Nghiên cứu phương pháp thi công đê bao lấn biển, ứng dụng cho thi công đê biển khu kinh tế mới

Chính vì vậy, xây dựng hệ thống đê biển luôn được các quốc gia có biển trên thế giới coi là giải pháp hữu hiệu nhất để ứng phó với bão và nước biển dâng, kiểm soát sự xâm nhập mặn vào nộ

LỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu phương pháp thi công đê bao lấn biển, ứng dụng cho thi công đê biển khu kinh tế mới Nam Đình Vũ - Hải Phòng”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

H ọc viên cao học

Nguy ễn Văn Long

L ỜI CẢM ƠN

Với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, đồng nghiệp,

bạn bè và gia đình đến nay luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu phương pháp thi công đê bao lấn biển, ứng dụng cho thi công đê biển khu kinh tế mới Nam Đình Vũ- Hải Phòng” đã hoàn thành

Trước tiên cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Xuân Roanh

đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện luận văn này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy Cô trong bộ môn Công nghệ

và Quản lý xây dựng - Trường Đại học Thủy Lợi đã dành nhiều thời gian góp ý giúp tôi hoàn thành luận văn của mình

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

H ọc viên cao học

Nguy ễn Văn Long

MỤC LỤC

L ỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH ĐÊ LẤN BIỂN, ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH 4

1.1 Giới thiệu sơ lược sự phát triển của hệ thống công trình đê lấn biển trong và ngoài nước 4

1.1.1 Điều kiện tự nhiên và một số kiểu đê lấn biển ở Việt Nam 4

1.1.2 Các giải pháp bảo vệ đê lấn biển 7

1.1.3 Sơ lược về sự phát triển của các hệ thống đê lấn biển trong và ngoài nước 8

1.2 Đặc điểm làm việc của công trình ven biển 15

1.2.1 Các tác động tự nhiên 15

1.2.2 Tác động tiêu cực của các hoạt động nhân tạo đối với ổn định bờ biển 17

1.3 Giới thiệu chung về kết cấu đê lấn biển 17

1.3.1 Cấu tạo đê biển 17

1.3.2 Các dạng kết cấu đê biển 20

1.3 Kết luận chương 23

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT THI CÔNG ĐÊ LẤN BIỂN, CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG 25

2.1 Giới thiệu chung về các công nghệ thi công đê lấn biển 25

2.1.1 Công nghệ thi công đê mái nghiêng 25

2.1.2 Thi công đê tường đứng 40

2.1.3 Thi công đê tường và mái kết hợp 41

2.2 Các nhân tố ảnh hướng đến quá trình thi công 42

2.2.1 Yếu tố thuỷ văn 42

2.2.2 Yếu tố sóng, gió 42

2.2.3 Yếu tố thiết bị thi công [9] 44

2.4 Kết luận chương 49

CHƯƠNG III: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐÊ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG VÀ TIẾN ĐỘ THI CÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG THUỶ H ẢI VĂN, TÍNH TOÁN CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 51

3.1 Giới thiệu đê Nam Đình Vũ [10] 51

3.1.1 Giới thiệu dự án Nam Đình Vũ 51

3.1.2 Đặc điểm tự nhiên 52

3.1.3 Đặc điểm kinh tế xã hội và cơ sở hạ tầng 60

3.1.4 Vật liệu xây dựng 61

3.1.5 Tiêu chí để lựa chọn phương án thi công 64

3.1.6 Tuyến công trình 68

3.1.7 Đặc điểm và điều kiện làm việc 69

3.1.8 Mặt cắt ngang và kết cấu đê 69

3.2 Lựa chọn công nghệ thi công hợp lý để đảm bảo điều kiện an toàn và kinh tế 76

3.2.1 Thi công đê bê tông 76

3.2.2 Thi công đê đất mái nghiêng 89

3.2.3 Đề xuất dạng cấu kiện phù hợp nền đất yếu 99

3.3 Đánh giá hiệu quả của phương án đề xuất 113

3.3.1 Về kinh tế 113

3.3.2 Về kỹ thuật 117

3.4 Kết luận chương 3 120

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 123

PH Ụ LỤC A 124

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hình ảnh đê biển tỉnh Sóc Trăng 7

Hình 1.2: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan 9

Hình 1.3: Vị trí tuyến đê biển Saemangeum 10

Hình 1.4: Vị trí tuyến đê biển St Peterburg - Nga 11

Hình 1.5: Một số hạng mục công trình đê biển St Peterburg 13

Hình 1.6: Một số công trình đê biển ở Việt Nam 14

Hình 1.7: Một số công trình đê biển ở Việt Nam[4] 15

Hình 1.8: Các dạng mặt cắt ngang đê biển [5] 18

Hình 1.9: Cắt ngang kết cấu đê biển có lõi bằng vật liệu tại chỗ kết hợp gia cố nền và mái 20

Hình 1.10: Mặt cắt ngang đê biển có cấu tạo mái nghiêng kết hợp với tường cừ 22

Hình 1.11: Mặt cắt ngang đê biển có cấu tạo bằng hệ thống xà lan tạo chân 23

Hình 2.1: Xử lý nền đê bằng đệm cát 25

Hình 2.2: Xử lý nền đê bằng bấc thấm 27

Hình 2.3: Xử lý đê bằng vải địa kỹ thuật tăng ổn định bền 28

Hình 2.4: Xử lý nền bằng đệm cọc cát 29

Hinh 2.5: Trình tự thi công cọc cát 30

Hình 2.6: Xà lan thả đá tạo biên 32

Hình 2.7: Mặt cắt ngang thi công đê 32

Hình 2.8: Mặt cắt ngang thi công đê 33

Hình 2.9: Phương pháp đổ lấn dần bằng ô tô 33

Hình 2.10: Thi công thiết bị thi công đặt trên cạn 34

Hình 2.11: Mặt bằng thi công chân khay bằng ống buy BTCT 35

Hình 2.12: Mặt cắt thi công ống buy đơn kết hợp lăng thể gia cố bằng đá hộc 35

Hình 2.13: Mặt cắt ngang thi công chân khay bằng cọc BTCT 35

Hình 2.14: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Cát Hải - Hải Phòng 36

Hình 2.15: Đê Hải Hậu - Nam Định 37

Hình 2.16: Thi công cuốn chiếu mái kè 38

Hình 2.17: Thi công lớp phủ mái bê tông- khối trụ 38

Hình 2.18: Trải thảm phủ đúc sẵn lên mái 40

Hình 2.19: Một vài ví dụ về thiết bị xây dựng trên cạn 45

Hình 2.20: Năng lực của cần cẩu và các loại gàu ngoạm 46

Hình 2.21: Một vài thiết bị thi công dưới nước 47

Hình 2.22: Sà lan mở thành (Boskalis) 48

Hình 2.23: Thiết bị nổi thi công công trình biển 49

Hình 3.1: Sơ đồ tổng thể dự án 53

Hình 3.2: Mặt cắt địa chất điển hình dọc tuyến đê từ hố khoan M76 đến M79 54

Hình 3.3: Sơ đồ tuyến công trình 68

Hình 3.4: Kết cấu điển hình áp dụng đoạn C55-C83 74

Hình 3.5:Mặt cắt điển hình kết cấu đê đất mái nghiêng 75

Hình 3.6: Biện pháp thi công cọc thẳng 80

Hình 3.7: Biện pháp thi công cọc xiên 80

Hình 3.8: Kết cấu hệ sàn đạo thi công cừ 81

Hình 3.9: Biện pháp thi công cừ chân khay 82

Hình 3.10: Biện pháp thi công cừ chân khay 82

Hình 3.11: Biện pháp thi công cừ chân khay 83

Hình 3.12: Biện pháp thi công đổ bê tông tường hắt sóng 84

Hình 3.13: Biện pháp thi công đá hộc phản áp 87

Hình 3.14: Biện pháp thi công bơm cát thân đê 89

Hình 3.15: Kết cấu khuôn đúc công nghệ 91

Hình 3.16: Thảm TAC-CI11948 93

Hình 3.17: Thiết bị nâng đặt thảm TAC-CI11948 94

Hình 3.18: Thi công thả cát sát đáy 95

Hình 3.19: Chia ô ngang chắn cát phân đoạn thi công 96

Hình 3.20: Hạp long tuyến đê giai đoạn 2 98

Hình 3.21: Cấu tạo mặt cắt ngang đoạn đê gần cửa sông Cấm 100

Hình 3.22: Cấu tạo mặt cắt ngang đoạn đê có chiều cao trên 5m (hai khung hộp liền kề) 100

Hình 3.23: Sơ đồ tính toán lực ma sát giữ câu kiện (phần tiếp xúc với đất nền) 103

Hình 3.24: Sơ đồ tính toán lực ma sát giữ câu kiện (phần tiếp xúc với đất nền) 107

Hình 3.25: Hình biểu diến không gian tấm lát cơ đê 111

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Dung sai của thiết bị thi công trên cạn 47

Bảng 2.2: Dung sai của thiết bị thi công dưới nước 49

Bảng 2.3: Bảng năng suất các thiết bị thi công dưới nước 49

Bảng 3.1: Hiện trạng sử dụng đất 61

Bảng 3.2: Thống kê các mỏ đất xây dựng trong vùng 62

Bảng 3.3: Thống kê các mỏ đá xây dựng công trình 62

Bảng 3.4: Thống kê các mỏ cát xây dựng công trình 63

Bảng 3.5 : Số liệu kiểm tra theo dõi đóng cọc thử 77

Bảng 3.6: Hệ số ma sát fi 104

Bảng 3.7: Lực ma sát thành ngoài của hộp bê tông (F1) 104

Bảng 3.8: Tính toán lực ma sát F4 104

Bảng 3.9: Lực ma sát thành cọc, tính cho mỗi hộp 2 cọc (tiết diện 0,3*0,3 sâu 8m) 104

Bảng 3.10: Lực ma sát thành cọc, tính cho mỗi hộp 2 cọc (tiết diện 0,2*0,2 sâu 8 m) 105

Bảng 3.11: Kết quả tính toán cho hộp bê tông có chiều cao 3,5m chôn sâu chân 1,3m 105

Bảng 3.12: Lực ma sát thành ngoài của hộp bê tông (F1) 108

Bảng 3.13: Tính toán lực ma sát F4 108

Bảng 3.14: Lực ma sát thành cọc, tính cho mỗi hộp 2 cọc (tiết diện cọc 0,3*0,3 sâu 8m) 108

Bảng 3 15: Lực ma sát thành cọc, tính cho mỗi hộp 2 cọc ( tiết diện cọc 0,2*0,2 sâu 8 m) 109

Bảng 3.16: Kết quả tính toán cho hộp bê tông có chiều cao 5m chôn sâu chân 2,33m109 Bảng 3.17: Kkhối lượng phương án cũ đê bê tông C55-C83( C55-A6) và phương án đề xuất tính khối lượng cho 100 m dài 113

Bảng 3.18: Khối lượng phương án cũ đê mái nghiêng và phương án đề xuất tính khối lượng cho 100 m dài 115

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Là một quốc gia với chiều dài bờ biển khoảng 3.260 km, Việt Nam có một lợi thế rất

lớn trong việc phát triển kinh tế biển và khai thác nguồn lợi từ vùng bãi ven bờ Nhưng bên cạnh đó, chúng ta cũng phải gánh chịu những thiệt hại hết sức nặng nề do thiên tai

từ biển mang đến Hàng năm những cơn bão đổ bộ từ biển vào đất liền đã gây thiệt hại

lớn về tài sản và tính mạng con người để lại những thảm họa không nhỏ về môi trường

Trong vài thập niên gần đây khí hậu toàn cầu có sự biến đổi mạnh khiến cho ngày càng có nhiều tác động bất lợi đến môi trường sinh thái của Trái đất Do ảnh hưởng

của hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ của bầu khí quyển không ngừng tăng lên, kéo theo các dải băng ở Bắc Cực tan nhanh hơn và dẫn đến hiện tượng nước biển dâng Cũng liên quan đến sự biến đổi khí hậu toàn cầu đã khiến cho ngày càng có nhiều dạng thiên tai như: bão, động đất, sóng thần, sạt lở, lũ lụt xảy ra với diễn biến hết sức

phức tạp và khó lường đã gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn về vật chất, tính mạng con người và để lại những hậu quả hết sức nặng nề cho sự phát triển kinh tế, xã hội trên phạm vi toàn cầu Chính vì vậy, xây dựng hệ thống đê biển luôn được các quốc gia có biển trên thế giới coi là giải pháp hữu hiệu nhất để ứng phó với bão và nước

biển dâng, kiểm soát sự xâm nhập mặn vào nội đồng, đồng thời "quai đê lấn biển" mở

rộng diện tích đất ở và canh tác Tuy nhiên, tùy thuộc vào các đặc điểm tự nhiên, khí

hậu, địa hình và trình độ khoa học kỹ thuật của mỗi quốc gia mà các hệ thống đê biển được phát triển ở những mức độ khác nhau Qua phân tích quy mô diện tích, tỉ suất đầu tư trên mỗi ha diện tích đất, số lượng lao động sẽ tham gia vào hoạt động của các khu công nghiệp, khu phi thuế quan trong khu vực Nam Đình Vũ thấy rằng việc đầu tư tuyến đê biển bảo vệ khu vực này là cần thiết Sau khi tuyến đê biển được đầu tư xây

dựng, toàn bộ diện tích đất sau đê sẽ được bảo vệ an toàn trước tình hình thời tiết biển

khắc nghiệt, bão lũ gia tăng, biến đổi khí hậu và nước biển dâng bất thường… Việc đầu tư xây dựng tuyến đê biển Nam Đình Vũ giúp đẩy nhanh quá trình hình thành Trung tâm công nghiệp thương mại trọng tâm trong Khu kinh tế Đình Vũ - Cát Hải

Bên cạnh đó, tuyến đê biển Nam Đình Vũ sau khi được đầu tư xây dựng cùng với các tuyến đê biển quốc gia Đồ Sơn, đê Cát Hải góp phần tăng cường năng lực phòng

chống lụt bão, đối trọi với thiên nhiên khắc nhiệt vùng ven biển Hải Phòng, thúc đẩy kinh tế biển khu vực Hải Phòng phát triển trở thành nghành kinh tế mũi nhọn

Vì vậy, việc “Nghiên cứu phương pháp thi công đê bao lấn biển, ứng dụng cho thi công đê biển khu kinh tế mới Nam Đình Vũ – Hải Phòng” là một nhu cầu cấp thiết

ứng dụng với bão và những biến đổi về khí hậu góp phần bảo vệ sự phát triển bền

vững cho khu trung tâm công nghiệp thương mại trọng tâm trong khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến công tác thi công đê và đề xuất phương pháp thi công hợp lý công trình đê biển Nam Đình Vũ thuộc khu kinh tế mới Đình Vũ- Cát Hải nhằm đảm bảo chất lượng công trình và rút ngắn thời gian xây dựng

so với các phương pháp truyền thống

3 Phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu

a) Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu chỉ giới hạn trong phạm vi thi công tuyến đê biển Nam Đình Vũ, trong

đó tập trung vào hoàn cảnh cụ thể tại P Đông Hải & P Tràng Cát

- Đối tượng nghiên cứu là khối đắp thân đê bằng vật liệu địa phương và nền đê gồm các lớp đất yếu, có khả năng chịu tải kém

b) Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các phương pháp thi công đê biển

- Nghiên cứu tổng quan về các công nghệ thi công

- Phân tích điều kiện xây dựng và các yêu cầu kỹ thuật của đê biển Nam Đình Vũ

- Phân tích và đề xuất phương pháp kết cấu tuyến đê biển Nam Đình Vũ

- Đề xuất phương pháp thi công đê biển Nam Đình Vũ

4 K ết quả dự kiến đạt được

- Giới hạn trong khuôn khổ của Luận văn cao học, những kết quả dự kiến đạt được

gồm:

+ Tổng quan các phương pháp thi công đê biển

+ Đề xuất một số phương pháp thi công đê biển có thể ứng dụng khu Nam Đình Vũ + Lựa chọn công nghệ thi công hợp lý để đảm bảo điều kiện an toàn và kinh tế

+ Phân tích và đề xuất ứng dụng cấu kiện mới thay thế cho kết cấu truyền thống

+ Phương pháp thi công đê biển theo phương án đề xuất

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH ĐÊ LẤN BIỂN, ĐIỀU KIỆN ỔN

ĐỊNH

1.1 Giới thiệu sơ lược sự phát triển của hệ thống công trình đê lấn biển trong và ngoài nước

1.1.1 Điều kiện tự nhiên và một số kiểu đê lấn biển ở Việt Nam

Đê biển là con trạch có độ cao nhất định, ngăn cản tác động của dòng chảy, thủy triều, sóng và những tác động khác nữa từ biển, nhằm bảo vệ vùng đất sau đê được an toàn

Là một quốc gia với chiều dài bờ biển khoảng 3.260 km, Việt Nam có một lợi thế rất

lớn trong việc phát triển kinh tế biển và khai thác nguồn lợi từ vùng bãi ven bờ Nhưng bên cạnh đó, đất nước chúng ta cũng phải gánh chịu những thiệt hại hết sức nặng nề do thiên tai từ biển mang đến Hàng năm, những cơn bão liên tiếp đổ bộ từ biển vào đất

liền đã mang đi một khối lượng lớn về tài sản, tính mạng con người đồng thời để lại

những thảm họa không nhỏ về môi trường mà nhiều năm sau con người vẫn chưa khắc

phục được Theo cảnh báo của Liên hiệp quốc thì Việt Nam là một trong những nước

chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của hiện tượng nước biển dâng Nếu mực nước biển tăng thêm 100 cm, Việt Nam sẽ phải đối mặt với mức thiệt hại lên tới 17 tỷ USD/năm, 1/5 dân số sẽ mất nhà cửa, 12,3% diện tích đất trồng trọt sẽ biến mất và 40.000 km2

diện tích đồng bằng, 17.000 km2 diện tích bờ biển ở khu vực các tỉnh lưu vực sông Mêkông

sẽ chịu tác động của những trận lũ ở mức độ khó có thể dự đoán được [1] Tất cả

những thiệt hại dự báo nêu trên, chúng ta đều có thể giảm nhẹ được nếu có hệ thống đê

biển, đê cửa sông vững chắc, với quy mô, kích thước công trình đủ lớn, đủ sức chống

chịu và thích nghi với thiên tai từ biển

Lịch sử xây dựng đê biển đã có từ xa xưa, được các thế hệ xây dựng qua nhiều năm, nơi bãi biển tiến thì đê biển được nâng cấp và dịch chuyển theo hướng bồi của bãi, tạo nên các vành đai bảo vệ khá an toàn Song nơi mà bờ bãi biến động thì sự đứng vững

của con đê chưa đủ sức thử thách với bão và triều cường Đặc biệt với tình hình biến đổi khí hậu đang diễn ra thì vấn đề an toàn của các tuyến đê biển đang là một thử thách

1.1.1.1 Đê biển miền Bắc

Đê trực tiếp với biển như đê Yên Hưng (Quảng Ninh); Cát Hải, đê Tràng Cát, Đê biển 1,2,3 thuộc Hải Phòng; Đê 6,7,8 thuộc Thái Bình và đê Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng (Nam Định) Mặc dù là đê trực tiếp với biển, nhưng chủ yếu chỉ có một độ dốc mái m = 2÷3 phía biển; m = 1,5 ÷ 2,5 phía trong đồng [2]

Về kết cấu: Lõi đê chủ yếu là đất lấy ở khu vực lân cận, thành phần không đồng nhất,

độ ẩm cao, khó đầm nén nên thường có nhiều lỗ hổng trong thân đê Ngoài cùng là lớp đất sét bảo vệ có độ dày chỉ từ 0,3 ÷ 0,5 m Trong những năm gần đây với sự trợ giúp

của các tổ chức quốc tế PAM 5325, một lớp vải địa kỹ thuật đã được trải sau khi có

lớp đất sét, sau đó là đá cấp phối 1÷2 và ngoài cùng là đá lát hoặc tấm lát bảo vệ phía

biển Chân phía biển cũng được bảo vệ bằng ống buy có đường kính 1m, chiều sâu từ 1,5 đến 2m và thảm đá rối bảo vệ phía ngoài chân Phần đỉnh đê thường được bố trí tường chắn sóng nhằm giảm thiểu tình trạng nước tràn Mái phía đồng chủ yếu là

trồng cỏ

Đê lấn biển, đê cửa sông: để bảo vệ các vùng dân cư không trực tiếp với biển bao gồm

đê phần phía Bắc Quảng Ninh, đê 9 cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình,

vùng đất bồi thuộc các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định và đặc biệt là Ninh Bình

có qui mô nhỏ hơn Mái phía sông (biển) lớn nhất m = 3, phần lớn m = 2,0 ÷ 2,5, mái trong đồng m = 1,5 ÷ 2,0, Cao trình đỉnh từ +3,5m đến +5,0m tùy thuộc từng địa phương, phần mái được gia cố bằng đá lát khan rất ngắn và chủ yếu là trồng cỏ trên mái

1.1.1.2 Đê biển vùng ven biển Trung Trung Bộ

Vùng ven biển Trung Trung Bộ tính từ Quảng Bình đến Quảng Ngãi, nằm kẹp giữa các cửa sông mà lưu vực chủ yếu nằm trọn trong lãnh thổ nước ta Đất liền được bảo

vệ bởi hệ thống đê có quy mô nhỏ xung quanh các cửa sông và một phần bờ biển

Phần lớn dải bờ biển được bảo vệ bởi các đụn cát, có nơi cao tới 30 ÷ 50m như ở

Quảng Bình, Quảng Trị Các tuyến đê khu vực này được đắp bằng đất pha cát, một số tuyến nằm sâu so với cửa sông và đầm phá có thân đê là đất sét pha cát, như đê Tả

Gianh (Quảng Bình) đê Vĩnh Thái (Quảng Trị) Một số đoạn đê đã được bảo vệ 3 mặt

hoặc 2 mặt bằng tấm bêtông để cho lũ tràn qua như tuyến đê phá Tam Giang (Thừa Thiên Huế), đê hữu Nhật Lệ (Quảng Bình) Ngoài các đoạn đê biển trực tiếp chịu tác động của sóng, gió có kè lát mái bảo vệ, còn lại, mái đê chỉ trồng cỏ Đê vùng cửa sông được bảo vệ bằng cây chắn sóng với các loại cây sú, vẹt, đước

1.1.1.3 Đê biển vùng Nam Trung Bộ

Đã hình thành một số tuyến đê ven biển, đê cửa sông khá sớm như: Đê Đông tỉnh Bình Định với chiều dài hơn 40km, được xây dựng từ những năm 1930; đê Xuân Hòa, Xuân Hải được xây dựng phía trong đầm Cù Mông tỉnh Phú Yên được xây dựng và

bồi trúc trong những năm 1956-1958; đê Ninh Giang, Ninh Phú huyện Ninh Hòa tỉnh Khánh Hòa được đắp trước năm 1975 Còn lại các tuyến đê khác ở các tỉnh Nam Trung bộ phần lớn được hình thành sau năm 1975 Hệ thống đê biển, đê cửa sông ở khu vực này thường ngắn và bị chia cắt bởi các cửa sông, đầm phá, dãy núi hoặc đồi cát Hiện nay toàn bộ miền Nam Trung Bộ có: 18 tuyến đê biển với chiều dài 101,8km; 31 tuyến đê cửa sông với chiều dài 131,35 km; 19 tuyến kè với chiều dài 23,26 km[3]

1.1.1.4 Đê biển Nam Bộ

Hệ thống đê Gò Công (xây dựng từ 1976 ÷ 1985) có chiều dài 21,22 km, cao trình +3,5m, bề rộng mặt đê từ 4÷5m Đây là tuyến đê kiên cố nhất Nam Bộ, với diện tích đất bảo vệ 65.000ha [4]

Hệ thống đê Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng (xây dựng từ 1994÷1995) có chiều dài 43km, cao trình +2,8m, mặt đê rộng 4m, xây dựng hệ thống cống dưới đê vừa và nhỏ từ 1 đến

2 cửa, mỗi cửa 1,8m, có thể đánh giá là hệ thống đê cống ngăn mặn tương đối kiên cố

và đồng bộ được thử thách qua trận bão lịch sử vào tháng 11/1997 sau đó đã được nâng cấp

Hình 1.1: Hình ảnh đê biển tỉnh Sóc Trăng

Hiện nay khu vực Nam Bộ có 16 tuyến đê biển với chiều dài 444,36km; 2 tuyến kè biển với tổng chiều dài 16,5km[4]

1.1.2 Các giải pháp bảo vệ đê lấn biển

Để bảo vệ đường bờ thông thường người ta đưa ra các giải pháp chính sau:

1.1.2.1 Giải pháp 1: Nuôi bãi

Đây lại là một biện pháp khá tốt vì nó khá linh động và phù hợp với chiến lược bảo vệ môi trường Việc lựa chọn hướng giải quyết này phụ thuộc chủ yếu vào chi phí và rủi

ro vì sự cung cấp bùn cát phải được lặp lại vài năm một lần

Kích thước vật liệu dùng để nuôi dưỡng bờ biển sẽ làm thay đổi quá trình vận chuyển

tự nhiên của dòng ven bờ Chu trình nuôi dưỡng bờ biển thường được tiến hành với chu kỳ 5 – 10 năm Chi phí cho một chu trình nuôi dưỡng bãi nói chung là thấp, nhưng quá trình cần được lặp lại thường xuyên Vì vậy phương pháp này thường được kết

hợp với giải pháp công trình khác như đập mỏ hàn cho nên kinh phí lại trở thành cao

1.1.2.2 Giải pháp 2: Trồng cây chắn sóng gây bồi

Đây là giải pháp trồng cây trước đê để hạn chế hoặc triệt tiêu năng lượng sóng khi truyền vào bờ Với dải rừng ngập mặn khoảng vài trăm mét thì hệ số giảm sóng có thể đạt 0.4 đến 0.6 Giải pháp này phù hợp với vùng cửa sông, nơi có phù sa mang đến

bồi trúc Cây ngập mặn sống được chỉ khi triều lên và xuống trật lộ bộ rễ

1.1.2.3 Giải pháp 3: Đập chắn sóng xa bờ

Theo biện pháp này, ta có thể xây dựng một đê phá sóng trước phần bờ biển bị xói

Biện pháp này khá tốt nhưng kinh phí xây dựng rất lớn mặt khác điều kiện thi công

phức tạp Vì vậy tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ hải văn mà quyết định cho phù hợp

1.1.2.4 Giải pháp 4: Kè mỏ hàn bảo vệ bờ

Đây là giải pháp làm công trình dọc theo đường bờ, nó có tác dụng hạn chế vận tốc dòng chảy ven bờ, gây bồi cho chân đê Như vậy sẽ giảm chiều cao sóng khi nó tiếp

cận với đường bờ

1.1.3 Sơ lược về sự phát triển của các hệ thống đê lấn biển trong và ngoài nước

1.1.3.1 Tình hình xây dựng đê biển trên thế giới

Ngay từ xa xưa đê biển đã được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu cho việc chống

lại các tác hại do thủy triều, gió bão, ngập lụt và cả mở rộng thêm đất đai (quai đê

lấn biển) Ngày nay, đê biển được sử dụng rộng rãi để bảo vệ ngăn triều và chống

ngập lụt cho các khu vực thấp Cho đến nay, đê biển đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước như Hà Lan, Hàn Quốc, Bangladesh, Thái Lan, Mỹ v.v…

Đê biển Hà Lan đã được sử dụng để bảo vệ lũ lụt trong hàng trăm năm qua

Có thể nói Hà Lan là đất nước có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế đê biển Cho đến nay, nhiều quốc gia đã và đang áp dụng các dạng thiết kế của Hà Lan trong

việc xây dựng đê biển

a) Hệ thống đê biển Afsluitdijk

Đê biển Afsluitdijk là một trong những minh chứng điển hình nhất cho đất nước Hà Lan trong lĩnh vực đê biển Công trình này chạy dài từ mũi Den Oever thuộc tỉnh Noord Holland lên đến mũi Zurich thuộc tỉnh Friesland Mục đích chính của dự án là

nhằm giúp Hà Lan giảm thiểu tối đa các tác động của biển Bắc đến hoạt động thuỷ sản

và nông nghiệp khu vực các tỉnh phía Bắc

Hình 1.2: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan

Tổng chiều dài tuyến đê biển hơn 30km, rộng 90m, và độ cao ban đầu 7,50m trên

mực nước biển trung bình Điều phi thường là giai đoạn thi công được tiến hành trong khoảng thời gian có 6 năm, từ 1927 đến 1933

Giai đoạn thi công được tiến hành từ bốn điểm xuất phát, bao gồm hai đầu từ hai phía đất liền và hai đảo thi công trung gian được hình thành ngay giữa biển Bắc Từ bốn điểm xuất phát này, chân đê cơ bản được mở rộng dần bằng cách đóng cọc và phun

trực tiếp sét tảng lăn xuống biển từ tàu thi công, tạo nên hai chân đập nhỏ song song đồng thời, phần lòng giữa được bổ sung bằng cát Tiếp theo, các phương tiện thi công

cơ giới bao mặt đê bằng sét, gia cố móng bằng đá bazan Bề mặt trên cùng được phủ cát, đất, trồng cỏ và trải nhựa phục vụ mục đích giao thông

b) Dự án đê biển Saemangeum – Hàn Quốc

Đê biển Saemangeum cách thành phố Seoul khoảng 200km về phía nam Nó có một

hệ thống đường giao thông ở phía trên Đê biển mang tên Saemangeum bao quanh

một vùng biển có diện tích 401km2 bằng khoảng 2/3 diện tích thành phố Seoul Với chiều dài 33,9 km; nằm giữa biển Hoàng Hải và cửa sông Saemangeum Dự án được

tiến hành từ năm 1991 và được hoàn thành năm 2010 Dự án được kỳ vọng sẽ mang

lại lợi ích to lớn cho phát triển công nghiệp, nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và kết

nối giao thông thuận lợi giữa hai khu vực quan trọng là Gunsan và Buan (rút ngắn khoảng cách giữa 2 khu vực này từ 99 km xuống còn 33 km)

Hình 1.3: Vị trí tuyến đê biển Saemangeum

Chính phủ Hàn Quốc đã chi 2,9 nghìn tỷ won (2,6 tỷ USD) cho dự án, bình quân 76,7 triệu USD/km đê Trong vòng 10 năm tới dự án sẽ cần thêm 21 nghìn tỷ won nữa Số

tiền này sẽ được sử dụng để bồi thường đất cho dân, xây dựng cơ sở hạ tầng và các hồ

chứa nước ngọt khổng lồ

Bộ Nông nghiệp Hàn Quốc khẳng định Saemangeum vượt qua đê biển Afsluitdijk (xây dựng xong vào năm 1933) ở Hà Lan để trở thành đê chắn biển dài nhất hành tinh Bộ này cũng khẳng định đê chắn biển Saemangeum sẽ biến những bãi đầm lầy

và nước thủy triều thành những ngành công nghiệp sạch Nó cũng sẽ tạo nên nhiều tác động tích cực đối với du lịch, nông nghiệp và môi trường

Sau khi đê Saemangeum được xây xong, nó sẽ biến một vùng đất hoang rộng lớn thành đất trồng trọt Ban đầu chính quyền Seoul định dành 70% diện tích đất cải tạo cho sản xuất nông nghiệp, nhưng hiện nay sản lượng lương thực của Hàn Quốc đang

vượt xa nhu cầu của dân Vì thế chính phủ sẽ xây một thành phố mới để phát triển các ngành công nghiệp, vận tải, du lịch, giải trí và trồng hoa Ngoài ra vùng đất được khai hoang và thành phố cảng Gunsan sẽ cùng sở hữu một khu phức hợp kinh tế quốc tế, được gọi là khu vực tự do kinh tế Saemangeum - Gunsan

c) Đê biển bảo vệ thành phố St Peterburg – Nga

Lũ lụt đã ảnh hưởng nhiều đến sinh hoạt bình thường của người dân thành phố St.Peterburg, hạn chế việc sử dụng phần lãnh thổ ven biển, gây thiệt hại đáng kể cho

nền công nghiệp và kinh tế của thành phố Lũ lụt đặt ra mối nguy hiểm thường xuyên đối với các công trình, di tích lịch sử, văn hóa, nghệ thuật và là mối nguy

hiểm thực tế đối với sinh mạng con người Trước tình hình đó, hệ thống đê biển St.Peterburg được xây dựng với mục đích bảo vệ thành phố khỏi ngập lụt khi mực

nước dâng lên với tần suất 1 lần trong 1000 năm (1/1000) Ngoài ra tuyến đê còn kết

hợp làm đường giao thông vành đai gồm 6 làn xe dọc theo tuyến công trình

Hình 1.4: Vị trí tuyến đê biển St Peterburg - Nga

Dự án được bắt đầu từ năm 1978 và sau khi bị tạm dừng kéo dài từ những năm 1990 đến đầu những năm 2000, dự án được tiếp tục thực hiện lại vào năm 2005 và cuối cùng được khánh thành vào năm 2011

Vị trí công trình nằm gần vịnh Neva và vịnh Phần Lan, nối liền các thị trấn Gorki; Kronstadt và Lomonosov với chiều dài tổng cộng là 25,4km, trong đó có 22,2km băng ngang vịnh Phần Lan ở độ sâu trung bình 2,9m Tổng chi phí xây dựng của dự án

là 109 tỷ Rubles (khoảng 3,85 tỷ USD)

Các hạng mục chính của dự án bao gồm: một tuyến đê bằng đất và đá liên kết phần

giữa các công trình cửa cống xả và âu thuyền từ Kotlin đến phần bờ vịnh Phần Lan

Đê biển có chiều dài khoảng 23,4km trong tổng chiều dài công trình là 25,4km

Bốn đoạn đê từ D1÷D4 với tổng chiều dài 8,12km nằm trong vùng nước Cổng Nam,

đoạn D5 dài 2,03km nối đến Kotlin và 6 đoạn từ D6÷D11 với tổng chiều dài 13,25km

nằm trong vùng phía bắc của vịnh Neva Mặt đê có chiều rộng nhỏ nhất là 29m để

bảo đảm đủ cho việc xây dựng đường cao tốc gồm 6 làn xe Đoạn D3 cao nhất tại điểm cắt ngang luồng hàng hải hiện hữu Đê có hàng loạt các đặc điểm cấu trúc đặc

biệt liên quan đến các điều kiện địa chất khác nhau của phần đất nền bên dưới, kỹ thuật xây dựng và sử dụng vật liệu xây dựng

Căn cứ vào các điều kiện địa chất công trình trên toàn chiều dài vùng nước, kết cấu đê

sử dụng vật liệu xây dựng tại chỗ để đảm bảo cho độ bền vững cần thiết của công trình trong điều kiện ngập nước, chống được các tác động mạnh của sóng biển và lực va của băng trôi Phần đỉnh đê có tính triệt tiêu sóng đặc biệt nhờ cấu tạo mái dốc bằng đá

hộc, gờ tiêu sóng rộng 8m ở cao độ +3.0m, mái dốc nối tiếp phía trên bằng các tấm bê tông cốt thép chuyển tiếp đến tường chắn sóng cao 8 m, tiếp giáp với cửa xả hoặc bằng

đá với lan can bê tông cốt thép trên các phần thân đê còn lại Phần thân đê là đường ôtô gồm 6 làn xe rộng 29m đến cao trình 6,5m, phía vịnh có tường chắn sóng cao 1,5m cho phép lưu thông hơn 30.000 xe/ngày đêm Trên tuyến công trình còn có 2 âu thuyền C1 và C2 với kênh chuyển tiếp và 6 cửa thoát nước B1÷B6, 11 phân đoạn đê từ D1÷D11 cùng với các công trình phục vụ điều hành chung

Hệ thống cửa xả: với mục đích chính là cho phép luân chuyển nước qua lại, bảo tồn

sự trao đổi nước tự nhiên giữa vịnh Neva và vịnh Phần Lan ở phía Bắc và phía Nam,

bảo vệ thành phố khỏi ngập lụt khi gặp triều cường

Hình 1.5: Một số hạng mục công trình đê biển St Peterburg 1.1.3.2 Tổng quan các dạng công trình đê biển trong nước

Hiện nay Việt Nam chỉ có hệ thống đê ven bờ biển, chủ yếu có kết cấu là đê đất, caotrình đỉnh đê thấp, thường ở cao độ +5,0m, bề rộng đỉnh đê khoảng từ 2m đến5m, điều này cũng gây khó khăn cho việc duy tu, bảo dưỡng đặc biệt là sau những

trận sạt lở đê do bão lũ

Đê biển miền Bắc thuộc loại lớn nhất cả nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hải Phòng,Thái Bình và Nam Định Một số tuyến đê biển đã được nâng cấp hiện nay có caotrình đỉnh phổ biến ở mức +5,5m (kể cả tường đỉnh) Mặt đê được bê tông hóa một

phần, nhưng chủ yếu vẫn là đê đất

(a) Đê biển Cát Hải, Hải Phòng (b) Đê biển Đồ Sơn

(c) Đê biển Thịnh Long 2010

(d) Đê biển Nghĩa Hưng - Nam Định Hình 1.6: Một số công trình đê biển ở Việt Nam

Với Đồng bằng sông Cửu Long, tổng chiều dài tuyến đê là khoảng 1.359 km, trong đó

618 km đê biển và 741 km đê cửa sông Chiều dài đê cửa sông là 30 km cho sông

lớn và 10÷15 km cho các sông rạch nhỏ Hầu hết các tuyến đê biển nằm dọc và cách

bờ biển 200÷500m đối với tuyến biển Tây, 500÷2.000 m đối với các tuyến biển Đông Riêng đoạn Bảy Háp - Gành Hào (tỉnh Cà Mau) tuyến đê lùi sâu vào trong[4]

Theo dự báo, nếu không chủ động ứng phó trong một khoảng thời gian ngắn nữa do tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, nước biển dâng cao sẽ làm cho khoảng 15.000÷20.000 km2 tại Đồng bằng sông Cửu Long bị ngập, trong đó có 9/13 tỉnh bị

ngập gần như hoàn toàn, làm cho sản xuất nông nghiệp gặp khó khăn lớn Trong khi

đó, độ cao và sức chịu đựng của hệ thống tuyến đê biển tại Đồng bằng sông Cửu Long hiện chưa đáp ứng yêu cầu ngăn nước biển dâng và sức tàn phá của sóng

Tân ở tỉnh Cà Mau và huyện Hòn Đất ở tỉnh Kiên Giang thuộc tuyến biển Tây, kéo dài từ Cà Mau đến Kiên Giang dài khoảng 260km hiện bị xói lở nghiêm trọng Theo quy hoạch mới, sẽ có gần 620km đê biển và hơn 740km đê cửa sông tại vùng Đồng

bằng sông Cửu Long được nâng cấp hoặc xây dựng mới theo quy cách với chiều rộng

mặt đê 6m để kết hợp giao thông, mái trong có độ dốc m=2÷3, mái ngoài có độ dốc m=3÷4, lưu không 10m phía đồng và 50m phía biển, bên ngoài đê là rừng phòng hộ

để bảo vệ và giảm sóng

(a) Đê Hiệp Thạnh - Trà Vinh (b) Đê biển Rạch Giá - Kiên Giang

Hình 1.7: Một số công trình đê biển ở Việt Nam[4]

1.2 Đặc điểm làm việc của công trình ven biển

Điều kiện làm việc của các công trình đê biển chịu nhiều tác động có thể dẫn đến bị hư

hỏng và phá hoại Hai nguyên nhân chính gây ra hư hỏng và phá hoại các công trình

bảo vệ bờ là do tác động của tự nhiên và tác động của con người

1.2.1 Các tác động tự nhiên

Các tác động tự nhiên bao gồm: Tác động của gió - bão, thuỷ triều, dòng chảy ven bờ, sóng, dòng thấm, các vật nổi, lún, tác dụng hóa học và điện phân của môi trường nước

mặn, tác dụng của các sinh vật

1.2.1.1 Tác động của gió, bão

Theo thống kê hàng năm có khoảng trên dưới 10 cơn bão xảy ra ở biển Đông, các cơn bão này thường có vận tốc gió lớn, thời gian kéo dài nên gây ra không ít những thiệt

hại vùng ven bờ

Gió là sản phẩm của các quá trình khí tượng Gió thổi trên mặt biển tạo ra sóng và nước dâng Gió thổi làm bay cát khô, đưa cát từ ngoài bãi biển tràn vào đất liền như ở

bờ biển Quảng Bình, Quảng Trị

Bão tác động rất mạnh, có thể làm hư hỏng và phá hoại các kết cấu công trình chắn gió, gây ra sóng lớn làm xói lở, phá hoại đường bờ và các kết cấu bảo vệ nó

1.2.1.2 Tác động của thủy triều

Thuỷ triều là hiện tượng giao động thường xuyên, có chu kỳ của các khối nước trong các biển và đại dương được hình thành chủ yếu do sức hút của mặt trăng và mặt trời,

mực nước thuỷ triều lên xuống hàng ngày làm ảnh hưởng đến tiến độ và phương pháp thi công Có thể lợi dụng khi nước xuống để thi công khô một số bộ phận của công trình, lợi dụng khi nước lên để vận chuyển, đánh chìm thùng chìm hay đóng cọc dưới nước Mực nước xuống thấp sẽ làm cản trở cho xà lan di chuyển Mặt khác, mực nước lên cao là điều kiện lý tưởng cho hoạt động của thiết bị dưới nước Cho nên, thời gian làm việc và thời gian chết của thiết bị phụ thuộc rất lớn vào thuỷ triều Song thuỷ triều là

yếu tố tự nhiên, hoạt động độc lập với thời gian làm việc bình thường của con người

Vấn đề cuối cùng là việc giao thông thuỷ trong khu vực thi công cũng có thể gây nên

trở ngại cho qua trình hoạt động của thiết bị dưới nước Do vậy cần phải có những

cảnh báo đặc biệt hay những tín hiệu hướng dẫn cho các tàu chạy qua khu vực thi công

1.2.1.3 Tác động của dòng chảy

Dòng chảy gây khó khăn cho việc đi lại, neo đậu của các phương tiện thủy, gây bồi

hoặc xói đường bờ, đáy khu nước nơi xây dựng… Sự dao động mực nước trên biển là

một yếu tố khách quan biến đổi phức tạp Vì vậy cần phải tìm hiểu để có thể lợi dụng

1.2.2 Tác động tiêu cực của các hoạt động nhân tạo đối với ổn định bờ biển

Các hoạt động xây dựng hồ chứa nước ở thượng nguồn, làm đập ngăn sóng khai hoang

lấn biển, khai thác sa khoáng, vật liệu xây dựng, chặt phá rừng ngập mặn v.v diễn ra khá nhiều nơi, mang tính chất phổ biến, không chỉ gây ra xói lở bờ biển có tính chất

cục bộ, mà còn có thể gây ra xói lở nghiêm trọng với qui mô lớn

1.3 Giới thiệu chung về kết cấu đê lấn biển

1.3.1 Cấu tạo đê biển

Đê kè biển là công trình đặt dọc theo đường bờ biển, nó có nhiệm vụ bảo vệ vùng đất sau đê trước các tác động của sóng và triều dâng Để có cơ sở nghiên cứu công nghệ thi công đê biển, trước hết cần hiểu được cấu tạo các bộ phận cấu thành con đê biển Cấu tạo chung của đê biển bao gồm: Nền và móng đỡ thân đê, thân đê, bộ phận bảo vệ mái phía biển, bao gồm chân kè và mái kè, bộ phận cấu thành đỉnh đê, bảo vệ mái phía đồng bao gồm có rãnh hoặc không rãnh tiêu nước tràn qua đỉnh khi có sóng tràn

1.3.1.1 Phần móng và nền

Móng có nghiệm vụ chuyền tải trọng từ công trình bên trên xuống cho đất chịu Mặt

tiếp xúc nằm ngang giữa móng và đất gọi là đáy móng

Nền là vùng đất nằm dưới đáy móng chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng do công trình truyền xuống Nếu công trình đặt lên các lớp đất đá tự nhiên thì nền công trình đó được gọi là nền thiên nhiên Nếu như xây dựng móng, người dùng biện pháp nào đó

tốt hơn các tính năng chịu lực của nền thì nền đó gọi là nền tăng cường Nếu đê đặt trên nền đất khỏe thì người ta xây dựng các bộ phân trên đó Trường hợp nền đất yếu thì người ta phải xử lý nền trước khi xây dựng các bộ phận trên nó

1.3.1.2 Phần thân

Phần lõi của đê thường bao gồm cát để đảm bảo rằng nước ngấm qua thân đê có thể

chảy ra Phần lõi này hỗ trợ cho các lớp phủ và gia tăng trọng lượng cho cấu trúc của

đê biển góp phần chống lại áp lực nước cao

Thân đê là phần khối lượng chính, nó có nhiệm vụ như bức tường để ngăn cản sóng và nước biển không tràn vào khu đất thấp sau đê Tùy thuộc vào vị trí xây dựng, địa chất, địa hình mà thân đê có thể sử dụng các loại vật liệu khác nhau như: đất, đất pha cát, cát, đá

hộc, hoặc có thể là tường chắn bằng vật liệu xây đúc hoặc kết cấu dạng tường cừ…

1.3.1.3 Các dạng mặt cắt đê biển và điều kiện áp dụng

Xét về mặt cắt ngang của đê biển, hình dạng chung bao gồm: Đê mái nghiêng, đê tường đứng, đê tường và mái kết hợp (trên nghiêng dưới đứng hoặc trên đứng dưới nghiêng) Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, thủy hải văn, vật liệu xây dựng, điều kiện thi công và yêu cầu sử dụng để chọn dạng mặt cắt đê biển phù hợp

Hình 1.8: Các dạng mặt cắt ngang đê biển [5]

* Đê mái nghiêng đắp bằng đất đồng chất

Có dạng mặt cắt hình thang được áp dụng khi vùng xây dựng tuyến đê có trữ lượng đất đủ để xây dựng công trình Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất của nền đê mà hệ số

độ dốc mái (ký hiệu là m) ở phía biển từ 3,0 đến 5,0 còn mái ở phía đồng từ 2,0 đến 3,0 Tuyến đê có chiều cao dưới 2m nên áp dụng dạng mặt cắt b (Hình 1.8) Tuyến đê

có điều kiện địa chất kém, chiều cao đê lớn và chịu tác động mạnh của sóng thì có thể

bố trí cơ đê hạ lưu và cơ giảm sóng thượng lưu và áp dụng dạng mặt cắt a (Hình 1.8)

* Đê mái nghiêng đắp bằng vật liệu hỗn hợp

Được sử dụng trong trường hợp ở khu vực xây dựng công trình không có đủ trữ lượng đất chất lượng tốt để đắp đê đồng chất, trong khi nguồn vật liệu địa phương (vật liệu có sẵn ở gần khu vực xây dựng công trình) có tính thấm lớn lại rất phong phú Có thể áp dụng các dạng mặt cắt sau:

a) Bố trí loại đất có tính thấm lớn ở bên trong thân đê còn đất có tính thấm nhỏ đắp

bọc bên ngoài (xem dạng mặt cắt d hình 1.8);

b) Bố trí đá hộc ở phía thượng lưu để chống lại phá hoại của sóng còn đất đắp có chất

lượng tốt bố trí hạ lưu (xem dạng mặt cắt c hình 1.8)

* Đê mái nghiêng đắp bằng vật liệu hỗn hợp:

Áp dụng trong trường hợp khu vực xây dựng không có đất chất lượng tốt để đắp mà

chỉ có đất mềm yếu (lực dính và góc ma sát trong nhỏ, hệ số thấm lớn), nếu sử dụng loại đất này để đắp đê theo công nghệ truyền thống thì mặt cắt đê sẽ rất lớn, diện tích chiếm đất của đê lớn và thời gian thi công kéo dài do phải chờ lún Để giảm chi phí xây dựng, giảm diện tích chiếm đất của đê và tăng nhanh thời gian thi công, có

thể sử dụng vải địa kỹ thuật làm cốt gia cố thân đê để khắc phục những vấn đề trên (xem dạng mặt cắt g hình 1.8)

1.3.2 Các dạng kết cấu đê biển

1.3.2.1 Đê có lõi bằng vật liệu tại chỗ kết hợp gia cố nền và mái

a) Cấu tạo và điều kiện áp dụng:

Thân đê được cấu tạo bởi rọ đá kết hợp với đá hộc đổ trong nước, cát bơm từ phía đồng lên để làm lõi đê Mái đê được thiết kế với m=3-:-5 và có thể bố trí cơ đê theo

từng độ sâu thích hợp Phần mái đê phía biển được bảo vệ trước tác động của sóng

biển bằng các kết cấu Tetrapods trọng lượng 8-:-10 tấn hoặc cấu kiện Accropode Trong một số trường hợp có thể gia cố nền đê bằng cọc xi măng đất, cọc cát hoặc thay lớp đất nền v.v…để tăng sức chịu tải của đất nền

Đỉnh đê có chiều rộng từ 30-:-50m tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu kết hợp làm đường giao thông đi lại Trên đỉnh đê phía biển bố trí tường chắn sóng, hệ

thống lan can bảo vệ và một số hệ thống phụ trợ khác

Hình 1.9: Cắt ngang kết cấu đê biển có lõi bằng vật liệu tại chỗ kết hợp gia cố nền và mái

- Điều kiện áp dụng: Với phương án này có thể áp dụng cho các khu vực có địa chất

nền không cần tốt lắm, phù hợp với hầu hết các loại đất nền Tuy nhiên, cũng chỉ nên

áp dụng khi độ sâu cột nước < 20m

Phía đồng

* Ưu điểm:

- Tận dụng được vật liệu có sẵn, khả năng ổn định tổng thể vững chắc, thích hợp với

hầu hết các loại đất nền

- Tiêu hao năng lượng sóng tốt, sóng phản xạ ít

- Công nghệ thi công đơn giản, có thể kết hợp hiện đại và thủ công

- Giá thành công trình cao

1.3.2.2 Đê biển có cấu tạo mái nghiêng kết hợp với tường cừ

a) Cấu tạo và điều kiện áp dụng

- Giải pháp kết cấu cho phương án này là mái đê phía biển có cấu tạo bằng một hàng

cọc cừ bê tông cốt thép dự ứng lực cường độ cao đóng đến độ sâu thiết kế Hệ thống

cọc xiên có tác dụng tăng khả năng chịu lực cho thân đê Mái đê phía đồng được đắp

bằng cát bơm từ phía đồng với hệ số mái m = 3,0-:-5,0 sau đó thả đá hộc kết hợp với

thảm đá để giữ ổn định mái

- Chân mái đê trước và sau công trình được gia cố bằng đá hộc thả trong nước

- Nền đê tại các vị trí có địa chất mềm yếu được gia cố bằng hệ thống cọc cát

D40cm, chiều dài L = 10m

Hình 1.10: Mặt cắt ngang đê biển có cấu tạo mái nghiêng kết hợp với tường cừ

Điều kiện áp dụng: thường áp dụng cho thi công đê biển tại các vị trí có cột nước nông (h < 20m)

b) Ưu nhược điểm

* Ưu điểm: Áp dụng được cho cả những khu vực có nền địa chất mềm yếu Tận dụng

được lượng cát bơm từ phía đồng để làm lõi đê Đảm bảo sự ổn định của mái đê phía biển, giảm được chiều rộng chân đê Đặc biệt một số vị trí còn có thể kết hợp làm cảng biển hoặc bến neo đậu tàu thuyền

* Nhược điểm: Kỹ thuật thi công phức tạp hơn, đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên

dụng, thời gian thi công và ổn định công trình lâu hơn

1.3.2.3 Đê biển có cấu tạo bằng hệ thống xà lan tạo chân

a) Cấu tạo và điều kiện áp dụng

* Cấu tạo: Các xà lan được đúc sẵn và di chuyển đến vị trí công trình, sau khi hạ

chìm nối tiếp với nhau tiến hành bơm đầy vật liệu vào thân xà lan tạo thành một hệ

thống chân đê vững chắc Tùy thuộc vào tính chất và yêu cầu về thi công mà chiều cao của các xà lan tạo chân có thể bằng hoặc cao hơn mực nước biển tính toán khi thi công công trình Lõi đê có cấu tạo bằng vật liệu địa phương đổ trong nước Mặt đê

có chiều rộng từ 20-30m và có thể kết hợp làm đường giao thông

Phía đồng

* Điều kiện áp dụng: Giải pháp này được áp dụng thi công đê biển trong điều kiện cột

nước sâu, yêu cầu về chiều rộng đỉnh đê nhỏ, công trình có tính chất vĩnh cửu

Hình 1.11: Mặt cắt ngang đê biển có cấu tạo bằng hệ thống xà lan tạo chân b) Ưu nhược điểm

* Ưu điểm: Phương án này có ưu điểm là thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh

hơn do có hệ thống xà lan tạo chân, giảm thiểu được khối lượng vật liệu tạo lõi đê và công trình có tính chất kiên cố

* Nhược điểm: Việc thi công hạ chìm các xà lan chân đê đòi hỏi kỹ thuật thi công

phức tạp và phải có độ chính xác cao

1.4 Kết luận chương

Việc nghiên cứu và thi công hệ thống đê biển đã được thực hiện trong nhiều năm qua Công trình đê biển có rất nhiều dạng, loại khác nhau Mỗi loại có những ưu nhược điểm Nó chịu tác động mạnh của môi trường biển, tác động mạnh nhất là sóng biển đặc biệt là khi biển động Tác động của sóng biển lên công trình đê biển là quá trình thường xuyên liên tục và lâu dài, ngoài ra còn các yếu tố khác tác động lên công trình

đê biển như tác động sâm thực, gió và thấm… Trong những cơn bão, thuỷ triều sẽ gây ra những cơn sóng lớn tác động lên công trình đê biển Đó chính là tác nhân chính gây lên những thiệt hại cho bản thân công trình đê biển

Trong chương I của luận văn tác giả đã giới thiệu kinh nghiệm thi công đê biển của

Việt Nam và trên thế giới, những nhân tố tác động của quá trình thi công với các loại

mặt cắt và vật liệu khác nhau Từ kết quả này sẽ giúp cho việc lựa chọn mặt cắt ngang và phương pháp thi công cho đê bao lấn biển Những vấn đề này sẽ trình bày các chương tiếp theo

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT THI CÔNG ĐÊ LẤN BIỂN, CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

2.1 Giới thiệu chung về các công nghệ thi công đê lấn biển

2.1.1 Công nghệ thi công đê mái nghiêng

Hình 2.1: Xử lý nền đê bằng đệm cát

* Nguyên lý làm việc : Khi đê đắp trên lớp đệm cát, đệm cát đóng vai trò như một mặt

thoát nước nền Dưới tác dụng của tải trọng đất đắp nước trong lỗ rỗng nền được thoát

ra qua lớp đệm cát, đất nền được nén chặt nhanh hơn Đệm cát còn đóng vai trò như một bệ phản áp làm tăng sức chịu tải cho đất nền Phương pháp đệm cát sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước, chiều dày lớp đất yếu không lớn lắm, chênh lệch cột nước không cao và gần nơi xây dựng có sẵn vật liệu cát

b) Kỹ thuật thi công đệm cát

- Chuẩn bị mặt bằng thi công tuyến đê Dùng máy đào móng đê với chiều sâu d tương ứng với chiều dày đệm cát sau đó trải một lớp vải địa kỹ thuật xuống đáy hố móng Lớp vải địa kỹ thuật có tác dụng ngăn không cho cát chìm lẫn vào đất nền, mặt cắt ngang đê chiều sau H, chiều rộng mặt đê b hệ số mái m ( xem hình 2.1)

- Đầm nén cát: Cát được chọn làm vật liệu lớp đệm được rải thành từng lớp Chiều dày mỗi lớp rải phụ thuộc vào thiết bị đầm nén

+ Đầm thủ công nặng 30kg: Chiều dày lớp rải khoảng 20 cm;

+ Đầm bàn rung : Chiều dày lớp rải khoảng 25 cm;

+ Đầm bánh xích : Chiều dày lớp rải khoảng 30 – 40 cm;

+ Đầm rung có phun nước U20: Chiều dày lớp rải khoảng 100 - 150 cm

- Khi đầm nén đệm cát bằng bàn rung thì có thể bố trí một hoặc ghép hai, ba đầm bàn rung với nhau, rồi chia diện tích đầm ra thành nhiều khu vực nhỏ để đầm Đầm theo trình tự đúng hàng lối, vết đầm trong thời gian 15 - 20 phút trên diện đầm 6m2

thì cát trong lớp đệm sẽ đạt đến độ chặt trung bình Nếu dùng hỗn hợp cát và sỏi làm vật liệu lớp đệm thì khi thời gian đầm 40 phút trên diện đầm 12m2

- Trường hợp đầm nén đệm cát bằng xe bánh xích thì yêu cầu vệt xích phải sát nhau Sau khi đầm một lượt ngang xong thì lại phải chuyển sang một lượt dọc khác và cứ tiến hành như vậy cho đến khi đạt tới độ chặt thiết kế Tốc độ di chuyển lúc ban đầu của xe thường vào khoảng 25m/phút

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng đầm nén: Khi thi công đệm cát, việc trước tiên là xác định các chỉ tiêu đầm nén Để đánh giá chất lượng đầm nén người ta thường dựa vào hai chỉ tiêu quan trọng độ chặt và độ ẩm đầm nén

Đệm cát sau khi được đầm nén xong có thể áp dụng một trong ba phương pháp sau đây để kiểm tra độ chặt: phương pháp cân, phương pháp dùng phao Kovalêv, và phương pháp xuyên tiêu chuẩn

c) Xử lý nền bằng bấc thấm

Phương pháp này làm cho nền thoát nước nhanh qua các bấc thấm chôn trong nền đê Bấc thấm được cắm vào nền bằng máy nén, sau khi bấc cắm vào đến cao độ thiết kế thì rút cần lên, để lại bấc trong nền Chiều sâu hạ bấc và khoảng cách bấc thấm được thiết kế cụ thể Có thể tham khảo tiêu chuẩn TCXD 245-2000:

Hình 2.2: Xử lý nền đê bằng bấc thấm d) Xử lý nền bằng vải địa kỹ thuật

Đối với những đoạn đê tương đối cao, cần thi công trong một mùa qua vùng đất yếu có

thể dùng vải địa kỹ thuật để gia cố nền và thân đê Đặt các lớp vải địa kỹ thuật lên bề

mặt phân cách giữa thân đê và nền đê, đồng thời đặt các lớp vải địa kỹ thuật ở các cao trình khác nhau trong thân đê nằm song song với mặt nền Lớp vải địa kỹ thuật đặt ở

mặt nền có tác dụng phân cách nền đê và thân đê, làm cho khối đất đắp không bị lún chìm vào nền, áp lực đất đắp đê phân bổ tương đối đồng đều vào mặt nền tạo điều kiện cho nền cố kết từ từ Lớp vải đặt nằm ngang trong thân đê có tác dụng phân bổ áp lực

đều theo từng cao trình mặt cắt ngang đê, tăng độ bền chống trượt của khối đất đắp và

giảm mặt cắt ngang đê

Hình 2.3: Xử lý đê bằng vải địa kỹ thuật tăng ổn định bền

Trước khi trải vải địa kỹ thuật, mặt nền phải được san hoặc lấp để đạt độ cao thiết kế

và đầm đến độ chặt yêu cầu Bề mặt tiếp xúc với vải phải tương đối phẳng, đảm bảo cho vải tiếp xúc tốt với nền Những vật cứng sắc nhọn phải được dọn sạch để không làm hỏng vải Sau khi chuẩn bị nền xong, trải vải trực tiếp lên mặt đất đã được chuẩn

bị theo yêu cầu đặt vải trên Căng các thảm vải làm cùng lúc với việc san gạt, liên kết các băng vải kỹ thuật với nhau băng khâu lại với nhau hoặc tăng chiều rộng phân vải

phủ chồng lên nhau, tuỳ theo các đặc trưng của đất nền, cao trình mặt cắt ngang mà

lớp này phủ chồng lên lớp kia từ 0,3 m đến l m

Thi công vật liệu đắp đầu tiên, thì điều quan trọng là ổn định lớp đắp đầu tiên trên nền đất yếu để cho phép các thiết bị xây dựng đi vào thi công, lớp đầu tiên được đắp xử

dụng xe đổ đất loại nhẹ và cách đổ giật lùi để tránh sự tiếp xúc của bánh xe lên vải Áp

dụng phương pháp đổ theo dải hẹp đối xứng từ đường trung tâm để giữ cho quá trình thi công luôn luôn có dạng chữ U, việc thi công như vậy sẽ hạn chế được sự dịch chuyển ngang của lớp đất đắp Việc thi công mái dốc dùng khuôn có góc phù hợp với mái dốc thiết kế

Sau khi thi công lớp đầu tiên lại trải vải làm như trên sau đó thi công tiếp, cứ như thế thi công đến cao trình thiết kế Lưu ý trong quá trình thi công, người thi công phải chịu trách nhiệm đảm bảo vải không bị phá hoại khi đặt vải và khi đầm Trong những trường hợp các thiệt hại nhìn thấy trên vải, nhà thầu phải báo ngay cho các kỹ thuật thiết kế để có biện pháp gia cố kịp thời và ở các lớp tiếp theo

tạo nên bằng cát Đóng một ống thép rỗng bịt đáy vào trong đất sau đó nhổ ống lên và

cho cát vào đầm chặt sẽ tạo nên cọc cát

* Thi công cọc cát gồm những bước sau đây:

Chuẩn bị mặt bằng thi công tuyến đê Dùng các tấm chống lầy và ray để vận chuyển máy khi đóng cọc Dùng búa đóng cọc và hai ống thép đường kính 40cm, dài 4,5m

nặng 450kg, mũi nhọn của ống thép có 4 cánh lắp bản lề Để nén chặt cát trong cọc, dùng 2 chày đầm bằng sắt dài 4m, đường kính 35cm, hai kích 50T để phòng khi rút ống không lên trong quá trình thi công

Hình 2.4: Xử lý nền bằng đệm cọc cát

* Trình tự thi công như sau:

Hinh 2.5: Trình tự thi công cọc cát

Trước tiên di chuyển máy đóng cọc đến vị trí thiết kế, kê đệm cho máy cân bằng và

vững chắc, điều chỉnh cho tim búa trùng với tim cọc, tiếp theo dùng tời của búa dựng ống lên để mũi nhọn ống thép đúng với tim cọc Hạ búa chặn trên đầu ống, điều chỉnh cho ống thép thẳng đứng rồi bắt đầu hạ búa đóng (hình a) Đóng cọc tới cao trình thiết

kế (hình b) Kéo ống lên 1m để 4 cánh mũi nhọn của ống mở ra, đổ cát xuống, dùng

tời của búa kéo chày đầm lên cho vào ống thép và hạ búa đóng 3 lần nén chặt cát, sau

đó buộc chày đầm vào búa để kéo búa lên, còn tời thì dùng để kéo ống thép lên (hình c) Tiếp tục kéo ống thép lên lm đổ cát vào ống thép hạ chày đầm và búa đóng 3 lần để nén chặt cát (hình d) Tiếp tục kéo ống lên l m nữa, đổ cát hạ búa đóng như trước (hình e) Cuối cùng chuyển ống ra hạ chày đầm đóng thêm 3 lần nữa thì kết thúc giai đoạn thi công một cọc cát (hình g)

Sau khi thực hiện xong cọc cát, cần tiến hành kiểm tra xác định trọng lượng thể tích, hệ

số rỗng của đất, cũng như các chỉ tiêu cơ lý cần thiết khác ở khoảng cách giữa các cọc cát Những trị số này yêu cầu phải phù hợp với các số liệu tính toán trong thiết kế

2.1.1.2 Thi công thân đê bằng đất đắp, đá

a) Thi công thân đê bằng đất

Rải đất thành nhiều lớp có độ dày phù hợp với thiết bị đầm hiện có Dựa vào độ ẩm thích hợp (kết quả thí nghiệm) để điều chỉnh độ ẩm trong đất cho phù hợp, đất khô thì

phải tưới thêm nước, đất ướt thì phải làm khô bớt bằng cách xới tơi Cho thiết bị đầm

ạy theo một sơ đồ nhất định Đường lu sau phải đè lên đường lu trước bề rộng

khoảng 15÷ 25 cm Phải đảm bảo lớp đất cũ và lớp đất mới liên kết chắc chắn với nhau, không có hiện tượng mặt nhẵn giữa 2 lớp, đảm bảo sự liên tục và đồng nhất của

khối đất đắp Tải trọng đầm phải tăng một cách từ từ để tránh hiện tượng lực đầm quá

lớn gây mất ổn định và phá hoại cho đất

Khi đầm lăn và đầm bánh hơi, phải xác định đường đầm sao cho hợp lý để tăng năng

suất đầm Không được quá dài vì đất dễ bị khô phải tăng số lần đầm hay tưới nước

Những lượt đầm đầu và hai lượt đầm cuối cùng nên đầm với tốc độ chậm, (2÷ 2,5 km/h) còn những lượt đầm giữa có thể đầm với tốc độ nhanh hơn (8÷10 km/h)

Khi đổ đất mà gặp trường hợp trời sắp mưa thì ngừng ngay việc đổ đất, san phẳng, đầm chặt đạt khối lượng thể tích khô thiết kế, cho xe ô tô có tải chạy lên trên để làm

nhẵn mặt và khơi rãnh để thoát nước

Khi thi công nếu gặp hiện tượng bùng nhùng cục bộ với diện tích nhỏ hơn 5 m2

với chiều dày không quá một lớp đất đầm thì không cần phải xử lý, nếu chỗ bùng nhùng > 5m2 hoặc nằm chồng lên nhau thì phải đào hết chỗ bùng nhùng này ( đào cả 2 lớp) và đắp đất lại Đầm thành nhiều lượt đầm đến khi đạt được độ chặt thiết kế, rồi rải lớp đất

tiếp theo và tiến hành đầm, cứ thế cho đến khi đạt độ cao thiết kế

b) Thi công thân đê bằng đá

* Thi công thân đê bằng thả đá tạo biên

Đá hộc được mua tại mỏ đá Đá được vận chuyển đến công trường bằng xà lan kết hợp

với tàu kéo hoặc tàu đẩy Đá làm chân đê có thể được đổ bằng xà lan mở thành để định

vị 2 biên của đê Do phần ngoài của chân đê phải chịu tác dụng mạnh của dòng chảy, sóng và áp lực khi đổ lõi đê, do đó khi thi công chân đê cần phải lựa chọn những viên

đá có kích thước lớn nhất trong cấp phối đá dùng thi công đê

Thi công chân đê bằng vật liệu đá rời tốt nhất là dùng xà lan mở thành Loại xà lan như vậy rải từng viên đá lên chân đê tốt hơn là đổ tất cả đá xuống Ðộ sâu của nước

và tốc độ dòng chảy có ảnh hưởng đến độ chính xác của việc rải đá (Hình 2.6) biểu

diễn độ sai lệch có thể chấp nhận được

Hình 2.6: Xà lan thả đá tạo biên

i

g

b e

j h i

g

f e

a

d d

Hình 2.7: Mặt cắt ngang thi công đê

Phương pháp 1: Thi công phân tầng có các lớp bảo vệ, quá trình thi công thể hiện ở(hình 2.7)theo đó để thi công phần lõi đê chúng ta cần thi công các phần vai đê trướcBước 1 là thi công phần lớp đệm ( a), tiếp theo là thi công vai đê (b), sau đó mới thi công phần lõi (c), sau đó thi công khối phá sóng (d)

Bước 2 là thi công phần vai của đê (e), sau đó thi công lõi đê (f), tiếp theo thi công

khối phá sóng (g)

Bước 3 là thi công theo trình tự như trên cho đến khi thi công phần đỉnh đê

Do chiều dài đoạn đê lớn nên ta phải phân ra thành các đoạn, đảm bảo độ đồng đều đểtránh hiện tượng xói cục bộ, đá có kích thước nhỏ được thả tập chung ở tim tuyến đê

Có thể đổ đá bằng xà lan mở đáy ở những chỗ sâu trên 4m và đổ đá mặt bên bằng sàn phao thi công đối với những chỗ sâu trên 2m