1
LỜI CẢM ƠN
Với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô,
đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp tác giả đã hoàn thành luận văn.
Tác giả luận văn xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến
GS.TS Nguyễn Chiến là thầy hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định
hướng khoa học cho luận văn.
Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy
Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác
giả học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Công ty TNHH MTV KTCT thủy
lợi An Hải và lãnh đạo Ban chuẩn bị dự án quai đê lấn biển Tiên Lãng - Hải
Phòng đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trong quá trình học tập cũng như
hoàn thiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè
và đồng nghiệp đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành quá trình
học tập và viết luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2014.
Tác giả
Trần Thị Thủy
2
VẢI ĐỊA KỸ THUẬT CHỨA CÁT 73
3.1. Kích thước cơ bản của mặt cắt 73
3.1.1. Xác định cao trình đỉnh đê 73
3.1.2. Xác định chiều cao san nền thiết kế 75
3.1.3. Thân đê 77
3.1.4. Chiều rộng và kết cấu mặt đê: 78
3.1.5. Mái đê: 79
3.2.Phân tích ứng suất - biến dạng và ổn định của đê và nền 79
3.2.1. Mục đích tính toán 79
3.2.2. Lựa chọn phương pháp tính 80
3.2.2.2. Ứng dụng mô hình toán 89
3.2.2.3. Lựa chọn phần mềm tính toán 91
3.2.3. Lựa chọn mặt cắt tính toán 92
3.2.4. Trình tự thi công và các bước tính toán 93
3.2.5. Mô hình tính toán 94
3.2.6. Kết quả tính toán và phân tích 96
3.2.7. Tính toán cho phương án rút ngắn thời gian chờ cố kết. 104
3.3. Tính toán lớp bảo vệ mái 110
3.3.1. Xác định các loại tải trong tác dụng lên mái đê: 110
3.3.2. Tính toán sơ bộ lớp gia cố mái nghiêng.
114
3.3.3. Thiết kế tầng đệm và tầng lọc ngược 116
3.3.4. Thiết kế chân khay 116
3.3.5. Thiết kế lăng trụ đá phản áp 117
3.3.6. Thiết kế tường đỉnh 118
3.4. Giải pháp thi công 118
3.4.1. Trình tự thi công quai đê lấn biển 118
4
3.4.2. Phương pháp thi công các bộ phận của đê 119
Hình 1.17 - Cắt ngang kết cấu đê biển dạng 1 32
Hình 1.18- Cấu kiện kè mái đê 33
Hình 1.19 -Cấu tạo đê biển dạng 2 34
Hình1.20 - Mặt cắt ngang đê biển dạng 3 35
Hình 1.21 - Kết cấu đê biển dạng tường ô vây 37
Hình 1.22 - Mặt cắt ngang đê biển dạng 5 38
Hình 2.1 – Vị trí xây dựng tuyến đê quai lấn biển Tiên Lãng 42
6
Hình 2.2 - Tuyến đê quai lấn biển Tiên Lãng 43
Hình 2.3 – Hình dạng mặt cắt ngang túi vải địa kỹ thuật 58
Hình 2.4 - Mặt cắt đại biểu đê đất đắp 60
Hình 2.5 - Hình ảnh thi công đê quai lấn biển Seamangeum 61
Hình 2.6 - Mặt cắt đại biểu thân đê bằng đá đổ 62
Hình 2.7 - Túi vải địa kỹ thuật trong quá trình thi công 64
Hình 2.8 - Mặt cắt đại biểu thân đê bằng các túi vải địa kỹ thuật chứa cát 64
Hình 2.9 - Hình ảnh đê quai lấn biển bằng cọc bê tông 66
Hình 2.10 - Mặt cắt đại biểu thân đê bằng cọc ống bê tông cốt thép đóng xiên 66
Hình 2.11 - Sử dụng túi vải địa kỹ thuật xây dựng cảng tại Busan, Hàn Quốc, 70
Hình 2.12 - Sử dụng túi vải ĐKT đắp đê lấn biển tại Hàng Châu, Trung Quốc 70
Hình 3.1- Tổ hợp 349 trận bão trong lịch sử hoạt động trên biển Đông 74
Hình 3.2 – Vị trí tính sẵn đường tần suất mực nước biển tổng hợp 74
Hình 3.3 - Mặt cắt đại diện thân đê bằng túi cát vải địa kỹ thuật
79
Hình 3.4: Xác định mômen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn. 82
Hình 3.5: Xác định góc ma sát và lực dính huy động. 86
Hình 3.6: Quan hệ ∑Msft ~ chuyển vị 88
Hình 3.7: Mô hình tính toán 95
Hình 3.8: Lưới phần tử phân tích 95
Hình 3.9: Điểm khảo sát chuyển vị 96
8
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 - Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng lớp đất 3,4,5 45
Bảng 2.2 - Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng lớp đất 6,7,7a 46
Bảng 2.3 -Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng lớp đất 8,9,10 48
Bảng 2.4 -Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng lớp đất 10a,10b,11 49
Bảng 2.5 - Các đặc trưng mực nước triều 55
Bảng 3.2 - Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại hố khoan HD18.93
Bảng 3.3 - Các thông số khai báo trong mô hình 94
Bảng 3.4 - Kết quả tính toán chuyển vị nền theo Plaxis 101
Bảng 3.5 - Độ cố kết của nền tại một số vị trí 102
Bảng 3.6 - Kết quả tính toán chuyển vị nền theo Plaxis 108
Bảng 3.7 - Độ cố kết của nền tại một số vị trí 109
Bảng 3.8 - Kết quả tính áp lực sóng cực đại 112
Bảng 3.9 - Kết quả tính toán điểm đặt của áp lực sóng lớn nhất 112
Bảng 3.10 - Kết quả tính toán tọa độ áp lực
113
Bảng 3.11 - Kết quả tính áp lực đẩy nổi 114
Bảng 3.12 – Hệ số φ theo cấu kiện và cách lắp đặt 115
mục tiêu tạo quỹ đất làm hạ tầng xây dựng sân bay quốc tế Tiên Lãng - Hải
Phòng.
2. Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài là làm cơ sở khoa học để lựa chọn phương án kết
cấu hợp lý cho đê bao lấn biển Tiên Lãng tạo nền để xây dựng sân bay quốc
tế Tiên Lãng với quy mô sân bay 4F (Cấp sân bay 4F: trước hết phải là cảng
hàng không quốc tế và cả nước, có trên 2 đường cất hạ cánh cách nhau 250m,
tức là 1 lượt có thể cất cánh hoặc hạ cánh trên 2 máy bay cùng 1 lúc; có khả
năng tiếp nhận máy bay cấp E loại máy bay to nhất, có 2 tầng, thường thấy ở
hãng hàng không của Mỹ; hệ thống đường lăn có chiều rộng 2,3m; lề vật liệu
rộng 10,5m; gồm 1 đường lăn chính và 7 đường lăn nối 2 đường cất hạ cánh;
về hệ thống sân đỗ máy bay, đáp ứng hơn 30 vị trí đỗ và có thể mở rộng sân
đỗ, đảm bảo đáp ứng 50 vị trí đỗ, có tổng công suất đạt trên 20 triệu hành
khách/năm, trên 200.000 tấn hàng hóa/năm.)
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Tiếp cận các cơ sở khoa học, các công trình thực tế đã và đang thiết kế,
thi công, các tài liệu đo đạc làm cơ sở cho việc tính toán.
Sử dụng các phần mềm tính toán chuyên dụng tiên tiến để tính toán,
nghiên cứu để làm sáng tỏ các quan điểm khoa học.
4. Kết quả đạt được
- Đưa ra được tổng quan về công tác quai đê lấn biển ở Việt Nam và
giới thiệu các hình thức kết cấu của đê quai lấn biển.
- Phân tích các điều kiện xây dựng để đề xuất các giải pháp kết cấu ứng
dụng cho đê bao lấn biển Tiên Lãng – Hải Phòng.
- Tính toán chi tiết cho phương án nghiên cứu là đê bằng túi cát áp
dụng cho khu vực nước nông của dự án lấn biển Tiên Lãng, từ đó đưa ra các
kết luận, kiến nghị.
11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG
nên trong quá trình thi công gặp rất nhiều sự cố. Chủ yếu là các sự cố sau:
- Bão, thủy triều và sóng biển tràn qua các đoạn đê và đường trục vừa mới
đắp chưa đủ cao trình vượt triều, làm cuốn đi toàn bộ khối lượng đất mới đắp
(ví dụ như cơn bão số 2 (02/7/1981) đổ bộ vào bờ biển Ninh Bình với đỉnh
triều cao nhất lên tới (+3,90) làm toàn bộ tuyến đê Bình Minh 1 vừa mới đắp
ngập hoàn toàn trong nước và bị cuốn đi 3.600m đê; sóng đánh tuột mất 9.299
m
3
đất…).
- Đê bị trượt ngang khi đắp: do lớp bùn dưới nền đê rất loãng và dày trên
dưới không được vét đi, không gia cố lớp tiếp giáp với nền.
- Đê bị sạt trượt trong quá trình đắp do tốc độ thi công nhanh (tốc độ đắp
nhanh để đảm bảo cao trình vượt triều) dẫn đến mất ổn định mái đê do đất
chưa kịp cố kết.
- Đê bị lún nhiều và quá trình lún kéo dài do đất nền, đất đắp là đất yếu,
đất sét chảy có hệ số thấm nhỏ.
Qua các thời kỳ lịch sử quai đê lấn biển, ông cha ta đã đúc rút ra được
nhiều kinh nghiệm và những biện pháp xử lý các sự cố trong quá trình quai đê
như sau:
- Lựa chọn thời gian đắp đê khi có triều thấp, không có gió bão để tránh
đê bị sóng biển và thủy triều tràn qua phá hoại.
- Xử lý lớp tiếp giáp nền: vét sạch bùn loãng, lót nền bằng bó cây hoặc đá hộc.
- Lựa chọn thời gian thi công, đưa ra tiến độ thích hợp, chiều dày các lớp
đắp phù hợp để đắp các lớp trên đảm bảo thời gian cố kết ổn định lớp dưới
không gây sạt trượt khi thi công. Lựa chọn hệ số mái phù hợp đảm bảo đê ổn
định trong quá trình thi công và quản lý vận hành.
13
- Ngày nay ta có thể áp dụng đắp đê biển bằng đất có cốt, dùng vải địa kỹ
thuật và các phương pháp mới…để tăng nhanh quá trình cố kết của đất, tăng
(c) Đê biển Nghĩa Hưng - Nam Định
Hình 1.2 - Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định
Với ĐBSCL, tổng chiều dài tuyến đê là khoảng 1.359 km, trong đó 618
km đê biển và 741 km đê cửa sông. Chiều dài đê cửa sông là 30 km cho sông
lớn và 10÷15 km cho các sông rạch nhỏ. Hầu hết các tuyến đê biển nằm dọc
và cách bờ biển 200÷500m đối với tuyến biển Tây, 500÷2.000 m đối với các
tuyến biển Đông. Theo dự báo, nếu không chủ động ứng phó trong một
khoảng thời gian ngắn nữa do tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, nước
biển dâng cao sẽ làm cho khoảng 15.000÷20.000 km
2
tại ĐBSCL bị ngập,
trong đó có 9/13 tỉnh bị ngập gần như hoàn toàn, làm cho sản xuất nông
nghiệp gặp khó khăn lớn.Trong khi đó, độ cao và sức chịu đựng của hệ thống
15
tuyến đê biển tại ĐBSCL hiện chưa đáp ứng yêu cầu ngăn nước biển dâng và
sức tàn phá của sóng biển với cường độ mạnh. Đoạn đê biển đi qua huyện U
Minh, Trần Văn Thời, Phú Tân ở tỉnh Cà Mau và huyện Hòn Đất ở tỉnh Kiên
Giang thuộc tuyến biển Tây, kéo dài từ Cà Mau đến Kiên Giang dài khoảng
260km hiện bị xói lở nghiêm trọng. Theo quy hoạch gần 620km đê biển và
hơn 740km đê cửa sông tại vùng ĐBSCL được nâng cấp hoặc xây dựng mới
với chiều rộng mặt đê 6m kết hợp giao thông, mái trong m
t
=2÷3, mái ngoài
m
n
=3÷4, lưu không 10m phía đồng và 50m phía biển; bên ngoài đê là rừng
phòng hộ để bảo vệ và giảm sóng.
bất lợi từ biển.
-…v…v…
Ngoài ra, còn một số dự án xây dựng đê bao lấn biển quy mô lớn như:
- Dự án xây dựng tuyến đê lấn biển từ Vũng Tàu – Gò Công và các hạng
mục công trình phụ trợ khác như cống kiểm soát triều, âu thuyền, cầu giao
thông, v.v… không những sẽ tạo nên một hệ thống công trình phòng chống,
bảo vệ vùng nội địa khỏi bị lũ lụt và thiên tai khác từ phía biển mà còn hình
thành nên một khu vực rộng lớn đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và
du lịch sinh thái.
- Dự án xây dựng tuyến đê bao lấn biển Tiên Lãng – Hải Phòng tạo hạ
tầng xây dựng sân bay Quốc tế Tiên Lãng.
-….v…v…
17
Nếu như từ xa xưa con người luôn sợ hãi trước sự khắc nhiệt của thiên
nhiên thì nay - khi trải qua nhiều quá trình phát triển tư duy, tầm hiểu biết, con
người đã tiến hành các phương pháp dần khắc phục, cải tạo, lợi dụng thiên
nhiên để phục vụ cuộc sống của mình. Mỗi thời kì, mỗi giai đoạn đều có sự cải
tiến rõ rệt về quá trình đắp đê, vật liệu đắp đê, phương thức thi công và giải
pháp công nghệ đem lại hiệu quả tốt hơn trước để dần đáp ứng được nhu cầu,
bảo vệ lãnh thổ và khát vọng chinh phục thiên nhiên của con người Việt Nam.
1.2 Đặc điểm kết cấu của đê bao lấn biển.
1.2.1 Tổng quát về các điều kiện xây dựng đê bao lấn biển.
1.2.1.1 Điều kiện địa hình
Tiền đề để xây dựng đê bao lấn biển là khu vực xây dựng tuyến đê phải
nằm trong quy hoạch tổng thể của hệ thống công trình khai thác vùng đất mới
cửa sông ven biển, quy hoạch hệ thống kênh mương thủy lợi, hệ thống đê
ngăn và cống thoát nước trong khu vực được đê bảo vệ, hệ thống giao thông
phục vụ thi công và khai thác cũng như các yêu cầu về thoát lũ, giao thông
thủy, bảo vệ môi trường, du lịch v.v…
đều nằm cuối các hệ thống thủy lợi hiện có. Cần tiến hành cung cấp nước
sạch song song với các kế hoạch quai đê lấn biển. Như khu vực Nghĩa Hưng
(Nam Định) là khu vực thuận lợi về nguồn nước ngọt hơn các khu vực khác
nhờ có 2 nguồn từ sông Đáy, sông Ninh Cơ. Khoảng cách từ các cửa lấy nước
đến vùng bãi khoảng dưới 20 km. Ở vùng đê lấn biển Cồn Xanh (Nghĩa
Hưng), do được quy hoạch từ trước nên hệ thống thủy lợi, thủy nông ở vùng
nuôi thủy sản đã khá hoàn chỉnh: từ cống lấy nước, cống tiêu nước, hệ thống
tưới tiêu riêng biệt đến tận các ô đầm.
19
Khu vực sẽ được đê bao bảo vệ phải đảm bảo không bị nước mặn xâm
thực quá gay gắt hoặc đã có định hướng phương pháp giải quyết vấn đề đó
nhằm đảm bảo sau khi xây dựng đê bao xong sẽ có quỹ đất phục vụ dân sinh
– xã hội, xây dựng hạ tầng kĩ thuật.
1.2.1.3 Điều kiện về vật liệu xây dựng
Khi xây dựng đê bao lấn biển, điều đầu tiên xét đến khi lựa chọn vật
liệu xây dựng chính là tận dụng tối đa vật liệu tại chỗ (vật liệu địa phương có
sẵn) hoặc khai thác ở các bãi vật liệu lân cận công trình đê.
Trong điều kiện không cho phép, vật liệu xây dựng có thể thu mua từ
nơi khác vận chuyển đến chân công trình với yêu cầu thuận tiện giao thông và
chi phí xây dựng đê bao sau vận chuyển vẫn ở mức cho phép và không tăng
giá lên quá cao so với tổng mức đầu tư ban đầu.
1.2.1.4 Điều kiện về khí tượng thủy văn hải văn
Để xây dựng đê bao lấn biển phải xét tới nhiệt độ khí hậu cao nhất và
thấp nhất, lượng mưa, giông bão, chế độ gió trung bình theo các hướng,…
trong nhiều năm trở lại. Ưu tiên xây dựng cho vùng chịu nhiều ảnh hưởng
khắc nhiệt và chịu nhiều gió bão tàn phá làm tăng nguy cơ mất mát của cải vật
chất, nước biển dâng cao làm gia tăng truyền mặn sâu vào lục địa, tăng cường
ngập lụt ven bờ, xói lở biển và làm suy thoái rừng ngập mặn.
Khi xây dựng đê bao lấn biển cần quan tâm đến mực nước dâng theo
kết cấu truyền thống, tận dụng vật liệu tự nhiên, thiết bị và biện pháp thi công
khá đơn giản, đã có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế và thi công. Tuy nhiên,
đê biển dạng này thường có kích thước mặt cắt ngang lớn, tốn nhiều vật liệu,
thời gian thi công dài, gây ô nhiễm môi trường và rủi ro trong quá trình thi
công cao. 21
Hình 1.4 - Mặt cắt sơ họa thân đê bằng đá hộc
+ Thân đê bằng cọc ống BTCT đúc sẵn đóng ken sít hoặc cừ bản bê
tông đóng ken sít chắn đất, chiều dài ống (cừ) đóng sâu vào nền tùy thuộc vào
cấu tạo địa chất của nền. Sử dụng lăng đá đổ phía ngoài cọc ống, có tác dụng
bảo vệ chân cọc ống, chống sự tác động của sóng biển gây xói, làm mất ổn
định của thân đê. Đây là một giải pháp tương đối gọn nhẹ, phù hợp với những
vùng có địa chất yếu. Tuy nhiên nhược điểm của loại kết cấu này là biện pháp
thi công phức tạp, đòi hỏi một số thiết bị thi công đặc chủng, khó kết hợp
đường giao thông, giá thành rất đắt.
Hình 1.5 - Mặt cắt sơ họa thân đê bằng cọc ống BTCT
Kết cấu đê rời khi gặp lún, lún không đều kết cấu thân đê dạng rời sẽ tự
chèn vào phần bị lún, từng phần rời rạc tự dịch chuyển mà kết cấu tổng thể
22
khụng b phỏ hng, vn m bo cho tuyn ờ lm vic bỡnh thng. Vi
dng kt cu ờ cng ny thỡ mt ct khỏ nh gn, kh nng gim súng leo
hn ch, ch phự hp vi cỏc v trớ cú chiu cao súng nh, a hỡnh t nhiờn
sõu thi cụng úng cc v thi cụng bờ tụng. Mt khỏc cn cú yờu cu phi
kt ni hi hũa vi cỏc cụng trỡnh khỏc trong quy hoch tng th chung ca
khu cụng nghip.
Cát đắp
Đá hộc dày 50cm
592
2725
Đờng ven biển
1210 1500
Cát san nền
2500
Hmax=+2.15
-1.00
Cát đắp
i
Vải địa kỹ thuật
Đất đắp k=0.9
Cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 D16 M300
Đá dăm 1x2 dày 20cm
Cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 D24 M300
Đá dăm 1x2 dày 20cm
Vải địa kỹ thuật
Đá hỗn hợp dày 50cm
Bao tải cát
Cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 D24 M300
Đá dăm 1x2 dày 20cm
Vải địa kỹ thuật
Đá hỗn hợp dày 50cm
Bao tải cát
Vải địa kỹ thuật
Đất đắp k=0.9
Cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 D16 M300
Đá dăm 1x2 dày 20cm
với nước dâng) với tần suất hiếm. Khoảng vài thập niên trước đây, quan điểm
thiết kế đê biển truyền thống ở các nước châu Âu là hạn chế tối đa sóng tràn
qua, do vậy cao trình đỉnh đê rất cao. Nhưng vì lượng sóng tràn qua là rất ít
nên mái phía trong đê thường được bảo vệ rất đơn giản như chỉ trồng cỏ bản
địa, phù hợp cảnh quan với môi trường. Nhìn chung, mặt cắt ngang đê điển
hình rất rộng, mái thoải, có cơ mái ngoài và trong kết hợp làm đường giao
thông dân sinh và bảo dưỡng cứu hộ đê. Ngoài ra, cơ đê phía ngoài còn đảm
nhận nhiệm vụ quan trọng là giảm sóng leo sóng tràn qua đê, góp phần hạ
thấp cao trình đỉnh đê thiết kế.
24
Một số tuyến đê điển hình trên thế giới như là:
-Đê biển Afsluitdijk là một trong những minh chứng điển hình nhất
cho đất nước Hà Lan trong lĩnh vực đê biển. 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 1.8 - Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan
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. 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 và phun trực tiếp sét tảng lăn xuống biển từ tàu
thi công, tạo nên hai chân đập nhỏ song song đồng thời, phần lòng giữa được
Copyright: Tài liệu đại học ©