“Nghiên cứu lựa chọn loại khối phủ phù hợp bảo vệ mái đê chắn sóng khu neo đậu tàu thuyền trú bão vùng miền Trung”

Kết quả dự kiến đạt được - Nghiên cứu tổng quan đê chắn sóng công trình biển và khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão - Nghiên cứu cơ sở khoa học liên quan đến tính toán khối phủ mái đê

Xin cảm ơn Trường ĐHTL và các thầy cô Khoa Công trình đã đào tạo và hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học cao học, cán bộ thư viện trường đã giúp

đỡ tác giả trong quá trình tìm kiếm tài liệu để thực hiện luận văn

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn TS.Nguyễn Trung Anh, TS.Phùng Đăng Hiếu đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả về chuyên môn trong suốt quá trình nghiên cứu

Tác giả xin cảm ơn tới ban chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu giải pháp công nghệ tiêu giảm sóng cho việc xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão ở Việt Nam”

và phòng thí nghiệm Tổng hợp trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho tác giả tham gia công tác thí nghiệm mô hình vật lý trên máng sóng để thực hiện nội dung của luận văn

Xin cảm ơn tới cơ quan: Công ty tư vấn xây dựng cảng - đường thủy Hà Nội,

sở Nông nghiệp và PTNT Thừa Thiên Huế đã giúp đỡ tác giả trong quá trình đi thực địa công trình, thu thập tài liệu

Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty tư vấn, xây dựng và thiết kế Hùng Tiến Nghĩa Đàn - Nghệ An đã tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình học và thực hiện luận văn

Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ động viên để tác giả hoàn thành luận văn này!

Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2012

Tác giả

Phan Văn Tám

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn loại khối phủ phù hợp bảo vệ mái đê chắn sóng khu neo đậu tàu thuyền trú bão vùng miền Trung”

là kết quả nghiên cứu của tôi

Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình

thức kỷ luật nào của Nhà trường

Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2012

Tác giả

Phan Văn Tám

MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐÊ CHẮN SÓNG CÔNG TRÌNH BIỂN 3

1.1 Tình hình xây dựng đê chắn sóng (ĐCS) trên Thế giới và Việt Nam 3

1.1.1 Tình hình xây dựng đê chắn sóng trên Thế giới 3

1.1.2 Tình hình xây dựng đê chắn sóng ở Việt Nam 4

1.2 Phân loại đê chắn sóng công trình biển 4

1.2.1 Phân loại theo tương quan với mực nước 5

1.2.2 Phân loại vị trí của đê chắn sóng trên mặt bằng 5

1.2.3 Phân loại theo công dụng đê chắn sóng 6

1.2.4 Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang đê chắn sóng 6

1.3 Cấu tạo đê chắn sóng 9

1.3.1 Đê chắn sóng mái nghiêng bằng đất 9

1.3.2 Đê mái nghiêng ruột bao tải cát 10

1.3.3 Đê chắn sóng mái nghiêng bằng đá 11

1.4 Tác động của sóng biển lên đê chắn sóng 13

1.4.1 Tác động của sóng lên đê chắn sóng mái nghiêng 14

1.4.2 Áp lực sóng tường đứng 16

1.5 Tác động của dòng chảy 20

1.6 Ổn định đê chắn sóng 20

1.6.1 Công thức tổng quát 20

1.6.2 Ổn định lật 21

1.6.3 Ổn định trượt phẳng của đê chắn sóng mái nghiêng 22

1.7 Những hư hỏng thường gặp với đê chắn sóng 23

1.8 Điều kiện thi công xây dựng đê chắn sóng 24

1.8.1 Đặc điểm về tổ chức thi công 24

1.8.2 Một số nội dung liên quan tới tổ chức thi công đê chắn sóng 26

1.9 kết luận chương 1 28

CHƯƠNG II CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC CHỌN KHỐI PHỦ BẢO VỆ MÁI ĐÊ CHẮN SÓNG 30

2.1 Khái quát khối phủ đê chắn sóng 30

2.2 Giới thiệu một số khối phủ mái đê chắn sóng 30

2.2.1 Bảo vệ mái bằng đá hộc 30

2.2.2 Khối bê tông gia cố hình hộp 31

2.2.3 Một số loại khối phủ dị hình bảo vệ mái đê chắn sóng 33

2.3 Một số nội dung liên quan tính toán khối phủ mái đê 45

2.3.1 Tính toán trọng lượng khối phủ gia cố mái 45

2.3.2 Tính chiều dày lớp phủ 56

2.3.3 Một số nhận xét 55

2.4 Kết luận chương 2 55

CHƯƠNG III.PHÂN TÍCH LỰA CHỌN LOẠI KHỐI PHỦ PHÙ HỢP CHO VIỆC XÂY DỰNG ĐÊ CHẮN SÓNG KHU NEO ĐẬU TÀU THUYỀN TRÚ BÃO VÙNG VEN BIỂN MIỀN TRUNG 56

3 1 Sự cần thiết và tiềm năng khu tránh trú bão (TTB) miền Trung 56

3.1.1 Sự cần thiết xây dựng khu TTB 56

3.1.2 Tiềm năng xây dựng khu TTB khu miền Trung 58

3.2 Yêu cầu về khu neo đậu tàu thuyền trú bão 59

3.2.1 Địa điểm khu neo đậu tránh trú bão 59

3.2.2 Các hạng mục công trình khu neo đậu 60

3.3 Khu neo đậu tàu thuyền trú bão miền Trung theo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ 65

3.4 Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu vực miền trung 67

3.4.1 Đặc điểm địa hình địa mạo 67

3.4.2 Đặc điểm địa chất 68

3.4.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn 69

3.4.4 Chế độ hải văn 70

3.4.5 Bão 71

3.4.6 Điều kiện vật liệu xây dựng 73

3.5 Phân tích lựa chọn loại khối phủ phù hợp cho việc xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão miền Trung 74

3.5.1 Tình hình sử dụng và ưu nhược điểm một số loại khối phủ 74

3.5.2 Các tiêu chí để lựa chọn 75

3.6 Một số nghiên cứu với loại khối phủ đề xuất (Khối Akmon cải tiến) 80

3.6.1 Các nội dung thực hiện 80

3.6.2 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm và độ chính xác của thiết bị 81

3.7 Kết luận chương 3 85

CHƯƠNG IV ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ XÂY DỰNG ĐÊ CHẮN SÓNG KHU NEO ĐẬU TÀU THUYỀN TRÁNH TRÚ BÃO PHÚ HẢI – THỪA THIÊN HUẾ 87

4.1 Giới thiệu dự án vùng khu neo đậu TTB Phú Hải – Thừa Thiên Huế 87

4.1.1 Giới thiệu khu neo đậu TTB Phú Hải – Thừa Thiên Huế 87

4.1.2 Điều kiện tự nhiên 87

4.1.3 Đặc điểm khí tượng 89

4.1.4 Đặc điểm thủy, hải văn 93

4.2 Giải pháp thiết kế ĐCS 98

4.2.1 Chọn tuyến đê chắn sóng 98

4.2.2 Tính chọn kích thước cơ bản của mặt cắt ngang ĐCS mái nghiêng 99

4.2.3 Tính toán chọn loại khối phủ phù hợp ĐCS 101

4.3 Tính toán ổn định ĐCS 103

4.3.1 Tính toán ổn định trượt sâu 103

4.3.2 Tính toán ổn định trượt ngang: 106

4.4 Thiết kế tổ chức thi công xây dựng công trình 109

4.4.1 Thiết bị thi công 109

4.4.2 Định vị công trình 109

4.4.3 Trình tự thi công 109

4.4.4 Quy định khi thi công 112

4.4.5 Kiểm tra và bảo dưỡng 112

4.5 Kết luận chương 4 112

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: ĐCS Saemangeum (Hàn Quốc) 3

Hình 1.2: ĐCS DeltaWorks (Hà Lan) 4

Hình 1.3: ĐCS cảng cá Tam Quan – Bình Định 5

Hình 1.4: ĐCS ở Anh 5

Hình 1.5: Đê đảo 6

Hình 1.6: Đê hỗn hợp 6

Hình 1.7: Đê chắn sóng dạng kết cấu tường đứng (Victoria, Australia) 7

Hình 1.8: Đê chắn sóng kết cấu mái nghiêng bằng đá (DungQuất, Quảng Ngãi, VN) 7

Hình 1.9: Đê chắn sóng Holyhead, Anh, dạng kết cấu hỗn hợp 8

Hình 1.10: Đê chắn sóng cọc gỗ (Hà Lan) 8

Hình 1.11: Đê chắn sóng cừ thép (Mỹ) 8

Hình 1.12: Đê chắn sóng cảng cá (Tam Quan – Bình Định) 9

Hình 1.13: Cảng cá Thạch Kim(Hà Tĩnh) 9

Hình 1.14: Cấu tạo đê chắn sóng mái nghiêng bằng đất 9

Hình 1.15: kết cấu mái nghiêng sử dụng trong giai đoạn 1 11

Hình 1.16: Kết cấu đê mái nghiêng sử dụng trong giai đoạn 2 11

Hình 1.17: Cấu tạo đê chắn sóng mái nghiêng bằng đá 12

Hình 1.18: Sơ đồ tác động áp lực sóng phân bố 14

Hình 1.19: Sơ đồ tác động áp lực đẩy nổi 15

Hình 1.20: Sơ đồ tác động lực dội dập 15

Hình 1.21: Sơ đồ tác động leo và tụt mái 15

Hình 1.22: Sơ đồ tác động dòng chảy 15

Hình 1.23: Biểu đồ áp lực sóng Sainfloukhi đỉnh sóng chạm tường 17

Hình 1.24: Áp lực sóng Sainflou khi đáy sóng chạm tường 18

Hình 1.25: Biểu đồ áp lực sóng Goda 19

Hình 1.26: Sơ đồ tính trượt cung tròn cho đê chắn sóng mái nghiêng 22

Hình 1.27: Sơ đồ xác định tâm trượt ban đầu 22

Hình 1.28: Sơ đồ kiểm tra trượt phẳng của ĐCS mái nghiêng 22

Hình 1.29: Một số kiểu phá hoại thường gặp với ĐCS mái nghiêng 23

Hình 1.30: Thiết bị nổi vận chuyển bằng sà lan thi công ĐCS Dung Quất 27

Hình 1.31: Thi công ĐCS 28

Hình 2.1: Sơ đồ bảo vệ mái ĐCS 30

Hình 2.2: Bảo vệ mái đê bằng kè đá xếp (Việt Nam) 31

Hình 2.3: Bảo vệ mái đê bằng đá rời (Nickerrie, surinam, leo phillipse) 31

Hình 2.4: Cấu tạo đê mái nghiêng bằng khối bê tông hình hộp 32

Hình 2.5: Một số loại khối phủ dị dạng 33

Hình 2.6: Khối phủ bằng tấm bê tông tự chèn P.Đ.TAC 34

Hình 2.7: Kích thước hình học khối Akmon 34

Hình 2.8: Kích thước hình học khối CORE-LOC 36

Hình 2.9: Cấu tạo đê chắn sóng mái nghiêng bằng khối Tetrapod ở cảng Crescent 36 Hình 2.10: Cấu tạo đê mái nghiêng bằng khối Tetrapod ở Cảng Hawail 37

Hình 2.11: Cấu tạo đê chắn sóng mái nghiêng bằng khối Tetrapod ở cảng: 38

Hình 2.12: Khối Tetrapod, ĐCS đông Bắc-Cảng Lagi-Hàm Tân-Bình Thuận 38

Hình 2.13: Khối Tetrapod, ĐCS Cảng Tiên Sa-Đà Nẵng 39

Hình 2.14: Kích thước hình học khối Tetrapod 39

Hình 2.15: Cấu tạo đê chắn sóng mái nghiêng ở cảng Hawail 40

Hình 2.16: Kích thước hình học khối Stabit 44

Hình 2.17: Cấu tạo đê chắn sóng mái nghiêng bằng khối Hohlquader cảng Wakayama 41

Hình 2.18: Kích thước hình học khối chữ H 41

Hình 2.19: Cấu tạo đê chắn sóng gia cố mái bằng khối Dolos 42

Hình 2.20: Kích thước hình học khối Dolos 42

Hình 2.21: Cấu tạo đê mái nghiêng bằng khối Tetrahedron ở cảng Amagasaki 43

Hình 2.22: Cấu tạo đê mái nghiêng bằng Stabit 44

Hình 2.23: Khối Accropode, ĐCS Cảng Dung Quất-Quảng Ngãi 44

Hình 2.24a: Đồ thị xác định hệ số Kl cho m ≤ 3 52

Hình 2.24b: Đồ thị xác định hệ số Kl cho m > 3 52

Hình 2.25: Đồ thị xác định hệ số Kl 52

Hình 3.1: Tàu cá bị bão Durian (12/2006) đánh hỏng ở đảo Phú Quý, Bình Thuận57 Hình 3.2: Tàu thuyền bị bãoở vùng biển Tuy Hòa 57

Hình 3.3: ĐCS cảng cá Mũi Né – Ninh Thuận 58

Hình 3.4: Vũng Rô 58

Hình 3.5: Vũng cạnh Nghi Sơn, Thanh Hóa 58

Hình 3.6: Mũi Kê Gà, mũi Hòn Lan nhô ra biển tạo thành vũng ven biển 58

Hình 3.7: Cảng cá xã Xuân Hội, Nghi Xuân, Hà Tĩnh bị bão tàn Phá 75

Hình 3.8: Kè Đà Nẵng bị bão tàn phá (Bão số 9- 2009) 75

Hình 3.9: Khối Tetrapod bị vỡ ở Đồ Sơn 75

Hình 3.10: Khối Dolos bị hỏng 75

Hình 3.11: Ván khuôn khối Akmon 79

Hình 3.12: Ván khuôn khối Tetrapod 79

Hình 3.13: Lưu trữ khối Xbloc 80

Hình 3.14: Khối Akmon cải tiến 80

Hình 3.15: Mặt cắt ngang theo nguyên hình 83

Hình 3.16: Mặt cắt ngang theo mô hình 84

Hình 3.17: Khối Akmon cải tiến 85

Hình 4.1: Hoa gió tổng hợp cửa Thuận An (năm 1988) 92

Hình 4.2: Biểu đồ hoa sóng trạm Cồn Cỏ 96

Hình 4.3: Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC41 (107°44', 16°30') Phú Diên, Phú Vang, Thừa Thiên - Huế 97

Hình 4.4: Hoa sóng dòng chảy tại trạm cửa Thuận An 98

Hình 4.5: Mô hính tính toán trong Geoslope trường hợp 1 103

Hình 4.6: Mô hính tính toán trong Geoslope trường hợp 2 104

Hình 4.7: Kết quả tính toán ổn định trượt tổng thể ĐCS ( địa chất HK1) 104

Hình 4.8: Kết quả tính toán ổn định trượt tổng thể (địa chất HK3) 105

Hình 4.9: Sơ đồ tính áp lực sóng 107

Hình 4.10: Sơ đồ tính ổn định trượt ngang 108

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Phân cỡ đá theo trọng lượng 11

Bảng 1.2: Hệ số hiệu chỉnh áp lực sóng đứng 17

Bảng 2.1: Kích thước của khối Akmon (Trung Quốc) 35

Bảng 2.2: Kích thước khối Core-Loc 36

Bảng 2.3: Trọng lượng các cỡ đá của đê tại cảng Crescent 37

Bảng 2.4: Kích thước khối Tetrapod 39

Bảng 2.5: Hệ số Kfr của công thức (2-6) 45

Bảng 2.6: Hệ số Kfrcủa công thức (2.8) 46

Bảng 2.7: Hệ số Kd của công thức (2.9) 47

Bảng 2.8: Hệ số Krrcho công thức (2.10) 48

Bảng 2.9: Hệ số K cho công thức (2.11) 48

Bảng 2.10: Giá trị S của công thức Vander – Meer’s 50

Bảng 2.11: Các hệ số k1; k2 và k 53

Bảng 2.12: Hệ số kv 53

Bảng 2.13: Hệ số kp 53

Bảng 2.14: Hệ số Cf 53

Bảng 3.1: Chiều cao sóng lớn nhất đo được ở một số trạm khu vực miền Trung 56

Bảng 3.2: Bảng tra trị số gia tăng độ cao 61

Bảng 3.3: Chiều rộng đỉnh đê theo cấp công trình 62

Bảng 3.4: Các khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá các tỉnh miềnTrung đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 66

Bảng 3.5: Phân vùng tốc độ gió lớn nhất quan trắc 70

Bảng 3.6: Số liệu phân bố sóng vùng biển Miền Trung Việt Nam 71

Bảng 3.7: Một số cơn bão ảnh hưởng tới miền Trung 2000 đến 2010 72

Bảng 3.8: Một số mỏ đá xây dựng khu vực miền Trung 73

Bảng 3.9: Khối lượng và thể tích của các khối ứng với chiều cao sóng 5m 76

Bảng 3.10: Độ rỗng một số lớp bảo vệ bằng khối dị hình 77

Bảng 3.11: Kích thước của khối Akmon 77

Bảng 3.12: Tóm tắt kích thước đê chắn sóng đã xây dựng ở Miền Trung 82

Bảng 3.13: Các giá trị thiết kế mô hình theo tỷ lệ 1:40 83

Bảng 3.14 : kích thước khối Akmon cải tiến 84

Bảng 4.1: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 88

Bảng 4.2: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2: 88

Bảng 4.3: Vận tốc gió lớn nhất theo tháng trong thời kì quan trắc (1959÷1995) 90

Bảng 4.4: Vận tốc gió cực đại ứng với chu kì lặp 91

Bảng 4.5: Tần suất lặng gió (PL%), tần suất (P%) và tốc độ gió trung bình theo 8 hướng 91

Bảng 4.6: Số cơn bão đổ bộ vào khu vực tỉnh Thừa Thiên Huế……… 92

Bảng 4.7: Các cơn bão lớn có ảnh hưởng đến miền Trung – Việt Nam từ 1983-1997 93

Bảng 4.8: Tần suất mực nước 94

Bảng 4.9: Một số đặc trưng chế độ sóng ở cửa Thuận An 95

Bảng 4.10: Tần suất chiều cao sóng theo hướng (1993 ÷ 1998) 96

Bảng 4.11: Hệ số nhám trên mái dốc 100

Bảng 4.12: Kích thước khối phủ Akmon cải tiến 102

MỞ ĐẦU

1 Tớnh cấp thiết của đề tài

Do đặc điểm điều kiện địa lý, hầu hết các tỉnh miền Trung đều tiếp giáp với biển Đây là điều kiện hết sức thuận lợi cho phát triển kinh tế biển và khai thác nguồn lợi thủy sản Mỗi tỉnh miền Trung thường có từ 5 ữ 7 ngàn tàu thuyền lớn nhỏ

đánh bắt cá và khai thác hải sản, điển hình một số tỉnh có số lượng tàu lớn như Quảng Bình, Quảng Trị, Đà Nẵng, Quảng Nam Tuy vậy, hàng năm vùng biển các tỉnh này chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão biển Đông và có chế độ gió mùa Đây là bất lợi lớn cho phát triển kinh tế biển và an toàn tàu thuyền trong khu vực Hàng năm, bão và gió mùa làm chìm, làm hư hỏng một số lượng đáng kể tàu thuyền và cướp đi sinh mạng của ngư dân

Để đáp ứng yêu cầu cấp bách bảo vệ tàu thuyền khai thác hải sản trên biển khi có giụng bão, ngày 09/8/2011 Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 1349/2010/QĐ-TTg phê duyệt điều chỉnh quy hoạch khu neo đậu tránh trú bão cho tàu cá đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 Trong đó, khu vực miền Trung có

57 khu neo đậu trú bão, 4 khu neo đậu trú bão cấp vùng (mỗi khu đủ sức chứa

600-1500 tàu thuyền) cũn lại là khu trỏnh trỳ bóo cấp tỉnh

Ngoài những khu trú bão an toàn cú địa hình được che chắn tốt, các khu khác thường sử dụng đê chắn sóng mái nghiêng có phủ khối bê tông dị hình mục đích bảo

vệ mái đê và tiêu giảm sóng tạo ra vùng nước tương đối yên tĩnh cho tàu thuyền neo

đậu Phần lớn các đê chắn sóng ở nước ta sử dụng khối bê tông dị hình Tetrapod Loại khối phủ này có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn một số tồn tại nhất định: khó chế tạo ván khuôn, khả năng tiêu giảm sóng chưa cao, tỷ lệ hư hỏng đáng kể sau những trận bóo và thường phải xếp 2 lớp nên tốn kém Hiện nay các nhà nghiên cứu trên Thế giới đã đề xuất một số loại khối phủ có khả năng ổn định cao, tiêu giảm sóng tốt hơn, có thể chỉ cần 01 lớp bảo vệ

Với những quan tâm trên, nội dung nghiên cứu của đề tài: “Nghiờn cứu lựa

chọn loại khối phủ phự hợp bảo vệ mỏi cho đờ chắn súng khu neo đậu tàu thuyền trỳ bóo vựng miền Trung” mang tính thực tiễn nhằm đáp ứng yêu cầu xây dựng khu

neo ®Ëu tµu thuyÒn tró b·o ®ang ®­îc quan t©m ë c¸c tØnh miÒn Trung vµ gãp thêm phÇn nghiên cứu cho chuyªn ngµnh x©y dùng c«ng tr×nh biÓn

2 Mục đích của đề tài

Trên cơ sở nghiên cứu đề xuất sử dụng loại khối phủ phù hợp với điều kiện tự nhiên có khả năng tiêu giảm sóng tương đối tốt phục vụ việc xây dựng đê chắn sóng công trình neo đậu tàu thuyền trú bão khu vực biển miền Trung

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là đê chắn sóng mái nghiêng và đê chắn sóng hỗn hợp

4 Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện

- Các tiếp cận:

+ Tiếp cận qua các nghiên cứu, tài liệu đã công bố + Tiếp cận qua công trình thực tế

+ Qua các nguồn thông tin khác

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp lý thuyết + Phương pháp tổng hợp, phân tích đánh giá + Tham khảo kinh nghiệm chuyên gia

5 Kết quả dự kiến đạt được

- Nghiên cứu tổng quan đê chắn sóng công trình biển và khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão

- Nghiên cứu cơ sở khoa học liên quan đến tính toán khối phủ mái đê chắn sóng công trình biển, đảm bảo ổn định khi làm việc dưới tác động của môi trường

- Đề xuất loại khối phủ phù hợp với điều kiện tự nhiên vùng biển các tỉnh miền Trung, có khả năng tiêu giảm sóng tương đối tốt và thuận lợi cho thi công xây dựng;

- Áp dụng tính toán cho việc xây dựng đê chắn sóng khu neo đậu tàu thuyền trú bão Phú Hải – Thừa Thiên Huế

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐÊ CHẮN SÓNG CÔNG TRÌNH BIỂN

1.1 Tình hình xây dựng đê chắn sóng (ĐCS) trên Thế giới và Việt Nam

1.1.1 Tình h ình xây dựng đê chắn sóng trên Thế giới

Đê chắn sóng đã được xây dựng từ rất lâu trên Thế giới với mục đích là bảo vệ vùng nước neo đậu tàu thuyền và các công trình phía sau đê Ban đầu đê được xây dựng bằng các loại vật liệu tự nhiên như: đê bằng đất, đá, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đến nay có nhiều loại đê chắn sóng với hình dạng mặt cắt khác nhau và được làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau Sau đây là một số ví dụ đê được xây dựng trên Thế giới:

- Đê chắn sóng (ĐCS) ở cảng Madras nằm ở bờ biển phía đông Ấn Độ, đê được xây dựng từ năm 1881, có chiều dài 900m

- ĐCS ở bể cảng Odexa thuộc vùng Tây Bắc biển Đen, được bắt đầu xây dựng

từ năm 1866 đến năm 1880, đến nay có 6 tuyến đê chắn sóng khác nhau

- ĐCS ở Cảng Marseille của Pháp nằm ở Địa Trung Hải, tuyến đê dài 8 km

- ĐCS Saemangeum của Hàn Quốc có chiều dài 33,9km, nó nằm giữa biển Hoàng Hải và cửa sông Saemangeum

Hình 1.1: Đê chắn sóng Saemangeum (Hàn Quốc)

- ĐCS ở cảng Kolombo của Srilanka nằm ở biển Ấn Độ Dương, là tuyến đê chắn sóng Tây Nam ĐCS này được thiết kế che chắn sóng có chiều cao 5÷6m

- ĐCS DeltaWorks Hà Lan công trình bắt đầu xây dựng năm 1959 đến 1997 mới hoàn thành, đây là một trong 10 công trình lớn nhất Thế giới

Hình 1.2: ĐCS DeltaWorks (Hà Lan)

1.1.2 Tình hình xây dựng đê chắn sóng ở Việt Nam

Việt Nam có bờ biển trải dài và vùng lãnh hải rộng, việc khai thác tài nguyên biển và phát triển kinh tế biển là một thế mạnh Tuy nhiên vùng biển nước ta cũng chịu nhiều tác động của gió bão, đặc biệt là vùng biển Miền Trung Sóng biển đã gây ra nhiều hư hỏng cho tàu thuyền và gây ra nhiều thiệt hại về người và của cho những người dân ven biển nhất là trong mùa mưa bão Đê chắn sóng đầu tiên của Việt Nam là đê chắn sóng mái nghiêng làm bằng vật liệu tự nhiên như: đất, đá … cùng với sự phát triển của Thế Giới đến nay Việt Nam có nhiều ĐCS với các loại mặt cắt khác nhau (mái nghiêng, tường đứng, hỗn hợp), vật liệu để làm mái đê được chế tạo bằng đá hộc và các khối bê tông có các hình thù khác nhau có tác dụng tiêu hao năng lượng sóng nhằm giảm thiệt hại do sóng gây ra Một số đê đã được xây dựng ở Việt Nam như:

ĐCS ở cảng Tiên Sa – Đà Nẵng, ĐCS ở cảng Dung Quất – Quảng Ngãi, ĐCS

ở cảng Cửa lò – Nghệ An, ĐCS cảng cá Phan Thiết, ĐCS đảo Bạch Long Vỹ…

1.2 P hân loại đê chắn sóng công trình biển

Đê chắn sóng là loại hình công trình tương đối đa dạng về hình dạng, kết cấu

Có nhiều cách phân loại đê chắn sóng tuỳ theo mục tiêu nghiên cứu, nhiệm vụ vật liệu xây dựng, hình dạng mặt cắt ngang và các đặc trưng của đê chắn sóng

1.2.1 Phân lo ại theo tương quan với mực nước

- Đê ngập (đê chìm) có cao trình đỉnh đê thấp hơn cao trình mực nước thi công, thậm chí còn thấp hơn cả mực nước thấp thiết kế Đê ngập thường được xây dựng để tiêu giảm năng lượng sóng biển và ngăn cát cho mục đích bảo vệ bờ khỏi

bị xói lở, bảo vệ luồng tàu ở vùng cửa sông chịu tác động ảnh hưởng của sóng biển

và khi bể cảng dùng làm bãi tắm hoặc chỉ ngăn cát, phù sa

- Đê không ngập có cao trình đỉnh đê luôn cao hơn mực nước cao thiết kế Đê không ngập còn chia ra thành hai loại: đê hạn chế sóng tràn (cho phép một mức độ sóng tràn qua đỉnh đê) và đê không cho phép sóng tràn qua đỉnh

1.2.2 Phân loại vị trí của đê chắn sóng trên mặt bằng

Đê chắn sóng được bố trí phụ thuộc chủ yếu vào địa hình tự nhiên khu vực xây dựng, hướng sóng tác dụng và sự vận chuyển của bùn cát

Căn cứ vào vị trí đê chắn sóng trên mặt bằng các tuyến đê có thể phân loại thành:

- Đê chắn sóng liền bờ (đê nhô) là đê có một đầu nối tiếp với đường bờ (Đê chắn sóng cảng Tiên Sa – Dung Quất)

- Đê chắn sóng xa bờ (đê đảo hay đê tự do) là đê chắn sóng mà cả 2 đầu đê không nối với bờ (tuyến đê có thể hoặc không song song với bờ) Loại đê này thường được xây dựng để bảo vệ cảng cập tàu cách xa bờ hay ở các đảo ngoài khơi

Hình 1.3: ĐCS cảng cá Tam Quan –

Bình Định

Hình 1.4: ĐCS ở Anh

Đê hỗn hợp: trên thực tế, nhiều trường hợp thường kết hợp bố trí xây dựng tuyến đê chắn sóng theo cả hai kiểu nói trên

Hình 1.5: Đê đảo

(Plymouth, Anh)

Hình 1.6: Đê hỗn hợp (Eastern Port, alexandria, Ai Cập)

1.2.3 Phân loại theo công dụng đê chắn sóng

Đê dùng để chắn sóng: đê chắn sóng hay tiêu tán một phần năng lượng sóng khi tiếp cận công trình nhằm tạo ra một khu nước có độ tĩnh lặng theo yêu cầu (bảo

vệ vùng nước đậu tàu trong bể cảng để làm hàng, khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão, khu bãi tắm …)

- Đê ngăn cát: ngăn chặn sự xâm nhập bùn cát vào khu nước được quan tâm;

- Đê chắn sóng, ngăn cát: ngăn chặn bùn cát và giảm chiều cao sóng cho khu nước sau công trình (ĐCS cảng Lehavre ở cửa sông Seine của Pháp, ĐCS cảng cửa

lò Nghệ An)

- Đê hướng dòng chảy: xây dựng tại cửa sông, chỗ có hải lưu mạnh để cải thiện điều kiện luồng hàng hải, chỉnh trị cửa sông

1.2.4 Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang đê chắn sóng

Cách phân loại này thông dụng nhất vì nó phản ánh được các đặc trưng cơ bản của kết cấu, về cấu tạo mà cả về phương pháp tính toán, các giải pháp thi công Dựa trên góc độ này kết cấu đê được phân thành:

- Đê chắn sóng tường đứng: mặt đê phía đón sóng thường có dạng thẳng đứng

có thể tận dụng làm kết cấu bến neo đậu tàu phía trong bể cảng Thân đê thường được làm bằng khối xếp, khối Cycopit, cọc, cừ hoặc các loại thùng chìm BTCT Đê

tường đứng trọng lực tốn ít vật liệu, thi công nhanh Tuy nhiên để xây dựng loại đê này yêu kỹ thuật thi công hiện đại, thiết bị thi công lớn và có nhược điểm là tạo sóng phản xạ có chiều cao lớn trước công trình

Hình 1.7: Đê chắn sóng dạng kết cấu

tường đứng (Victoria, Australia)

Hình 1.8: Đê chắn sóng kết cấu mái nghiêng bằng đá (DungQuất, Quảng

Ngãi, VN)

- Đê chắn sóng mái nghiêng: hình thức đê này thường được xây dựng với lõi thân đê bằng các vật như đá không phân loại, cát…Các lớp ngoài là đá có kích thước lớn hơn, các khối bê tông dị hình Đê mái nghiêng thường có mặt cắt ngang lớn nên tốn nhiều vật liệu, song lại khai thác được vật liệu ở địa phương, khi xảy ra

hư hỏng cục bộ dễ sửa chữa hơn kết cấu tường đứng Do có bề rộng đáy đê tương đối lớn nên loại đê này phù hợp với nhiều loại nền khác nhau Khi chọn được loại khối phủ phù hợp, đê chắn sóng mái nghiêng có khả năng tiêu hao năng lượng sóng tương đối cao

- Kết cấu đê hỗn hợp (nửa đứng, nửa nghiêng), thường gặp ở hai trường hợp: + Phần móng là đê mái nghiêng, thân đê là kết cấu tường đứng (khối xếp bê tông hoặc thùng chìm bê tông cốt thép);

+ Đê chắn sóng có phần phía biển là đê mái nghiêng, phần trong là tường đứng kết hợp neo đậu tàu thuyền Loại đê này xây dựng ở vùng nước sâu và địa chất nền tốt Đê kiểu hỗn hợp tận dụng được những ưu điểm của đê mái nghiêng và tường đứng

Hình 1.9: Đê chắn sóng Holyhead, Anh, dạng kết cấu hỗn hợp

- Đê chắn sóng bằng cọc, cừ thép: thi công tốn ít vật liệu, tốn công đóng cọc Loại đê này thường được xây dựng ở vùng có chiều cao sóng nhỏ, địa chất nền phù hợp Khu tránh trú bão đảo Hòn Tre (Kiên Giang), đê chắn sóng được sử dụng theo loại kết cấu này với chiều dài đê trên 700m hiện nay đang được xây dựng, dự kiến hoàn thành trong năm 2012

Hình 1.10: Đê chắn sóng cọc gỗ (Hà Lan) Hình 1.11: Đê chắn sóng cừ thép( Mỹ)

- Các loại đê chắn sóng kết cấu đê đặc biệt khác: đê kiểu phao, đê rỗng, đê thủy khí, đê bằng ống địa kỹ thuật…Tuy nhiên chưa được ứng dụng rộng rãi do hiệu quả chưa cao và phức tạp tốn kém trong quá trình vận hành

Hình 1.12: Đê chắn sóng cảng cá (Tam

Quan – Bình Định)

Hình 1.13: ĐCS Stabiplage

1.3 Cấu tạo đê chắn sóng [17]

1.3.1 Đê chắn sóng mái nghiêng bằng đất

Vật liệu đất dùng để xây dựng phần thân đê chắn sóng mái nghiêng ở những nơi có độ sâu không lớn, H ≤ 5÷ 6m và chiều cao sóng h ≤ 1÷ 1,5m và không được phép sử dụng khi h = 2,0m Loại vật liệu này dùng đắp đê có thể là đất cát, sỏi và đá nhỏ, chúng được phân thành các loại:

Hình 1.14: Cấu tạo đê chắn sóng mái nghiêng bằng đất

1 – Đất; 2 – Asphalt; 3 – Cừ gỗ; 4 – Tấm phủ bê tông cốt thép; 5 – Lớp đá phủ;

6 – Đất sét lèn chặt; 7 – khối chuồng gỗ

- Đê hoàn toàn bằng đất (hình 1.14a) có mái rất thoải 1:30 ở phía biển, còn phía trong bể dốc hơn Độ sâu H = 6m, trên đỉnh được đổ đá cao tới +3,0m Kết cấu

này có khối lượng vật liệu rất lớn Mái ngoài trải dài trên chiều rộng tới 180m

- Đê bằng đất được phủ mái một lớp bê tông asphalt (hình 1.14b) So với kết cấu ở hình 1.14a giảm được nhiều khối lượng đất, với mái dốc m = 4 Đỉnh đê không phải đổ đá

- Đê bằng đất có mái gia cố một lớp đá (hình 1.14c) ở trong bể, còn mái ngoài phủ tấm bê tông cốt thép Chân khay mái ngoài đổ đá và đất sét vừa để giảm khối lượng đất, vừa đủ sức phá tan các đợt sóng vỗ Cao trình chân khay đá đổ cao hơn mực nước tĩnh khoảng 1,5m

- Đê bằng đất có chân khay bằng khối chuồng đặt cả hai phía (hình 1.14d) Trên mái cũng được che đậy một lớp đá Hai khối chuồng gỗ có đỉnh bằng hoặc cao hơn mực nước tĩnh của biển Mái dốc m = 2 cho cả trong và ngoài và khu vực sát khối chuồng được lát đá hộc

So với 3 loại kết cấu trên, giải pháp chân khay là các khối chuồng giảm được

3 ÷ 4 lần vật liệu đất đổ vào lõi đê

Ngày nay, rất ít nơi trên thế giới xây dựng ĐCS bằng đất và việc thay thế vật liệu đất bằng các vật liệu khác tốt hơn, giảm được khối lượng đất đắp và giảm được tác hại xói lở

Các cảng ven biển của Việt Nam chịu tác dụng mạnh của sóng, thủy triều, hải lưu nên giải pháp đê mái nghiêng bằng đất hoàn toàn không phù hợp

1.3.2 Đê mái nghiêng ruột bao tải cát

Loại kết cấu này (hình 1.15) thích hợp với điều kiện thi công ở vùng nước nông gần bờ, có ưu điểm là thay đổi đá bằng cát, vật liệu hộ đáy là vải địa kỹ thuật loại không dệt, gia tải bằng đá hộc

Với đê loại này khi xây dựng có thể chia làm hai giai đoạn, giai đoạn một thi công theo hình 1.15; giai đoạn hai thi công theo hình 1.16

Hình 1.15: kết cấu mái nghiêng sử dụng trong giai đoạn 1

Hình 1.16: Kết cấu đê mái nghiêng sử dụng trong giai đoạn 2

1.3.3 Đê chắn sóng mái nghiêng bằng đá

Đá là vật liệu luôn chiếm tỉ lệ lớn của đê chắn sóng mái nghiêng và thường được cung cấp tại chỗ ở khu vực địa phương Mặt khác đá ít bị hạn chế bởi độ sâu nước, nơi xây dựng đê nên kết cấu đê bằng đá rất sớm thay thế đê bằng đất và không thể thiếu khi xây dựng đê Trong kết cấu đê, đá được phân cỡ thành 5 loại (bảng 1.1) theo trọng lượng của chúng

Bảng 1.1 Phân cỡ đá theo trọng lượng

Trọng lượng (kg) 5 5÷100 100÷1500 1500÷4000 4000÷8000 >8000

Trên hình 1.17 là cấu tạo một số kết cấu đê chắn sóng mái nghiêng bằng đá:

Hình 1.17: Cấu tạo đê chắn sóng mái nghiêng bằng đá

a) Bằng đá không phân cỡ; b, c, d, I bằng đá phân cỡ và không có kết cấu bên trên;

e, h, k, l bằng đá phân cỡ và có kết cấu bên trên

- Đê mái nghiêng bằng đá không phân cỡ với mặt cắt ngang không đối xứng (hình 1.17a) ra đời sớm nhất Đá không phân cỡ cứ đổ trực tiếp với mái ngoài thay đổi dần từ dưới lên: 1:1,5; 1: 3; 1: 1,25 còn mái trong 1:1,5 ở dưới; 0,75 : 1 ở phía trên, thường sử dụng ở độ sâu H = 4m và trên mặt đỉnh đê không được gia cố;

- Đê bằng đá phân cỡ với mặt cắt không đối xứng (hình 1.17b) có cấu tạo gần tương tự như mặt cắt đê ở hình 1.17a; chỉ khác hai mái được phủ bằng các khối đá lớn hơn so với kích thước đá ở lõi đê; chiều cao sóng tính toán h = 2,5m;

- Đê mái nghiêng có kết cấu đối xứng bằng hai loại đá phân cỡ (hình 1.17c) Mái dốc cả hai phía của đá lõi 1: 2 và của lớp đá phủ ngoài là 1 : 1,25 với trọng lượng đá lớn hơn;

- Đê mái nghiêng có kết cấu đối xứng cấu tạo bằng 4 loại đá phân cỡ (hình 1.17d) Lớp đệm có cỡ đá nhỏ nhất, đá phần ruột đê có trọng lượng lớn hơn, đá gia

cố mái trong tăng thêm và cuối cùng đá gia cố mái ngoài có trọng lượng nặng nhất

Độ sâu nước trước đê khoảng 10m nên thường có cơ;

- Đê mái nghiêng có kết cấu không đối xứng gồm 3 loại đá phân cỡ, đỉnh đê được gia cường thêm khối bê tông đổ tại chỗ (hình 1.17e,g) có độ sâu trước đê H =

10 ÷ 12m Đê được cấu tạo với 3 cỡ đá là vừa, nhiều cỡ đá hơn sẽ phức tạp cho thi công và ít hơn sẽ không tận dụng được vật liệu;

- Đê mái nghiêng không đối xứng có 5 cỡ đá (hình 1.17h) đạt độ sâu tới 30m, trên mái trong có 3 cỡ đá Đê có chiều cao tới 28,2m Mặt đê phủ khối bê tông có

gờ cao hơn mặt đê 3,2m để hạn chế sóng tràn;

- Đê mái nghiêng đối xứng với 6 cỡ đá (hình 1.17i), chiếm kỉ lục tối đa về số lượng cỡ đá khi xây dựng đê Đá ở lõi đê là dăm sỏi sạn chiếm khoảng 1/5 tổng khối lượng toàn thân đê;

- Hình 1.17k mô tả một kết cấu đê chắn sóng mái nghiêng đối xứng với 3 cỡ đá: đá vụn lót nền, đá vừa làm thân lõi, đá to phủ 2 mái từ đỉnh xuống chân Mặt đê

là kết cấu bê tông cốt thép hình hộp rộng 7m; Ta luy m cả hai phía 1 : 1,75;

- Loại kết cấu đê mô tả ở hình 1.17 l có mái dốc 1 : 1 với 3 cỡ đá, trong đó đá

cỡ to nhất chỉ gia cố phía ngoài biển từ đỉnh đê + 6m đến đáy biển;

Qua các ví dụ kết cấu đê chắn sóng mái nghiêng mô tả ở hình 1.17 có thể cho chúng

ta thấy: đá là vật liệu rất phù hợp cho đê chắn sóng mái nghiêng và là loại vật liệu chiếm tỉ lệ cao trong xây dựng công trình biển ở nhiều nước trên Thế giới

1.4 Tác động của sóng biển lên đê chắn sóng

Đê chắn sóng chịu tác động của trọng lượng bản thân và môi trường:

- Trọng lượng bản thân và các thiết bị trên đê;

- Tác động của sóng (Áp lực thủy động, áp lực thủy tĩnh);

- Lực va đập của tàu thuyền (với đê kết hợp làm bến) đi lại của thiết bị trên đê;

- Tác động của dòng chảy gây xói lở chân đê

Sóng biển tác động lên đê chủ yếu do gió gây ra (sóng gió có chu kì ≤10s) Ngoài ra sóng tác động lên công trình gây ra trong các tác nhân khác như dao động

áp suất không khí, do động đất, do lực hút hành tinh thường có chu kì dao động dài hơn nhiều so với sóng gió

Trong thiết kế các công trình biển, thường quan tâm nhiều đến tác động của sóng gió

1.4.1 Tác động của sóng lên ĐCS mái nghiêng

Sóng biển khi gặp đê chắn sóng mái nghiêng sẽ leo lên mái, phá hoại kết cấu mái ngoài và các bộ phận khác, chiều cao sóng leo phụ thuộc vào chiều cao sóng tại chân công trình và hướng sóng so với tuyến đê

Tùy theo vị trí của đoạn đê mái nghiêng đặt tại vùng nước sâu, vùng nước nông, vùng sóng đổ, vùng mép nước và trong mép nước mà cường độ tác động của sóng khác nhau với cùng một chế độ gió Các hiện tượng khúc xạ (chiết xạ), nhiễu

xạ, giao thoa, phản xạ, leo tụt trên mái, dòng chảy ven, dòng chảy quẩn, dòng chảy thấm qua đê, sự chảy tràn qua mặt luôn xảy ra phức tạp và đều có tính chu kỳ Những hiện tượng này phá hoại sức cản cân bằng của mái gây ra nhiều rủi ro cho đê biển

Một số học giả nổi tiếng nghiên cứu thực nghiệm các tác động của sóng như: Đzunkovski, Suleikin, Smirnow, Wagner, Latterman, Yoshimi Goda và đã tổng kết thành 5 tác động chính của sóng lên kết cấu đê mái nghiêng:

a)

Hình 1.18: Sơ đồ tác động áp lực sóng phân

bố

- Diện tích chịu lực rộng, nhất là khi tấm phủ phẳng

- Cường độ Pmax nhỏ hơn lực dội dập

b)

Hình 1.19: Sơ đồ tác động áp lực đẩy nổi

- Cường độ lớn nhất ứng với bụng sóng

- Di chuyển theo mái

- Càng xuống sâu càng giảm

Hình 1.21: Sơ đồ tác động leo và tụt mái

- Chiều cao sóng leo phụ thuộc vào độ nhám và thấm nước của mái

1.4.2 Áp lực sóng tường đứng

Có nhiều phương pháp tính toán áp lực sóng lên tường đứng

1.4.2.1 Nghiên cứu của Sainflou

Công thức áp lực sóng Sainflou được suy ra từ lý thuyết sóng Cnoidal Độ cao

dâng lên trên mực nước tĩnh của đường trung bình sóng đứng, ký hiệu là hs Giá trị

hs được tính như sau:

dcoth

2

k L

H

- Trường hơp đỉnh sóng chạm tường:

Chiều cao của sóng đứng trên mực nước tĩnh là H + hs (hình ), nơi đó có áp lực sóng bằng 0 Khi đỉnh sóng chạm tường, áp suất sóng ở đáy nước bằng:

pd =

kd cosh

++

Tổng áp lực sóng trên một đơn vị chiều dài là :

2

d ) d p

( ) d h H ( P

2 1 1

b 1

Hình 1.23 : Biểu đồ áp lực sóng Sainflou khi đỉnh sóng chạm tường

Trường hợp d/L tương đối nhỏ, khi tính toán áp lực sóng theo công thức Sainflou, cần nhân lên một hệ số lớn hơn 1,0 trong bảng 1.2

Chú thích: * biểu thị sóng đã vỡ trước tường

* và ** các giá trị số dùng để nội suy Trường hợp đáy sóng chạm tường (hình 1.23)

Áp suất sóng tại đáy nước là :

d cosh

H h d

H h d p p p

p

s

s d

s s

− +

' b '

Hình 1.24 Áp lực sóng Sainflou khi đáy sóng chạm tường

1.4.2.2 Nghiên cứu của Goda (Nhật Bản)

Giáo sư Goda căn cứ vào một số lượng lớn kết quả thí nghiệm mô hình và

kiểm nghiệm trên các ĐCS thực tế, đã đề xuất một công thức mới có thể tính toán

áp lực sóng vừa cho trường hợp sóng đứng vừa cho trường hợp sóng vỡ, công thức này đã được đưa vào quy phạm kỹ thuật công trình cảng của Nhật Bản Đối với mặt cắt đê tường đứng như thể hiện, giả thiết rằng áp lực sóng lên mặt tường phân bố theo đường thẳng, ở vị trí trên mực nước tĩnh một khoảng η, áp lực sóng bằng 0; tại mực nước tĩnh áp lực sóng p, lớn nhất; áp lực sóng tại đáy nước pd Trị số η, ps và p

dđược tính toán như sau:

Hình 1.25: Biểu đồ áp lực sóng Goda

H 5 , 1

1 6 ,

= α

; d

H d

3

d d

2

2 3

2 3

Trong đó:

d2 − độ sâu nước trên lớp phủ bệ đá, nếu không có lớp phủ thì d2 = d1 ;

d3 − độ sâu nước trước tường ở vị trí bằng 5 lần chiều cao sóng ý nghĩa:

ký hiệu min {a,b} biểu thị giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị a và b

áp lực sóng tại đáy tường :

1.5 Tác động của dòng chảy

Dòng chảy tác động lên công trình có thể là dòng do sóng, dòng triều, do gió dòng chảy sông Tùy theo hướng và vận tốc dòng chảy mà tải trọng của dòng chảy lên công trình cũng khác nhau

Dòng chảy thường xét cho triều và gió, dòng chảy bão xét cho dòng sóng và gió Theo tiêu chuẩn Việt Nam : TCVN 6170 -2.1998 thì tốc độ hỗn hợp dòng chảy triều gió được xác định như sau :

Tải trọng dòng chảy tác động lên công trình biển thể hiện ở 2 lực chủ yếu là lực kéo

FDtác động lên công trình theo hướng dòng chảy và lực nâng FL theo hướng vuông góc với dòng chảy

1,0 đối với tổ hợp tải trọng cơ bản;

0,9 đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt;

0,95 đối với tổ hợp tải trọng trong giai đoạn thi công

n – hệ số vượt tải lấy bằng 1,25 đối với đê chắn sóng mái nghiêng

mđ – hệ số phụ thuộc điều kiện làm việc, xét đến đặc điểm chịu lực thực tế của các cấu kiện và một số giả thiết của sơ đồ tính toán (lấy theo 22TCN 207 – 92)

m – hệ số điều kiện làm việc, m= 1,15 cho đê mái nghiêng

Kn – hệ số đảm bảo, xét đến tầm quan trọng và cấp công trình lấy bằng: 1,25: đối với đê mái nghiêng cấp I

1,20: đối với đê mái nghiêng cấp II

1,15: đối với đê mái nghiêng cấp III

1,10: đối với đê mái nghiêng cấp IV

Rt – tổng lực gây trượt hoặc tổng mô men gây trượt

Rg – tổng lực gây ổn định hoặc tổng mô men giữ

a H R W

tg W

l C R

i

I i i

I

1sin

)cos

(α

ϕα

a H R W

tg W

l C

i

i I

i i

I

.

1 sin

sec ) cos

α

αϕ

CI – lực dính của đất lấy theo quy định của trạng thái giới hạn I

ϕI – góc nội ma sát lấy theo quy định của trạng thái giới hạn I

li – chiều dài đoạn cung trượt ứng với nguyên tố chia nhỏ thứ i

xi – khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm của nguyên tố chia nhỏ thứ i tới tâm trượt

αi – gradien của đường đáy nguyên tố thứ i

H – ngoại lực tối đa theo phương nằm ngang tác động lên khối vật liệu đê ở trong cung trượt (áp lực thủy tĩnh, áp lực sóng, áp lực đất …)

a – cánh tay đòn của ngoại lực H đối với tâm trượt O

W – tổng trọng lực thực của nguyên tố chia nhỏ thứ i

W’ – tổng trọng lượng hữu hiệu của nguyên tố chia nhỏ thứ i (bao gồm trọng lượng vật liệu và gia tải, đối với vật liệu ngâm trong nước tính với dung trọng đẩy nổi)

Hình 1.26: Sơ đồ tính trượt cung tròn

cho đê chắn sóng mái nghiêng

Hình 1.27: Sơ đồ xác định tâm trượt

ban đầu

1.6.3 Ổn định trượt phẳng của đê chắn sóng mái nghiêng

Đánh giá mức độ an toàn theo một trong hai công thức sau:

Theo lí thuyết trạng thái giới hạn:

Nc.n.mđ∑{CIli +(W’icosα - Hisinα)tgϕI} ≤

n

K

m (sinα∑W’ + cosα∑Hi) (1.23) Theo hệ số an toàn:

i

I i

i i I

H W

tg H

W l C

αα

ϕαα

cossin

)sincos

Hình 1.28: Sơ đồ kiểm tra trượt phẳng

của ĐCS mái nghiêng

1.7 Những hư hỏng thường gặp với đê chắn sóng

Dưới tác dụng của sóng và các tác động khác của động lực biển, của khí tượng

và của cả con người đối với kết cấu đê chắn sóng mái nghiêng thường xẩy ra những

hư hỏng sau:

1 Mất ổn định khối gia cố mái (khối bê tông thường, khối phức hình, hoặc

đá tảng đá hộc) không đủ trọng lượng, đặt lên mái quá dốc hoặc do sự cài nối không chặt giữa các khối với nhau…

2 Sự dịch chuyển của lớp khối gia cố mái do chọn các thông số sóng tính toán còn nhỏ, chất lượng cả lớp, khối gia cố không đạt yêu cầu

3 Sự xê dịch các cấu kiện trên đỉnh đê do kiểm tra lật, trượt với hệ số ổn định thấp

4 Sóng tràn trên mặt đê gây xói phía sau, do cao trình đỉnh đê lấy thấp hoặc chọn các yếu tố sóng nhỏ

5 Xói chân khay do tốc độ dòng chảy của sóng, của ven bờ, dòng chảy dưới thân đê bằng và lớn hơn tốc độ xói

6 Phá hoại nền móng đê

7 Thiếu hoặc không đảm bảo chất lượng vật liệu lõi đê phù hợp với thời tiết trong giai đọan thi công lõi và bộ phận có liên quan

8 Sự cố lún trong quá trình áp lực lỗ rỗng vượt quá mức giới hạn

9 Xói nền trên đáy biển

Những hư hỏng có thể xảy ra đồng thời hoặc không đồng thời gây ra những

hư hỏng nhỏ hoặc lớn, thậm chí dẫn đến làm hỏng hoàn toàn đê chắn sóng

Hình 1.29: Một số kiểu phá hoại thường gặp với ĐCS mái nghiêng

1.8 Điều kiện thi công xây dựng đê chắn sóng

Đê chắn sóng (bảo vệ hải cảng, khu neo đậu tàu thuyền, bảo vệ bờ ) cũng như các công trình công nghiệp, dân dụng và công trình thủy nói chung, đều nằm trong phạm trù công trình xây dựng, các đê chắn sóng thường phải thi công trong điều kiện có sóng, gió, dòng chảy, nước, thủy triều xâm nhiễm thường xuyên, khối

lượng công tác dưới nước rất lớn nên thi công phức tạp hơn nhiều so với một số công trình khác

1.8.1 Đặc điểm về tổ chức thi công

Đê chắn sóng là một trong các hạng mục công trình biển, địa điểm xây dựng thường là cửa sông, cửa biển, vịnh, đảo… nên nhiều điều kiện thi công khác với các công trình trên đất liền:

+ Công trình chịu ngoại lực tác dụng lớn (sóng, gió, bão)

+ Nền móng công trình thường là loại đất mềm, yếu

+ Công trình kéo dài, khối lượng lớn nhưng mặt cắt ngang giống nhau

+ Vật liệu xây dựng (bê tông, gỗ, thép …) dễ bị nước biển và hà ăn mòn

1.8.1.1 Thi công ở nơi nước sâu

Vì nước sâu nên hầu hết các đê chắn sóng không đắp đê quây mà thi công trực tiếp dưới nước

Do thi công dưới nước nên cần có các thiết bị thi công trên biển như: tàu hút bùn, tàu quốc, cần cầu nổi, tàu đóng cọc, trạm trộn bê tông và các tàu thuyền vận chuyển

Để đẩy nhanh tốc độ thi công và giảm khối lượng công tác dưới nước, nên người ta thường dùng cấu kiện đúc sẵn lắp ghép dưới nước (khối bê tông, thùng chìm, cọc, cừ, tường góc lắp ghép …) Các cấu kiện thường có kích thước và khối lượng lớn, do đó phải dùng đến máy móc thi công loại lớn Do đó, đặc điểm chủ yếu nhất của thi công công trình biển nói chung và hạng mục đê chắn sóng nói riêng

là sử dụng rộng rãi kết cấu lắp ghép đúc sẵn và thiết bị thi công dưới nước có năng lực lớn

1.8.1.2 Thi công xây dựng ở nơi sóng gió

Để đảm bảo an toàn công tác thi công trên biển chỉ được tiến hành khi điều kiện thời tiết thuận lợi, sóng không được vượt qua mức độ quy định, chẳng hạn vận chuyển và thi công trên biển, sóng không được vượt quá cấp 2 (thường thì không quá cấp 1) dùng cần cẩu nổi để xếp các khối bê tông khi sóng gió dưới cấp 2, đóng cọc khi sóng không quá cấp 1 ÷ 2

Khi sóng quá cấp 4 (sóng cao 1,3 ÷1,9m) thì phải ngừng mọi công tác thi công

và đưa các tàu công trình (cần cẩu nổi, tàu đóng cọc…) đến nơi ẩn nấp

Phần lớn tàu nạo vét chỉ có thể làm việc khi sóng dưới cấp 2 ÷ 3, một số tàu hút tự hành có thể làm việc khi sóng gió tới cấp 4

Bởi vậy, một đặc điểm nổi bật của công tác thi công công trình khu neo đậu TTTB là sự quan hệ mật thiết giữa điều kiện khí tượng (sóng, gió…) với kế hoạch, tiến độ thi công phải tuân theo dự báo thời tiết và có biện pháp đề phòng đặc biệt, bảo đảm an toàn cho người, thiết bị và công trình

1.8.1.3 Thi công trong các điều kiện khác

Các đê chắn sóng có thể được xây dựng trên nhiều loại nền, nhiều trường hợp xây dựng trên nền đất yếu nên phải dùng biện pháp xử lý nền phù hợp để tăng dần tải trọng lên nền Trường hợp cần phải xử lý nền thời gian thi công có khi đến 2÷ 3 năm

Một trong các đặc điểm khác của việc thi công các đê chắn sóng là mực nước thủy triều lên xuống hàng ngày làm ảnh hưởng đến tiến độ và phương pháp thi công Tùy theo đặc điểm từng vùng mà chế độ triều có thể là nhật triều, bán nhật triều

Hạng mục đê chắn sóng thường dài hàng trăm mét, mặt cắt thường không đổi theo từng đoạn nên hầu hết cấu kiện dùng là cùng loại Đây cũng là điều kiện thuận lợi để áp dụng phương pháp thi công nhanh bằng cách chế tạo cấu kiện hàng loạt thi công cuốn chiếu, giảm bớt thời gian thi công trên biển

1.8 2 Một số nội dung liờn quan tới tổ chức thi cụng đờ chắn súng

Để xõy dựng đờ chắn súng, ngoài việc chuẩn bị hồ sơ kỹ thuật, một số nội dung cho cụng tỏc tổ chức thi cụng cần được chỳ ý như sau

Trước khi xõy dựng đờ và khu vực bến neo đậu, vớ dụ như cảng Cỏi Lõn (Quảng Ninh) hai bến tạm cỏch khu vực xõy dựng khoảng 1 km được xõy dựng trước: một

bến để chuyển vật liệu và thiết bị phục vụ cho cụng tỏc thi cụng trờn biển; một bến

cú khu vực bói rộng chuyờn đỳc thựng chỡm và để hạ thủy cỏc kết cấu này

1.8.2.2 Thiết bị thi cụng

Khi thi cụng Đờ chắn súng hoặc cỏc cụng trỡnh trờn biển đũi hỏi sử dụng cỏc thiết bị nổi như tàu kộo, sà lan, cần cẩu nổi để vận chuyển vật liệu xõy dựng và cấu kiện lắp ghộp đỳc sẵn, cỏc loại tàu nạo vột, tàu đúng cọc và cỏc trạm bờ tụng nổi… Cỏc loại cần cẩu: loại cẩu nổi thụng dụng nhất là cần cẩu bỏnh xớch được đặt trờn sà lan, thi cụng cơ động và cũng dễ di chuyển Cần cầu nổi cú loại quay được (sức nõng đến 60T), cú loại khụng quay được mà chỉ cú thể thay đổi tầm với (sức nõng ≥ 100T), cú loại chuyờn dựng để cẩu những khối bờ tụng lớn nặng 200 ữ 450T

Việt Nam đó cú thiết bị cần cẩu nổi lớn nặng 650 tấn của Petrolimex

- Vận chuyển khối bê tông trên bờ :

+ Thường dùng giá cẩu, đầu máy và các toa xe triền ;

+ Có thể sử dụng giá cẩu long môn di động có sức cẩu 25 ữ 150T, khẩu

độ10ữ15m, phía dưới giá cẩu có thể bố trí 2 dãy khối và một đường ray để giá cẩu dịch chuyển

- Vận chuyển khối bê tông dưới nước :

+ Thường dùng cần cẩu và sàn lan Người ta thường dùng cần cẩu nổi để cẩu các khối đúc từ trên bờ hay từ các phương tiện vận chuyển xuống sà lan

+ Khi khối lượng khối bê tông trung chuyển nhiều, tốt nhất dùng thiết bị trung chuyển trên bờ vừa thi công nhanh vừa an toàn Thông thường dùng giá cẩu di động trên cầu tàu để chuyển khối bê tông là thiết bị trung chuyển đơn giản nhất

- Thiết bị treo móc :

+ Khi vận chuyển khối đúc cần phải có thiết bị treo móc Trường hợp cẩu loại khối nhẹ thì làm những móc cẩu như móc cẩu bình thường Loại khối nặng dưới 50T thường dùng móc cẩu mở tự động, khi điều khiển chỉ cần kéo dây mềm để dây xích

sẽ tự động mở ra và khối rơi xuống

+ Loại khối đúc nặng 10ữ 100T thường dùng móc chữ T, cho vào lỗ xoay ngang 90o đầu chữ T sẽ móc chặt lấy khối, xây xong lại xoay ngang trở lại và rút móc ra (với những khối nặng trên vài chục tấn thì phải thêm đệm thép ở mặt tiếp xúc

để tránh ép vỡ bê tông)

+ Với các khối nặng trên 100T thì thiết bị treo móc phải có thiết kế riêng

Hỡnh 1.30: Thiết bị nổi vận chuyển bằng sà lan và cẩu thi cụng ĐCS Dung Quất

1.8.2.3 Cụng tỏc lặn

Cụng tỏc lặn thường khụng thể thiếu trong xõy dựng cụng trỡnh biển và chiếm một khối lượng lớn trong thi cụng Điều kiện để cụng nhõn thợ lặn làm việc được

bình thường là ở độ sâu lặn 6 ÷ 13m, tầm nhìn xa 5m, sóng không quá cấp 2, lưu tốc

không quá 0,5m/s và các trang thiết bị phù hợp để thợ lặn có thể hoạt động được tự

+ Kiểm tra chất lượng thi công

+ Kiểm tra hư hỏng hay sửa thiết bị trong quá trình thi công

Trong công tác lặn cần phải làm tốt công tác bảo hộ lao động và an toàn kỹ thuật

Hình 1.31: Hình ảnh thi công ĐCS

1.9 K ết luận chương 1

Đê chắn sóng được xây dựng từ lâu trên thế giới, hình thức kết cấu rất đa dạng

và đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng công trình biển, phục vụ cho việc phát triển kinh tế biển

Đê chắn sóng chịu tác động mạnh của môi trường một trong tác động bất lợi nhất là sóng biển, đặc biệt là khi biển động Tác động của sóng biển lên đê chắn sóng là quá trình thường xuyên liên và lâu dài, ngoài ra đê chắn sóng còn chịu sự tác động xâm thực từ môi trường biển, lực do sóng do tàu thuyền gây ra Đặc biệt trong điều kiện mưa bão, gây nên những cơn sóng lớn tác động mạnh lên đê chắn

sóng, làm hư hỏng, phá huỷ đê chắn sóng gây nên những thiệt hại cho bản thân đê

và khu vực được bảo vệ

Với bể cảng và khu và khu neo đậu tàu thuyền ở vùng biển chịu tác động mạnh của sóng gió, đê chắn sóng là hạng mục không thể thiếu để tạo ra vùng nước đậu tàu tương đối yên tĩnh và an toàn cho tàu thuyền neo đậu ở vùng biển không được địa hình che chắn khi biển động, tránh được va đập khi tàu đã neo đậu

Việc xây dựng đê chắn sóng thường rất tốn kém và điều kiện thi công phức tạp trong môi trường biển chịu tác động liên tục của sóng, gió, dòng chảy Nghiên cứu những giải pháp tiêu giảm sóng thông qua việc sử dụng loại khối phủ phù hợp cho

đê chắn sóng là một nội dung đang được quan tâm, giữ an toàn cho khu neo đậu tàu thuyền phía trong đê, góp phần cải tiến trong việc thiết kế, xây dựng đê chắn sóng

CHƯƠNG II

CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC CHỌN KHỐI PHỦ BẢO VỆ MÁI ĐÊ

CHẮN SÓNG

2.1 Khái quát khối phủ đê chắn sóng

Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng sớm nhất trên Thế giới, nó cho phép tận dụng được các vật liệu sẵn có tại chỗ: đất, đá, bê tông … Ngày nay, đê chắn sóng mái nghiêng được bảo vệ bằng các khối bê tông có hình thù đặc biệt vừa có tác dụng tiêu hao được năng lượng sóng, vừa liên kết chắc với nhau Các khối này có tên gọi: khối dị dạng hoặc khối phức hình Một số loại khối dị hình đã được sử dụng

để xây dựng Đê chắn sóng ở bể cảng như: khối Tetrapod, Tribar, Dolos, Dipod, Stabit, khối mui rùa, khối chữ T, khối chữ U, khối Hohlquader, khối Akmons …

2.2 Giới thiệu một số khối phủ mái ĐCS [4], [12]

2.2.1 Bảo vệ mái bằng đá hộc

Vật liệu đá được dùng bảo vệ mái đê từ rất lâu ở Việt Nam và Thế giới, có thể

dùng trong nhiều trường hợp Đây là một loại vật liệu quan trọng do sẵn có trong tự nhiên, dễ thi công mà không nhất thiết đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và nhân công có

kỹ thuật cao Ở Hà Lan, đá thường dùng để thi công phần ngập nước do thường không yêu cầu làm đẹp ở phần công trình này

Hình 2.1: Sơ đồ bảo vệ mái ĐCS