i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực
hiện. Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn Đỗ Hữu Linh
ii
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Thiều
Quang Tuấn là ngƣời hƣớng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận văn. Xin cám ơn
Thày đã dành nhiều công sức, trí tuệ và thời gian để tác giả hoàn thành luận văn
nghiên cứu đúng thời hạn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới tập thể Thày, cô giáo khoa Kỹ thuật Biển
đã có những đóng góp quý báu giúp tác giả hoàn thiện luận văn một cách hoàn
chỉnh hơn.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã
động viên, khuyến khích để tác giả hoàn thành luận văn nghiên cứu.
Tác giả Đỗ Hữu Linh iii
MỤC LỤC
2.3.3 Mặt bằng bố trí và các đặc trƣng hình thái 27
iv
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ
THUẬT BẢO VỆ ĐƢỜNG BỜ TỈNH BẠC LIÊU 30
3.1 Giới thiệu về đƣờng bờ tỉnh Bạc Liêu 30
3.1.1 Phạm vi nghiên cứu 30
3.1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 30
3.1.2.1 Vị trí địa lý 30
3.1.2.2 Đặc điểm địa hình 31
3.1.2.3 Khí hậu 31
3.1.2.4 Điều kiện thủy văn 31
3.1.2.5 Điều kiện hải văn 32
3.1.2.6 Điều kiện địa chất 32
3.1.3 Phân tích đặc điểm hệ thống công trình đê, kè biển đã xây dựng 32
3.2 Tính toán thiết kế đê ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật 33
3.2.1 Mục đích của việc thiết kế 33
3.2.2 Các tài liệu thiết kế 33
3.2.2.1 Tài liệu các mực nƣớc 33
3.2.2.2 Tài liệu sóng nƣớc sâu 35
3.2.2.3 Tài liệu địa hình 36
3.2.2.4 Tài liệu địa chất 36
3.2.3 Các thông số thiết kế 37
3.2.3.1 Mực nƣớc thiết kế 37
3.2.3.2 Xác định sơ bộ độ sâu sóng vỡ 37
3.2.3.3 Lựa chọn vị trí đặt công trình 38
3.2.3.4 Lựa chọn chiều dài của đê ngầm và khoảng cách giữa các đê ngầm 38
3.2.3.5 Chiều cao sóng trƣớc chân công trình 39
3.2.4 Lựa chọn sơ bộ kích thƣớc hình học của đê ngầm 43
3.2.4.1 Hệ số mái đê ngầm 43
vi
HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Bãi biển tại Sheraton Hotel, Jumeirah trƣớc khi xử lý. 3
Hình 1-2. Bãi biển tại Sheraton Hotel, Jumeirah sau khi xử lý. 3
Hình 1-3. Thi công bao địa kỹ thuật 4
Hình 1-4. Kè biển Stockton (2009). 4
Hình 1-5. Cửa sông Maroonchy (2005). 5
Hình 1-6. Hình ảnh tác động của sóng bão và thi công lắp bao địa kỹ thuật (2012). . 5
Hình 1-7. Mặt cắt ngang đại diện kết cấu bảo vệ bãi (Pauselli 2013). 5
Hình 1-8. Bãi trƣớc Durban trƣớc và sau khi nâng cấp (Pauselli 2013). 6
Hình 1-9. Bãi ngầm nhân tạo đƣợc thi công bằng bao địa kỹ thuật (Trƣờng hợp
nghiên cứu ở Australia,2000). 6
Hình 1-10. Mặt cắt ngang của đê ngầm đƣợc xây dựng năm 1995. 7
Hình 1-11. Kè bao quanh bởi bao địa kỹ thuật (Pianc,2011). 7
Hình 1-12. Cắt dọc mỏ hàn. 8
Hình 1-13. Cắt ngang mỏ hàn. 8
Hình 1-14. Cắt ngang mỏ hàn không neo. 9
Hình 1-15. Cắt ngang mỏ hàn có neo. 9
Hình 1-16. Sơ đồ bố trí các công trình Stabiplage 9
Hình 2-1. Đƣờng cong ổn định thủy lực mới đối với một kết cấu ngầm
(Dassanayake 2013) 12
Hình 2-2. Sự tính toán của thể tích theo lý thuyết ban đầu của bao địa kỹ thuật 13
Hình 2-3. Vải địa kỹ thuật không dệt (Trái) và vải địa kỹ thuật (Phải) (Ảnh:
Geosintex,2012) 15
Hình 2-4. Sắp xếp bao địa kỹ thuật nghiêng 15
o
so với phƣơng nằm
ngang(Dassanayake 2013) 19
vii
Hình 3-19 Chuyển vị đứng của các nền. 56
viii
Hình 3-20 Chuyển vị tại các điểm trong lớp đất 2 trên đƣờng thẳng qua tâm đê 57
Hình 3-21 Chuyển vị thẳng đứng của các điểm dƣới đáy móng 57
Hình 3-22 Áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣ trong nền. 57
ix
BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Các đặc tính vật lý của polypropylene polymers (PP) (PIANC, 2011) 16
Bảng 2-2: Các cƣờng độ của các kiểu nối khác nhau (đƣợc tra từ PIANC, 2011) 16
Bảng 2-3: Các góc ma sát và các hệ số ma sát đƣợc xác định từ thí nghiệm cắt trực
tiếp( Naue,2004; Reico,2007) 17
Bảng 2-4: Bảng các công thức tổng quát tính ổn định của đê ngầm 22
Bảng 3-1: Các thông số kinh nghiệm Dassanayake (2013) 46
Bảng 3-2 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 51
Bảng 4-1: Các thông số kinh nghiệm Dassanayake (2013) 64 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Trƣớc thực trạng xói lở bờ biển ngày một nghiêm trọng, để khai thác hết các
tiềm năng của biển và hạn chế những tác hại của biển gây ra, Nhà nƣớc ta đã đầu tƣ
cho nhiều dự án, công trình bảo vệ bờ biển. Bên cạnh phƣơng án truyền thống là đê,
kè bảo vệ bờ biển bằng kết cấu và vật liệu truyền thống nhƣ bê tông, đá… nhiều nơi
đã xây dựng thử nghiệm bằng các công nghệ mới, đó là bằng vải địa kỹ thuật chứa
cát ở trong tạo ra những giải pháp mềm chống xói lở bờ biển.
4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu.
Để giải quyết đƣợc các yêu cầu trên đây, tác giả đã lựa chọn các hƣớng tiếp
cận một cách toàn diện, đa chiều, từ đánh giá, kế thừa các kết quả, phƣơng pháp
nghiên cứu đã thực hiện, đến phân tích đầy đủ các cơ sở khoa học vững chắc để xây
dựng các kiến nghị thiết kế. Trên cơ sở đó ứng dụng vào các điều kiện thực tế của
đƣờng bờ nhằm giải quyết đƣợc các mục đích cụ thể. Cụ thể, các hƣớng tiếp cận đã
bao gồm:
- Kế thừa: Đề tài thu thập, phân tích và đánh giá các nghiên cứu, đề tài, dự
án liên quan để có cách nhìn tổng quan nhất về các vấn đề liên quan đã và đang
đƣợc nghiên cứu.
- Thực tế: Đề tài đã đi sâu phân tích các tham số ảnh hƣởng đến sự ổn định
của kết cấu đê ngầm kết hợp với phân tích các điều kiện hải văn, địa hình đƣờng bờ
khu vực Tỉnh Bạc Liêu để từ đó tính toán giải pháp đê ngầm kết cấu bao địa kỹ
thuật cho phù hợp với điều kiện cụ thể.
- Tổng hợp: Đề tài đã tổng hợp các nghiên cứu từ trƣớc về các giải pháp bảo
vệ bờ nói chung và giải pháp bảo vệ bờ bằng bao địa kỹ thuật nói riêng để từ đó đƣa
ra một giải pháp bảo vệ mới đó là giải pháp bảo vệ bờ bằng đê ngầm kết cấu bao địa
kỹ thuật.
- Dựa trên cơ sở khoa học: Hƣớng tiếp cận dựa trên một cơ sở khoa học
vững chắc sẽ tạo điều kiện định hƣớng đúng đắn cho mọi nghiên cứu. Đề tài đã
dựa vào các tham số ảnh hƣởng để đƣa ra phƣơng pháp tính toán ổn định cho bao
địa kỹ thuật.
3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN BẰNG
KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT
1.1 Tổng quan về giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu dạng bao địa kỹ thuật
trên thế giới.
Giải pháp bảo vệ bờ biển bằng kết cấu bao địa kỹ thuật đã đƣợc tiến hành
trƣớc chân công trình là 3.0m. Các groyne dài 100m, rộng 2.5m, đƣợc thi công với
các bao địa kỹ thuật 2.5m
3
.
5 Hình 1-5. Cửa sông Maroonchy (2005).
Dự án nâng cấp bãi trƣớc Durban, tỉnh KwaZulu-Natal, miền Đông Nam Phi
dài 7km và rộng 17m đƣợc bắt đầu từ tháng 6 năm 2009 và kết thúc vào tháng 7
năm 2013. Các bao địa kỹ thuật đƣợc sử dụng có kích thƣớc 2.1 x 1.8 x 0.55m, gồm
hai lớp bao.
Hình 1-6. Hình ảnh tác động của sóng bão và thi công lắp bao địa kỹ thuật (2012). Hình 1-7. Mặt cắt ngang đại diện kết cấu bảo vệ bãi (Pauselli 2013).
6 Hình 1-8. Bãi trƣớc Durban trƣớc và sau khi nâng cấp (Pauselli 2013).
Dự án “Bãi ngầm Narrowneck” ở Australia. Để bảo vệ chức năng của bãi
biển dọc theo mặt cắt ngang quan trọng cũng nhƣ cải thiện các điều kiện sóng vỗ,
một bãi ngầm nhân tạo đã đƣợc thi công với 400 bao địa kỹ thuật đƣợc đặt ở đáy
biển. Bãi ngầm này đƣợc thi công trong năm 2000 và đã chứng minh tính hiệu quả
trong việc bảo dƣỡng chức năng của bãi.
Hình 1-9. Bãi ngầm nhân tạo đƣợc thi công bằng bao địa kỹ thuật (Trƣờng hợp
nghiên cứu ở Australia,2000).
Dự án “Đê ngầm bằng túi cát bảo vệ bờ biển dọc theo vùng ven biển Emilia
Hỡnh 1-12. Ct dc m hn.
Hỡnh 1-13. Ct ngang m hn.
-1.49
-1.40
-1.49
-1.40
-1.01
-0.71
-0.57
-0.06
0.19
0.39
7.00 5.00 4.00 8.00 6.00 10.00 15.00 10.40 8.00
Bao bơm cát
Tỷ lệ: 1/200
5000
Cọc phi lao D=15cm; L=3m; a=1m
Tỷ lệ: 1/100
Dây thép buộc D=6mm xoắn 2 lần; a=1m
Đóng ngập d-ới thềm cát 1,5m
Cát
Bao l-ơn cát bên trong có khung tre
Bè đệm 1/2 cây tre
200
40
120
40
20
130
CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC CHO TÍNH TOÁN
ỔNĐỊNH ĐÊ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT
2.1 Các tham số ảnh hƣởng.
2.1.1 Ảnh hưởng của chiều cao lưu không.
Phù hợp với Oumeraci và cộng sự (2003), sự ổn định thủy lực của các bao
địa kỹ thuật trên đỉnh phụ thuộc ban đầu vào chiều cao lƣu không tƣơng đối
=
ngƣợc lại sự ổn định thủy lực trên mái dốc của các bao địa kỹ thuật lại phụ
thuộc cơ bản vào chỉ số tƣơng tự sóng vỡ. Tuy nhiên, dữ liệu từ các kết quả thí
nghiệm hiện tại chỉ ra rằng các bao địa kỹ thuật trên đỉnh của các công trình đỉnh
thấp hoặc ngập trong nƣớc là phụ thuộc một cách mạnh mẽ vào cả chiều cao lƣu
không và cả thông số tƣơng tự sóng vỡ. Do đó, các đƣờng cong ổn định thủy lực đối
với các chiều cao lƣu không khác nhau đƣợc phát triển dựa trên một thể loại hƣ
hỏng; “sự dịch chuyển ban đầu”.
Một cách lý tƣởng, một đƣờng cong ổn định thủy lực đơn nên đƣợc tìm ra
thứ mà có thể mô tả ứng xử của các công trình bao địa kỹ thuật đỉnh thấp hoặc ngập
trong nƣớc với các chiều cao lƣu không lớn hơn 0 hoặc nhỏ hơn 0 khác nhau. Vidal
và cộng sự (1992) đã chỉ ra một mối quan hệ với chiều cao lƣu không tƣơng đối và
chỉ số ổn định (
=
2.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ cát được đóng vào bao.
Tỷ số cát đƣợc đóng vào bao địa kỹ thuật đã đƣợc định nghĩa nhƣ là một
thông số quan trọng đối với sự ổn định thủy lực của các công trình kết cấu bao địa
kỹ thuật (Venis 1967, Grune 2006, Oumeraci và cộng sự 2007, Oumeraci và Reico
2010, Wilms và cộng sự 2011). Nó ảnh hƣởng khả năng biến dạng của các bao địa
kỹ thuật, sự dịch chuyển của cát trong bao, và sức kháng chống lại sự trƣợt, thứ mà
ảnh hƣởng một cách trực tiếp đến sự ổn định thủy lực của một công trình kết cấu
bao địa kỹ thuật. Oumeraci và cộng sự (2007) đã trình bày một nghiên cứu tính hệ
thống để xác định tỷ lệ cát tối ƣu đối với bao địa kỹ thuật đƣợc sử dụng cho bảo vệ
hố xói của cọc đơn ngoài khơi để chống lại sóng bão trong máng sóng lớn
Hannover, Đức. Phù hợp với những gì họ tìm đƣợc, sự ổn định tăng lên với việc
tăng lên của tỷ lệ cát trong bao. Một ứng xử tƣơng tự của bao địa kỹ thuật cũng
đƣợc trình bày bởi Wilms và cộng sự (2011) đƣợc dựa trên một loạt các thí nghiệm
tỷ lệ lớn trên máng sóng. Do đó, không chỉ trọng lƣợng của bao địa kỹ thuật mà tỷ
lệ cát cũng ảnh hƣởng đáng kể đến sự ổn định của sự ổn định thủy lực của một bao
địa kỹ thuật nằm trên đáy biển.
13
Do đó, Oumeraci và Recio (2010) đã khuyến nghị thêm nghiên cứu mang
tính hệ thống để khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ cát trên các cơ chế hƣ hỏng thủy lực
của bao địa kỹ thuật. Hơn thế nữa, tỷ lệ cát ảnh hƣởng một cách cân nhắc sự thể
hiện một cách lâu dài của các kết cấu bao địa kỹ thuật. Từ đó, nghiên cứu tƣơng lai
nên đƣợc trực triếp hƣớng vào việc xác định một tỷ lệ cát tối ƣu bằng việc tính toán
đối với các đặc tính biến dạng của vải địa kỹ thuật và bằng việc cân bằng giữa ƣu
điểm và hạn chế của tỷ lệ cát cao và trung bình. Do đó nó đƣợc cân nhắc một cách
tới hạn ảnh hƣởng trên sự ổn định thủy lực và sự thực hiên một cách lâu dài, các
tiêu chuẩn tƣơng lai và các chỉ dẫn nên xử lý các vấn đề tỷ lệ cát của bao địa kỹ
thuật một cách rõ ràng (Oumeraci và Recio, 2010, Wisniewski và cộng sự 2012)
Mặc dù vậy tỷ lệ cát đƣợc tìm thấy là một hệ số chủ yếu kiểm soát sự ổn định
thủy lực của bao địa kỹ thuật, không có một công thức nào trong số các công thức
)
Trong đó:
- a = chiều dài của bao địa kỹ thuật [m]
- b = bề rộng của bao địa kỹ thuật [m]
Thể tích thực sự (V
thực sự
) của một bao địa kỹ thuật riêng biệt đƣợc tính toán
dựa trên khối lƣợng của nó và khối lƣợng thể tích của vật liệm thêm. Tỷ lệ cát đƣợc
thêm có thể đƣợc diễn tả nhƣ:
á ê =
ý
100
Trong đó:
-
=
ú
-
= khối lƣợng thể tích của vật liệu thêm vào (kg/m
3
)
Dassanayake và Oumeraci (2012) đã thực hiện các thí nghiệm vật lý để thiết
Hình 2-3. Vải địa kỹ thuật không dệt (Trái) và vải địa kỹ thuật (Phải) (Ảnh:
Geosintex,2012)
Phần lớn vải địa kỹ thuật đƣợc làm từ polypropylene polymers (PP) thứ mà
các đặc tính vật lý đƣợc chỉ ra trong Bảng 2-1bên dƣới. Các vải địa kỹ thuật đƣợc
dệt và đƣợc gắn chặt đƣợc sử dụng khi cƣờng độ kéo cao là đƣợc yêu cầu và các vải
địa kỹ thuật không đƣợc dệt đƣợc sử dụng khi khả năng biến dạng, tính thô và độ
16
thấm đối với hiệu quả tầng lọc đƣợc yêu cầu (PIANC, 2011). Các đặc tính của vải
địa kỹ thuật không đƣợc dệt làm cho nó lý tƣởng đối với việc sử dụng trong ứng
dụng bao địa kỹ thuật.
Bảng 2-1: Các đặc tính vật lý của polypropylene polymers (PP) (PIANC, 2011)
Đặc tính
(PP)
Các đơn vị
Khối lƣợng riêng
900
kg/m
3
Cƣờng độ chịu kéo
400-600
N/mm
2
Tính đàn hồi
2000-5000
N/mm
2
Đƣờng nối kiểu bƣớm
40-70 cƣờng độ của vải
Copyright: Tài liệu đại học ©