng lên cao g n 6 m, cao h n m c n c tr n

l t n m 1953 đ n 0,46 m L ng n c m a vào ngày 2/11/1999 t i Hu là l ng n c

m a l n th nhì trên th gi i, sau k l c 1870 mm đo đ c t i Cilaos, đ o Réunion vào ngày 16/3/1952 Ti p đ n là các tr n m a l n đã liên ti p x y ra t ngày 1/12 đ n ngày 7/12/1999, nh t là hai t nh Qu ng Nam và Qu ng Ngãi L ng n c m a lên đ n

2192 mm th ng l u Sông Tam K và 2011 mm g n Ba T c đi m c a tr n l t

n m 1999 là n c l dâng cao r t mau nh ng xu ng ch m, làm nhi u n i b ng p l t

đ n 3 - 4 ngày C n l này đã làm g n 750 ng i thi t m ng và t n th t tài s n, mùa màng lên đ n 300 tri u USD Bão l t đã làm thi t m ng g n 450 ngu i n m 1998 và

400 ng i n m 1996 Ngoài ra, l l t c ng đã gây nên nh ng thi t h i to tát v nhà c a, mùa màng, c u c ng và đ ng xá, làm cho m t x đã nghèo v ph ng di n kinh t l i càng nghèo h n Mi n Trung trong m t vòng lu n qu n vì thiên tai bão l t x y ra

th ng xuyên nên vi c phát tri n kinh t n đ nh g p r t nhi u khó kh n

Theo s li u th ng kê c a B Nông nghi p và phát tri n nông thông, h u

qu c a thiên tai đem l i cho các t nh duyên h i mi n Trung trong vòng 20 n m qua (1980 – 1999) là r t n ng n :

Hình 2.1 N c l bao vây th xã H ng L nh – Hà T nh (tháng 10-2010)

Hình 2.2 ng H Chí Minh đo n qua Hà T nh trong l tháng 10/2010

Ngoài nguyên nhân chính là các tr n m a bão l n, còn có nhi u lý do

th ng đ c nh c đ n nh n n phá r ng, vi c khai thác cát b a bãi c a con ng i

nh h ng c a n n phá r ng đ i v i l l t đã và đang đ c tranh lu n trên kh p th gi i Theo C quan L ng Nông c a Liên Hi p Qu c (FAO), m c đ phá r ng Á Châu t 9.5% trong th p niên 1960 đã lên đ n 11% trong th p niên 1980

N u nh hi n nay trên th gi i, t c đ phá r ng đang di n ra m c đ phi mã : m i

n m có t i 180.000 kmP

2

Pr ng nhi t đ i b xoá s khi n hàng nghìn ha đ t tr ng tr t b

sa m c hoá, thì theo th ng kê c a B Nông nghi p và Phát tri n nông thôn, di n tích

r ng t nhiên c a n c ta c ng đang suy gi m v i t c đ chóng m t Vào nh ng n m

40 c a th k tr c, di n tích r ng t nhiên là trên 14 tri u ha, thì đ n n m 1990 ch còn trên 9,3 tri u ha, trong đó di n tích r ng đ u ngu n b tàn phá n ng n nh t Di n tích đ t tr ng, đ i núi tr c nay đã v t di n tích r ng t nhiên Khu v c Tây B c - m t

ph n mái nhà c a châu th sông H ng, đ che ph ch còn 14% Tây Nguyên nh ng

m a x y ra trong m t th i gian ng n ng i, và vi c phá r ng có th gây nh h ng quan

tr ng đ i v i l l t trong các l u v c h n h p nh mi n Trung Cây c i có kh n ng

gi n c c ng nh gi m thi u vi c đ t đai s t l L ng n c l m t vùng có nhi u cây c i s ít h n l ng n c l t m t vùng tr tr i N n phá r ng không ch di n ra

ha và 279.000 ha vào n m 2006 Nh ng h n ch b c l th i gian qua trong qu n lý và

s d ng r ng ng p m n là nh n th c xã h i còn th p, ngay c vi c nghiên c u khoa

h c c ng ch a t ng x ng, qu n lý ch a th ng nh t Vì v y, n u không g n k t gi a

h sinh thái r ng ng p m n v i vi c phát tri n b n v ng, s khó có th ti p t c gi di n tích r ng hi n có nh m gi m b t thi t h i do thiên tai gây ra Quan sát c a các nhà khoa h c đã cho th y, nh ng n m qua, nhi u c n bão l n đ b vào n c ta, nh ng n i nào r ng ng p m n đ c tr ng và b o v t t thì các đê bi n vùng đó v n v ng vàng

tr c sóng gió l n, dù là đê bi n đ c đ p t đ t sét, trong khi nh ng tuy n đê bi n

đ c xây d ng kiên c b ng bê tông ho c kè đá nh ng do r ng ng p m n b ch t phá

đ chuy n sang nuôi tôm nh t i H u L c (Thanh Hóa) thì b v Theo kh o sát c a GS.TSKH Phan Nguyên H ng (Trung tâm Nghiên c u h sinh thái r ng ng p m n -

H S ph m Hà N i), đ cao sóng bi n gi m m nh khi đi qua d i r ng ng p m n v i

th c nh Chân kè ch y u ch ch ng đ dòng ch y do sóng t o chân mái đê bi n

Kh i l ng th xuôi Kh i l ng th ng c

Hình 2.3 Chân kè ki u hình kh i l ng tr (1) : Kh i l ng tr b ng v t li u r i

đ và các lo i k t c u t i r i bên trong mà c u ki n có kh n ng đi u ch nh gi v trí trong kh i kè.Ngoài ra, do ma sát c a đá h c bên trong nh h n ma sát gi a các ng nên các ng buy ít b lún h n so v i đá h c

Lo i 1 hàng c c Lo i 2 hàng c c

Ki u ng buy Ki u t ng ch n

Hình 2.4 Chân kè ki u c c c (1) : C c

ây là chân kè k t h p gi a 2 ki u trên Chân kè ki u này g m 3 b ph n

ch y u là chân khay, kh i l ng tr và t ng l c ng c Kh i l ng tr có th n m trong hay n m ngoài chân khay.Chân kè này có th ch u đ c tác đ ng c a sóng m nh và dòng ven bi n l n

Ki u l ng tr n m ngoài Ki u l ng tr n m trong

Hình 2.5 Chân kè ki u h n h p

(1) : C c c

(2) : Kh i l ng tr

(3) : T ng l c ng c

2.1.2.2 S làm vi c c a chân kè bi n và nguyên nhân phá ho i

Kh i l ng c a chân kè so v i toàn b kè n m trong kho ng t 20 đ n 40% Trong s nh ng kè làm vi c n đ nh thì kh i l ng chân kè chi m t 35 đ n 40%

kh i l ng toàn b kè Nh ng kè có b r ng chân kè l n làm vi c t ng đ i t t

Chân kè bi n ch u nh h ng c a sóng bão, sóng đ , th y tri u, đôi khi

có s trùng h p c a nhi u y u t Chân kè có th b h h ng do hi n t ng s t s t mái gây ra

M t s chân kè làm b ng đá đ có b r ng h p lý Hi n nay chúng v n làm vi c an toàn do phù h p v i tình hình đ a ch t n n móng, đ m b o đ c vai trò b o

v c a chân kè

i v i chân kè lo i ng buy đ c xây d ng b t đ u t nh ng n m 1990

đã ch u th thách c a sóng bi n trong bão và ho t đ ng khá t t, phù h p v i n n y u, tính ch nh th c a b n thân chân kè cao Do đó hi n nay lo i hình này đang đ c áp

d ng m t cách r ng rãi

Chân kè có các c u ki n b c nh c u ki n bêtông lát kè Trên c s chân

kè đ m b o n đ nh phù h p v i đ a ch t n n thì l p b c m t ch ng l i tác d ng c a dòng m t và sóng

i u ki n đ a ch t n n, ki u đ ng b có liên quan tr c ti p đ n s h

h ng c a chân kè N n đ t b r i đ c t o nên b i các tr m tích b r i thu c h T ,

ch y u là cát, bùn, b t sét, cu i và s n s i … phân b t i các vùng c a sông, các vùng

đ ng b ng ven bi n chi m kho ng 80% chi u dài đ ng b bi n n c ta Nhìn chung

kh n ng ch u l c c a n n này không l n, d b bào mòn do sóng và nh h ng t i s

n đ nh c a chân kè Ki u đ ng b đa d ng c ng làm thay đ i ch đ sóng, dòng ven

b và nh h ng t i bãi và s làm vi c c a chân kè

Chân kè th ng g p nh ng phá ho i nh sau :

- Chân kè b lún s t kéo theo mái kè b s p gãy

- Mái kè b s t l kéo theo chân kè b s t lún

- Chân kè b lún tách r i kh i mái kè.Ví d nh kè H u L c – Thanh Hoá

- Chân kè b sóng và dòng ven b tác đ ng làm phá v k t c u Trong mùa m a bão, sóng l n k t h p v i tri u c ng làm bãi tr c kè b xói, các c u ki n làm chân kè m t n đ nh d n t i chân kè b s t, tr t Ví d nh kè Bàu Tró – Qu ng Bình

- Chân kè b h h ng khi bãi b h th p, do tác đ ng c a sóng bùn cát t trong thân kè gây hi n t ng s t lún Ví d nh kè Xuân H i – Hà T nh

Hình 2.6 Kè b s t t i H u L c – Thanh Hoá

2.2 C s lý thuy t c a ph ng pháp ph n t h u h n dùng trong phân tích ng

su t bi n d ng chân kè

2.2.1 Các ph ng pháp nghiên c u tr ng thái ng su t bi n d ng

gi i bài toán xác đ nh ng su t và bi n d ng ta ph i gi i các ph ng trình c b n d a vào đi u ki n biên Có th th c hi n theo các ph ng pháp sau:

- Ph ng pháp gi i tích: là tìm nghi m gi i tích th a mãn các ph ng trình vi phân t i m i th i đi m trong thân t ng và th a mãn các đi u ki n biên trên b

m t (Ph ng pháp S c b n v t li u, ph ng pháp Lý thuy t đàn h i)

- Ph ng pháp s : là xác đ nh g n đúng giá tr r i r c c a hàm n t i m t

th i đi m bên trong và trên biên c a v t th xét (Ph ng pháp Ph n t h u h n,

ph ng pháp Sai phân h u h n)

Các ph ng pháp gi i tích ch có th gi i đ c m t s bài toán nào đó

V i nh ng k t c u có hình dáng đa d ng và đi u ki n biên ph c t p thì ph ng pháp

gi i tích t ra kém hi u qu và đôi khi không th gi i đ c

Nh ng nh c đi m c a các ph ng pháp gi i tích hoàn toàn có th đ c

gi i quy t b ng ph ng pháp s v i s tr giúp c a các ph ng ti n tính toán Ph ng pháp s hay còn g i là ph ng pháp r i r c hoá có th chia thành hai nhóm chính:

ph ng pháp r i r c ki u toán h c và ph ng pháp r i r c ki u v t lý

Trong ph ng pháp r i r c ki u toán h c, nghi m c a bài toán không

đ c mô t qua các hàm mà đ c thay b ng nghi m g n đúng mô t qua m t s h u

h n s v i vi c ch n t ng ng h hàm x p x i n hình c a ph ng pháp này là

ph ng pháp sai phân h u h n Ph ng pháp này t ng đ i đ n gi n nh ng không thu n ti n trong vi c l p trình

B n ch t c a ph ng pháp r i r c ki u v t lý là ch ta thay th h th c (h liên t c) b ng m t mô hình v t lý g n đúng b ng m t s h u h n các ph n con g i

là các ph n t K t qu nh n đ c t ph ng pháp này c ng không ph i là các hàm

chính xác mà là các giá tr s t i các nút c a các ph n t i di n cho ph ng pháp này là ph ng pháp ph n t h u h n

2.2.1.1 Ph ng pháp S c b n v t li u

Ph ng pháp này d a trên công th c tính ng su t bi n d ng trong s c

b n v t li u, nó tính đ c ng su t t i mép công trình và xác đ nh c quy lu t phân b

ng su t trong thân công trình C s c a ph ng pháp là xem phân b ng su t pháp trên m t ph ng n m ngang theo quy lu t đ ng th ng và tr s c a nó t i mép biên công trình đ c xác đ nh theo công th c nén l ch tâm

* u đi m c a ph ng pháp:

Ph ng pháp S c b n v t li u đ c coi là ph ng pháp tính toán c b n, giúp ta tính toán ng su t bi n d ng đ n gi n, d dàng Tính đ c các giá tr σR y R, τR yx R t i các đi m đang xét, t đó xác đ nh đ c ng su t chính và ph ng chính t i m i đi m trong t ng kè

* Nh c đi m c a ph ng pháp:

K t qu tính toán có sai s r t l n, không ph n ánh đúng tr ng thái ng

su t bi n d ng trong công trình Nguyên nhân là do khi tính theo S c b n v t li u ta đã coi kè nh m t thanh đ c ngàm ch t vào n n, ch u u n và kéo nén đ ng th i; gi thi t

s phân b ng su t pháp trên m t ph ng n m ngang là đ ng th ng, tr s t i biên c a

kè đ c xác đ nh theo công th c nén l ch tâm; v t li u đ ng ch t đ ng h ng M t khác, không th gi i quy t đ c các bài toán ph c t p nh có bi n d ng n n, ng su t

t p trung, ng su t t i l khoét, ng su t nhi t, tính d h ng, không xét đ c trong giai đo n thi công

2.2.1.2 Ph ng pháp Lý thuy t đàn h i

Cách tính đ b n nh ph ng pháp S c b n v t li u là cách tính đ n

gi n, quan ni m ng su t trong thân công trình phân b theo quy lu t b c nh t, đi u

này ch a ph n ánh ng x th c c a k t c u có l i gi i chính xác h n, ta th ng dùng l i gi i c a lý thuy t đàn h i

* u đi m c a ph ng pháp:

Gi i quy t đ c nh ng v n đ nh ng su t t p trung, ng su t l khoét,

ng su t nhi t mà ph ng pháp S c b n v t li u không gi i quy t đ c Tính toán

t ng đ i đ n gi n, áp d ng d dàng, đ chính xác cao

Có th nói gi i theo Lý thuy t đàn h i chính là l i gi i tr c ti p t các

ph ng trình vi phân, chúng v a tho mãn đi u ki n liên t c c a bi n d ng v a tho mãn đi u ki n biên

đ t …

2.2.1.3 Ph ng pháp sai phân h u h n

Ph ng pháp sai phân h u h n là ph ng pháp r i r c ki u toán h c, nó không thay đ i gì mi n tính toán mà ch ph lên mi n tính toán m t l i ( có th là l i hình vuông, hình ch nh t, tam giác, t giác cong …) và nó thay th m t hàm xác đ nh trong m t mi n liên t c b ng m t hàm l i g m t p h p r i r c h u h n các đi m, đó

đ o hàm đ c thay th b ng các t sai phân, do đó bài toán biên c a ph ng trình vi phân đ c thay th b i m t h ph ng trình đ i s tuy n tính

* u đi m c a ph ng pháp: Ph ng pháp này t ng đ i đ n gi n

* Nh c đi m c a ph ng pháp:

Không thu n l i trong vi c l p trình tính toán ng su t bi n d ng v i

kh i l ng l n, ch a ph n ánh đ c s lam vi c c a n n và v t li u Ph ng pháp sai

phân h u h n không gi i quy t đ c các bài toán có đi u ki n biên ph c t p Không phân tích đ c bài toán d h ng và trong giai đo n thi công công trình

đ n n n có l p xen k p, đ t gãy và gi i đ c bài toán có đi u ki n biên ph c t p Ph n ánh đúng th c t s làm vi c c a v t li u là không đ ng nh t, không đ ng h ng Phân tích đ c tr ng thái ng su t bi n d ng quanh l khoét, ng su t t p trung, ng su t nhi t mà các ph ng pháp nh S c b n v t li u, Lý thuy t đàn h i … không gi i quy t

đ c C s c a ph ng pháp là thay k t c u, môi tr ng liên t c b ng m t mô hình bao g m m t s h u h n ph n t riêng l liên k t v i nhau ch m t s h u h n đi m nút; t i các đi m nút t n t i các l c ho c các đ i l ng đ c tr ng khác tu theo bài toán Các đ i l ng tính toán bên trong ph n t đ c bi u di n thông qua các tr s t i các

đi m nút c a ph n t Cùng v i s phát tri n khoa h c công ngh , vi c gi i quy t các bài toán có kh i l ng l n, ph c t p đ c gi i quy t và cho k t qu có đ chính xác cao

* Nh c đi m c a ph ng pháp:

Kh i l ng tính toán l n, ph c t p không th th c hi n b ng th công,

m t khác ph i phân tích k t c u th c t đ a v k t c u tính toán sao cho h p lý và cho

k t qu đúng, sát v i th c t nh t

H n n a, ph ng pháp này ngày càng đ c s d ng r ng rãi vì nh ng u vi t c a nó,

v i mi n tính toán bao g m các lo i v t li u khác nhau và có hình dáng kích th c b t

k , biên c a bài toán có th ph c t p

t i các đi m đ nh s n trong các ph n t (các đi m nút), v i s li u ra t i chính các đi m này Mi n V đ c chia thành m t s h u h n các mi n con (VR

e R) g i là các ph n t Các

ph n t này đ c k t n i v i nhau t i các đi m đ nh tr c trên biên ph n t , g i là nút Trong ph m vi m i ph n t , đ i l ng c n tìm (nh ng su t, bi n d ng) đ c l y x p

x trong m t hàm đ n gi n đ c g i là các hàm x p x Các hàm x p x này đ c bi u

di n qua các giá tr c a hàm (và có khi c đ o hàm c a nó) t i các đi m nút trên ph n

t Các giá tr này đ c g i là các b c t do c a ph n t và đ c xem là n s c n tìm

- Mô hình cân b ng : l y ng su t làm n s , l p hàm x p x c a ng su t

- Mô hình h n h p : hàm x p x bao g m c chuy n v và ng su t

Trong ba mô hình trên thì mô hình t ng thích là có tính u vi t h n c

Ph ng pháp ph n t h u h n (PTHH) ra đ i vào cu i nh ng n m 1950

nh ng r t ít đ c ng d ng vì công c tính toán còn ch a phát tri n Vào cu i nh ng

n m 1960, ph ng pháp PTHH đ c bi t phát tri n nh s phát tri n nhanh chóng và s

d ng r ng rãi c a máy tính đi n t n nay có th coi ph ng pháp PTHH là m t

ph ng pháp có hi u qu nh t đ gi i các bài toán k thu t khác nhau, t bài toán phân tích tr ng thái ng su t bi n d ng trong k t c u các công trình thu l i, xây d ng dân

d ng, giao thông đ n các bài toán c a lý thuy t tr ng nh : Lý thuy t truy n nhi t, c

h c ch t l ng, thu đàn h i, khí đàn h i, đi n - t tr ng

u đi m n i b t c a ph ng pháp PTHH là d dàng l p ch ng trình đ

gi i trên máy tính, t o đi u ki n thu n l i cho vi c t đ ng hoá tính toán hàng lo t k t

c u v i nh ng kích th c, hình d ng, mô hình v t li u và đi u ki n biên khác nhau 2.2.2.2 C s c a ph ng pháp ph n t h u h n