Tài liệu Nghiên cứu giải pháp công trình kè chống xói lở bờ biển phước tỉnh huyện long điền tỉnh bà rịa vũng tàu​

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tác giả Nguyễn Ngọc Hên ii LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong trường Đại học Thủy lợi và Cơ sở 2 – Đại học Thủy lợi, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS. Nguyễn Văn Lộc. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn trong suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn. Trong thời qian thực hiện đề tài bản thân tôi đã hết sức cố gắng, nỗ lực để đạt được kết quả tốt nhất. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều sai sót kính mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn. Một lần nữa, xin gởi đến quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp lời cảm ơn chân thành nhất. TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Ngọc Hên iii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÓI LỞ BỜ BIỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ......... 5 1.1. Tổng quan về các nguyên nhân gây xói lở bờ biển .................................................5 1.1.1. Vai trò và nhiệm vụ của đê, kè biển [6] ..............................................................5 1.1.2. Các nguyên nhân gây hư hỏng đê biển, kè biển [6][10] ....................................7 1.1.2.1. Nguyên nhân gây hư hỏng xói lở bờ .........................................................8 1.1.2.2. Nguyên nhân hư hỏng do bão ....................................................................8 1.1.2.3. Nguyên nhân do thiết kế, thi công, vận hành, bảo dưỡng và quản lý công trình ...............................................................................................................................10 1.1.2.4. Do vật liệu xây dựng................................................................................11 1.1.3. Các dạng phá hoại đối với đê biển ...................................................................12 1.1.3.1 . Phá hoại của đê trên nền đất yếu ............................................................12 1.1.3.2. Phá hoại, mất ổn định do nền bị lún trồi ..................................................12 1.1.3.3 . Phá hoại do nền bị lún trồi và bị đẩy ngang ...........................................13 1.1.3.4 . Phá hoại kiểu trượt sâu ...........................................................................13 1.1.3.5 . Phá hoại đê do nước tràn qua đỉnh đê ....................................................14 1.1.3.6 . Mất ổn định do xâm thực bãi, mái ngoài................................................16 1.1.3.7 . Mất ổn định mái dốc...............................................................................17 1.2. Tổng quan chung và các giải pháp bảo vệ bờ biển[6][8] ......................................18 1.2.1. Tình hình xây dựng đê, kè biển trên thế giới ....................................................18 1.2.1.1 . Tình hình xây dựng đê, kè biển ở Hà Lan ..............................................18 1.2.1.2 . Tình hình xây dựng đê, kè biển ởMỹ .....................................................20 1.2.1.3 . Tình hình xây dựng đê, kè biển ở Nhật Bản: .........................................21 1.2.2. Tình hình xây dựng đê, kè biển trong nước ......................................................22 1.2.2.1 Hệ thống đê biển và đê cửa sông vùng đồng bằng Bắc Bộ ......................22 1.2.2.2 Vùng ven biển Bắc Trung Bộ (Từ Thanh Hóa đến Hà Tĩnh) ..................24 1.2.2.3 Vùng ven biển Trung Trung Bộ (Từ Quảng Bình đến Quảng Nam) .......26 1.2.2.4 Đê biển Nam Trung Bộ ............................................................................27 iv 1.2.2.5 . Đê biển Nam Bộ .................................................................................... 28 1.3. Tổng quan hiện trạng xói lở khu vực bờ biển khu vực Phước Tỉnh – Huyện Long Điền – Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu [6][7] ............................................................................ 30 1.3.1. Khái quát đặc điểm tự nhiên của Bà Rịa – Vũng Tàu ...................................... 30 1.3.1.1 . Vị trí địa lý ............................................................................................. 30 1.3.1.2 . Đặc điểm địa hình .................................................................................. 30 1.3.1.3 . Khí hậu – thời tiết.................................................................................. 31 1.3.2. Hiện trạng đê, kè biển tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu................................................ 31 1.3.2.1 . Đê Chu Hải ............................................................................................. 33 1.3.2.2 . Đê Phước Hòa ....................................................................................... 36 1.3.2.3 . Kè Phước Tỉnh ....................................................................................... 37 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ........... 44 2.1. Phân tích ưu, nhược điểm các giải pháp công trình đã và đang thực hiện. Đánh giá nguyên nhân, cơ chế xói lở bờ biển [6][7] .............................................................. 44 2.1.1. Các giải pháp công trình đã và đang thực hiện ............................................... 44 2.1.1.1 . Công trình kè .......................................................................................... 45 2.1.1.2 . Công trình đê .......................................................................................... 51 2.1.2. Ưu, nhược điểm của các công trình đã xây dựng............................................. 54 2.1.2.1 . Công trình đê biển .................................................................................. 54 2.1.2.2 . Công trình kè bảo vệ bờ biển ................................................................. 55 2.1.2.3 . Công trình ngăn cát giảm sóng ổn định cửa sông: ................................. 56 2.2. Xây dựng cơ sở lý thuyết cho giải pháp phòng chống xói lở:[8][11] ................... 57 2.2.1. Các cơ sở lý thuyết chủ yếu khi thiết kế đê, kè bảo vệ bờ biển......................... 57 2.2.1.1 Lý thuyết về tính toán thấm ..................................................................... 57 2.2.1.2. Lý thuyết tính toán ổn định trượt mái, ổn đinh dạng tường đứng và tính lún thân và nền đê.......................................................................................................... 58 2.2.2. Tính toán tường cừ dự ứng lực kiểu côngxon................................................... 65 2.3. Phân tích, đánh giá và lựa chọn giải pháp công trình kè chống xói lở bờ biển:[8][10] và [11] ....................................................................................................... 66 v 2.3.1. Những nghiên cứu về hình dạng kết cấu mặt cắt đê biển .................................66 2.3.1.1. Đê biển mái nghiêng.................................................................................67 2.3.1.2. . Đê biển dạng tường đứng........................................................................68 2.3.1.3. Đê biển dạng hỗn hợp...............................................................................69 2.3.2. Những nghiên cứu về các công trình bảo vệ mái .............................................71 2.3.2.1. Kè lát mái bằng đá đổ, đá xếp, đá xây, đá lát có chít mạch: ....................72 2.3.2.2. Kè lát mái bằng rọ đá, thảm đá.................................................................73 2.3.2.3. Kè lát mái bằng tấm, khối bê tông đổ tại chỗ và cấu kiện bằng bê tông đúc sẵn có nhiều hình thức khác nhau: ..........................................................................73 CHƢƠNG 3:GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH KÈ PHÕNG CHỐNG XÓI LỞ KHU VỰC BIỂN PHƢỚC TỈNH HUYỆN LONG ĐIỀN – TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU ........... 77 3.1. Phân tích hiện trạng xói lở khu vực nghiên cứu [6][7] ..........................................77 3.2. Đánh giá nguyên nhân, cơ chế xói lở bờ biển khu vực Phước Tỉnh – Huyện Long Điền – Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu [6][7] ............................................................................80 3.2.1. Diễn biến bồi lắng, xói lở bờ trong khu vực bờ biển Phước Tỉnh ....................80 3.2.2. Nguyên nhân, cơ chế xói lở bờ biển khu vực Phước Tỉnh – Huyện Long Điền – Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu: ..................................................................................................85 3.2.2.1. Do ảnh hưởng của dòng chảy: ................................................................86 3.2.2.2. Nguyên nhân hư hỏng do bão ..................................................................86 3.2.2.3. Nguyên nhân do thiết kế, thi công, vận hành, bảo dưỡng và quản lý công trình ...............................................................................................................................89 3.2.2.4. Do vật liệu xây dựng...............................................................................90 3.3. Đề xuất và phân tích các phương án công trình kè chống xói lở bờ biển Phước Tỉnh, Huyện Long Điền, Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu........................................................90 3.4. Thiết kế giải pháp công trình kè bảo vệ bờ biển, phòng chống xói lở, khu vực nghiên cứu. ..................................................................................................................92 3.4.1. Điều kiện địa chất công trình: ..........................................................................92 3.4.2. Đề xuất giải pháp kết cấu công trình khả thi tại khu vực nghiên cứu ..............95 3.4.2.1. Giải pháp kết cấu: ....................................................................................95 vi 3.4.2.2. Thông số về cao trình đỉnh kè và chiều dày lớp bảo vệ ........................... 98 3.4.2.3. Tính toán chọn phương án: .................................................................... 105 Kết luận chương 3 ....................................................................................................... 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 121 1. Những kết quả đạt được .......................................................................................... 121 2. Những tồn tại trong quá trình thực hiện luận văn ................................................... 121 3. Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo ................................................................... 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 122 vii DANH MỤC HÌNH Hình 0-1. Khu vực bờ biển xói lở ở Phước Tỉnh Huyện Long Điền – Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 2 Hình 0-2. Mộ số hình ảnh về thực trạng xói lở bờ biển ở Phước Tỉnh Huyện Long Điền – Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu ...................................................................................................................... 3 Hình 1-1: Bản đồ hành chính tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu ................................................................. 5 Hình 1-2 Bờ kè đường Nguyễn Tất Thành -Đà Nẵng bị sóng đánh tan do bão số 9 .................... 9 Hình 1-3 Sóng leo và nước dâng lên mái đê phía biển ............................................................... 10 Hình 1-4 Phá hoại, mất ổn định do nền bị lún trồi ...................................................................... 12 Hình 1-5 Phá hoại do nền bị lún trồi và bị đẩy ngang.................................................................. 13 Hình 1-6 Phá hoại kiểu trượt sâu.................................................................................................... 13 Hình 1-7 Tính ổn định mái đê hạ lưu trên nền đất yếu ................................................................ 14 Hình 1-8: Các trường hợp mất ổn định do tràn đỉnh .................................................................... 15 Hình 1-9 Hình ảnh tràn đỉnh xói mái trong và mái ngoài đê....................................................... 15 Hình 1-10 Hiện tượng sóng gây xói lở, mất chân đê phía ngoài ................................................ 16 Hình 1-11 Hình ảnh xói lở chân đê phía ngoài ............................................................................. 16 Hình 1-12 Phá hoại do mất ổn định mái dốc ................................................................................ 17 Hình 1-13 Trượt khi đê đắp bằng nhiều loại đất khác nhau ........................................................ 17 Hình 1-14 Trượt khi nâng cấp đê cũ .............................................................................................. 18 Hình 1-15 Bản đồ phân vùng tần suất thiết kế đê biển Hà Lan .................................................. 19 Hình 1-16 Đê biển Afsluitdijk dài hơn 32km, rộng 90m, cao 7,25m ........................................ 20 Hình 1-17 Cấu kiện Accropode bảo vệ bờ biển ........................................................................... 20 Hình 1-18 Cấu kiện Tetrapod bảo vệ bờ biển............................................................................... 20 Hình 1-19 Hình ảnh công trình bảo vệ bờ trên thế giới ............................................................... 21 Hình 1-20 Mặt cắt điển hình đê biển Bắc Bộ. .............................................................................. 22 Hình 1-21Thi công đê biển Hải Hậu ............................................................................................. 23 Hình 1-22 Đê biển Hải Hậu – Nam Định bị tàn phá do bão ....................................................... 23 Hình 1-23Tuyến đê biển Hậu Lộc ................................................................................................. 25 Hình 1-24 Mặt cắt điển hình đê biển Trung bộ ............................................................................ 26 Hình 1-25 Kè Trần Phú – Nha Trang ............................................................................................ 28 Hình 1-26 Đê biển Tỉnh Tiền Giang – Kè bảo vệ bằng TSC 178 .............................................. 29 Hình 1-27 Bản đồ hiện trạng đê biển tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu................................................... 31 Hình 1-28 Cắt ngang đê Chu Hải................................................................................................... 34 Hình 1-29 Gia cố mái đê bằng tấm BT đúc sẵn – Đê Chu Hải................................................... 34 viii Hình 1-30 Hiện trạng tuyến đê biển Chu Hải đoạn kết hợp giao thông..................................... 35 Hình 1-31 Hiện trạng gia cố mái đê những đoạn xung yếu – Đê Chu Hải.............................. 35 Hình 1-32 Hiện trạng mặt đê những đoạn đắp áp trúc................................................................. 35 Hình 1-33 Mặt cắt ngang đê Phước Hòa. ...................................................................................... 36 Hình 1-34 Hiện trạng đê Phước Hòa ............................................................................................. 36 Hình 1-35 Hiện trạng đê Phước Hòa ............................................................................................. 36 Hình 1-36 Đường hành lang kè bị xuống cấp lầy lội, nhiều ổ gà (ảnh chụp 2009) ............... 38 Hình 1-37 Đường hành lang kè do UBND huyện Long Điền đầu tư làm mới năm 2010 từ K0+213-K1+350 (ảnh chụp 9/2010) ............................................................................................. 38 Hình 1-38 Đỉnh kè bằng đá xây, bị nứt nẻ, bung vữa (ảnh chụp 2009) .................................... 39 Hình 1-39Khu vực đầu kè sóng dễ dàng tràn qua uy hiếp nhà dân do đỉnh kè thấp ................ 39 Hình 1-40 Mái kè bị sạt lở .............................................................................................................. 40 Hình 1-41 Tấm bê tông đúc sẵn bị bong tróc, xuống cấp............................................................ 40 Hình 1-42 Mái kè được sửa chữa ngay sau khi sụt lún, sạt ......................................................... 41 Hình 1-43 Hình ảnh sụt lún tại khóa đầu kè.................................................................................. 42 Hình 1-44 Hình ảnh sạt lỡ tại vị trí tiếp giáp ................................................................................. 42 Hình 2-1 Kè cột bê tông dự ứng lực kết hợp mái nghiêng tại Phước Tỉnh................................ 46 Hình 2-2 Kè có tường hắt sóng tại bờ biển thị trấn Phước Hải (mặt trước) .............................. 47 Hình 2-3 Kè khu du lịch Oceanami đã bị hư hỏng chỉ sau 1 năm xây dựng ............................. 48 Hình 2-4 Kè cứng tại khu Vietsopetro........................................................................................... 48 Hình 2-5 Kè khu du lịch Hương Phong ........................................................................................ 49 Hình 2-6 Bờ biển khu du lịch Resort Tropicana bị xói lở rất mạnh ........................................... 49 Hình 2-7 Kè tường đá dạng đứng đã bị sóng biển phá hỏng tại khu vực Tropicana ................ 50 Hình 2-9 Kè mỏ hàn mềm dọc theo bãi biển tại khu du lịch Tropicana .................................... 50 Hình 2-10 Sau khi xây dựng kè mỏ hàn chắn cát tại Bến Lội, Bình Châu ................................ 51 Hình 2-11 Khu neo đậu tránh trú bão ............................................................................................ 51 Hình 2-12 Hiện trạng đê biển Chu Hải.......................................................................................... 53 Hình 2-13 Hiện trạng đê biển Hải Đăng........................................................................................ 54 Hình 2-14 Sơ đồ tính toán ổn định tổng thể công trình gia cố mái............................................. 63 Hình 2-15 Sơ đồ tính toán trượt nội bộ công trình gia cố má...................................................... 64 Hình 2-16 Tường cừ kiểu conxon đóng trong đất cát: ................................................................. 65 (a) biểu đồ phân bố áp lực thực; (b) biểu đồ mô men .................................................................. 65 Hình 2-17 Tường cừ kiểu conxon đóng trong đất cát: ................................................................. 65 ix (a)biểu đồ phân bố áp lực thực; (b) biểu đồ mô men ................................................................... 65 Hình 2-18 Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng ............................................................................ 67 Hình 2-19 Đê mái nghiêng bảo vệ bờ Biển Phước Tỉnh, BR-VT .............................................. 67 Hình 2-20 Mặt cắt đê dạng tường đứng ........................................................................................ 68 Hình 2-21 Kè bảo vệ bờ biển khu vực thị trấn Phước Hải, tỉnh BR-VT ................................... 68 Hình 2-22 Sơ đồ mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp................................................................ 69 Hình 2-23 Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp nghiêng, dưới đứng........................................ 70 Hình 2-25 Đê biển dạng hỗn hợp giảm sóng ổn định cửa sông ở Bình Thuận ......................... 70 Hình 2-26 Các dạng mặt cắt ngang đê biển hỗn hợp ................................................................... 71 Hình 2-27 Phân loại các hình thức kè............................................................................................ 72 Hình 2-28 Mái đê và kè lát mái bằng đá rời.................................................................................. 72 Hình 2-29 Kè bảo vệ mái bằng thảm và rọ đá .............................................................................. 73 Hình 2-30 Cấu kiện Tetrapod, Tribar, Dolos, Akmon (thứ tự từ trái qua phải) ........................ 73 Hình 2-31 Kè lát mái bằng đá lát khan Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ .............................. 74 Hình 2-32 Kè lát mái bằng cấu kiện bê tông TSC-178................................................................ 75 Hình 2-33 Kè kiểu kết cấu âm dương............................................................................................ 75 Hình 2-34 Trồng cỏ Vetiver chống xói bảo vệ mái phía đồng ở Hà Lan .................................. 75 Hình 3-1 Hình ảnh vị trí đỉnh kè thay đổi ..................................................................................... 77 Hình 3-2 Hình ảnh mặt kè đã được sửa chữa, nâng cấp, năm 2014........................................... 78 Hình 3-3 Tấm bê tông đúc sẵn bị bong tróc, xuống cấp .............................................................. 79 Hình 3-4 Mái kè bị sạt lở ................................................................................................................ 79 Hình 3-5 Mái kè bị xói hỏng bảo vệ mái....................................................................................... 80 Hình 3-6 Lưới và biên tính toán trong mô hình MIKE21 ........................................................... 84 Hình 3-7 Sóng trong kỳ triều kém gió Tây Nam lúc 4h30 ngày 12/10/2009............................ 84 Hình 3-8 Sóng trong kỳ triều cường gió Đông Bắc lúc 1h00, 1/2/2010 .................................... 84 Hình 3-9 Dòng chảy ven bờ trong kỳ triều cường gió Đông Bắc lúc 1h00, 1/2/2010 ............ 85 Hình 3-10 Dòng chảy ven bờ trong kỳ triều kém gió Đông Bắc lúc 22h30, 7/2/2010 ........... 85 Hình 3-11 Khu vực đầu kè sóng dễ dàng tràn qua uy hiếp nhà dân do đỉnh kè thấp ............... 87 Hình 3-12 Mái kè bị sạt lở .............................................................................................................. 88 Hình 3-13 Đỉnh kè bằng đá xây, bị nứt nẻ, bung vữa. ................................................................. 88 Hình 3-14 Sóng leo và nước dâng lên mái đê phía biển .............................................................. 89 Hình 3-15 Mặt cắt kè gia cố khối bê tông đúc sẵn ....................................................................... 91 Hình 3-16 Sử dụng cừ BTCT dự ứng lực ..................................................................................... 91 x Hình 3-17 Mặt cắt kè có mái gia cố bằng khối bê tông đúc sẵn ................................................. 96 Hình 3-18 Mặt cắt kè sử dụng 1 lớp tường cừ BTCT dự ứng lực kết hợp neo đỉnh ................ 97 Hình 3-19 Mặt cắt kè sử dụng 2 lớp tường cừ BTCT dự ứng lực có tường chắn sóng............ 98 Hình 3-20 Sơ đồ tổng thể tuyến kè ................................................................................................ 99 Hình 3-21. Đường tần suất Hmax 1980-2009 - Trạm Vũng Tàu ............................................... 99 Hình 3-22 Đường tần suất Hmin 1980-2009 - Trạm Vũng Tàu............................................... 100 Hình 3-23 Mô hình bài toán ......................................................................................................... 107 Hình 3-24 Chuyển vị ngang lớn nhất Ux = 6.5cm ..................................................................... 108 Hình 3-25 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường .......................................................................... 108 Hình 3-26 Lực cắt lớn nhất ........................................................................................................... 109 Hình 3-27 Mô men trong cừ ......................................................................................................... 109 Hình 3-28 Chuyển vị ngang lớn nhất Ux = 5.9cm ..................................................................... 110 Hình 3-29 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường .......................................................................... 111 Hình 3-30 Lực cắt lớn nhất ........................................................................................................... 111 Hình 3-31 Mô men trong cừ ......................................................................................................... 112 Hình 3-32 Mô hình bài toán ......................................................................................................... 113 Hình 3-33 Chuyển vị ngang lớn nhất Ux = 3.2cm ..................................................................... 114 Hình 3-34 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường .......................................................................... 114 Hình 3-35 Lực cắt lớn nhất ........................................................................................................... 115 Hình 3-36 Mô men trong cừ ......................................................................................................... 115 Hình 3-37 Chuyển vị ngang lớn nhất Ux = 3.0cm ..................................................................... 116 Hình 3-38 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường .......................................................................... 117 Hình 3-39 Lực cắt lớn nhất ........................................................................................................... 117 Hình 3-40 Mô men trong cừ ......................................................................................................... 118 Hình 3-41 Kết cấu khối Tetrapod phá sóng ................................................................................ 119 Hình 3-42 Phối cảnh khối Tetrapod............................................................................................. 119 Hình 3-43Lắp dựng khối phá sóng Tetrapod.............................................................................. 119 xi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất:.............................................................................................. 14 Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật của các tuyến đê, kè biển tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu ............. 32 Bảng 2.1 - hệ số ma sát trong công thức (2.3) .............................................................................. 61 Bảng 3.1 Tóm tắt kết quả đo đạc thủy hải văn [Nguyễn Thế Biên và nnk, 2010].................... 81 Bảng 3.2: Các thông số của trọng lượng viên đá xây và trọng lượng khối Bêtông ................ 104 Bảng 3.3 Thông số địa chất ........................................................................................................ 106 Bảng 3-4 Bảng tổng hợp kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis cừ SW600B dài 21m .... 107 Bảng 3-5 Bảng tổng hợp kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis cừ SW600B dài 21m .... 110 Bảng 3-6 Bảng tổng hợp kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2 lớp cừ SW600B dài 18m ................................................................................................................................. 113 Bảng 3-7 Bảng tổng hợp kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2 lớp cừ SW600B dài 18m ................................................................................................................................. 116 1 LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt nam là một quốc gia có đường bờ biển dài với nhiều sông rạch lớn. Thềm lục địa có nhiều tài nguyên khoáng sản, dải ven bờ với điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển đa dạng sinh học, rừng ngập mặn, các bãi tắm, khu nghỉ mát ..v..v…. Hàng năm các tỉnh ven biển thường chịu tác động trực tiếp từ thiên tai như lũ, bão, áp thấp nhiệt đới, sóng lớn, triều cường. Những hình thái thiên tai này thường kéo theo, sóng to, gió lớn, nước biển dâng làm xói lở bờ biển, bồi lấp các cửa sông ảnh hưởng rất lớn đến đời sống, kinh tế, xã hội của nhân dân. Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu là một tỉnh có đường bờ biển dài trên 50km, đây là khu vực có tiềm năng phát triển kinh tế biển, có nhiều cảng nước sâu phục vụ nền kinh tế, cũng như đảm bảo an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, khu vực này cũng chịu nhiều tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng, xâm nhập mặn; đặc biệt là hiện tượng xói lở bờ biển, sạt lở đê biển và kè cửa ven sông biển gây thiệt hại ngày càng nặng nề. Trong năm gần đây vấn đề sạt lở bờ biển khu vực Huyện Long Điền, Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu đang là vấn đề nóng, thu hút sự quan tâm của cả nước. Theo phân tích ảnh vệ tinh Landsat của Manon Besset và nnk, 2015, từ 1973 đến nay, bờ biển tỉnh Huyện Long Điền, Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu có vị trí bị xâm thực nghiêm trọng đó là phạm vi xã Phước Tỉnh. Vấn đề này uy hiếp sự an toàn về người và của của dân cư trong khu vực và đã được các phương tiện thông tin đại chúng đưa tin liên tục, kịp thời trong thời gian qua. Qua các hình ảnh thu thập được cũng như khảo sát thực địa thì bước đầu có thể đánh giá nguyên nhân của việc xảy ra xói lở này do triều cường dâng cao, sóng đi sâu và đánh vào bờ với năng lượng lớn gây ra xói lở. Theo đánh giá của các cơ quan chức năng, thực trạng xói lở trên địa bàn tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu đang diễn ra với tốc độ khá nhanh, từ 2 mét/năm trước đây lên đến 30 mét/năm, trong đó, có những điểm sạt lở tới hàng trăm mét và phải thực hiện nhanh chóng các biện pháp chống xói lở tại các khu vực này. Theo báo cáo của Viện kỹ thuật biển (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), hiện nay, do tác động của biến đổi khí hậu, nhiều đoạn bờ biển trên địa bàn tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu thường xuyên bị xói lở, một số bãi biển còn phát sinh một loại dòng chảy rút mạnh từ bờ ra biển làm ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động du lịch tắm biển, nghỉ 2 dưỡng, cũng như các hoạt động kinh tế - xã hội, đời sống của dân cư ven biển. Khu vực xói lỡ Hình 0-1. Khu vực bờ biển xói lở ở Phước Tỉnh, huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu 3 Hình 0-2. Mộ số hình ảnh về thực trạng xói lở bờ biển ở Phước Tỉnh, huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Để khắc phục tình trạng này, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu đã triển khai thực hiện một số công trình bảo vệ bờ dạng kết cấu cứng như kè Hải Đăng, kè Phước Tỉnh, kè Hương Phong, công trình Stabiplage Lộc An, kè mỏ hàn Bình Châu. Để đảm bảo an toàn cho người dân khu vực sạt lở cần thiết có một giải pháp chống xói lở, ổn định bờ khu vực sạt lở. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp công trình kè chống xói lở bờ biển Phước Tỉnh, huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu” là hết sức cần thiết, mang lại hiệu quả kinh tế, góp phần bảo vệ dân cư và tài sản trong vùng. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu đề xuất được giải pháp công trình kè phòng chống xói lở, khu vực bờ biển bờ biển Phước Tỉnh, huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Giải pháp cần đảm bảo hiệu quả kinh tế kỹ thuật. 3. Cách tiếp cận, đối tƣợng, phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu a. Cách tiếp cận, đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 4 Nghiên cứu các vấn đề giải pháp kỹ thuật bảo vệ bờ biển đã có nhiều kết quả nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam nên luận văn sử dụng cách tiếp cận kế thừa, ứng dụng, chọn lọc những kiến thức khoa học, công nghệ về giải pháp kỹ thuật bảo vệ bờ. Vấn đề nghiên cứu được xem xét tiếp cận một cách toàn diện, hệ thống, thực tiễn và tổng hợp. Vấn đề kỹ thuật bảo vệ bờ biển, công nghệ mới, tiếp cận bền vững, lý thuyết ổn định mái là các vấn đề được ràng buộc lẫn nhau, vì vậy cách tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết sẽ được xem xét sử dụng trong luận văn. b. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp điều tra, đo đạc thực tế, cập nhật các thông tin từ địa phương. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Điều tra, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài. Phương pháp mô hình mô phỏng: Sử dụng một số công cụ phần mềm để phân tích ổn định công trình, phân tích lún (Geostudio, Plaxis…) Phương pháp chuyên gia: Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước, ý kiến của các nhà khoa học có trình độ chuyên môn cao và nhiều kinh nghiệm thực tế trong quá trình nghiên cứu. 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÓI LỞ BỜ BIỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ 1.1. Tổng quan về các nguyên nhân gây xói lở bờ biển 1.1.1. Vai trò và nhiệm vụ của đê, kè biển [6] Trong vài thập niên gần đây khí hậu toàn cầu có sự biến đổi mạnh, tạo nên nhiều tác động bất lợi đến môi trường sinh thái. Một trong những hậu quả của sự thay đổi khí hậu toàn cầu là hiện tượng nước biển dâng. Theo tính toán, nếu mực nước biển toàn cầu tăng thêm 1m, Việt Nam sẽ phải đối mặt với mức thiệt hại lên tới 17 tỷ USD/năm; 1/5 dân số sẽ mất nhà cửa và 12,3% diện tích đất trồng trọt của cả nước sẽ biến mất; 40.000 km² diện tích đồng bằng và 17 km² diện tích bờ biển ở khu vực các tỉnh lưu vực sông Mêkông sẽ chịu tác động của các trận lũ ở mức độ không thể dự đoán được. Dự báo nhiệt độ sẽ tăng tại các tỉnh miền Nam từ 0,1 † 0,50C vào năm 2010, từ 0,4 † 30C (năm 2070) và tại miền Bắc từ 0,3 † 0,70C (năm 2010) và từ 1,2†4,50C (năm 2070). Mực nước biển dự báo sẽ dâng cao thêm 75cm (năm 2100) [6]. Hình 1-1: Bản đồ hành chính tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Liên quan đến sự thay đổi khí hậu toàn cầu, đã khiến cho ngày càng có nhiều dạng thiên tai xảy ra như: bão, động đất, sóng thần, sạt lở..., với tần suất xuất hiện ngày càng nhiều, cường độ lớn cũng như diễn biến khó lường, không tuân theo quy luật nào. 6 Do vậy thiệt hại do thiên tai gây ra là rất lớn, theo thống kê chưa đầy đủ trongnhững năm gần đây chúng ta đã phải chứng kiến rất nhiềucác thảm họa. Bên cạnh đó, khả năng chống chịu của cơ sở hạ tầng, công trình phòng, chống thiên tai còn hạn chế. Hệ thống cảnh báo, thông tin, truyền thông tới cộng đồng, đặc biệt là vùng sâu, vùng xa còn hết sức khó khăn do địa hình chia cắt, dân cư phân tán. Thiếu nguồn lực để thực hiện công tác di dân vùng thiên tai. Qua tóm tắt trên ta nhận thấy rõ hậu quả của sự biến đổi khí hậu và hủy hoại môi trường của con người đã làm cho thiên tai xuất hiện ngày càng nhiều hơn, nguy hiểm hơn, đe dọa đến cuộc sống của người dân nói chung, đặc biệt là nhân dân khu vực vùng ven biển. Qua đó thấy được sự cần thiết của công trình bảo vệ bờ biển cụ thể là đê biển. Hệ thống đê biển đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo phát triển bền vững dải đất ven biển, có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, bảo vệ tính mạng và tài sản của người dân, là tấm lá chắn hữu hiệu nhằm ngăn chặn những tác động bất lợi từ biển. Nếu như đê, kè biển trước kia chỉ có kết cấu tạm bợ, thì bây giờ đòi hỏi hệ thống đê biển phải vững chắc, với quy mô, kích thước công trình đủ lớn để đủ sức chống chọi với thiên tai. Mặt khác, theo xu thế phát triển chung, vùng ven biển nước ta là một vùng kinh tế trọng điểm năng động và ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp, du lịch, việc chuyển đổi cơ cấu sản xuất (tăng nuôi trồng thủy, hải sản) và khôi phục các ngành nghề truyền thống, thì các tuyến đê biển không chỉ có nhiệm vụ ngăn lũ, ngăn mặn mà còn phải kết hợp đa mục tiêu, vừa ngăn lũ, kiểm soát mặn bảo đảm an toàn dân sinh, kinh tế cho vùng được đê bảo vệ, đồng thời kết hợp là tuyến đường giao thông ven biển quan trọng phục vụ phát triển kinh tế, du lịch, an ninh quốc phòng. Vì những nhiệm vụ quan trọng trên, hệ thống đê biển cần phải được bảo vệ an toàn trước nguy cơ bị xuống cấp, phá vỡ, đồng thời tiếp tục cải tạo, củng cố thêm một bước để nâng cao năng lực phòng, chống thiên tai nhằm tạo tiền đề thúc đẩy phát triển kinh tế, đảm bảo phát triển bền vững vùng ven biển. Hiện nay, hệ thống đê biển nước ta đã được nâng cấp đáng kể, đây là cơ sở quan trọng cho việc phát triển kinh tế các vùng ven biển. Tuy nhiên, cần tiếp tục đầu tư nâng cấp hệ thống đê biển lên một tầm mới vì: 7 + Việc nâng tầm đê biển lên một bước mới sẽ là tiền đề thúc đẩy phát triển tổng hợp kinh tế, xã hội và du lịch tại các vùng ven biển. Đồng thời đê biển sẽ góp phần tạo ra một phòng tuyến vững chắc bảo vệ an ninh, quốc phòng vùng ven biển như định hướng phát triển các vùng của Đảng “ kết hợp chặt chẽ phát triển kinh tế với bảo vệ an ninh quốc phòng ”. + Đê biển hiện nay chưa là một chỉnh thể đồng bộ, bền vững: nhiều vị trí chưa có kè bảo vệ nên nguy cơ sạt lở mái phía biển rất lớn; một số vùng biển tiến mặc dù có kè mái đê biển nhưng chưa có giải pháp bảo vệ bãi nên có khả năng mất ổn định chân kè khi bãi bị bào mòn, hạ thấp. Mặt đê dễ bị xói lở, sình lầy khi mưa bão hoặc sóng to nên không thể đáp ứng được khi xảy ra sự cố; thân đê một số nơi đắp bằng đất cát pha (có nơi bằng cát) nên dễ bị xói mòn, rửa trôi; cống dưới đê đã xây dựng từ lâu chưa được tu sửa, không đảm bảo an toàn cho đê, chưa đủ số lượng để kiểm soát mặn phục vụ phát triển kinh tế. Do những vai trò to lớn đã nêu trên, việc đầu tư xây dựng hệ thống đê biển đúng yêu cầu kỹ thuật, đáp ứng được mục đích đặt ra, tạo tiền đề để phát triển bền vững và ổn định đời sống của nhân dân vùng ven biển nói riêng và cả nước nói chung là rất cấp thiết. 1.1.2. Các nguyên nhân gây hƣ hỏng đê biển, kè biển [6][10] Trong mấy chục năm gần đây, trên khắp thế giới, cũng như ở Việt Nam, hiện tượng xói lở bờ biển đã trở thành vấn đề rất nghiêm trọng và chiếm ưu thế hơn hẳn so với bồi tụ và được nhiều tổ chức khoa học và các nhà khoa học quan tâm. Xói lở bờ biển đã trở thành một trong những tai biến thiên nhiên đe dọa đến các cộng đồng dân cư và các hệ sinh thái ven bờ (đất ngập nước ven biển, cỏ biển, rạn san hô, rừng ngập mặn, v.v...). Hiện nay, xói lở bờ biển đã và đang xảy ra trên hầu hết các đoạn bờ biển cấu tạo do trầm tích bở rời, chưa được gắn kết như: cuội, sỏi, cát, bột-sét. Trong khoảng thời gian từ những năm 90 của thế kỷ 20, đã có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này. Tuy nhiên, đây là vấn đề rất phức tạp và thường xuyên thay đổi theo thời gian và không gian. Mặt khác, cho đến nay, ở nước ta vẫn chưa có trạm nghiên cứu tổng hợp nào về các quá trình bờ, cũng như khảo sát lâu dài về hiện tượng xói lở bờ biển theo điểm hay theo diện. Do đó, các kết quả đưa ra cũng chưa đầy đủ cả về hiện trạng cũng 8 như nguyên nhân, các nhân tố ảnh hưởng, v.v... Vì vậy, các giải pháp giảm thiểu đưa ra cũng chưa đạt hiệu quả như mong muốn. 1.1.2.1. Nguyên nhân gây hư hỏng xói lở bờ Khi mực nước lũ dâng cao gặp lúc triều kém tạo nên chênh lệch cột nước thượng - hạ lưu, làm tăng áp lực ngang tác dụng lên thân đê hoặc tạo ra dòng thấm gây mất ổn định, trượt mái đê, xuất hiện mạch sủi làm mất ổn định một phần hay toàn bộ đê. Nguyên nhân này nguy hiểm đối với các đoạn đê cửa sông nơi chịu tổ hợp của lũ sông và các yếu tố biển. Khi tính toán thiết kế phải xem xét đầy đủ ảnh hưởng của lũ sông. Đặc biệt đối với đoạn nằm sâu trong đất liền thì vai trò của lũ sông là rất lớn, có thể đây là yếu tố để xác định chiều cao đê. Hiện tượng lũ sông ngoài việc làm gia tăng mực nước thì lưu tốc dòng chảy từ trong sông ra cũng cần phải quan tâm vì đây có thể là nguyên nhân trực tiếp gây xói chân công trình gây trượt mái phía sông dẫn tới đổ vỡ toàn bộ con đê. Hư hỏng đê do lũ sông thường gây ra một số hiện tượng hư hỏng đê như: + Sạt, sập mái đê phía biển hoặc cửa sông vừa do sóng cao nhưng vừa chủ yếu do nước lũ tràn qua đỉnh đê và cống không đủ điều kiện tiêu thoát lũ; + Vỡ nhiều đoạn hoặc đứt cả tuyến do nước lũ tràn qua đê từ phía đồng ra phía biển. 1.1.2.2. Nguyên nhân hư hỏng do bão Vùng biển nước ta nằm vào khu vực tây bắc Thái Bình Dương, là một trong những tâm bão của thế giới (số cơn bão sinh ra trong vùng chiếm khoảng 36% số lượng bão của thế giới). Từ thực tế tác động, diễn biến sạt lở, vỡ đê có thể đánh giá một số nguyên nhân chính gây hư hỏng đê biển do các trận bão gây ra như: a. Gió bão vượt mức thiết kế của đê:Đê biển trước đây mới chỉ được thiết kế để chống gió bão cấp 9 với mức triều tần suất 5%, thân đê chủ yếu đắp bằng đất sét pha, hoặc đất cát pha không có lớp bảo vệ cứng phía ngoài. Trong khi gió bão khi đổ bộ vào ven bờ có sức gió mạnh cấp 11, cấp 12, giật trên cấp 12 lại trùng thời gian triều cường gây nước dâng cao và sóng lớn nên nhiều đoạn bị sóng leo tràn qua gây sạt lở, vỡ đê từ phía trong ra (đây là nguyên nhân chính gây vỡ đê tại một số nơi). Trong thực tế trước đây, tổ hợp bão lớn gặp triều cao như bão số 2, số 7 năm 2005 là rất ít khi xảy ra, đặc biệt bão Ketsana (bão số 9 -2009) vừa qua có sức gió mạnh cấp 12, cấp 13, giật trên cấp 13 khi đổ bộ vào Việt Nam.