LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện với sự nỗ lực của bản
thân tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài "Nghiên cứu cơ chế xói lở
do sóng tràn qua đập phá sóng đang thi công và giải pháp bảo vệ - Ứng dụng tính
toán cho công trình cảng Hòn La – Quảng Bình" với mong muốn đóng góp một
phần nhỏ của mình vào công tác nghiên cứu, đánh giá, tính toán về sóng và biện
pháp thi công, khắc phục sự cố đê chắn sóng cảng Hòn La – Quảng Bình. Để hoàn
thành luận văn này, ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ lớn lao của
các thầy cô, bạn bè và gia đình.
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo PGS.TS. Lê Xuân Roanh- người đã dành
nhiều thời gian hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Phòng đào tạo ĐH&
SĐH, các thầy cô giáo Bộ
môn Công trình, các thầy cô khoa Kỹ thuật Biển của
Trường Đại học Thuỷ lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời
gian tôi học đại học.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Nhà xuất bản, các tổ chức, cá nhân cho
phép sử dụng tài liệu đã công bố.
Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những tồn
tại, hạn ch
ế, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và trao đổi chân
thành của các thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 8 năm 2014

Tác giả luận văn

1.1.3. Chức năng, vai trò của đê phá sóng đối với công trình cảng 5
1.1.4. Phân cấp, phân loại đê chắn sóng 6
1.2. CÁC HÌNH THỨC VÀ DẠ
NG ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN CỨU
VÀ ÁP DỤNG 8
1.2.1. Đê chắn sóng mái nghiêng 8
1.2.2. Đê chắn sóng trọng lực tường đứng 10
1.2.3. Đê chắn sóng hỗn hợp 10
1.3.MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
THI CÔNG ĐÊ CHẮN SÓNG 12
1.3.1. Thời điểm và hình thức hư hỏng đê chắn sóng 12
1.3.2. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng 13
1.3.2.1. Hư hỏng đối với đ
ê chắn sóng tường đứng 13
1.3.2.2. Hư hỏng đối với đê chắn sóng mái nghiêng 13
CHƯƠNG II: KẾT CẤU CỦA ĐÊ CHẮN SÓNG VÀ BIỆN PHÁP THI
CÔNG 18
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG 18
2.2. KẾT CẤU MẶT CẮT NGANG ĐÊ CHẮN SÓNG 19
2.2.1. Đê chắn sóng mái nghiêng 19
2.2.2. Đê chắn sóng trọng lực tường đứng 22
2.2.3. Đê chắn sóng hỗn hợp 28
2.2.4. Đê chắn sóng bằng cừ, cọc 29

2.2.5. Đê chắn sóng có kết cấu đặc biệt 30
2.3. BỐ TRÍ VẬT LIỆU DỌC THEO TUYẾN ĐÊ CHẮN SÓNG 31
2.3.1. Bố trí vật liệu dọc đê chắn sóng tường đứng 31
2.3.2. Bố trí vật liệu dọc đê chắn sóng mái nghiêng 32
2.3.3. Bố trí vật liệu dọc đê chắn sóng hỗn hợp 32
2.3.4. Chọn cao trình đỉnh đê phá sóng doc theo tuyến 33

KHÁC NHAU 67
3.3.1. Cơ chế phá hoại chính khi sóng tràn qua đê 67
3.3.2. Vận tốc dòng chảy tràn trên đỉnh đê khi bị sóng tràn qua 67
3.3.3. L
ựa chọn vật liệu thích hợp 68
3.3.3.1. Bề rộng đê chắn sóng 68
3.3.3.2. Chiều dày lớp phủ và lớp lót 68
3.3.3.3. Giới hạn chân của lớp phủ chính 69
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 70
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CẢNG HÒN LA QUẢNG
BÌNH 71
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH ĐÊ CHẮN SÓNG CẢNG HÒN LA
71
4.1.1. Sơ lược về công trình 71
4.1.2. Quy mô, đặc điểm, hạng mục công trình dự kiến hoàn thành 71
4.1.3. Hiện trạng tuyế
n đê trước sự cố 74
4.1.4. Hiện trạng công trình sau sự cố 75
4.2. TÍNH TOÁN KIỂM TRA QUÁ TRÌNH XÓI LỞ VẬT LIỆU THÂN ĐÊ VÀ
ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ 76
4.2.1. Tính toán kiểm tra chiều cao sóng tại thời điểm xảy ra sư cố 76
4.2.1.1 Giới thiệu phần mềm Mike 21 76
4.2.1.2.Phạm vi ứng dụng của MIKE 21 SW 77
4.2.1.3.Chiều cao sóng tại thời điểm xảy ra sự cố 78
4.2.2. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực củ
a kết cấu đê nối hai đảo 80
4.2.2.1. Tính toán lưu lượng nước tràn qua đỉnh đê 80
4.2.2.2. Phân tích dòng chảy tràn trên đỉnh đê 82

4.2.2.3. Tính toán lực xô ngang cục bê tông 86


Phụ lục 3: Địa hình và lưới tính toán (regional model) 110
Phụ lục 4: Phân bố chiều cao sóng khi chưa có công trình (hướng E) 110
Phụ lục 5: Phân bố chu kỳ sóng khi chưa có công trình (hướng E) 111
Phụ lục 6: Bình đồ khúc xạ sóng khi chưa có công trình (hướng E) 111
Phụ lục 7: Phân bố hướng sóng khi chưa có công trình (hướng E) 112
Phụ lục 8: Phân bố chiều cao sóng khi có công trình (hướng NE) 112
Phụ lục 9: Phân bố chu kỳ sóng khi có công trình ( hướng NE ) 113
Phụ lục 10: Bình đồ khúc xạ sóng khi có công trình (hướng NE) 113
Phụ lục 11: Phân bố hướng sóng khi có công trình (hướng NE) 114

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1- 1. Khu nước - bể cảng của một cảng biển đặc trưng. 3
Hình 1-2. Hai tuyến đê chắn sóng liền bờ 4
Hình 1- 3. Sơ đồ luồng tầu vào cửa cảng 5
Hình 1- 4. Cách bố trí các tuyến đê chắn và cửa cảng 6
Hình 1-5 Mô hình cảng hai tuyến đê chắn sóng liền bờ 6
Hình 1-6: Đê chắn sóng dạng hổn hợp (Nguồn internet) 11
Hình vẽ 1-7. Đê hỗn h
ợp tường đứng trên mái nghiêng 11
Hình vẽ 1-8. Đê hỗn hợp mái nghiêng bên ngoài tường đứng 12
Hình 1-9: Một số kiểu phá hoại thường gặp với đê chắn sóng dạng tường đứng 13
Hình 1-10: Các kiểu phá hoại thường gặp với đê chắn sóng mái nghiêng 14
Hình 2-1. Chân khay nước nông 19
Hình 2-2. Chân khay nước sâu 19
Hình 2- 3. Thân đê mái nghiêng bằng đá 20
Hình 2- 4. Đê mái nghiêng bằng khối hộp 21

Hình 2 - 32. Đê chắn sóng bằng thùng chìm có các vách ngăn. 45
Hình 2 - 33. Mặt cắt ngang bến cảng Cái Lân. 45
Hình 2 - 34. Đúc và hạ thủy thùng chìm bằng đường triền. 46
Hình 2 - 35. Xe giá bằng tự cân bằng 48
Hình 2 - 36. Bố trí tời kéo đưa thùng chìm xuống nước 49
Hình 2 - 37. Khống chế lắp đặt khi thùng chìm kế tiếp nhau 50
Hình 2 - 38. Lắp đặt thùng chìm 51
Hình 2 - 39: Đê chắn sóng Hòn La bị cơn bão số 8 phá hủy khi đang thi công 53
Hình 3-1 Sóng tràn điển hình 56
Hình 3-2 Truy
ền sóng qua đê chắn sóng vách đứng 56
Hình 3-3 Truyền sóng điển hình 57
Hình 3- 4. Đồ thị xác định đường kính viên đá 61
Hình 3- 5. Đồ thị xác định đường kính viên đá khi S = 2 ÷ 2,5 62
Hình 3-7 Trạng thái cân bằng theo Iribarren (sóng rút) 63
Hình 3- 8. Sơ đồ xác định lực tác dụng lên khối bê tông đỉnh 66
Hình 3- 9. Sơ đồ tính toán ổn định khối bê tông đỉnh 66
Hình 4 – 1: Vị trí tuyến đập 1 và 2 72
Hình 4 - 2: Mặt cắt ngang đại diện đê chắn sóng 74
Hình 4 - 3: Hiện trạng tuyến đường đã đắp đến cao độ +2.5m 74
Hình 4 - 4: Đường đi bão Sơn Tinh (28-10-2012) 75
Hình 4 - 5: Mặt đê phía cảng bị phá hủy tiệm tiến của cửa xói thân đê 76
Hình 4 - 6: Vị trí các điểm trích rút chiều cao sóng 79
Hình 4 - 7: Hình dạng phân vùng dòng chảy tràn trên đê 83
Hình 4 - 9: Chiều cao lớp nước và vận tốc dòng chảy tràn tại khu B 85
Hình 4 - 10: Sơ đồ tính áp lực sóng 87


Hình 4 -11: Sơ đồ tính toán lực tác động lên cục bê tông dị hình 87
Hình 4 - 12: Cơ chế phá hoại đê điển hình của đê biển - Cơ chế 1, 2ª đã xảy ra và

Bảng 4.1 : Kết quả tính toán kiểm tra trị số sóng tại 14 điểm trên công trình 79
Bảng 4.2: Bảng thống kê chi
ều cao sóng ứng với đường kính viên đá tương đương
93
Bảng 4.3: Mực nước và lưu tốc tại 4 điểm trích xuất 95
Bảng 4.4: Thông số sóng, dòng tại 4 điểm của lòng dẫn 96 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
q

:Lưu lượng đơn vị (m3/m/s)
s
i
H

:Chiều cao hiệu quả của sóng tới
s
t
H

:Chiều cao hiệu quả của sóng truyền qua
c
R

:Chiều cao lưu không đỉnh so với mực nước tĩnh (SWL)
D :Đường kính viên đá
B :Chiều rộng đỉnh đê
0 p
s

FU
M

:Mômen lật do lực nâng
FH
M

:Mômen lật do lực ngang của sóng
Ru,2%
:Chiều cao sóng leo.
γ
β

:Hệ số chiết giảm do sóng tới xiên góc
γ
b

:Hệ số chiết giảm khi do đê
γ
f

:Hệ số chiết giảm do độ nhám trên mái dốc
1
MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đất nước ta với hơn 3260 km bờ biển là một thuận lợi rất lớn cho phát triển
kinh tế, song Biển cũng hàm chứa nhiều nguy cơ – đặc biệt nguy cơ xói mòn, xâm
thực, sóng thần, bão lũ do thiên tai tác động nghiêm trọng tới đời sống nhân dân,
tới phát triển kinh tế, an ninh quốc phòng.
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của

giải hợp lý.
VI. MỘT SỐ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN
Đề xuất một số dạng kết cấu đê chắn sóng mang tính tối ưu và bố trí vật liệu
dọc theo tuyến đập.
Biện pháp khắ
c phục cụ thể cho sự cố vỡ đê chắn sóng cảng Hòn La.
Chú ý trong thi công khi gặp sóng tràn qua đỉnh đập.
V.CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục, tài liệu tham khảo luận văn gồm có 4
chương:
Chương 1:
Giới thiệu chung về công trình cảng, các nhân tố ảnh hưởng đến
quá trình thi công đê chắn sóng
Chương 2:
Kết cấu của đê chắn sóng và công nghệ thi công
Chương 3:
Cơ chế phá hoại của đê chắn sóng khi bị sóng tràn qua
Chương 4
: Ứng dụng tính toán cho đê chắn sóng cảng Hòn La – Quảng Bình 3
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH CẢNG, CÁC NHÂN
TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐÊ CHẮN SÓNG

3 - Vïng cöa s«ng

Hình 1- 1. Khu nước - bể cảng của một cảng biển đặc trưng.
Thông thường chỉ có vùng 1 và vùng 2, trường hợp cảng biển không tiếp cận
với cửa sông thì khuyết vùng 3.
Phân loại theo vị trí thì cảng biển được phân loại thành: cảng đảo tự nhiên,
cảng đảo nhân tạo, cảng ngoài biển hở, cảng vịnh, cảng cửa sông
Khi xây dựng cảng người ta phải chọn những vị trí nước sâu thu
ận tiện cho tàu
bè vào cảng vận chuyển hàng đồng thời phải tận dụng được điều kiện tự nhiên để
4
giảm chi phí xây dựng các hạng mục khác như đê chắn sóng, hay giảm tối thiểu
lượng bùn cát bồi lắng vào cảng
Phân loại theo tác động của sóng thì cảng biển chia làm hai loại: có đê chắn
sóng và không có đê chắn sóng. Trừ các cảng ở cửa sông và trong các vịnh kín thì
đại đa số các cảng biển trên thế giới nhất là cảng nước sâu đều có các công trình đê
chắn sóng, đê ngăn cát nhằm vươn xa ra biển.
T
ất cả các bể cảng có đê chắn sóng bảo vệ gọi là bể cảng nhân tạo. Các tuyến
đê được chọn chủ yếu phụ thuộc vào hướng sóng tác dụng, sự vận chuyển của bùn
cát, phụ thuộc vào địa hình tự nhiên của khu đất và khu nước, sao cho tận dụng tối
đa được điều kiện địa hình để giảm chi phí xây dựng cảng. Trên hình 1-2 & 1-3 là
ví dụ chọn các tuyến đê chắn sóng.
5
2
1
6
4
2
3

Õ
n

®
ª

p
h
ô
BÓ c¶ng
H−
í
n
g

t
μ
u

v
μo
H
−
í
n
g

s
ã
n

b) Bïn c¸t vμo Ýt

Hình 1- 4. Cách bố trí các tuyến đê chắn và cửa cảng.
Đê chắn sóng cần phải bao được một vùng nước đủ rộng để cho tầu bốc xếp
hàng và leo đậu. Cửa cảng phải đủ rộng sao để cho luồng tầu chạy được dễ dàng.
Tuy nhiên khi cửa cảng rộng thì lại không tạo được độ lặng cần thiết trong khu
nước của cảng. Vì vậy khi bố trí tuyến đê ch
ắn sóng phải xem xét tất cả các yếu tố
sóng, gió, dòng vận chuyển bùn cát, chiều sâu nước và các điều kiện địa chất công
trình (Trích Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn sóng, TS. Đào Văn Tuấn
(2005) Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. Trang 1-1 ÷ 1-3)

Hình 1-5 Mô hình cảng hai tuyến đê chắn sóng liền bờ
1.1.4. Phân cấp, phân loại đê chắn sóng
Có nhiều cách để phân loại đê chắn sóng, sau đây là một số cách phân loại
thường dùng.
7
1.1.4.1. Phân cấp công trình đê chắn sóng
Cấp công trình đê chắn sóng bảo vệ cảng được xác định theo chiều cao sóng
tính toán của tần suất h1% tại chân công trình, chỗ có độ sâu lớn nhất dọc theo
tuyến đê chính (tại đầu đê sát cửa cảng):
- Cấp I, nếu h1% ≥ 7,0m là công trình đê vĩnh cửu;
- Cấp II, nếu h1% < 7,0m là công trình đê vĩnh cửu;
- Cấp III, nếu h1% < 5,0m cho đê vĩnh cửu và tất cả các đ
ê tạm.
Chỉ được phép tăng một cấp công trình đê chắn sóng so với quy định trên cho
các trường hợp sau:
Có ý nghĩa đặc biệt quan trọng (chủ quyền quốc gia, an ninh quốc phòng, xây
dựng kinh tế biển ).
Xây dựng trong điều kiện tự nhiên rất bất lợi (nền đất rất yếu, thi công gấp

1.1.4.5. Phân loại đê theo hình dạng mặ
t cắt ngang
Cách phân loại này là chính xác nhất vì nó phản ánh được các đặc trưng cơ
bản của kết cấu, không những về cấu tạo mà cả về phương pháp tính toán, các giải
pháp thi công. Dựa trên góc độ này kết cấu đê được phân thành:
+ Đê tường đứng trọng lực;
+ Đê chắn sóng mái nghiêng;
+ Đê chắn sóng bắng cừ, cọc;
+ Kết cấu đê hỗn hợp (nửa đứng, nửa nghiêng);
+
Đê thuỷ khí và các loại kết cấu đặc biệt khác.
(Trích Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn sóng, TS. Đào Văn Tuấn (2005)
Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. Trang 1-9 ÷ 1-11)
1.2. CÁC HÌNH THỨC VÀ DẠNG ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN
CỨU VÀ ÁP DỤNG
Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đê chắn sóng đã được nghiên cứu và áp
dụng rộng rãi để bảo vệ cho khu vực sau đ
ê tránh được các tác động của sóng. Dưới
đây là những hình thức đê chắn sóng thông dụng đã được nghiên cứu, áp dụng rộng
rãi ở Việt Nam và trên thế giới.
1.2.1. Đê chắn sóng mái nghiêng
Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng sớm nhất và được áp dụng rộng rãi
nhất. Đê chắn sóng mái nghiêng có thể được xây dựng bằng đá hoặc bằng khối bê
tông hoặc bằng cả đá và khối bê tông kế
t hợp. Đê được sử dụng ở những nơi có địa
chất không cần tốt lắm, độ sâu không quá 20m.
9
Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng rộng rãi nhằm tận dụng được các
vật liệu sẵn có, tại chỗ: đá, bêtông v.v Ngoài ra đê chắn sóng mái nghiêng còn ứng
dụng nhiều khối bêtông có hình thù kì dị nhằm tiêu hao năng lượng sóng và liên kết

sóng, Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. Trang 4-1)
10
1.2.2. Đê chắn sóng trọng lực tường đứng
Trong quá trình thiết kế thi công cho thấy công trình đê chắn sóng kiểu tường
đứng kinh tế hơn công trình đá đổ mái nghiêng do có hình dáng gọn nhẹ, giảm được
khối lượng các vật liệu xây dựng như đá và bê tông. Điều kiện cơ bản nhất để áp
dụng công trình kiểu tường đứng trọng lực là nền móng phải tốt. Đất nền lý t
ưởng
nhất cho công trình này là nền đá. Tuy nhiên với loại đất có khả năng chịu tải tương
đối tốt thì cũng có thể làm nền móng cho công trình trọng lực nhưng phải có biện
pháp gia cố chống xói lở ở đáy.
Mặt khác, một trong những yếu tố hạn chế khả năng thi công đê chắn sóng
trên nền đất rời là do ứng suất dưới lớp đệm đá trong móng công trình tương đố
i lớn
so với khả năng chịu tải của đất. Như vậy, công trình đê chắn sóng loại tường đứng
có thể được xác định theo các điều kiện sau:
-Trên nền đất đá mọi độ sâu.
-Trên nền đất rời với các điều kiện sau:
+ Với độ sâu lớn hơn 1,5÷2,5 lần chiều cao sóng tính toán thì đất nền trước
công trình phải được gia cố tại các v
ị trí được dự kiến sẽ bị xói;
+ Với độ sâu không quá 20÷28m (khi đó áp lực của công trình lên nền đất ở
giới hạn cho phép).
1.2.3. Đê chắn sóng hỗn hợp
Là đê chắn sóng kết hợp giữa hai kết cấu đập mái nghiêng và tường đứng. Đê
chắn sóng hỗn hợp được xây dựng ở độ sâu lớn hơn 20m. Hoặc trong trường hợp
cần làm giảm áp lực sóng lên tườ
ng đứng. Đê hỗn hợp khắc phụ nhược điểm và
phát huy ưu điểm của đê trọng lực và mái nghiêng. Đê mái nghiêng tốn nhiều vật
liệu nhưng có thể xây dựng trên nhiều loại nền đất, đê trọng lực tốn ít vật liệu nhưng

thần và một số tác động khác v v. Một trong các tác động quan trọng lên kết cấu
này trong suốt quá trình hoạt động của công trình là tác động của sóng biển.
Các loại lực tác động do sóng biển gây ra có thể là: áp lực sóng đứng, áp lực
sóng nhiễu xạ, áp lực sóng vỡ, áp lực sóng đổ, áp lực sóng leo, áp lực đẩy nổi…Tùy
theo hình dạng và hình th
ức kết cấu, vị trí công trình mà các lực tác dụng do sóng
tạo ra có thể khác nhau. Đối với các loại đê chắn sóng với các dạng mặt cắt khác
nhau, vấn đề hư hỏng cũng không giống nhau.
1.3.1. Thời điểm và hình thức hư hỏng đê chắn sóng
Thời điểm hư hỏng

c¶ng
biÓn
13
Các sự cố hư hỏng công trình ven biển xảy ra ở 2 thời điểm:
Hư hỏng khi đang thi công trình dở dang công trình. Tại thời điểm này công
trình chưa hoàn thành chưa đạt tần suất thiết kế mà sảy ra các thông số sóng, gió đạt
tần suất thiết kế công trình sẽ bị hư hỏng.
Hư hỏng sau khi công trình đã hoàn thành. Khi các thông số sóng, gió, động
đất vượt tần suất thiết kế sẽ
gây hư hỏng cho công trình.
Hư hỏng có thể xảy ra đối với một điểm, một đoạn hoặc toàn bộ công trình ở
một bộ phận, nhiều bộ phận hoặc tất cả các bộ phận.
1.3.2. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng
1.3.2.1. Hư hỏng đối với đê chắn sóng tường đứng

Hình 1-9: Một số kiểu phá hoại thường gặp với đê chắn sóng dạng tường đứng
- Kết cấu tường đứng của đê chắn sóng có thể bị trượt do trọng lượng bản
thân thiết kế không đủ, ma sát của lớp tiếp giáp không tốt.
- Phần dưới của đê chắn sóng bị lún, không đủ ổn định để đỡ thân đê.