Bed, bank and shore protectio

Nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quảcủa hệ thống mỏ hàn • Các yếu tố ảnh hưởng: sóng, dòng chảy ven bờ, điều kiện địa kỹ thuật của nền móng, môi trường nước biển… • Sự tương tác giữa hệ thống

HỆ THỐNG MỎ HÀN

Trường Đại học Thủy Lợi

Khoa Kỹ thuật biển

Phạm Thu Hương Chương 13

¾ Che chắn cho bờ khi sóng xiên truyền tới

¾ Giảm lực xung kích của sóng tác dụng vào bờ

¾ Hướng dòng chảy ven bờ đi lệch ra xa gây xói bờ

Direction of Net Long-shore Transport

OCEAN

BEACH

Groyne Adjusted shoreline

Groyne Adjusted shoreline

Original Shoreline

Direction of Net Long-shore Transport

OCEAN

BEACH

Groyne Adjusted shoreline

Hệ thống mỏ hàn sông ở Hà Lan

Hệ thống mỏ hàn biển

The groyne field in Poole Bay, Southbourne, England

Nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả

của hệ thống mỏ hàn

• Các yếu tố ảnh hưởng: sóng, dòng chảy ven bờ, điều kiện địa kỹ thuật của nền móng, môi trường nước biển…

• Sự tương tác giữa hệ thống mỏ hàn với vách bờ, bãi biển

Æ Xác định bằng quan trắc, mô hình vật lý và mô hình toán học.

Mối quan hệ và ứng xử của hệ thống mỏ hàn

• Qui luật diễn biến bồi xói bên trong hệ thống mỏ hàn: thượng lưu bồi lắng, hạ lưu xói lở

• Hiện tượng chảy lượn, chảy xoáy, tách xa bờ khu vực giữa 2 mỏ hàn

• Bồi lắng và xói lở khu vực giữa các mỏ hàn

θ = 30 o – 55 o

θ = 90 o

• Các tác động tiêu cực do hệ thống mỏ hàn gây ra

Thiếu hụt hàm lượng cát vận chuyển về hạ

du

Æ xói lở hạ lưu hệ thống mỏ hàn

ÆGiải pháp khắc

phục:

kết hợp nuôi bãi

• Chỉ dùng ở vùng bãi nông.

Mỏ hàn cọc gỗ

• Mỏ hàn gỗ kiểu màn chắn không cho phép nước chảy xuyên qua thân mỏ hàn, có tác dụng che chắn, giảm tác động của sóng vàdòng chảy cao hơn

• Nhược điểm: mỏ hàn bằng gỗ là dễ bị mục; trong điều kiện chịutác động của nhiệt độ, gió, mưa, môi trường nước biển dao

động, vi sinh vật tuổi thọ của kết cấu bằng vật liệu gỗ bị hạn

chế, vì vậy phải dùng đến kỹ thuật xử lý gỗ trước khi đưa vào sửdụng

• sử dụng khi khu vực xây dựng không có nguồn cung cấp đá

nhưng nguồn vật liệu gỗ dồi dào và giá thành rẻ hơn khi so sánhvới các phương án khác

Mỏ hàn màn chắn bằng gỗ

Phân loại mỏ hàn

• Theo vật liệu:

9 Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ

9 Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng

Mỏ hàn đá đổ ở Mỹ

Mỏ hàn đá xếp ở

Cần Giờ (TPHCM)

Mỏ hàn đá

• Ưu điểm :

- Nguồn cung cấp đá hộc rất dồi dào và phong phú

- có độ bền cao, chịu được môi trường nước biển mặn và các tác động mạnh của sóng, gió, nhiệt độ

- Kết cấu tổng thể của mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng lớn, rọ đá

thuộc loại mềm dẻo, linh hoạt, cho phép chuyển dịch phù hợp với biến dạng nền mà không gây ra hư hỏng và phá hoại kết cấu mỏhàn (do mỏ hàn biển thường đặt trên nền bồi tích, có nhiều lớp đất yếu, dễ bị lún, dễ bị xói lở) Æ đặc điểm nổi bật, rất quan trọng của loại mỏ hàn này

- Dễ sửa chữa, tôn cao, mở rộng

- Tận dụng vật liệu đá sẵn có ở các địa phương Æ giá thành xâydựng thấp

Mỏ hàn đá

• Nhược điểm:

- Với kết cấu đá rời, khi cá thể các viên đá bị sóng và dòng chảy tácđộng làm chuyển dịch ra khỏi mỏ hàn sẽ ảnh hưởng đến ổn địnhcủa các viên đá lân cận Sự phá hoại của mỏ hàn có thể bắt đầu

(Nếu dùng các loại dây thép các bon thường tráng nhựa, hoặc mạ kẽm thì khả năng chống han rỉ trong môi trường nước biển mặn cũng chỉ có thời hạn nhất định Còn nếu dùng dây thép không rỉ chịu được nước biển mặn thì giá thành xây dựng sẽ rất đắt)

• Ưu điểm: cho phép đúc tại chỗ các tấm và khối có kích thước lớn đủ mức đảm bảo ổn định dưới tác động lớn của sóng và

dòng chảy

• Nhược điểm: Khi làm mỏ hàn biển bằng bê tông, cần sử dụngcác loại xi măng bền sun phát, hoặc phụ gia chống xâm thực bởinước biển mặn, đảm bảo tuổi thọ của bê tông

Mỏ hàn bê tông

Mỏ hàn bê tông ở Hòa Duân – TT Huế

Mỏ hàn bê tông cốt thép

Kết cấu mỏ hàn bê tông cốt thép, kiểu bản chắn, không cho nước chảy xuyên qua thuộc loại mỏ hàn kết cấu cứng, được dùng khi vùng xây dựng có sóng rất lớn và dòng chảy ven bờ lưu tốc lớn, nguồn vật liệu đá hộc, đá tảng khan hiếm, có yêu cầu cao về mỹ thuật cho cảnh quan và du lịch

Mỏ hàn bê tông cốt thép ở California – Mỹ

Mỏ hàn bê tông cốt thép kiểu thùng chìm

Đối với mỏ hàn biển loại lớn, có thể sử dụng các thùng chìmbằng bê tông cốt thép, bên trong xếp đá, bao đất, hoặc baocát, thi công theo phương pháp đánh chìm trong nước

Phân loại mỏ hàn

• Theo vật liệu:

9 Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ

9 Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng

9 Mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép

9 Mỏ hàn sử dụng ống buy bê tông cốt thép, bên trong xếp

đá hộc, túi đất hoặc túi cát

Ưu điểm:

- Ống buy trụ tròn, chứa đá hộc hoặc túi đất, túi cát, tạo thành kết cấu khối lớn Æ chiụ được tác động lớn của sóng và dòng chảy

- Phát huy khả năng chịu lực của vật liệu Æ bền vững trong nước biển khi dùng xi măng bền sun phát

- Đối với đất nền loại cát, có thể thi công chôn ống buy theo phương pháp hạ giếng chìm trong nước mà không cần đê

quây Æ hạ thấp giá thành xây dựng

Mỏ hàn ống buy bê tông cốt thép

Mỏ hàn ống buy bê tông cốt thép bên

trong bỏ đá hộc ở Hà Tĩnh

Phân loại mỏ hàn

• Theo vật liệu:

9 Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ

9 Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng

9 Mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép

9 Mỏ hàn sử dụng ống buy bê tông cốt thép, bên trong xếp

đá hộc, túi đất hoặc túi cát

9 Mỏ hàn có lớp phủ ngoài bằng bê tông nhựa đường

Mỏ hàn phủ bê tông nhựa đường

• Ưu điểm: bền trong môi trường nước biển, dễ sửa chữa, dễthích ứng khi lõi trong bị biến dạng lún ở mức độ nhất định

• Nhược điểm : giá thành cao.

Mỏ hàn bê tông nhựa đường ở Hà Lan

Phân loại mỏ hàn

• Theo vật liệu:

9 Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ

9 Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng

9 Mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép

9 Mỏ hàn sử dụng ống buy bê tông cốt thép, bên trong xếp

đá hộc, túi đất hoặc túi cát

9 Mỏ hàn có lớp phủ ngoài bằng bê tông nhựa đường

9 Mỏ hàn sử dụng cừ thép

Mỏ hàn cừ thép

Mỏ hàn cừ thép kết hợpcọc và nẹp gỗ ở Mỹ

Mỏ hàn màn cừ thép ở Mỹ

Phân loại mỏ hàn

Phân loại mỏ hàn

• Theo vật liệu

• Theo điều kiện cho phép nước chảy xuyên qua mỏ hàn

• Theo hình dạng mỏ hàn trên mặt bằng

Mỏ hàn chữ T - Nam Định

Cấu tạo mỏ hàn biển dùng vật liệu đá

9 Mũi (còn gọi là đầu): phần xa bờ nhất, chịu tác động lớn

nhất của sóng và dòng chảy Æ dễ bị hư hỏng, cần đượcbảo vệ kiên cố

Cấu tạo mỏ hàn biển dùng vật liệu đá

• Các bộ phận của mỏ hàn

• Kết cấu mỏ hàn vật liệu đá

Mặt cắt ngang mỏ hàn đá đổ, đá lát khan

Mặt cắt ngang mỏ hàn kết hợp

Mỏ hàn đá đổ kếthợp đóng cọc

Mỏ hàn đá đổ

Thiết kế hệ thống mỏ hàn

1 Vị trí hệ thống mỏ hàn:

- Tại vị trí đương bờ biển chuyển hướng

- Hạ lưu của đê chắn sóng cho cảng

- Thượng lưu luồng giao thông thủy, nơi cửa sông bị bồi lắng

- Nơi cần giảm xói nhưng vẫn đảm bảo kiểm soát được xói hạ lưu

- Dọc theo bờ cửa sông, nơi thủy triều có cường độ mạnh

- Tại nơi bờ biển bị xói

• Có biên độ triều lớn

• Vận chuyển bùn cát ngang bờ chiếm ưu thế

• Kết cấu quá dài hoặc không thấm

• Dòng rút mạnh

Thiết kế hệ thống mỏ hàn

2 Phương của mỏ hàn:

- Mỏ hàn thường vuông góc với đường bờ

- Bờ biển chịu một hướng sóng chính, mỏ hàn nên vuông góc vớiphương sóng vỡ (mỏ hàn xiên góc có thể giảm dòng rút)

Thiết kế hệ thống mỏ hàn

3 Cao trình đỉnh gốc mỏ hàn:

4 Chiều dài mỏ hàn: không được quá ngắn, xác định theo nguyêntắc vươn ra tới dải sóng vỡ Mỏ hàn càng dài, xói hạ lưu cànglớn Vì thế cần cân nhắc kỹ trong quá trình thiết kế

5 Khoảng cách giữa các mỏ hàn: (2 ÷ 3) chiều dài mỏ hàn

Zđp = Zp + HsZđp : Chiều cao đỉnh gốc mỏ hàn ứng với tần suất thiết kế p%

Zp : Mực nước biển cao thiết kế ứng với tần suất thiết kế p%

Hs : Chiều cao sóng thiết kế

Thiết kế hệ thống mỏ hàn

) Một số lưu ý khi thiết kế hệ thống mỏ hàn:

- Nên kết hợp mỏ hàn với nuôi bãi Æ giảm xói hạ lưu

- Chiều dài hệ thống mỏ hàn nên ngắn dần về phía hạ lưu, tạothành góc khoảng 6o Æ giảm xói hạ lưu

- Có thể thiết kế mỏ hàn chữ T Æ giảm dòng rút

10 qui tắc khi thiết kế mỏ hàn

kế

(SBEACH)

Ví dụ: Thiết kế hệ thống mỏ hàn kết hợp nuôi bãi cho vùng Hải Hậu – Nam Định

Mô hình toán UNIBEST

Mô hình toán UNIBEST gồm 2 phần:

• UNIBEST-TC : mô hình tính vận chuyển bùn cát ngang bờ

do tác động của sóng, gió và thủy triều gây nên sự biến đổiđường bờ

• UNIBEST-CL+: mô tả diễn biến đường bờ do chênh lệchgradient lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ biển

UNIBEST-CL+ gồm có 2 modules:

- LT module (Longshore Transport module): tính dòng chảyven bờ do sóng và thủy triều gây ra và vận chuyển bùn cátdọc bờ cho đường bờ biển thẳng

- CL module (CoastLine module): mô tả sự biến đổi đường

bờ do chênh lệch gradient lượng bùn cát dọc bờ

đường bờ biển Hải Hậu – Nam Định

Điều kiện biên của bài toán

Lựa chọn giải pháp

• Lượng bùn cát mất đi 175 000 m3/ năm

• Khu vực Hải Lý đến Hải Chính có tỷ lệ xói là 3.0 m/năm

• Các vùng khác có tỷ lệ xói trung bình 1.0 m/năm

Æ Bài toán đặt ra: khu vực Hải Lý (2km) không còn xói

lở, ở hạ lưu khu vực bảo vệ tỷ lệ xói < 1m /năm

Æ Giải pháp: Mỏ hàn kết hợp với nuôi bãi

Sự thay đổi đường bờ sau khi có công trình

Kết quả tính toán

groynes

Groyne length (m)

Total length (m)

Structure Volume (m 3 )

N o N o of

groynes

Groyne length (m)

Total length (m)

Groynes spacing (m)

Max erosion rate at lee side (m/year)

Volume of sand (Km 3 /m/

yr)

Life time (years)