Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đê trụ rỗng tiêu sóng gây bồi chống sạt lở đê biển việt nam áp dụng đối với xã khánh bình tây, huyện trần văn thời, tỉnh cà mau

LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đê trụ rỗng tiêu sóng gây bồi chống sạt lở đê biển Việt Nam áp dụng đối với xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau” Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS. Trần Văn Thái. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong Luận văn này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình. Hà Nội, ngày tháng 04 năm 2017 Học viên cao học Nguyễn Duy Ngọc i LỜI CÁM ƠN Trong suốt những năm học tập và rèn luyện dưới mái trường Đại học Thủy Lợi dưới tư cách là sinh viên và giờ đây là một học viên cao học tôi đã nhận được nhiều kiến thức bổ ích, bổ trợ cho bản thân trong không những công việc mà còn cả trong cuộc sống. Luận văn này được thực hiện dưới sự cố gắng, nỗ lực của bản thân. Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.Trần Văn Thái đã hướng dẫn tôi thực hiện luận văn của mình. Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo, người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua. Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập. Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, Ban lãnh đạo đơn vị công tác, các đồng nghiệp, bạn bè, tập thể lớp Cao học 23C11 những người đã luôn bên cạnh, sát cánh, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện luận văn của mình./.. . Hà Nội, ngày tháng 04 năm 2017 Học viên cao học Nguyễn Duy Ngọc ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1 2. Mục đích của đề tài..............................................................................................3 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu..........................................................3 4. Kết quả dự kiến đạt được.....................................................................................4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................5 1.1. Tổng quan giải pháp đê chắn sóng xa bờ trên thế giới. ........................................5 1.1.1. Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc tại Anh .........................................5 1.1.2. Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc kết hợp Tetrapode ........................6 1.1.3. Đê chắn sóng xa bờ bằng công nghệ Geotube ..............................................6 1.1.4. Đê tiêu sóng dạng Reefs ball .........................................................................7 1.1.5. Đê tiêu sóng dạng WaveBlock .......................................................................8 1.1.6. Đê tiêu sóng dạng BeachSaver ......................................................................9 1.1.7. Đê tiêu sóng dạng nấm ..................................................................................9 1.2. Tổng quan đê chắn sóng xa bờ trong nước ........................................................10 1.2.1. Đê chắn sóng xa bờ kết cấu Tetrapode tại Nam Định .................................10 1.2.2. Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt đá hộc lõi cát tại Trà Vinh..............................11 1.2.3. Đê chắn sóng xa bờ tại Quảng Ngãi ............................................................11 1.3. Tổng quan giải pháp bảo vệ bờ bằng đê trụ rỗng bán nguyệt ............................12 1.3.1. Đê bán nguyệt tại cảng Nhật Bản ................................................................12 1.3.2. Đê bán nguyệt tại Dương Tử Trung Quốc ..................................................13 1.3.3. Đê bán nguyệt tại Lưu Hải Trung Quốc ......................................................14 1.4. Tổng quan giải pháp bảo vệ bờ biển đang áp dụng tại tỉnh Cà Mau ..................14 1.4.1. Bảo vệ bờ biển bằng kè bằng cây gỗ địa phương (dừa, tràm, bạch đàn,…) ...............................................................................................................................15 1.4.2. Bảo vệ bờ biển bằng kè rọ đá ......................................................................16 1.4.3. Đê chắn sóng xa bờ được đóng 2 hàng cọc bê tông li tâm .........................17 1.4.4. Kè bằng hàng rào tre...................................................................................18 1.5. Vấn đề cần nghiên cứu .......................................................................................18 1.6. Kết luận chương I ...............................................................................................19 CHƯƠNG 2. ĐỀ XUẤT KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐÊ TRỤ RỖNG .......................................................................................................................................20 iii 2.1. Đặt vấn đề - ý tưởng nghiên cứu ........................................................................ 20 2.1.2. Nguyên lý đê trụ rỗng – tiêu sóng ............................................................... 21 2.1.3. Tổng kết các kết quả nghiên cứu về đê trụ rỗng bán nguyệt ...................... 22 2.2. Giải pháp đê trụ rỗng .......................................................................................... 24 2.2.1. Các hình thức kết cấu đê trụ rỗng kín không thấm ..................................... 24 2.2.2. Các hình thức kết cấu đê trụ rỗng có lỗ trên thân ...................................... 26 2.2.3. Lựa chọn kết cấu phù hợp ........................................................................... 28 2.3. Nghiên cứu tính toán ổn định đê trụ rỗng trên nền đất yếu................................ 30 2.3.1. Các đặc trưng và các chỉ tiêu nền đất yếu .................................................. 30 2.3.2. Các lực tác dụng lên kết cấu đê trụ rỗng .................................................... 31 2.3.3. Tính toán ổn định đê trụ rỗng ..................................................................... 32 2.4. Các giải pháp tăng cường ổn định đê ................................................................. 34 2.4.1. Giải pháp kết cấu thân đê trụ rỗng ............................................................. 34 2.4.2. Giải pháp gia cố thượng hạ lưu .................................................................. 35 2.5. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 36 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THUỘC XÃ KHÁNH BÌNH TÂY, HUYỆN TRẦN VĂN THỜI, TỈNH CÀ MAU ............................................... 37 3.1. Tên công trình .................................................................................................... 37 3.2. Mục tiêu công trình. ........................................................................................... 37 3.3. Các hạng mục công trình. ................................................................................... 37 3.4. Vị trí khu vực nghiên cứu................................................................................... 37 3.4.2. Điều kiện địa hình ....................................................................................... 38 3.4.3. Điều kiện địa chất ....................................................................................... 38 3.4.4. Đặc trưng cơ lý đất nền ............................................................................... 39 3.4.5. Đặc điểm khí tượng thủy văn ...................................................................... 40 3.5. Thiết kế mặt cắt ngang đê .................................................................................. 42 3.5.1. Cấp công trình và tần suất thiết kế ............................................................. 42 3.5.2. Điều kiện biên tính toán .............................................................................. 43 3.5.3. Tính sóng thiết kế ........................................................................................ 44 3.5.4. Tính cao trình đỉnh đê [3] ........................................................................... 47 3.5.5. Tính gia cố chân [1] .................................................................................... 47 3.6. Tính toán ổn định đê trụ rỗng ............................................................................. 49 3.6.1. Thông số tính ổn định đê trụ rỗng ............................................................... 49 3.6.2. Tải trọng do sóng tác dụng [1] ................................................................... 50 3.6.3. Áp lực đất bị động ....................................................................................... 51 iv 3.6.4. Tổng hợp các lực tác dụng lên kết cấu [5] .................................................52 3.6.5. Kiểm tra ổn định kết cấu bằng phần mềm ANSYS version 16.....................54 3.6.6. Kiểm tra ổn định chung [4] .........................................................................61 3.6.7. Kiểm tra ứng suất nền [4] ...........................................................................61 3.6.8. Kiểm tra ổn định trượt hỗn hợp [4] ............................................................62 3.7. Phương án bố trí tổng thể, kết cấu đê trụ rỗng ...................................................64 3.7.1. Bố trí tổng thể tuyến đê ...............................................................................64 3.7.2. Kết cấu đơn nguyên đê ................................................................................65 3.7.3. Mặt bằng điển hình một đoạn đê .................................................................66 3.8. Phương án xử lý nền móng công trình ...............................................................67 3.9. Phương án thi công công trình ...........................................................................67 3.9.1. Tính toán phương án cẩu lắp. ......................................................................67 3.9.2. Quy trình trình thi công. ..............................................................................71 3.10. Kết luận chương 3 ............................................................................................72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................73 KẾT LUẬN ..............................................................................................................73 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................73 I. TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT ..............................................................75 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN .............................................................................................76 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 - 1: Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex .................................... 6 Hình 1 - 2: Đê chắn sóng ngoài khơi tại bờ biển Alexandria ...................................... 6 Hình 1 - 3: Đê chắn sóng xa bờ bằng ống vải địa kĩ thuật Geotube tại Hà Lan ......... 7 Hình 1 - 4: Kết cấu các khối Reefs ball ...................................................................... 8 Hình 1 - 5: Kết cấu các khối WaveBlock .................................................................... 8 Hình 1 - 6: Kết cấu các khối BeachSaver ................................................................... 9 Hình 1 - 7: Kết cấu tiêu sóng dạng nấm .................................................................... 10 Hình 1 - 9: Đê chắn sóng xa bờ tại Trà Vinh ............................................................ 11 Hình 1 - 10: Đê chắn sóng xa bờ tại Quảng Ngãi ..................................................... 12 Hình 1 - 11: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại cảng Miyazaki Nhật Bản ................. 12 Hình 1 - 12: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Dương Tử Trung Quốc ................... 13 Hình 1 - 13: Đê tiêu sóng dạng bán nguyệt tại Lưu Hải Trung Quốc ....................... 14 Hình 1 - 14: Kè bằng cừ tràm .................................................................................... 15 Hình 1 - 15: Bố trí kè rọ đá ....................................................................................... 16 Hình 2 - 1: Sóng tác dụng lên tường đứng ................................................................ 20 Hình 2 - 2: Các thông số trong mặt cắt đê ................................................................. 22 Hình 2 - 3: Đê trụ rỗng dạng vòm không thấm ......................................................... 24 Hình 2 - 4: Kết cấu đê trụ rỗng kín, tường đỉnh phía trên hoặc tường đứng phía dưới ................................................................................................................................... 25 Hình 2 - 6: Kết cấu đê trụ rỗng có bố trí lỗ phía biển ............................................... 26 Hình 2 - 7: Kết cấu đê trụ rỗng có bố trí lỗ trên toàn bộ mặt cong ........................... 27 Hình 2 - 8: Mặt bằng kết cấu đê trụ rỗng .................................................................. 29 Hình 2 - 9: Cắt ngang kết cấu .................................................................................... 29 Hình 2 - 10: Mặt cắt điển hình tuyến đê.................................................................... 30 Hình 2 - 11: Sơ đồ lực tác dụng lên kết cấu .............................................................. 31 Hình 2 - 12: Mặt bằng kết cấu đê trụ rỗng ................................................................ 34 vi Hình 2 - 13: Cắt ngang kết cấu ..................................................................................35 Hình 2 - 15: Cắt ngang gia cố thượng hạ lưu ............................................................36 Hình 3 - 1: Vị trí công trình .......................................................................................38 Hình 3 - 2: Khu vực tính tham số sóng nước sâu ......................................................44 Hình 3 - 3: Vị trí mặt cắt tính toán ............................................................................46 Hình 3 - 4: Sơ đồ hiệu chỉnh áp lực ...........................................................................50 Hình 3 - 5: Sơ đồ lực tác dụng lên đê trụ rỗng ..........................................................52 Hình 3 - 6: Mô hình hóa kết cấu ................................................................................55 Hình 3 - 7: Mô hình hóa kết cấu làm việc có gia cố đá thượng hạ lưu .....................56 Hình 3 - 8: Chuyển vị theo phương X .......................................................................56 Hình 3 - 9: Ứng suất chính thứ nhất ..........................................................................57 Hình 3 - 10: Ứng suất Von Mises..............................................................................57 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3 - 1: Chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của các lớp đất . Error! Bookmark not defined. Bảng 3 - 2: Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm (Trạm Cà Mau) .............. Error! Bookmark not defined. Bảng 3 - 3: : Bảng đặc trưng độ ẩm vùng công trình ..............Error! Bookmark not defined. Bảng 3 - 4: Kết quả tính sóng nước sâu .................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3 - 5: Tổng hợp kết quả tính từ 4 mặt cắt......... Error! Bookmark not defined. Bảng 3 - 6: Hệ số chiều cao đỉnh tương đương ......... Error! Bookmark not defined. Bảng 3 - 7: Kết quả tính khối lượng đá bảo vệ chân . Error! Bookmark not defined. Bảng 3 - 8: Tổng hợp kết quả tính tải trọng sóng ..... Error! Bookmark not defined. viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ Chữ viết tắt Diễn giải ĐHTL Đại học Thủy lợi CKTS Cấu kiện tiêu sóng ĐTR Đê trụ rỗng BĐKH Biến đổi khí hậu MNTK Mực nước thiết kế MNTB Mực nước trung bình ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây tình hình thời tiết diễn biến hết sức phức tạp và theo chiều hướng ngày càng bất lợi hơn. Vùng biển phía Tây của tỉnh Cà Mau triều cường thường xuyên dâng cao, kết hợp mưa, dông và sóng với cường độ mạnh đã phá hủy làm mất đi diện tích rất lớn rừng phòng hộ. Một số nơi, rừng phòng hộ không còn, sóng biển tác động trực tiếp vào thân đê, làm sạt lở rất nghiêm trọng hệ thống đê biển Tây, gây rất nhiều khó khăn, tốn kém trong việc xử lý khắc phục cũng như ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất, sinh hoạt của nhân dân. Trước sự tàn phá của sóng biển, hàng loạt nhà cửa, đất đai sản xuất, rừng phòng hộ và thậm chí một số công trình đê kè cũng bị sóng biển cuốn trôi. Theo thống kê của tỉnh Cà Mau, tổng chiều dài sạt lở ven biển ở tỉnh đã trên 40km, trong đó có 4 khu vực sạt lở nguy hiểm dài trên 17km thuộc các khu vực đê biển Tây; cửa biển Gành Hào, huyện Đầm Dơi; khu dự trữ sinh quyển mũi Cà Mau và bãi biển Khai Long. Mức độ sạt lở trong 5 năm qua, có nơi biển đã ăn sâu đất liền hơn 100m. Điển hình, huyện U Minh có đường bờ biển dài khoảng 35km, nhưng phần lớn diện tích rừng ven biển ở đây đã bị sóng biển Tây vốn bình lặng xóa sổ. Có nơi biển lấn sâu vào đất liền gần 1km. Phần lớn nhà dân ở xã Khánh Tiến sống ven rừng phòng hộ trước kia nay phải di dời vào sâu trong đất liền để tránh thiên tai và sóng biển nuốt mất nhà… Năm 2014, thời tiết đã có dấu hiệu cực đoan, vào các tháng đầu năm đã liên tục xuất hiện những đợt thủy triều dâng cao, kèm theo sóng to tiếp tục gây sạt lở cho khu vực này. Trước tình hình trên, Chi cục Thủy lợi đã chỉ đạo cho Hạt Quản lý Đê điều phải luôn túc trực, bám sát địa bàn, theo dõi mọi diễn biến bất lợi của thời tiết, kiểm tra, giám sát chặt chẽ các tuyến kè bảo vệ tuyến đê biển Tây đã và đang được triển khai thực hiện để có giải pháp ứng phó kịp thời. Hiện nay, qua kiểm tra, khảo sát trên toàn tuyến đã phát hiện một số vị trí có nguy cơ sạt lở rất cao (đai rừng còn rất mỏng, có nơi chỉ còn khoảng 15÷ 20m), nếu không được xử lý sớm sẽ rất nguy hiểm. Đặc biệt là sạt lở tại đoạn từ Kênh Mới đến Kênh Hòn, xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời, với tổng chiều dài sạt lở 140m. 1 Thời gian gần đây, biển Tây của Cà Mau luôn luôn động, gió cấp 7, cấp 8. Sóng to gió lớn đã làm sụp lở nhiều đai rừng phòng hộ biển Tây. Chỉ từ năm 2007 trở lại đây có 40.600m bị sạt lở khá nghiêm trọng, trong đó sạt lở đặc biệt nghiêm trọng gồm có 04 đoạn, với tổng chiều dài 16.975km. Qua khảo sát trong năm 2014 hiện có khoảng 15km chiều dài với đai rừng chỉ còn từ 30 - 80m (đoạn từ Hương Mai đến Tiểu Dừa) nếu không có giải pháp khắc phục thì chỉ vài năm sau các đoạn này sẽ không còn rừng phòng hộ. Dưới tác động của BĐKH, rừng phòng hộ đê biển Tây có nguy cơ biến mất hoàn toàn Tình hình sạt lở điểm cách cấu kiện Kênh Tình hình sạt lở phá hủy rừng phòng hộ Mới về ấp Kênh Hòn khoảng 300m Ngoài ra, hiện nay rừng ngập mặn Cà Mau đã được đưa vào khu dự trữ sinh quyển thế giới, vì vậy, vấn đề trồng rừng và xúc tiến tái sinh rừng ngoài việc bảo vệ bờ biển còn làm tăng thêm diện tích rừng, bảo vệ duy trì tính đa dạng sinh học cho khu sinh quyển đã được UNESCO công nhận. Bằng nguồn vốn hỗ trợ của Trung ương, tỉnh Cà Mau đã xây dựng một tuyến kè dùng cọc bê tông ly tâm đóng xuống biển cách bờ khoảng 100m để tạo bãi bồi trồng rừng trở lại dài trên 4,4km. Cách làm này là có hiệu quả nhằm tái tạo rừng, chống sạt lở, nhưng suất đầu tư vẫn còn khá cao. 2 Kè cọc ly tâm Kè rọ đá Để khắc phục tình trạng trên, một mặt cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp bảo vệ chống xói lở bờ biển , khôi phục lại rừng ngập mặn, mặt khác cần nghiên cứu phương án giảm chí phí xây dựng công trình. Vì vậy để nâng cao hiệu quả và giảm giá thành cho các công trình bảo vệ bờ, gây bồi chống sạt lở bờ biển cần đề xuất những giải pháp kết cấu phù hợp hơn. Trên cơ sở đó học viên chọn Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đê trụ rỗng tiêu sóng gây bồi chống sạt lở đê biển Việt Nam áp dụng đối với xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau” 2. Mục đích của đề tài Đề xuất và lựa chọn giải pháp kết cấu, tính toán ổn định cho đê trụ rỗng tiêu giảm sóng áp dụng cho xã Khánh Bình Tây huyện Trần Văn Thời tỉnh Cà Mau. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3.1. Cách tiếp cận nghiên cứu: Về lý thuyết: Tổng kết và kế thừa những kết quả nghiên cứu thủy động học lên các dạng kết cấu tiêu sóng đã được công bố . Sừ dụng các tiêu chuẩn hiện hành trong và ngoài nước để tính toán cho kết cấu đề xuất. 3 Lấy ý kiến các chuyên gia: quá trình nghiên cứu cần thiết phải lấy ý kiến các chuyên gia chuyên ngành. 3.2. Phương pháp nghiên cứu: * Phương pháp nghiên cứu công trình thực tiễn: - Quan sát kết hợp tổng quan các công trình thực tế - Phương pháp hệ thống điều tra thực địa; - Phương pháp chuyên gia * Phương pháp lý thuyết - Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyêt tổng quan 4. Kết quả dự kiến đạt được Đề xuất và lựa chọn giải pháp kết cấu, tính toán ổn định cho đê trụ rỗng. Tính toán thiết kế cụ thể cho một công trình thực tế; Sơ bộ đề xuất quy trình và biện pháp thi công đê trụ rỗng. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan giải pháp đê chắn sóng xa bờ trên thế giới. Sự biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Biểu hiện rõ nhất là sự nóng lên của trái đất, là băng tan, nước biển dâng cao; là các hiện tượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán và giá rét kéo dài… dẫn đến sự đe dọa phá hủy sự ổn đỉnh của hàng triệu triệu Km bờ biển trên khắp hành tinh, phá hủy và nhấn chìm hàng triệu km2 các dải đất đồng bằng phì nhiêu dọc các bờ biển. Đứng trước tình hình đó rất nhiều các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển được nghiên cứu thi công để bảo vệ bờ biển trong đó các giải pháp đê chắn sóng , giảm sóng xà bờ là một lựa chọn nhằm chủ động ứng phó với tác động xấu của sóng biển trước khi sóng tác động trực tiếp vào bờ. 1.1.1. Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc tại Anh Hình 1 - 1: Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex Bờ biển Elmer nằm ở phía nam của vương quốc Anh, là một đoạn bờ biển thẳng, nằm giữa Bognor Regis và Littlehampton. Elmer nằm trong vùng bán nhật triều. Mực nước triều trung bình cao là khoảng 5,3 m, Mực nước triều chân triều thấp nhất là 2,9 m. Đỉnh triều lớn nhất có thể lên tới 6m. Khoảng 30 cm trên bề mặt đáy, vận tốc triều tối đa là 1m/s (trong thời kỳ triều cường), dòng triều theo hướng Đông Tây ở khu vực ngoài khơi. Một hệ thống gồm 8 đê chắn sóng song song với đường bờ được xây dựng từ năm 1991-1993, khu vực giữa hệ thống công trình này và bờ biển là các bãi trầm tích. 8 đê chắn sóng có kích thước khác nhau do phụ thuộc vào vị trí xây dựng chúng. 5 Hệ thống công trình đê chắn sóng này nổi khi thủy triều thấp và ở trạng thái bán ngập khi thủy triều cao. Sau khi xây dựng hệ thống này, đã không những hạn chế được xói lở bờ biển mà còn hình thành các bãi cát được nuôi dưỡng ở phía sau đê. 1.1.2. Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc kết hợp Tetrapode Hình 1 - 2: Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex Với mục đích bảo vệ bờ và giảm thiểu xói lở, một hệ thống đê xa bờ đã được xây dựng dọc theo phần phía Đông của bờ biển Alexandria. Hệ thống đê này gồm: một đê ngầm chính và hai phân đoạn đê ở hai bên, khoảng cách từ hệ thống công trình tới bờ biển khoảng 150m-300m. Tổng chiều dài của đê ngầm là khoảng 3000 mét, được xây dựng trong khu vực có phạm vi độ sâu mực nước biển từ 2,5-8,5 m. Bề rộng đỉnh đê là 36m trong khu vực có độ sâu 3÷5m, và đỉnh đê rộng 46 m ở khu vực có độ sâu 8,5m. Các phân đoạn đê này có cao trình đỉnh thấp hơn mực nước biển thấp nhất là 0,5m – đây là khoảng cách tối thiểu đảm bảo tính hiệu quả của đê ngầm và đảm bảo tốt nhất việc lưu thông dòng chảy với vùng được đê ngầm bảo vệ. Đê được bảo vệ ở cả mái phía biển và mái phía bờ, vật liệu bảo vệ chủ yếu là đá tự nhiên có khối lượng 10÷300kg và cấu kiện Tetrapode. Độ dốc mái đê phía biển và phía bờ là 1:2; 1:3; 1:5 để đảm bảo tính ổn định của công trình chắn sóng. Tại khu vực có độ sâu 3÷5m, mái phía biển bố trí 2 hai lớp Tetrapod nặng 3 tấn, mái phía bờ bảo vệ bởi khối bê tông nặng 5 tấn. Trong khu vực độ sâu 8,5 mét, mái phía biển được bảo vệ bởi cấu kiện Tetrapod nặng 5 tấn và hai lớp bê tông đá. 1.1.3. Đê chắn sóng xa bờ bằng công nghệ Geotube Công nghệ Geotube được chứng minh là phương pháp hiệu quả giúp kiềm chế năng lượng của sóng biển. Các ông Geotube và túi cát Geobag được may từ vải địa kỹ thuật 6 đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng trên biển và cửa sông với chi phí thấp. Công nghệ Geotube đã được kiểm chứng là biện pháp hữu hiệu bảo vệ bờ biển chống lại xói lở gây ra do tác động của bão và áp thấp nhiệt đới. Quy trình thi công khá đơn giản, các ống địa kỹ thuật được may từ loại vải địa kỹ thuật đặc biệt, lấp đầy bằng cát biển và chôn dọc theo bờ biển tạo thành một tuyến đê mềm. Xói lở bờ biển, dịch chuyển và tích tụ cát đến những nơi không mong muốn do tác động của sóng biển và thủy triều từ lâu đã gây nên nhiều rắc rối cho người dân ở ven biển. Để giải quyết vấn đề này, người ta đã cho lắp đặt các ống đê mềm Geotube ở ngoài khơi để phá năng lượng sóng biển. Vị trí và kích thước của đê phá sóng sẽ được tính toán kỹ lưỡng cho phép bãi cát dần dần được bồi đắp. Hình 1 - 3: Đê chắn sóng xa bờ bằng ống vải địa kĩ thuật Geotube tại Hà Lan 1.1.4. Đê tiêu sóng dạng Reefs ball Ưu điểm lớn nhất khi sử dụng kết cấu Reefs ball bảo vệ bờ biển là tính linh hoạt của giải pháp này. Kết cấu bố trí lỗ trên thân nhằm tiêu một phần năng lượng sóng khi các đường dòng đi qua kết cấu thông qua các lỗ bố trí trên thân. Hơn thế nữa khi sử dụng đê với kết cấu dạng này rất thân thiện với môi trường sinh thái. 7 Hình 1 - 4: Kết cấu các khối Reefs ball 1.1.5. Đê tiêu sóng dạng WaveBlock Kết cấu gồm hệ thống cột đứng bố trí xen kẽ kết nối bằng các tầng bê tông thi công đúc sẵn. Kết cấu cho phép sóng luồn qua tách thành các đường dòng va chạm triệt tiêu năng lượng lẫn nhau. Hình 1 - 5: Kết cấu các khối WaveBlock Ưu điểm: - Thi công đúc sẵn lắp ghép nên tốc độ thi công nhanh, hiệu quả tiêu sóng tốt Nhược điểm: - Diện tích tiếp xúc chân và nền cấu kiện bé nên kém ổn định. - Sóng tác động trực diện lên kết cấu theo phương vuông góc nên lực tác động lên kết cấu lớn. 8 1.1.6. Đê tiêu sóng dạng BeachSaver Hình 1 - 6: Kết cấu các khối BeachSaver Kết cấu cho phép sóng truyền qua va chạm với các dòng vuông góc khi sóng xuyên qua các lỗ bố trí trên thân làm triệt tiêu một phần năng lượng sóng. Ưu điểm: - Thi công đúc sẵn lắp ghép nên tốc độ thi công nhanh, hiệu quả tiêu sóng tốt Nhược điểm: - Kết cấu nặng nề, độ dày lớn. - Chỉ tận dụng được một phần năng lượng sóng phản xạ phía sau đê thông qua lỗ bố trí trên thân để tiêu sóng vì vậy hiệu quả giảm sóng thấp . 1.1.7. Đê tiêu sóng dạng nấm Kết cấu cho phép sóng truyền qua va chạm với các dòng khi sóng xuyên qua các lỗ bố trí trên thân làm triệt tiêu một phần năng lượng sóng. Ưu điểm: Hiệu quả giảm sóng tốt. Nhược điểm: - Các kết cấu riêng biệt không có sự liên kết với nhau - Lực sóng lên cấu kiện lớn do hướng tác động trực diện lên kết cấu 9 . Hình 1 - 7: Kết cấu tiêu sóng dạng nấm 1.2. Tổng quan đê chắn sóng xa bờ trong nước Với đường bờ biển dài chịu tác động thường xuyên của bão gió, các phương án xây dựng đê chắn sóng xa bờ đã được đầu tư nhiều dọc bờ biển Việt Nam nhằm chủ động giảm tác động xấu của sóng tới bờ biển. 1.2.1. Đê chắn sóng xa bờ kết cấu Tetrapode tại Nam Định Tại Quất Lâm (huyện Giao Thủy) Nam Định đã đầu tưu xây dựng tuyến đê chắn sóng xa bờ kết hợp với kè mỏ hàn tạo thành hình chữ T, từng phân đoạn này phân bố trải dài trên 5km bờ biển nhằm bảo vệ cho tuyến đê kiên cố phía trong. Kêt cấu đê chắn sóng bằng các khối Tetrapode nặng từ 5 - 10 tấn. Tetrapode xếp thành 3 hàng , các chân cấu kiện đan xen ngược xuôi liên kết với nhau. Hình 1 - 8: Kết cấu đê tiêu sóng bảo vệ đê chính tại Nam Định 10