LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn
GS.TS. Vũ Thanh Te 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 chân thành đến Lãnh đạo Sở Nông Nghiệp và phát triển nông thôn
Nghệ An, tập thể Ban Quản lý dự án ngành Nông nghiệp Nghệ An nơi tác giả đang
công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành chương trình học tập
và luận văn đúng thời hạn.
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
Đặng Quang Hào
BẢN CAM KẾT
Họ và tên học viên: Đặng Quang Hào
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu và biện pháp thi công cho tuyến kè
bảo vệ đê biển của huyện Quỳnh Lưu tỉnh Nghệ An”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết
1.1. Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới 4
1.1.1. Đê biển Hà Lan 4
1.1.2. Dự án đê biển Saemangeum – Hàn Quốc 7
1.1.3. Đê biển bảo vệ thành phố St. Peterburg – Nga 9
1.1.4. Công trình New Orleans - Mỹ 11
1.1.5. Đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên 13
1.2. Tổng quan các dạng công trình đê biển Việt Nam 14
1.2.1. Đê biển Bắc Bộ 15
1.2.2. Đê biển Miền Trung 18
1.2.3. Đê biển Miền Nam 23
1.3. Kết luận chương 1 24
1.4. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn 26
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHÙ
HỢP CHO TUYẾN ĐÊ BIỂN BÃI NGANG 27
2.1. Cơ sở lý luận xác định các yếu tố động lực biển tác dụng lên đê 27
2.1.1. Lý thuyết về sóng biển 27
2.1.2. Yếu tố sóng và các xác định 29
2.2. Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê, kè biển 32
2.2.1. Giải pháp bảo vệ mái đê, kè biển trên thế giới 32
2.2.2. Giải pháp bảo vệ mái đê kè của Việt Nam 41
2.3. Những sự cố, hư hỏng đã xẩy ra ở các công trình hiện nay 49
2.4. Các vấn đề cần nghiên cứu cụ thể cho tuyến đê biển 53 2.4.1. Yêu cầu chung 53
2.4.2. Yêu cầu cụ thể 54
2.4.3. Nghiên cứu, thiết kế ổn định kè biển 54
2.4.4. Hình dạng kết cấu mặt cắt đê biển 56
2.5. Lựa chọn mặt cắt ngang cho tuyến kè biển Bãi Ngang 59
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1:
Bản đồ đê biển ở Hà Lan 5
Hình 1.1: Mặt cắt ngang đê qua các thời kỳ 6
Hình 1.2: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan 6
Hình 1.3: Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk 7
Hình 1.4: Đê biển Saemangeum 8
Hình 1.5: Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum 8
Hình 1.6: Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg - Nga 9
Hình 1.7: Mặt cắt ngang đê St.Peterburg 10
Hình 1.8: Một số hạng mục công trình đê biển St. Peterburg 10
Hình 1.9: Vị trí của dự án New Orleans Surge Barrier 11
Hình 1.10: Mặt cắt ngang New Orleans 12
Hình 1.11: Đê Nam Pho – Bắc Triều Tiên 13
Hình 1.12: Hạng mục chính của đê biển Nam Pho 14
Hình 1.13: Kết cấu điển hình của đê biển ở Việt Nam 14
Hình 1.14: Mặt cắt điển hình đê biển Bắc Bộ 16
Hình 1.15: Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định 17
Hình 1.16: Mặt cắt điển hình đê biển miền Trung 18
Hình 1.17: Tuyến kè bảo vệ bờ Phước Thể, tỉnh Bình Thuận 21
Hình 1.18: Đê biển Cà Mau 23
Hình 1.19: Một số công trình đê biển ở Trà Vinh, Kiên Giang 24
Hình 2.1: Quy đạo hạt nước trong sóng 27
Hình 2.2: Quy đạo hạt nước trong sóng với độ sâu khác nhau 28
Hình 2.3: Hình vẽ biểu các yếu tố của sóng biển 30
Hình 2.4: Giải pháp gia cường mái đê ở Hà Lan 33
Hình 2.5: Cấu kiện bảo vệ mái bằng bê tông lắp ghép 33
Hình 2.6: Một dạng cấu kiện gia cố đê biển Nhật Bản 34
Hình 2.7: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường ở Hà Lan 34
Hình 2.36: Bão số 2-2005 mái hạ lưu bị phá huỷ toàn bộ do sóng tràn 53
Hình 2.37: Mặt cắt đê biển dạng mái nghiêng 57
Hình 2.38: Mặt cắt đê biển dạng tường đứng 58
Hình 2.39: Mặt cắt ngang đê biển hỗn hợp trên nghiêng, dưới đứng 58
Hình 2.40: Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp trên đứng, dưới nghiêng 59 Hình 2.41: Mặt cắt ngang đê biển tường bê tông – thân đê đất 59
Hình 2.42: Mặt cắt ngang đê biển tường bê tông – móng bằng đá 59
Hình 2.43: Mặt cắt ngang đê biển được lựa chọn 63
Hình 2.44: Tuyến đê biển thuộc huyện Quỳnh Lưu – Nghệ An 64
Hình 3.1: Vị trí của tuyến đê biển Bãi Ngang trên bản đồ tỉnh Nghệ An 67
Hình 3.2: Tuyến đê biển Bãi Ngang 67
Hình 3.3: Đường cong dao động mực nước triều trong một tháng 69
Hình 3.4: Chiều dài ảnh hưởng của sóng leo khi có tường chắn 78
Hình 3.5: Kết cấu tường chắn sóng 79
Hình 3.6: Kết cấu mặt đê 79
Hình 3.7: Phương pháp xác định K
od
theo cân bằng giới hạn 81
Hình 3.8: Mô hình tính toán ổn định 83
Hình 3.9: Kết quả tính toán ổn định tổng thể tuyến đê 84
Hình 3.10: Mặt cắt kè biển đại diện 85
Hình 3.11: Mặt bằng đoạn kè biển đại diện 86
Hình 3.12: Biện pháp trải vải địa kỹ thuật cho mái đê 88
Hình 3.13: Biện pháp thi công chân kè 90
Hình 3.14: Biện pháp gia cố chân kè 91
Hình 3.15: Gia cố đá hộc ngoài ống buy 91
Hình 3.16: Đổ bê tông dầm mái 92
Hình 3.17: Thi công đất đắp thân đê 92
biển. Trong quá trình hình thành và phát triển đất nước, ven biển Việt Nam đã có hệ
thống đê biển với quy mô khác nhau được hình thành qua nhiều thế hệ. Hệ thống đê
biển là tài sản lớn của đất nước, sẽ là cơ sở vững chắc tạo đà phát triển kinh tế, phục
vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đảm bảo an ninh quốc phòng ổn định
dân sinh. Đê biển không chỉ chống bão, ngăn mặn mà còn phải kết hợp đa mục tiêu
như giao thông, du lịch… Các nước phát triển trên thế giới đã có nhiều đầu tư công
nghệ, nhân lực vật lực, chính sách pháp luật để cải tạo, nâng cấp đê biển đáp ứng
được mục tiêu và nhiệm vụ. Tuy nhiên đê biển ở Việt Nam phần lớn mới chỉ đảm
bảo an toàn ứng với gió bão cấp 9 ở điều kiện mức triều trung bình đạt tần suất 5%.
Hầu hết các tuyến đê biển không đủ sức chống chọi với điều kiện thay đổi của biển
do sự biến đổi bất thường của biến đổi khí hậu làm nước biển dâng đã và đang gây
ra xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt, vấn đề úng ngập, thoát lũ đối với nước ta
Đặc
biệt tuyến đê biển Miền Trung hàng năm phải hứng chịu nhiều cơn bão với tần suất
xuất hiện ngày càng nhiều, tính chất ngày càng phức tạp làm ảnh hưởng tới cuộc
sống của người dân, phá hoại và hư hỏng các công trình mỗi khi cơn bão đi qua.
Trong những năm vừa qua, Chính phủ đã phê duyệt 2 chương trình nâng cấp
đê biển (chương trình nâng cấp đê biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam từ năm
2006; chương trình nâng cấp đê biển từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang từ năm 2009
đến năm 2020), đây là căn cứ quan trọng để tiến hành tính toán thiết kế các tuyến đê
biển đảm bảo ổn định trong điều kiện khí hậu đang biến đổi ngày càng khốc liệt và
khó lường như hiện nay. 2
Tuy vậy mỗi tuyến đê biển lại có hải động lực và các điều kiện tự nhiên khác
nhau nên trong quá trình đánh giá từng vị trí xây dựng công trình đê kè biển cần có
những nghiên cứu chi tiết và cụ thể để đưa ra các giải pháp xây dựng tuyến công
trình bảo vệ phù hợp với mục tiêu và nhiệm vụ là bảo vệ dân cư và vùng diện tích
đất bị ảnh hưởng đồng thời đảm bảo ổn định cho tuyến đê vững chắc và kéo dài tuổi
+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm
ứng dụng.
+ Phương pháp chuyên gia.
+ Phương pháp phân tích, tổng hợp.
IV. Kết quả đạt được của luận văn:
Tổng quan về các giải pháp bảo vệ đê biển ở trong nước và trên thế giới;
Các giải pháp kết cấu công trình đê biển có thể ứng dụng để xây dựng cho
tuyến kè biển Bãi Ngang, huyện Quỳnh Lưu Nghệ An.
Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu cho phương án nghiên cứu.
Đưa ra giải pháp kết cấu bảo vệ dựa trên các thông số động lực biển tác
động vào tuyến kè biển.
Đề xuất biện pháp thi công kè biển. 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ
CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ
1.1. Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới
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 …
1.1.1. Đê biển Hà Lan
6
- 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 1.1: 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 1.2: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan 7
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 5.000m3/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.
trung bình 16m và chiều rộng đáy đê là 198m. Đoạn cao nhất có chiều cao trung
bình 35m với chiều rộng chân đê 290m. Cao trình đỉnh đê so với mực nước biển từ
+8,50m đến +11,0m.
Hình 1.5: Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum
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 9
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
[6]
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.
cửa thoát nước B1÷B6, 11 phân đoạn đê từ D1÷D11 cùng với các công trình phục
vụ điều hành chung. 11
Hệ thống cửa xả: cho phép luân chuyển nước qua lại, bảo tồn sự trao đổi nước
tự nhiên giữa vịnh Neva và vịnh Phần Lan ở phía Bắc và phía Nam, bảo vệ thành
phố khỏi ngập lụt khi gặp triều cường.
1.1.4. Công trình New Orleans - Mỹ
[6],[12]
Năm 2005, siêu bão Katharina đổ bộ vào đất liền New Orleans với vận tốc gió
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 1.9: 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.
sông TaeDong, cách thành phố Nam Pho - Bắc Triều Tiên khoảng 15km về phía
Tây. Tuyến đê có chiều dài 8km, được xây dựng bởi quân đội nhân dân Triều Tiên
trong vòng 5 năm, từ năm 1982 đến năm 1986.
Hình 1.11: Đê Nam Pho – Bắc Triều Tiên
Mục tiêu chính của dự án là:
+ Nâng cao mực nước sông Taedong và tăng lưu lượng phục vụ giao thông
đường thủy.
+ Phòng chống xâm nhập mặn vùng cửa sông, giải quyết các vấn đề về nguồn
nước cho các khu vực lân cận.
+ Giải quyết nhu cầu tưới tiêu và mở rộng diện tích đất nông nghiệp.
Đê biển Nam Pho không chỉ giúp nền kinh tế của khu vực Nam Pho phát triển
mà còn biến sông Taedong thành một hồ nước nhân tạo, đảm bảo nước sạch phục
vụ cho nông nghiệp, cuộc sống hàng ngày của người dân và tránh nguy cơ lũ lụt.
Đê có kết cấu dạng đê mái nghiêng bằng vật liệu đất đá hỗn hợp, đê được kết
hợp làm tuyến đường sắt, đường cao tốc, đường đi bộ. Ngoài tuyến đê chính, công 14
trình còn có 36 khoang cửa cống tiêu thoát nước, 3 âu thuyền cho phép tàu thuyền
có tải trọng lên đến 50.000 tấn qua lại hàng ngày.
Hình 1.12: Hạng mục chính của đê biển Nam Pho
1.2. Tổng quan các dạng công trình đê biển Việt Nam
Hệ thống đê, kè biển Việt Nam được xây dựng, bồi trúc và phát triển theo thời
gian và do nhiều thế hệ thực hiện. Đê chủ yếu là đê đất, vật liệu lấy tại chỗ và do
người dân địa phương tự đắp bằng những phương pháp thủ công, hệ số đầm chặt
thấp, vật liệu đắp chưa đạt yêu cầu. Hệ thống đê, kè biển hình thành là kết quả của
quá trình nghiên cứu, phân tích, xây dựng để chống chọi với thiên nhiên, lấn biển
của các thế hệ người Việt Nam đi trước. Chính vì vậy đê không thành tuyến mà là
cửa
sông
Đê
cửa
sông
Trực tiếp
với biển
Tổng
1 Quảng Ninh 260 59,1 251,1 310,2 2-3 134,6 10
2 Hải Phòng 65 60,6 53,5 114,1 1,5-3 25,1 5
3 Thái Bình 70 81,7 69,9 151,6 1,5-3 31,4 4
4 Nam Định 62 47,5 57,2 104,7 3-5 23,5 4
5 Thanh Hóa 18 16,1 22,6 38,7 2 4,5 1
Tổng 475 265 454,3 719,3 219,1 24
Từ số liệu bảng trên ta thấy rằng: 48% chiều dài đê trực tiếp với biển đã có kè
bảo vệ. Tuy nhiên sau mồi lần mưa bão, chỉ có khoảng (10 ÷15)% kè có khả năng
chống chịu được sóng khi có bão cấp 9 triều cường, số đê kè còn lại thường xuyên
bị hư hỏng phải tu sửa hàng năm.
Vùng ven đồng bằng Bắc Bộ là một trung tâm kinh tế của cả nước, nhưng địa
hình thấp trũng, biển có biên độ thủy triều cao (khoảng 4 mét) và nước dâng do bão
lớn. Tuy nhiên đê biển Bắc Bộ có cao trình từ 3,5÷5,5m, mặt cắt đê rộng từ 4-6m
- Tuyến: Cơ bản được khép kín; phía trước bãi có cây chắn sóng như sú, vẹt.
- Cấu tạo: Mặt cắt ngang đê biển có dạng hình thang, mặt đê rộng từ (3÷5)m,
mái đê phía biển m
1
= (3÷4); phía đồng m
2
= (2÷2,5).
hai tuyến nên tuyến đê trong không được bảo vệ mái, đến nay tuyến đê ngoài bị vỡ
nên tuyến đê trong cấp thiết phải được củng cố, bảo vệ chống vỡ. (c) Đê biển Thịnh Long, Nam Định 2010
(d) Đê biển Nghĩa Hưng - Nam Định
Hình 1.15: Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định
- Nhiều đoạn đê biển, đê cửa sông chưa bảo đảm cao trình thiết kế, cao độ
đinh đê khoảng từ +3,5m đến +5m trong khi cao trình thiết kế là từ +5m đến +5,5m.
- Một số tuyến đê có chiều rộng mặt nhỏ gây khó khăn trong việc giao thông
cũng như kiểm tra, ứng cứu đê như các tuyến đê Hà Nam (Quảng Ninh), đê biển
Hải Hậu, Giao Thủy (Nam Định), đê biển số 5, 6, 7, 8 (Thái Bình),
Copyright: Tài liệu đại học ©