Tài liệu Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng đê biển trên nền đất yếu, áp dụng cho đê nam đình vũ hải phòng

LỜI 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 đã giúp tác giả đã hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Chiến, người đã hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn. Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, các em trong gia đình đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành quá trình học tập và viết luận văn. Hà Nội, ngày tháng Tác giả Lê Mỹ Linh năm 2014. BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng đê biển trên nền đất yếu, áp dụng cho đê 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 không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường. Học viên Lê Mỹ Linh MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐÊ BIỂN .....................................3 1.1.TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ......3 1.1.1. Trên thế giới ......................................................................................................3 1.1.2. Trong nước ........................................................................................................5 1.2. TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG, GIÓ LÊN ĐÊ BIỂN ...............................................10 1.2.1. Gió ...................................................................................................................10 1.2.2. Sóng.................................................................................................................12 1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA NỀN ĐẾN KẾT CẤU ĐÊ BIỂN ....................................13 1.3.1 Các dạng mặt cắt đê biển và điều kiện áp dụng ...............................................13 1.3.2 Yêu cầu chung về thiết kế mặt cắt đê biển ...................................................... 15 1.3.3. Sự mất ổn định của đê biển trên nền đất yếu ..................................................16 1.4. ỨNG DỤNG CÁC CÔNG NGHỆ MỚI TRONG XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN ......17 1.4.1. Về cấu tạo hình học và kết cấu đê ...................................................................18 1.4.2. Về điều kiện làm việc và tương tác giữa tải trọng với công trình...................22 1.5. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN ..............................25 CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU .................................................................................................................26 2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC VÙNG ĐẤT BÁN NGẬP Ở CỬA SÔNG VEN BIỂN. ...26 2.1.1. Môi trường đất ...............................................................................................26 2.1.2. Địa chất vùng bán ngập cửa sông ven biển ....................................................26 2.2. ĐỀ XUẤT CÁC DẠNG KẾT CẤU ĐÊ BIỂN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ..........28 2.2.1. Đê có lõi bằng vật liệu tại chỗ kết hợp gia cố nền và mái: . ...........................28 2.2.2. Đê biển bằng tường cừ kết hợp với cọc xiên ................................................ 29 2.2.3. Đê bằng hệ thống các xà lan bê tông cốt thép nối tiếp nhau ..........................31 2.2.4. Đê biển có cấu tạo bằng hệ thống tường ô vây ..............................................32 2.2.5. Đê biển có cấu tạo mái nghiêng kết hợp với tường cừ ...................................33 2.2.6. Đê biển có cấu tạo bằng hệ thống xà lan tạo chân ..........................................34 2.3. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ............................35 2.3.1. Lý thuyết phân tích ổn định mái dốc...............................................................35 2.3.2. Ứng dụng mô hình toán...................................................................................43 2.3.3. Lựa chọn phần mềm tính toán.........................................................................45 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2...................................................................................46 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CHO ĐÊ BAO KHU VỰC NAM ĐÌNH VŨ – HẢI PHÒNG .....................................................................................................................48 3.1. GIỚI THIỆU DỰ ÁN ĐÊ BAO NAM ĐÌNH VŨ.............................................48 3.2. CÁC ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG ĐÊ BAO NAM ĐÌNH VŨ ............................49 3.2.1 Địa chất công trình : .........................................................................................49 3.2.2. Khí tượng, thủy hải văn...................................................................................56 3.2.3 Vật liệu xây dựng .............................................................................................66 3.3 CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ĐƯỢC CHỌN.................................................69 3.3.1. Tuyến công trình .............................................................................................69 3.3.2. Kết cấu đê ........................................................................................................69 3.3.3. Đặc điểm và điều kiện làm việc của đê biển Nam Đình Vũ ...........................70 3.4. TÍNH TOÁN CHO ĐÊ BIỂN MÁI NGHIÊNG ................................................74 3.4.1. Thiết kế mặt cắt ngang đê: ..............................................................................74 3.4.2 Tính toán ổn định đê và nền .............................................................................80 3.4.3. Lựa chọn phương án kết cấu đê mái nghiêng: ................................................99 3.5. BIỆN PHÁP THI CÔNG ĐÊ ĐẤT MÁI NGHIÊNG .....................................100 3.5.1. Trình tự thi công............................................................................................100 3.5.2. Yêu cầu Kỹ thuật của các bước thi công.......................................................100 3.5.3. Tổ chức thi công tuyến đê .............................................................................103 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.................................................................................104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................105 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu [10] ......................................27 Bảng 3.1: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 1c đến lớp 3c .........................................54 Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 4 đến lớp 7b ..........................................54 Bảng 3.3: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 7c đến lớp 7g.........................................55 Bảng 3.4: Đặc trưng nhiệt độ trung bình tháng năm (1960÷2010) ...........................56 Bảng 3.5: Đặc trưng độ ẩm tương đối trung bình tháng năm tại các trạm................56 Bảng 3.6: Đặc trưng bốc hơi piche trung bình tháng năm tại các trạm ...................57 Bảng 3.7: Bảng tần suất gió tại trạm Hòn Dấu .........................................................58 Bảng 3.8: Tọa độ các điểm trích rút kết quả tính toán tham số sóng tại chân công trình ...........................................................................................................................62 Bảng 3.9: Kết quả tính toán tham số sóng với cấp gió 12 theo hướng E (Đông) .....64 Bảng 3.10: Kết quả tính toán tham số sóng với cấp gió 12 theo hướng S (Nam) ....64 Bảng 3.11: Kết quả tính toán tham số sóng với cấp gió 12 theo hướng SE (Đông Nam) ..........................................................................................................................65 Bảng 3.12 : Thống kê các mỏ đất xây dựng trong vùng ...........................................67 Bảng 3.13: Thống kê các mỏ đá xây dựng công trình .............................................. 67 Bảng 3.14: Thống kê các mỏ cát xây dựng công trình .............................................68 Bảng 3.15: Bảng giá trị a theo cấp công trình. ..........................................................74 Bảng 3.16 : Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại hố khoan M78. ..........80 Bảng 3.17 : Các thông số khai báo trong mô hình ....................................................83 Bảng 3.18: Kết quả tính toán chuyển vị nền SĐ1 theo Plaxis ..................................86 Bảng 3.19: Kết quả tính toán chuyển vị nền SĐ1 theo Plaxis ..................................92 Bảng 3.20: Thông số vật liệu cừ bê tông ma sát cao ................................................94 Bảng 3.21: Thông số vật liệu lớp cát hạt trung xử lý nền .........................................94 Bảng 3.22: Kết quả tính toán chuyển vị nền theo từng giai đoạn đắp ......................96 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đê biển Afsluitdijk – Hà Lan .......................................................................3 Hình 1.2: Chân đê hư hỏng nặng – đê Hải Phòng.......................................................6 Hình 1.3: Sạt cục bộ mái đê biển Thái Bình ...............................................................7 Hình 1.4: Vỡ đê biển Giao Thủy (Nam Định) ............................................................7 Hình 1.5: Bờ biển xã Hải Dương, thị xã Hương Trà, Thừa Thiên Huế sạt lở hơn 1.000m .........................................................................................................................8 Hình 1.6: Đoạn đê biển Cà Mau bị sóng đánh vỡ .......................................................9 HINH 1.7: BỜ BIỂN TIẾN THANH – PHAN THIẾT BỊ GIO VA MƯA GAY SẠT LỞ ............11 Hình 1.8: Lũ cát làm bồi lấp bờ biển Tiến ............................................................... 11 Hình 1.9: Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển .................................................. 12 Hình 1.10: Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển ......................................................... 12 Hình 1.11: Các dạng mặt cắt ngang đê biển ............................................................ 14 Hình 1.12: Sơ đồ cấu tạo mặt cắt đê biển ................................................................ 15 Hình 1.13: Mặt cắt thiết kế đê biển điển hình ...........................................................16 Hình 1.14: Đê bị trượt phẳng trên lớp đất yếu ..........................................................16 Hình 1.15: Lún do cố kết của lớp đất yếu .................................................................17 Hình 1.16: Đê biển chịu sóng tràn và vùng đệm đa chức năng theo cách tiếp cận ..18 hệ thống của ComCoast [12] .....................................................................................18 Hình 1.17: Quan điểm xây dựng đê biển lợi dụng tổng hợp và thân thiện với môi trường sinh thái của Hà Lan [12] ..............................................................................20 Hình 1.18: Đê sông an toàn cao ở Nhật Bản [12] .....................................................21 Hình 1.19: Dải ngầm giảm sóng xa bờ .....................................................................23 Hình 1.20: Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney (biển Bắc, nước Đức) [12] ........................................................................................24 Hình 2.1: Cắt ngang kết cấu đê biển có lõi bằng vật liệu tại chỗ kết hợp gia cố nền và mái ........................................................................................................................28 Hình 2.2: Các dạng khối phủ mái đê biển .................................................................29 Hình 2.3: Mặt cắt ngang đê biển bằng tường cừ kết hợp với cọc xiên .....................30 Hình 2.4: Mặt cắt ngang đê bằng hệ thống các xà lan bê tông cốt thép nối tiếp nhau ...................................................................................................................................31 Hình 2.5: Kết cấu đê biển dạng tường ô vây.............................................................33 Hình 2.6: Mặt cắt ngang đê biển có cấu tạo mái nghiêng kết hợp với tường cừ ......34 Hình 2.7: Mặt cắt ngang đê biển có cấu tạo bằng hệ thống xà lan tạo chân .............35 Hình 2.8: Xác định mômen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn. ...............38 Hình 2.9: Xác định góc ma sát và lực dính huy động. ..............................................41 Hình 3.1: Hình ảnh vệ tinh khu vực dự án ................................................................49 Hình 3.2: Khoan khảo sát đê đã đắp bằng phương pháp đắp lấn ..............................50 Hình 3.3: Mặt cắt địa chất điển hình dọc tuyến đê từ hố khoan M76 đến M79 .......51 Hình 3.4: Biểu đồ cường độ kháng cắt không thoát nước theo chiều sâu ................55 Hình 3.5: Hoa gió tại trạm Hòn Dấu .........................................................................58 Hình 3.6: Sơ đồ vị trí các điểm trích số liệu sóng .....................................................62 Hình 3.7: Sơ đồ tuyến công trình ..............................................................................69 Hình 3.8: Kết cấu điển hình đê bê tông.....................................................................72 Hình 3.9: Kết cấu điển hình đê đất mái nghiêng (phương án chọn) .........................73 Hình 3.10: Kết cấu đê mái nghiêng trên nền không được xử lý (sơ bộ chọn) ..........82 Hình 3.11: Mô hình tính toán SĐ1(không xử lý nền) ...............................................83 Hình 3.12: Lưới phần tử phân tích SĐ1 (không xử lý nền) ......................................83 Hình 3.13: Điểm khảo sát chuyển vị SĐ1 (không xử lý nền) ...................................84 Hình 3.14: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp (SĐ1) ..........84 Hình 3.15: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp( SĐ1) ........85 Hình 3.16: Hệ số ổn định Msf= 1,092 khi đắp tới +5,00m (SĐ 1) ...........................87 Hình 3.17: Chuyển vị lưới và phổ chuyển vị (SĐ1) .................................................87 Hình 3.19: Mô hình tính toán SĐ1 (phương án tăng hệ số mái) ...............................90 Hình 3.20: Lưới phần tử phân tích SĐ 1 (phương án tăng hệ số mái) ......................90 Hình 3.21: Điểm khảo sát chuyển vị SĐ1 (Phương án tăng hệ số mái) ...................90 Hình 3.22: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp (SĐ1- PA tăng hệ số mái) ..................................................................................................................91 Hình 3.23: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp (SĐ1 – PA tăng hệ số mái) ..........................................................................................................91 Hình 3.24: Hệ số ổn định Msf= 1,18 khi đắp tới +5,00m (SĐ1 –PA tăng hệ số mái) ...................................................................................................................................93 Hình 3.25: Chuyển vị lưới và phổ chuyển vị (SĐ1 –PA tăng hệ số mái) .................93 Hình 3.26: Mô hình tính toán phương án 2 ...............................................................95 Hình 3.27: Lưới phần tử phân tích phương án 2 .......................................................95 Hình 3.28: Điểm khảo sát chuyển vị phương án 2 ....................................................95 Hình 3.29: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp(PA 2) ..........96 Hình 3.30: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp (PA 2) .......97 Hình 3.31: Hình dạng mặt trượt khi đắp tới +5,00m (PA2)......................................98 Hình 3.32: Hệ số ổn định Msf= 1,281 khi đắp tới +5,00 (PA2) ...............................99 Hình 3.33: Mực nước hạp long ...............................................................................103 Hình 3.34: Vị trí hạp long tuyến đê kè ngầm chắn bùn ..........................................103 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của Hải Phòng tới năm 2020, kinh tế đối ngoại tiếp tục được xác định là lĩnh vực kinh tế động lực của thành phố. Trong đó hoạt động đầu tư nước ngoài có vai trò đặc biệt quan trọng, là một trong những động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố theo định hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá. Để thực hiện mục tiêu này, một trong những biện pháp quan trọng là xây dựng và phát triển khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải. Khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải được quy hoạch bao gồm: khu Công nghiệp Nam Đình Vũ 1, khu công nghiệp Nam Đình Vũ 2 và khu Phi thuế quan. Dự án đầu tư xây dựng đê biển Nam Đình Vũ thuộc khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải là dự án xây dựng đê bao lấn biển dài nhất Việt Nam hiện nay. Tổng chiều dài toàn tuyến đê là 14.987 km. Tuyến đê biển và các công trình trên đê có nhiệm vụ bảo vệ vùng lấn biển trực tiếp diện tích khoảng 2100 ha và hơn 3000 ha vùng bờ biển phía trong để xây dựng khu công nghiệp tập trung của thành phố Hải Phòng. Toàn bộ tuyến đê được xây dựng chủ yến trên nền đất yếu là bùn sét, màu xám, xám đen, lẫn hữu cơ phân hủy, đôi chỗ kẹp lớp cát mỏng, trạng thái chảy. Một vài đoạn ngắn xen kẹp lớp bùn sét pha (bùn cát pha), màu xám, xám đen, đôi chỗ lẫn vỏ don hến, trạng thái chảy chảy. Hai lớp đất yếu này có chiều sâu trung bình từ 15m đến 23 m. Mặt khác tuyến đê biển Nam Đình Vũ là tuyến đê lấn biển, chịu tác động mạnh của sóng, bão và môi trường, nền địa chất yếu, phức tạp vì vậy các phương án biện pháp công trình phải thỏa mãn các yêu cầu: (1) Kết cấu phải vững chắc, chịu được tác động lớn của môi trường như: sóng, gió, dòng chảy, tác động bất thường của môi trường trong quá trình thi công …; (2) Nền đất yếu nên kết cấu thân đê, xử lý nền phải dạng kết cấu mềm và giảm nhẹ tối đa trọng lượng bản thân; (3) Công nghệ thi công không phức tạp, phù hợp với trình độ và khả năng thi công hiện có của Việt Nam; (4) Thời gian thi công nhanh vì tuyến đê này là tiền đề để dự án khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải sớm hoàn thành và (5) Tận dụng nguyên, vật liệu địa phương như cát, đá, xi măng v.v. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng đê biển trên nền đất yếu, áp dụng cho đê Nam Đình Vũ - Hải Phòng” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. 2 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng đê biển trên nền đất yếu và đề xuất giải pháp áp dụng cho đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phòng đảm bảo công trình an toàn và kinh tế. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật hợp lý cho các kết cấu của đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng. Từ đó tính toán phân tích ứng suất biến dạng, phân tích ổn định của các giải pháp, lựa chọn biện pháp và kết cấu hợp lý đảm bảo công trình an toàn và kinh tế. 4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Cách tiếp cận. Tiếp cận từ thực tế : từ yêu cầu và các điều kiện xây dựng thực tế ( tuyến đê bao Nam Đình Vũ) đi đến nghiên cứu hình thức bố trí và kết cấu đê bao phù hợp, có tính khả thi. Tiếp cận khoa học và hiện đại : giải pháp công trình và kết cấu chọn đề xuất trên cơ sở áp dụng các thành tựu khoa học và kỹ thuật hiện đại, được tính toán theo các phương thức và mô hình phù hợp. - Phương pháp nghiên cứu. + Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu; + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng; + Phương pháp phân tích, tổng hợp và đề xuất phương án kỹ thuật hợp lý. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐÊ BIỂN 1.1.TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1.1. Trên thế giới Đê biển và các hạng mục công trình phụ trợ khác hình thành nên một hệ thống công trình phòng chống, bảo vệ vùng nội địa khỏi bị lũ lụt và thiên tai khác từ phía biển. Vì tính chất quan trọng của nó mà công tác nghiên cứu thiết kế, xây dựng đê biển ở trên thế giới, đặc biệt là ở các quốc gia có biển, đã có một lịch sử phát triển rất lâu đời. Tuy nhiên, tùy thuộc vào các điều kiện tự nhiên và trình độ phát triển của mỗi quốc gia mà các hệ thống đê biển đã được phát triển ở những mức độ khác nhau. Hà Lan là một đất nước có đến 2/3 diện tích thấp hơn mực nước biển vì thế người Hà Lan đã trở thành một trong những chuyên gia số một về thủy lợi và công trình biển với rất nhiều thành tựu đáng khâm phục. Hình 1.1 Đê biển Afsluitdijk – Hà Lan Đê biển Afsluitdijk là một trong những minh chứng điển hình với tổng chiều dài hơn 32km, rộng 90m và độ cao ban đầu 7,25m trên mực nước biển trung bình. Công trình này chạy dài từ mũi Den Oever thuộc Nood Holland lên đến muic Zurich thuộc tỉnh Friesland. Giai đoạn thi công chỉ kéo dài 6 năm từ 1927 đến 1933. 4 Hệ thống đê biển của Mỹ đa dạng hơn do địa hình không giống như Hà Lan. Chính vì thế chiến lược phòng chống thiên tai của Mỹ cũng khác dẫn toái kết cấu đê cũng khác. Kết cấu đê biển không quá kiên cốn như ở Hà Lan. Các công trình bảo vệ gồm đê chắn sóng, tường biển, tường chắn sóng và đắc biệt hệ thống mỏ hàn được xây dựng khán nhiều nhắm mục đích giảm xói lở, giảm sự vẫn chuyển bùn cát, trầm tích ở những vùn có nguy cơ cao. Riêng các công trình kè bảo vệ bờ biển ở Mỹ rất đa dạng gồm các loại: kè đá đổ, kè bê tông đổ tại chỗ kiểu bậc, kè mảng bê tông, kè tấm bê tông chèn... Các nước gần chúng ta như Nhật Bản có hệ thống đê biển khá đặc biệt. Quốc gia có bốn mặt là biển, thường xuyên bị động đất và sóng thần đê dọa với nguy cơ phá hoại hệ thống đê điều rất lớn nên Nhật Bản đặc biệt quan tâm tới đê cửa sông và đê biển mặt dù Nhật Bản phần lớn cao hơn mực nước biển. Quy định thiết kế với từng loại đê theo cấp công trình giám sát chặt chẽ. Đê cũng là một công trình đa mục tiêu, trong đó vẫn đề giao thông được ưu tiên hàng đầu vì vậy đê biển Nhật Bản đáp ứng được cả yêu cầu kỹ thuật và thẩm mỹ. Nhìn chung ở các nước phát triển như Hà Lan, Đức, Đan Mạch, Nhật Bản...đê biển đã được xây dựng rất kiên cố nhằm chống được lũ biển (triều cường kết hợp với nước dâng) với tần suất hiếm (đặc biệt ở Hà Lan, một quốc gia với khoảng 20% diện tích nằm dưới mực nước biển trung bình đang áp dụng tiêu chuẩn phòng lũ biển từ 1/1.250 đến 1/10.000 tùy theo vị trí). Khoảng vài thập niên trước đây quan điểm thiết kế đê biển truyền thống ở các nước châu Âu là hạn chế tối đa sóng tràn qua do vậy cao trình đỉnh đê rất cao. Nhưng vì lượng sóng tràn qua là rất ít nên mái phía trong đê thường được bảo vệ rất đơn giản như chỉ trồng cỏ bản địa, phù hợp cảnh quan với môi trường. Nhìn chung, mặt cắt ngang đê điển hình rất rộng, mái thoải (phổ biến là 1/6 hoặc thoải hơn), có cơ mái ngoài và trong kết hợp làm đường giao thông dân sinh và bảo dưỡng cứu hộ đê. Ngoài ra, cơ đê phía ngoài còn đảm nhận nhiệm vụ quan trọng là giảm sóng leo sóng tràn qua đê, góp phần hạ thấp cao trình đỉnh đê thiết kế. 5 1.1.2. Trong nước Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực ổ bão tây bắc Thái Bình Dương với đường bờ biển dài, tỷ lệ giữa đường bờ biển so với diện tích lục địa là rất lớn. Do vậy hệ thống đê biển của nước ta cũng đã được hình thành từ rất sớm, là minh chứng cho quá trình chống chọi với thiên nhiên không ngừng của người Việt Nam. Hệ thống đê biển đã được xây dựng, bồi trúc và phát triển qua nhiều thế hệ với vật liệu chủ yếu là đất và đá lấy tại chỗ do người địa phương tự đắp bằng phương pháp thủ công. Trải qua thời gian dài xây dựng và phát triển nước ta hiện nay có khoảng 2.700km đê biển, đê cửa sông trải dài khắp từ Quảng Ninh đến Kiên Giang. Đê biển của nước ta không liền tuyến mà bị ngăn cách nhiều đoạn bởi 114 cửa sông lớn nhỏ khác nhau. Chính vì thế tổng chiều dài đê cửa sông xấp xỉ bằng đê biển. Trong số 117 huyện ven biển có 105 huyện có đê. Hầu hết các tuyến đê biển hiện nay có nhiệm vụ bảo vệ sản xuất nông nghiệp. Ở đồng bằng Bắc Bộ và Thanh Hóa vùng có đê biển bảo vệ sản xuất 3 vụ, còn đối với các tỉnh miền Trung, Nam Bộ sản suất 2 vụ, có nơi 3 vụ. Có khoảng 300km đê biển để nuôi trồng thủy sản được phát triển mạnh mẽ những năm gần đây. Bảng 1.1: Thống kê chiều dài đê biển, đê cửa sông hiện có ở nước ta STT Vùng biển Chiều dài đê biển, đê cửa sông (Km) 1 Bắc Bộ 719,1 2 Trung Bộ 1.410,86 3 Nam Bộ 624,35 Được sự quan tâm của nhà nước hệ thống đê biển nước ta đã được đầu tư khôi phục và nâng cấp nhiều lần thông qua các dự án PAM 4617, OXFAM, EC, CARE, ADB, và các chương trình đê biển quốc gia, tuy nhiên các tuyến đê biển nhìn chung vẫn còn thấp và nhỏ. 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 cao trình đỉnh phổ biến ở mức + 5,5 m (kể cả tường đỉnh). Mặt đê được bê tông hóa 1 phần, nhưng chủ yếu vẫn là đê đất, sình lầy trong 6 mùa mưa bão và dễ bị xói mặt. Hàng năm, các sự cố hư hỏng đê biển vẫn diễn biến phức tạp. Cụ thể như sau: a) Bờ biển phía Bắc: Đồng bằng Bắc Bộ có nhiều đoạn bờ xói lở rất nghiêm trọng, như Cát Hải (Hải Phòng), Đông Long, Thụy Xuân, Nam Cửa Lân (Thái Bình), Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Phúc (Nam Định). Đoạn bờ xói lở điển hình nhất là ở huyện Hải Hậu, với chiều dài gần 20km. Đặc biệt đoạn bờ Hải Chính - Hải Hòa, tốc độ xói lở đạt tới 15-21m/năm. Xỏi lở diễn ra mạnh mẽ nhất vào mùa gió đông bắc, đặc biệt là ở Hải Thịnh, tốc độ có thể đạt tới hơn 40-50m/năm trong một vài năm qua. Xói sạt bờ biển là hiện tượng phổ biến ở ven biển Hải Phòng, kể cả ở bờ các đảo và nhiều đoạn bờ nằm sâu phía trong các sông. Tổng số chiều dài đường bờ biển Hải Phòng bị xói lở 16,1 km, tốc độ trung bình 5,4 m/năm trên tổng số 125 km đường bờ biển, chiếm tổng số 23,0%.(năm 2009). Ở khu vực ven bờ Hải Hậu, cường độ xói lở tăng lên rất rõ rệt trong giai đoạn 1985-1995, gấp 1,5-2 lần giai đoạn 1965-1985. Do dâng cao mực nước biển và xu thế suy tàn của cửa Thái Bình đã và đang làm phát sinh, phát triển đoạn bờ xói lở mới ở cửa Thái Bình. Tuy nhiên, cường độ xói lở yếu vì đường bờ được bảo vệ bởi dải rừng ngập mặn có chiều rộng tương đối lớn. Hình 1.2: Chân đê hư hỏng nặng – đê Hải Phòng 7 Hình 1.3: Sạt cục bộ mái đê biển Thái Bình Hình 1.4: Vỡ đê biển Giao Thủy (Nam Định) b) Bờ biển miền Trung: Xói sạt bờ biển vùng Bắc Trung Bộ từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế: - Khu vực từ Quảng Bình đến Thừa Thiên Huế là trọng điểm. - Vùng từ cửa Thuận An đến Tư Hiền (Thừa Thiên Huế) diễn biến sạt lở rất phức tạp, phụ thuộc vào chu kỳ dịch chuyển của các cửa sông lên phía tây hay 8 xuống đông nam với chu kỳ 30-60 năm. Xói sạt bờ biển Nam Trung Bộ từ Đà Nẵng đến Bình Thuận: diễn biến sạt lở phức tạp với xu thế tăng mạnh cả về quy mô lẫn cường độ và tăng dần từ Bắc vào Nam. Tại Quảng Ngãi sạt lở tại Sa Huỳnh sẽ tăng quy mô mở rộng về phía Nam. Thừa Thiên Huế từ cửa Thuận An đến Hòa Duân. Phú Yên xói sạt lở tăng quy mô tại Phú Hạnh, Phú Sơn, Phú Quý, Phú Hiệp, An Nhơn, thị trấn Tuy Hòa…. Hình 1.5: Bờ biển xã Hải Dương, thị xã Hương Trà, Thừa Thiên Huế sạt lở hơn 1.000m c) Bờ biển miền Nam Cà Mau là vùng xảy ra thường xuyên và chịu ảnh hưởng nhiề nhất cả nước. Sóng biển xoáy sâu vào thân đê, có nơi thân đê chỉ còn 2-3m, chiều cao đê từ 2,5 đến 3 m, chiều cao của đê từ 2,5m sụt xuống còn 1,8m và đang có nguy cơ vỡ đê, đe dọa đến đời sống cảu hàng chục ngàn hộ dân. 9 Hình 1.6: Đoạn đê biển Cà Mau bị sóng đánh vỡ Tại Bạc Liêu, do nước biển thường xuyên dâng cao nên nhiều khu vực ven biển: Nhà Mát (TP Bạc Liêu), Vĩnh Thịnh (H. Hòa Bình)… bị sạt lở sâu vào đất liền 35m/năm. Mặc dù có lịch sử lâu đời về xây dựng đê biển nhưng phương pháp luận và cơ sở khoa học cho thiết kế đê biển (thể hiện qua các tồn tại và bất cập trong các hướng dẫn thiết kế đê biển trước đây như 14TCN-130-2002) ở nước ta còn lạc hậu, chưa bắt kịp với những tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới. Bên cạnh đó phương pháp và công nghệ thi công đê biển còn chậm tiến bộ, ít cơ giới hóa. Gần đây trong khuôn khổ các đề tài thuộc “Chương trình khoa học công nghệ phục vụ xây dựng đê biển và công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển” (Giai đoạn I từ Quảng Ninh đến Quảng Nam) thực hiện năm 2008-2009, các tiến bộ mới trong kỹ thuật thiết kế và xây dựng đê biển ở trên thế giới đã được nghiên cứu áp dụng với điều kiện cụ thể của nước ta. Trong đó đặc biệt là khái niệm sóng tràn lần đầu tiên được xem xét là một tải trọng quan trọng nhất trong tính toán thiết kế đê biển và đã được đưa vào Hướng dẫn thiết kế đê biển mới thay cho tiêu chuẩn ngành 14TCN-130-2002. Trong phạm vi đề tài nhánh “Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý với 10 từng loại đê và phù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ninh đến Quảng Nam”, các thí nghiệm sóng tràn qua đê biển trên mô hình vật lý máng sóng ở Trường ĐH Thủy Lợi đã chứng tỏ việc áp dụng các phương pháp tính toán sóng tràn tiên tiến đang được áp dụng phổ biến hiện nay trên thế giới như TAW (2002) cho điều kiện ở Việt Nam là hoàn toàn phù hợp (xem [13]). Đề tài cũng đã đề xuất được phương pháp tính toán thiết kế cùng với các dạng mặt cắt đê biển điển hình phù hợp cho từng vùng địa phương trong khu vực nghiên cứu. Gần đây việc nghiên cứu áp dụng một số công nghệ vật liệu mới như Consolid, kết cấu neo địa kỹ thuật,.. nhằm gia tăng ổn định của đê biển hiện có cũng đã được đề cập đến ở một số đề tài nghiên cứu cấp bộ và nhà nước, điển hình như KC.08 15/06-10 (xem [14]). Như vậy có thể thấy rằng tuy là muộn nhưng việc áp dụng và cập nhật các tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới vào công tác xây dựng đê biển ở nước ta đã có những bước tiến đáng khích lệ. Tuy nhiên cần phải đẩy mạnh hơn nữa những công trình nghiên cứu khoa học để áp dụng một cách hiệu quả các thành tựu này vào trong điều kiện thực tiễn đặc thù của hệ thống đê biển nước ta. 1.2. TÁC ĐỘNG CỦA SÓNG, GIÓ LÊN ĐÊ BIỂN 1.2.1. Gió Gió là sản phẩm của các quá trình khí tượng. Gió thổi trên mặt biển tạo ra sóng và nước dâng. Dễ thấy không thể xem gió có tác động trực tiếp mang vật chất từ bờ biển đi một nơi khác và do đó gây xói lở (mặc dù gió có thể thổi bay một lượng đáng kể cát khô tràn vào đất liền), gió chỉ có gián tiếp xói lở bằng cách tạo ra sóng, dòng chảy là những yếu tố trực tiếp gây ra hiện tượng đó. Gió trong giông, bão có thể bốc đi một lượng đáng kể cát ở bờ biển, song tác động chính gây xói lở (biến động luồng lạch, sạt lở bờ biển, vỡ đê v.v...) vẫn do các hậu quả chính của bão là sóng bão và dòng chảy trong bão. Tuy nhiên, thông thường những thay đổi địa hình bờ biển do chúng chỉ tồn tại trong một thời gian nào đó và sẽ được các yếu tố động lực thường kỳ bồi đắp để đạt được xu thế thường kỳ 11 trước bão. Sự xuất hiện hoặc biến mất của các đồi cát ở một số cửa sông nước ta khi có bão thuộc loại nguyên cơ này. Hình 1.7: Bờ biển Tiến Thành – Phan Thiết bị gió và mưa gây sạt lở Hình 1.8: Lũ cát làm bồi lấp bờ biển Tiến 12 1.2.2. Sóng - Sóng là tác nhân chính gây ra sự mất ổn định các công trình ven bờ và xói bồi bãi biển. Sóng do tác dụng trực tiếp lên công trình hoặc bờ, bằng áp lực xung kích của nó gây mất ổn định kết cấu bảo vệ, gây trượt mái, lật các tường đứng . Khi có sóng triều cùng kèm theo bão, xô vỡ rồi cuốn trôi công trình hoặc bờ đất cao ven biển. - Ngoài tác động mất ổn định trực tiếp, năng lượng sóng được chuyển thành dòng, năng lượng là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự vận chuyển bùn cát đáy biển và tạo ra các vùng bồi xói. - Thông thường, có hai trạng thái sóng đặc trưng, đó là sóng bình thường và sóng lớn. Hình 1.9: Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển Hình 1.9: là sơ đồ thể hiển sóng bình thường hàng ngày tác dụng vào bờ và bãi biển. Mái dốc của bờ và bãi biển ở trạng thái cân bằng ổn định trong điều kiện sóng và dòng chảy bình thường Hình 1.10: Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển Hình 1.10: là sơ đồ thể hiện sóng lớn khi có gió bão tác dụng vào bờ và bãi biển; mái dốc của bờ và bãi biển bị xói lở và lấp xuống chân mái dốc của bãi biển; bờ và bãi biển đang ở trạng thái mất ổn định.