LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn
GS.TS Trần Đình Hòa đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng
dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi về sự
giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường.
Cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và đê
điều – Viện Thủy Công - Viện khoa học Thuỷ lợi Việt Nam là những người đã sát
cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu. Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ
môn phát triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài đê biển Vũng Tàu – Gò Công
đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay và cung cấp nhiều thông tin bổ ích.
Xin cảm ơn ban chủ nhiệm của các đề tài trong cụm 6 đề tài thuộc chương
trình:” Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng tuyến đê
biển đa mục tiêu Vũng Tàu – Gò Công” đã cung cấp cho tác giả những số liệu đầu
vào cần thiết dùng trong quá trình làm luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong
gia đình đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả
hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Tác giả
Bùi Mạnh Duy
BẢN CAM KẾT
II. Mục đích của đề tài: 5
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : 5
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 5
IV. Kết quả đạt được của luận văn: 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7
1.1. Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới
[3]
7
1.1.1.
Đê biển Hà Lan 7
1.1.2.
Dự án đê biển Saemangeum – Hàn Quốc 10
1.1.3.
Đê biển bảo vệ thành phố St. Peterburg – Nga 12
1.1.4.
Công trình New Orleans - Mỹ 14
2.3. Điều kiện tự nhiên của vùng dự án 27
2.3.1.
Đặc điểm về thủy văn thủy lực 27
2.3.2.
Đặc điểm về sóng gió 28
2.3.3.
Đặc điểm về bão 29
2.3.4.
Đặc điểm về thủy triều 30
2.3.5.
Đặc điểm về địa hình 31
2.3.6.
Đặc điểm về địa chất 31
2.3.7.
Công nghệ xà lan bê tông cốt thép 40
2.5.2.
Lựa chọn 42
2.6. Kết luận chương 2 43
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH ĐÊ 44
3.1. Nguyên tắc thiết kế 44
3.1.1.
Tổng thể tuyến đê 44
3.1.2.
Kết cấu xà lan 44
3.1.3.
Ổn định đê 44
3.2. Các thông số thiết kế 45
3.3. Xác định các thông số cơ bản của đê 45
3.3.1.
3.5.2.
Kiểm tra khả năng chịu tải của nền, lựa chọn giải pháp gia cố 59
3.5.3.
Ổn định trượt lật của xà lan 67
3.5.4.
Ổn định kết cấu xà lan 68
3.5.5.
Ổn định tổng thể của mặt cắt đê 70
3.6. Bố trí giải pháp kết cấu mặt cắt ngang đê 75
3.6.1.
Đỉnh đê 76
3.6.2.
Thân đê 76
3.6.3.
4.2.3.
Hạ thủy (làm nổi) xà lan 84
4.2.4.
Di chuyển xà lan đến vị trí công trình 85
4.2.5.
Định vị xà lan vào vị trí 85
4.2.6.
Đánh đắm xà lan vào vị trí 87
4.3. Liên kết các xà lan với nhau và với nền 87
4.3.1.
Liên kết xà lan với nền 88
4.3.2.
Đổ vật liệu lấp đầy các khoang xà lan 88
4.3.3.
Liên kết giữa các xà lan với nhau 88
Hình 1.3:
Bản đồ đê biển ở Hà Lan 8
Hình 1.4:
Mặt cắt ngang đê qua các thời kỳ 9
Hình 1.5:
Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan 9
Hình 1.6:
Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk 10
Hình 1.7:
Đê biển Saemangeum 11
Hình 1.8:
Mặt cắt ngang đê Saemangeum 11
Hình 1.9:
Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg - Nga 12
Hình 1.10:
Hình 1.18:
Đê chắn sóng tại Barcelona 18
Hình 1.19:
Mặt cắt ngang đê chắn sóng tại Barcelona 19
Hình 1.20:
Đê chắn sóng xà lan tại cảng Gijón 20
Hình 1.21:
Mặt cắt ngang đê phía Bắc cảng Gjón 20
Hình 1.22:
Kết cấu điển hình của đê biển ở Việt Nam 21
Hình 1.23:
Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định 22
Hình 1.24:
Một số công trình đê biển ở Trà Vinh, Kiên Giang 23
Hình 2.1:
Cắt ngang kết cấu đê biển dạng mái nghiêng 34
Hình 2.9:
Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng kết hợp tường cừ 35
Hình 2.10:
Cấu tạo đê biển bằng các xà lan đơn nối tiếp nhau 37
Hình 2.11:
Kết cấu đê biển dạng tường ô vây 38
Hình 2.12:
Mặt cắt ngang đê bằng tổ hợp xà lan tạo chân 39
Hình 2.13:
Kết cấu đê cảng Cái Lân- Quảng Ninh 41
Hình 2.14:
Cảng Tiên Sa và mặt cắt ngang đê chắn sóng bằng xà lan BTCT 41
Hình 3.1:
Mặt bằng kết cấu xà lan 50
Gradient XY trong nền - THTT 58
Hình 3.10:
Gradient XY trong nền - THKT 58
Hình 3.11:
Gradien cửa ra - THTT 59
Hình 3.12:
Gradien cửa ra - THKT 59
Hình 3.13:
Cách xác định K
lx
69
Hình 3.14:
Mô hình tính toán tổng thể đê trong Plaxis 71
Hình 3.15:
Biến dạng tổng thể của mặt cắt đê khi chưa có xe 72
Hình 3.16:
Các điểm biến dạng dẻo trong nền của mặt cắt đê khi có xe 74
Hình 3.24:
Hệ số ổn định của mặt cắt đê khi có xe 75
Hình 3.25:
Mặt cắt đê điển hình thiết kế 77
Hình 3.26:
Mặt bằng điển hình tuyến đê thiết kế 78
Hình 4.1:
Đào hố móng xà lan bằng xáng cạp trên hệ phao nổi 80
Hình 4.2:
Hố móng chế tạo xà lan 82
Hình 4.3:
Ụ nổi chế tạo xà lan 82
Hình 4.4:
Đường triền thi công 84
Cấu kiện phá sóng chân đê 91
Hình 4.13:
Cần cẩu lắp đặt kết hợp với thợ lặn hỗ trợ dưới nước 91
BẢNG BIỂU
Bảng 2.1.
Đường mực nước lớn nhất dọc sông Sài Gòn theo một số kịch bản 27
Bảng 2.2.
Chiều cao sóng và chu kỳ sóng theo tần suất lặp lại 29
Bảng 2.3.
Tốc độ gió gần khu vực Vũng Tàu tương ứng với chu kỳ lặp lại 30
Bảng 2.4.
Mực nước đỉnh triều tại các trạm thủy văn ứng với tần suất xuất hiện.31
Bảng 2.5.
Thông số cơ lý của lớp đất 32
gây ra xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt, vấn đề úng ngập, thoát lũ đối với nước ta,
đặc biệt là vùng Đồng Tháp Mười (ĐTM) và thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM)
với xu hướng ngày càng gia tăng và càng trở lên tiêu cực hơn. Đặc biệt là khu vực
Tp.HCM khi mưa cực đoan trên lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn kết hợp triều
cường – nước biển dâng đang làm gia tăng tình trạng ngập lụt cho thành phố. (a) Ngập lụt do triều cường (b) Lúa chết do nhiễm mặn
(c) Thiếu nguồn nước ngọt
(d) Diện tích đất liền bị thu hẹp
Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam
2
Để giải quyết tình trạng ngập úng do triều và lũ ở Tp.HCM, Bộ Nông nghiệp
và Phát triển nông thôn (NN&PTNT) đã trình Chính phủ phê duyệt quy hoạch
(Quyết định số 1547/QĐ – TTg ngày 28/10/2008) với việc xây dựng hệ thống đê
bao dài 187 km, 12 cống lớn, 22 cống có khẩu độ từ 7,5m đến 60m và 70 cống có
khẩu độ từ 2m đến 5m. Giai đoạn I bảo vệ vùng I (bờ hữu sông Sài Gòn, Nhà Bè,
Vàm Cỏ, Vàm Cỏ Đông) diện tích 140.000ha; giai đoạn I của dự án đã thực hiện
được hơn hai năm.
Quy hoạch chống ngập úng khu vực TP. Hồ Chí Minh
Song song với việc thực hiện dự án chống ngập thì cũng có nhiều đề tài,
chương trình hay dự án khác đã và đang được triển khai nhưng nhìn chung vẫn chưa
cải thiện được tình hình khu vực. Đặc biệt là Tp.HCM vẫn bị ngập mỗi khi có mưa
lớn hay thủy triều lên cao (mới đây nhất ngày 20/10/2013 triều cường đã đạt đỉnh
3
+1,68 tại trạm Phú An trên sông Sài Gòn; vượt mốc lịch sử). Điều này đòi hỏi cần
Bước đi đầu tiên là thực hiện đề án “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn
cho việc xây dựng tuyến đê biển đa mục tiêu Vùng Tàu - Gò Công“, bao gồm 6 đề
tài với các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể. Đề tài: ”Nghiên cứu kết cấu và các giải
pháp xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công” mang mã số ĐTĐL.2011-G/40
là một trong những đề tài thuộc đề án.
Dự án đê biển Vũng Tàu - Gò Công là một dự án tổng thể, đa mục tiêu, nó bao
gồm nhiều hạng mục công trình như: Hệ thống đê biển, các công trình cống kiểm
soát triều, hệ thống Âu thuyền, hệ thống cầu giao thông trên đê. Mỗi hạng mục công
trình đảm nhiệm một chức năng, nhiệm vụ riêng biệt, nhưng luôn đảm bảo sự thống
nhất chung về mặt tổng thể cho toàn bộ công trình. Đây là vấn đề kỹ thuật phức tạp,
trong khi đó mặc dù hệ thống đê biển của nước ta đã được xây dựng và hình thành
từ rất sớm nhưng công nghệ xây dựng nói chung và xây dựng mới đê biển nói riêng
tại Việt Nam còn lạc hậu rất nhiều so với các quốc gia trên thế giới, các công trình
đê biển và công trình ngăn sông còn nặng về hình thức kết cấu, mang tính truyền
thống nên hiệu quả lợi dụng tổng hợp và tính thẩm mỹ chưa cao.
Vì vậy việc nghiên cứu một cách kỹ lưỡng giải pháp kết cấu và biện pháp thi
công xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công nhằm đảm bảo hài hòa giữa lợi
ích và môi trường sinh thái, phù hợp với điều kiện của Việt Nam là hết sức cần
thiết.
5
Đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp xây dựng đê biển Vũng Tàu – Gò
Công bằng tổ hợp xà lan bê tông cốt thép với vật liệu tại chỗ” sẽ tập trung nghiên
cứu giải pháp kết cấu và thi công cho hạng mục đê biển theo phương án sử dụng tổ
hợp xà lan bằng bê tông cốt thép tạo ổn định cho đê là một trong những giải pháp đê
được đề xuất nghiên cưu. Trên cơ sở nghiên cứu kế thừa các công nghệ xây dựng đã
và đang phát triển trên thế giới cũng như trong nước để đề xuất giải pháp về kết cấu
và phương pháp thi công.
II. Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương án và tính toán kết cấu, đề xuất giải
+ Phương pháp chuyên gia.
+ Phương pháp phân tích, tổng hợp.
IV. Kết quả đạt được của luận văn:
Tổng quan về các hình loại công trình đê biển;
Đề xuất một số giải pháp kết cấu công trình đê biển có thể ứng dụng để xây
dựng trên tuyến Vũng Tàu - Gò Công.
Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu cho phương án chọn.
Phương pháp tính toán kết cấu cho phương án lựa chọn.
Đề xuất giải pháp thi công đê biển theo phương án lựa chọn.
7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới
[3]
Ngay từ xa xưa đê biển đã được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu cho việc
chống lại các tác hại do thủy triều, gió bão, ngập lụt và cả mở rộng thêm đất đai
(quai đê lấn biển). Ngày nay, với sự phát triển khoa học và kỹ thuật, đê biển được
xây dựng không chỉ nhằm mục đích bảo vệ ngăn triều và chống ngập lụt cho các
khu vực thấp mà còn lợi dụng tổng hợp đa mục tiêu như tạo hồ dự trữ nước ngọt
phục vụ phát triển nông nghiệp, thủy sản, hình thành các khu đô thị, khu kinh tế,
cảng biển mới, tạo trục giao thông kết nối các vùng, các khu kinh tế, phát triển du
lịch trong vùng, xây dựng các nhà máy điện triều…
Cho đến nay, nhiều nước trên thế giới đã và đang xây dựng những tuyến đê
biển có quy mô lớn với nhiệm vụ tổng hợp như : Hà Lan, Triều Tiên, Hàn Quốc, Ấn
Độ, Bangladesh, Nga, Mỹ …
Các dạng công trình đê biển chủ yếu được sử dụng hiện nay bao gồm:
- Đê biển dạng truyền thống mái nghiêng;
- Đê biển có kết cấu dạng tường đứng;
- Đê biển có kết cấu dạng xà lan, thùng chìm
9
- Kênh thoát nước: cho phép dòng thấm sau khi chảy ra được tiêu thoát đi,
đảm bảo kết cấu đê biển không bị suy yếu khi gặp trường hợp bão hòa nước.
Hình 1.4: Mặt cắt ngang đê qua các thời kỳ
Đê biển ở Hà Lan đã được nâng cấp hai lần trong thế kỷ 20. Tất cả đê biển đều
cần thiết được xây dựng đến cao trình +4,30. Sau trận lũ thảm họa năm 1953, cao
trình đê đã được quyết định nâng lên đến mức +7,65m. Phần nửa dưới của đê cho
thấy cao trình trước và sau khi nâng cao về phía trong của đê.
* Hệ thống đê biển Afsluitdijk
Đê biển Afsluitdijk là một trong những minh chứng điển hình nhất cho đất
nước Hà Lan trong lĩnh vực đê biển. Công trình này chạy dài từ mũi Den Oever
(Noord Holland) lên đến mũi Zurich (Friesland). Mục đích chính của dự án là nhằm
giúp Hà Lan giảm thiểu tối đa các tác động của biển Bắc đến hoạt động thuỷ sản và
nông nghiệp khu vực các tỉnh phía Bắc.
Hình 1.5: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan
10
Tổng chiều dài tuyến đê biển hơn 30km, rộng 90m; với độ cao ban đầu 7,50m
trên mực nước biển trung bình, nền đất yếu được xử lý bằng thảm cây nhấn chìm
bằng đá hộc; 5 cống thoát với tổng lưu lượng qua cống 5.000m
3
/s, mỗi cống có 5
cửa rộng 12m, sâu 4m; âu thuyền đảm bảo cho tàu có tải trọng 6000 tấn. Thời gian
thi công được tiến hành trong khoảng thời gian có 6 năm từ 1927 đến 1933.
Giai đoạn thi công được tiến hành từ bốn điểm xuất phát, bao gồm hai đầu từ
hai phía đất liền và hai đảo thi công trung gian được hình thành ngay giữa biển Bắc.
Từ bốn điểm xuất phát này, chân đê cơ bản được mở rộng dần bằng cách đóng cọc
Hình 1.8: Mặt cắt ngang đê Saemangeum
12
Trên tuyến đê còn có hai hệ thống xả lũ có khả năng thoát nước lên đến 16.000
m
3
/s. Hệ thống xả lũ Garyeok có 8 cổng và hệ thống xả lũ Shinsi có 10 cổng, mỗi
cổng rộng 30m cao 15m, được trang bị với hai hệ thống cửa van lên xuống ở hai
đầu nặng 484 tấn.
Đê có kết cấu dạng mái nghiêng với vật liệu hỗn hợp bao gồm đá, dăm sỏi và
cát. Thân đê được chia thành nhiều phần, trên đỉnh là đường giao thông rộng 35m.
1.1.3. Đê biển bảo vệ thành phố St. Peterburg – Nga
Vị trí công trình nằm gần vịnh Neva và vịnh Phần Lan, nối liền các thị trấn
Gorki; Kronstadt và Lomonosov với chiều dài tổng cộng là 25,4km, trong đó có
22,2km băng ngang vịnh Phần Lan ở độ sâu trung bình 2,9m.
Hệ thống đê biển St.Peterburg được xây dựng với mục đích bảo vệ thành phố
khỏi ngập lụt khi mực nước dâng lên với tần suất 0,01%, kết hợp làm đường giao
thông vành đai gồm 6 làn xe. Hình 1.9: Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg - Nga
Dự án được bắt đầu từ năm 1978 và tạm dừng từ năm 1990 đến đầu những
năm 2000, dự án tiếp tục vào năm 2005 và cuối cùng được khánh thành vào năm
2011. Tổng chi phí xây dựng của dự án là 109 tỷ Rubles (khoảng 3,85 tỷ USD).
Dự án bao gồm một tuyến đê bằng đất và đá liên kết các phần giữa các công
trình cửa xả và cổng hằng hải từ Kotlin đến phần bờ vịnh Phần Lan với chiều dài
đập là 23,4km. Bốn đập (D1-D4) tổng chiều dài 8118,5m nằm trong vùng nước phía
lên tới 140 dặm một giờ (193km/h), kèm theo là chiều cao nước dâng lên đến 6 m,
vượt đỉnh và tràn qua một nửa của hệ thống bảo vệ lũ lụt, nó đã nhấn chìm phía
đông nam của Lousiana. Đã có hơn 1.830 người bị mất nhà cửa khi cơn bão đi qua
và hậu quả mà nó để lại trong các khu vực ven biển của sông Mississippi, Alabama
và Louisiana là rất lớn. Vấn đề chính là New Orleans không có hệ thống chống bão
và bảo vệ lũ lụt. Các hệ thống đê hiện tại không được thiết kế chống lũ có tần suất
lớn. Sau khi cơn bão đi qua, vấn đề cấp thiết đặt ra với thành phố New Orleans là
nhu cầu về một hệ thống đê biển bảo vệ cho các cơn bão mới.
Vị trí của dự án nằm trong vùng đất ngập nước của hồ Borgne, phía đông của
thành phố New Orleans, gần với nơi hợp lưu của vịnh Intracoastal và cửa ra của
sông Mississippi. Hình 1.12: Vị trí của dự án New Orleans Surge Barrier
Mục tiêu của công trình được thiết kế là để làm giảm nguy cơ thiệt hại do bão
cho một số khu vực dễ bị ảnh hưởng nhất như: phía đông của New Orleans, các ga
tàu điện ngầm và khu vực St. Bernard Parish.
15
Công trình bao gồm một tuyến đê chống bão dài 1,8 km và 2 cửa xả. Cửa xả 1
có chiều rộng thông nước là 17m, ngưỡng cống đặt ở cao độ -2,4m. Cửa xả thứ 2
được xây dựng để phục vụ cho giao thông thủy trên vịnh Intercoastal. Cửa cống có
cấu tạo dạng cửa van cổng. Mỗi cửa có chiều rộng thông nước là 46m, cao trình
ngưỡng cống đặt ở -4,9m.
Điều kiện địa chất tại khu vực này tương đối mềm yếu, do đó vấn đề xử lý nền
là một trong những thử thách lớn đối với các kỹ sư thiết kế nền móng công trình.
Toàn bộ tuyến đê có cấu tạo bởi 1.271 cọc ống bê tông dự ứng lực đường kính
1,7m; chiều dài mỗi cọc là 44m, trọng lượng mỗi cọc là gần 96 tấn. Hệ thống cọc
xiên gia cường có cấu tạo là cọc ống thép được đóng xiên 1:1,5. Phần dầm đầu cọc
kết hợp làm cầu công tác là những khối bê tông đúc sẵn.
Copyright: Tài liệu đại học ©