Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
1LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập, nghiên cứu, được sự giảng dạy, giúp đỡ của các thầy
cô giáo trường Đại học Thủy Lợi và sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, đến nay luận văn
“Nghiên cứu ổn định mái hạ lưu đê biển khi có sóng và triều cường tràn qua với giải
pháp khắc phục bằng cỏ có gia cố” đã hoàn thành. Trong khuôn khổ của luận văn, với
kết quả nghiên cứu còn khiêm tốn, tác giả hi vọng có thể đóng góp một phần nhỏ trong
việc nghiên cứu một vấn đề còn tương đối mới mẻ ở Việt Nam.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp
đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Đặc
biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo, GS.TS. Ngô Trí Viềng,
người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Xin
kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe để tiếp tục cống hiến cho nền khoa học và giáo dục
của nước nhà. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn NCS Nguyễn Văn Thìn đã tạo điều
kiện giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn.
Mặc dù đã rất cố gắng, nỗ lực trong quá trình thực hiện luận văn nhưng do thời
gian và năng lực nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn chắc chắn còn có những thiếu
sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của quý thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 02 năm 2012
Tác giả
Phạm Văn Tuấn

1.1.

Tổng quan các đê biển thường có nước biển tràn qua 11

1.1.1.

Đê biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa) 11

1.1.2.

Đê biển Trung Bộ (từ Thanh Hóa đến Thuận Hải) 12

1.1.3.

Đê biển Nam Bộ (từ Đồng Nai đến Kiên Giang) 14

1.2.

Các giải pháp bảo vệ mái đê đã được áp dụng 15

1.2.1.

Bảo vệ bằng kè lát mái 15

1.2.2.

Bảo vệ mái bằng thực vật 22

1.2.3.


1.5.

Nhận xét và kết luận 39

CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ KHOA HỌC 41

2.1.

Cơ chế phá hoại đê biển do sóng tràn 41

2.2.

Tổng quan về nghiên cứu sóng tràn qua đê trong điều kiện bão 43

2.2.1.

Các khái niệm cơ bản 44

2.2.2.

Lưu lượng sóng tràn qua đỉnh đê 47

2.2.3.

Dòng chảy sóng tràn trên đỉnh đê 48

2.3.


Cơ sở lý thuyết 67

3.1.2.

Giới thiệu về chương trình BREID 70

3.2.

Các bước thực hiện 72

3.2.1.

Các điều kiện đầu vào 72

3.2.2.

Các bước thực hiện 73

3.2.3.

Kết quả tính toán 77

3.2.4.

Nhận xét kết quả tính toán 79

3.3.

Giới thiệu về công nghệ lưới địa kỹ thuật (Geogrid) và ô địa kỹ thuật

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

1. Những kết quả đạt được 98

2. Tồn tại và kiến nghị 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101
Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
5

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1.

Mặt cắt điển hình đê biển Bắc Bộ 12

Hình 1-2.

Đê Tiền Lang, Hải Hậu, Nam Định sau bão số 7 (2005) 12

Hình 1-3.

Mặt cắt điển hình đê biển Trung Bộ 13

Hình 1-4.

Tuyến đê biển Cẩm Xuyên (Hà Tĩnh) bị sóng biển tràn vào cuốn trôi 14


Hình 1-12.

Chân kè kiểu mảng bó cành cây 19

Hình 1-13.

Chân kè kiểu cọc cừ 19

Hình 1-14.

Chân kè kiểu đá đổ 19

Hình 1-15.

Chân kè ống buy 20

Hình 1-16.

Tiếp giáp giữa ống buy tròn và ống buy lục lăng 20

Hình 1-17.

Một số kiểu tầng lọc 21

Hình 1-18.

Một số loại vải địa kỹ thuật 21

Hình 1-19.


Hình 2-3.

Sóng tràn qua đỉnh đê 45

Hình 2-4.

Các dạng sóng vỡ: nhảy vỡ và dâng vỡ 47

Hình 2-5.

Sơ đồ tính toán chế độ dòng chảy (vận tốc, độ sâu) sóng tràn trên đỉnh đê
và mái phía trong (Schüttrumpf và Oumeraci, 2005) 48

Hình 2-6.

Mô hình thí nghiệm tỷ lệ nhỏ 49

Hình 2-7.

Mô hình thí nghiệm tỷ lệ lớn 49

Hình 2-8.

Các thông số sóng tràn ở mái phía biển 50Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
6

Hình 2-9.


Kết quả thí nghiệm với mái cỏ gia cường với SGR, q = 50 l/s/m
(Akkerman và cộng sự, 2007) 58

Hình 2-17.

Thí nghiệm máy xả sóng cho đê biển Đồ Sơn - Hải Phòng 58

Hình 2-18.

Thí nghiệm máy xả sóng cho đê biển Nam Định 59

Hình 2-19.

Đường cong ổn định của mái cỏ (Van den Bos, 2006) 62

Hình 2-20.

Kết quả kiểm định mô hình với thí nghiệm máy xả sóng (Akkerman và
cộng sự, 2007), q = 50 l/s/m, xói mái cỏ xuất phát từ một điểm hư hỏng nhân tạo ban
đầu kích thước 5cm x 1m x 1m 64

Hình 2-21.

Kết quả kiểm định mô hình với thí nghiệm máy xả sóng, mái đất sét
(Akkerman và cộng sự, 2007), lưu lượng trung bình q
max
= 10 l/s/m 64

Hình 2-22.


Kết quả mô hình xói tại chân đê biển theo thời gian 76

Hình 3-8.

Kết quả mô hình xói tại mái đê phía đồng theo thời gian 76

Hình 3-9.

Xói với mái tiêu chuẩn 77

Hình 3-10.

Xói do mái cỏ hư hỏng 77

Hình 3-11.

Xói tại vị trí lớp cỏ mỏng 78

Hình 3-12.

Xói do lớp đất sét không đồng đều 78

Hình 3-13.

Xói mái cho trường hợp chất lượng cỏ trung bình 79Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
7

Hình 3-21.

Hố xói sau 30 con sóng 84

Hình 3-22.

Sự phát triển của độ sâu hố xói theo thời gian 84

Hình 3-23.

Vị trí xuất hiện xói trên thảm cỏ gia cố geogrid 6,5x6,5cm 85

Hình 3-24.

Hư hỏng tại vị trí GA1 sau 30 con sóng 85

Hình 3-25.

Hư hỏng tại vị trí GA1 sau 6 giờ thí nghiệm 86

Hình 3-26.

Hư hỏng tại vị trí GA1 sau 12 giờ thí nghiệm 86

Hình 3-27.

Hư hỏng tại vị trí GA1 sau 18 giờ thí nghiệm 87

Hình 3-28.


Hình 3-36.

Hư hỏng tại vị trí GB sau 18 giờ thí nghiệm 91

Hình 3-37.

Hư hỏng tại vị trí GB sau 24 giờ thí nghiệm 92

Hình 3-38.

Hư hỏng tại vị trí GB theo thời gian 92

Hình 3-39.

Đường bao đáy hố xói tại vị trí GB theo thời gian 93

Hình 3-40.

Hư hỏng tại vị trí GC sau 30 con sóng 93

Hình 3-41.

Hư hỏng tại vị trí GC sau 6 giờ thí nghiệm 94

Hình 3-42.

Hư hỏng tại vị trí GC sau 12 giờ thí nghiệm 94

Hình 3-43.


2
50

Bảng 2-4.

Giá trị của hệ số
*
0
a
51

Bảng 3-1.

Các tham số tính toán cho module sóng tràn 73

Bảng 3-2.

Các tham số dùng để tính toán xói mái cỏ 74

Bảng 3-3.

Các trường hợp tính toán 75

Bảng 3-4.

Kết quả tính toán xói mái cỏ (đoạn trên mái) 79

Bảng 3-5.

Phân tích mật độ rễ cỏ 83

Quyết định số 667/QĐ-TTg phê duyệt chương trình củng cố, nâng cấp hệ thống đê biển
từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang.
Hiện nay đê biển Việt Nam chưa thể nói là ổn định vì đê biển hiện tại thiết kế chỉ
chống được bão từ cấp 10 trở xuống và mực nước triều với tần suất 5%. Thực tế những
năm gần đây đã xảy ra bão cấp 11, 12 vượt quá tần suất thiết kế gây thiệt hại về người
và của. Bão mạnh thường kèm theo nước dâng, đồng thời triều cường làm sóng đánh
trực tiếp vào đê biển và tràn qua đê gây xói lở và vỡ đê, làm ngập lụt trên diện rộng,
gây thiệt hại lớn cho vùng ven biển.

Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
10

Mặt khác, do quan điểm đê không cho phép tràn nước nên hầu hết các tuyến đê ở
nước ta mới chỉ được gia cố chống sóng cho mái thượng lưu bằng nhiều loại kết cấu
khác nhau, mái hạ lưu chỉ được trồng cỏ với mục đích chống xói do mưa. Vì vậy khi đê
bị tràn nước thì khả năng vỡ là rất lớn.
Đề tài: “Nghiên cứu ổn định mái hạ lưu đê biển khi có sóng và triều cường
tràn qua với giải pháp khắc phục bằng cỏ có gia cố” nhằm nghiên cứu cơ chế phá
hoại mái hạ lưu đê biển, từ đó tùy theo mức độ có thể bằng các biện pháp gia cố mái
khác nhau, bảo vệ mái đê, tăng cường bảo vệ thân đê là có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu các biện pháp gia cố mái hạ lưu đê biển bằng các biện pháp khác nhau
và đi sâu vào biện pháp trồng cỏ.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Tổng kết, đánh giá các biện pháp gia cố mái hạ lưu
- Bằng mô hình toán kết hợp thực nghiệm
4. Kết quả đạt được
- Tổng kết, đánh giá ưu nhược điểm của các biện pháp gia cố mái hạ lưu
- Tìm được giải pháp tối ưu về gia cố mái

Tổng chiều dài đê biển, đê cửa sông miền bắc khoảng 680,7km. Trong đó có trên
430km đê trực tiếp với biển và đê cửa sông 248,9 km. Dưới đê có 392 cống lớn nhỏ và
214,6km kè đá bảo vệ đê.
Mặt cắt đê có dạng hình thang, mặt đê rộng từ 3 ÷ 5m, mái đê phía biển m = 3 ÷ 4,
phía đồng m = 2 ÷ 3. Cao độ đỉnh đê biến đổi từ 4 ÷ 5m.

Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
12

1
2
3
4
m
1
m
2
PhÝa biÓn
PhÝa ®ång
(1) - Th©n ®ª (2) - KÌ b¶o vÖ m¸i biÓn
(3) - T−êng ch¾n sãng
(4) - Ch©n khay phÝa biÓn

Hình 1-1. Mặt cắt điển hình đê biển Bắc Bộ
Thực tế cho thấy đê biển Bắc Bộ ổn định trong điều kiện khí tượng hải văn ở mức
bình thường; mức nước triều trung bình đến cao, có gió cấp 8 trở xuống. Khi đê làm
việc trong điều kiện triều cường có gió bão trên cấp 9 và nước dâng lớn, phần lớn đê bị
sóng tràn qua đỉnh đổ xuống mái phía đồng làm sạt sập cả mái phía đồng dẫn đến vỡ
đê.


3
4
PhÝa ®ångPhÝa biÓn
(1) - Th©n ®ª (2) - KÌ b¶o vÖ m¸i
(3) - §Ønh ®ª
(4) - Ch©n khay
m
1
m
2
2
4

Hình 1-3. Mặt cắt điển hình đê biển Trung Bộ

Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
14

Đê biển miền Trung ổn định trong điều kiện khí tượng hải văn bình thường,
mực nước triều trung bình đến cao, gió dưới cấp 7 và không có mưa lũ nội đồng. Hư
hỏng phổ biến của đê biển miền Trung là do sóng tràn qua mặt đê. Bão vào miền Trung
thường gây mưa lớn. Tuy số lượng cống ở đê biển miền Trung nhiều 3Km/cống nhưng
do địa hình dốc, lũ tập trung nhanh nên nhiều vùng phía trên cửa sông nước từ sông
tràn vào đồng, hệ thống cống vẫn không đủ năng lực thoát nên nước thoát ra sông bằng
cách tràn qua đê. Trong trường hợp này triều càng thấp thì càng bị hư hỏng nặng do
chênh lệch cột nước thượng lưu (phía đồng) và hạ lưu (phía biển hoặc sông) lớn. Do
vậy vấn đề đặt ra với đê miền Trung chính và vấn đề nước vào ra. Đê phải đủ cao trình
để chống lại bão nhưng phải có hệ thống tiêu nước từ đồng ra sông, ra biển đủ năng lực
thoát lũ hoặc đê phải được thiết kế cho phép nước tràn qua đỉnh để thoát lũ từ phía
đồng dẫn đến việc đê phải được gia cố cả ba mặt trong, ngoài và đỉnh đê.

2

Hình 1-5. Mặt cắt điển hình đê biển Nam Bộ
Nhìn chung đê biển Nam Bộ tương đối ổn định, lý do là khu vực này hiếm có
các điều kiện thuỷ văn bất lợi như bão mạnh và có nước dâng cao, hơn nữa lại có các
lớp cây rừng phòng hộ mái đê.
1.2. Các giải pháp bảo vệ mái đê đã được áp dụng
1.2.1. Bảo vệ bằng kè lát mái
Kè lát mái có 3 phần chính: chân kè, thân kè và đỉnh kè. Chân kè làm nhiệm vụ
bảo vệ chống xói ở chân mái dốc. Thân kè là phần bảo vệ mái dốc từ chân đến đỉnh.
Đỉnh kè là phần bảo vệ đỉnh mái dốc. Từng bộ phận phải đảm bảo điều kiện ổn định
trong quá trình chịu tác dụng của các tải trọng từ phía sông, phía biển và từ phía đất
thân đê hoặc bờ.
Mái kè là bộ phận có tác dụng bảo vệ thân đê khỏi tác động của sóng, dòng
chảy… Mái kè phải có cấu tạo đảm bảo giữ vật liệu trong thân đê không bị xói, vì vậy
mái kè thường được cấu tạo gồm có các lớp sau (theo chiều thẳng đứng):

Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
16

(1). Lớp đất tựa (base layer): là lớp đất phủ ngoài thân đê thường là đất sét phủ có
tác dụng chống thấm từ phía ngoài qua thân đê và giữ vật liệu từ thân đê không thoát ra
ngoài.
(2). Tầng lọc/lớp lọc (filter layer): có tác dụng giữ vật liệu thân đê không bị xói
ngược ra phía ngoài mái kè, thường cấu tạo dưới dạng tầng lọc cốt liệu kết hợp với vải
địa kỹ thuật hoặc là một lớp vải địa kỹ thuật (geotextile)
(3). Lớp lót (filler layer): là lớp chuyển tiếp giữa vật liệu nhỏ của lớp lọc với vật
liệu thô của lớp áo ngoài, thường là cuội sỏi hoặc đá dăm
(4). Lớp áo kè (armour layer): có tác dụng che chắn cho thân đê, chịu tác động
trực tiếp của sóng, dòng chảy, ăn mòn của nước biển… Cấu tạo thường là các cấu kiện
Hình 1-9. Kè mái đê biển bằng bê tông nhựa đường ở Hà Lan
Ở Việt Nam trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu về hình dạng, kích
thước của cấu kiện lát mái kè và đã đạt được những thành tựu đáng kể, đã có nhiều cấu
kiện được cấp bằng phát minh, sáng chế, khi áp dụng ở một số đã công trình đã phát
huy hiệu quả khá tốt, chẳng hạn như cấu kiện Tsc-178, công nghệ neo gia cố các tấm
lát mái bảo vệ mái đê biển

Hình 1-10. Cấu kiện T
sc
-178
1.2.1.2. Các dạng chân kè thường dùng
– Chân kè kiểu rãnh chôn hay cọc chôn, thường sử dụng cho những vùng đất
yếu, nền đất dính dễ đóng cọc.

Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
19Hình 1-11. Chân kè kiểu rãnh chôn, cọc chôn
– Chân kè kiểu mảng bó cành cây, sử dụng cho những vùng xói lở mạnh.

Hình 1-12. Chân kè kiểu mảng bó cành cây
– Chân kè kiểu cọc cừ (cọc gỗ, cọc thép hoặc cọc bê tông cốt thép):

Hình 1-13. Chân kè kiểu cọc cừ
– Chân kè kiểu đá đổ: sử dụng khi xói lở bãi không nghiêm trọng.

Hình 1-14. Chân kè kiểu đá đổ

kiểu cơ bản là dạng dệt và không dệt.

Hình 1-18. Một số loại vải địa kỹ thuật
Chúng đặc biệt hữu ích trong trường hợp không thể bố trí tầng lọc cấp phối gồm
nhiều lớp hoặc khó thi công đối với tầng lọc cấp phối đó. Vải địa kỹ thuật có đầy đủ
chức năng của một thiết bị lọc. Các chức năng chính của lớp nằm giữa lớp trên cùng
hay còn gọi là lớp áo kè và lớp vải địa kỹ thuật chủ yếu để tránh sự hư hỏng của lớp vải
địa kỹ thuật do tác động của những viên đá lớn và do lớp áo bên ngoài bị vỡ, chúng
chính là nguyên nhân làm mất đất nền.
Nhược điểm của loại vải địa kỹ thuật là chúng có thể bị thay đổi hình dạng bởi tia
cực tím, cũng như chịu tác động ăn mòn, bị thủng bởi các quá trình hoá học, sinh học
hay cơ học.

Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
22

1.2.2. Bảo vệ mái bằng thực vật
Sử dụng thực vật trong bảo vệ mái dốc được xem như biện pháp có ưu điểm về
mặt kinh tế và kỹ thuật, là hàng rào sống thân thiện với môi trường, bảo vệ mái dốc
tránh các tác dụng bất lợi của môi trường. Ở Việt Nam, để giảm nhẹ xói lở bờ sông thì
phổ biến nhất là trồng tre, để giảm nhẹ xói lở bờ biển thì thường trồng bần, đước, phi
lao, dứa dại Tuy nhiên những biện pháp này vẫn còn một số nhược điểm:
• Tre mọc thành bụi, không tạo được hàng rào kín. Nước lũ vẫn có thể len qua, và
tập trung ở khoảng trống giữa các bụi, vì thế sức phá hủy còn lớn hơn, gây xói lở
nghiêm trọng hơn.
• Tre có rễ chùm, nông, chỉ xuống tới độ sâu khoảng 1,0 - 1,5m, không cân bằng
với phần thân ngọn cao, nặng. Do vậy các bụi tre thường chỉ làm bờ sông nặng thêm
chứ không góp phần ổn định bờ. Với rễ chùm nông như vậy, nhiều trường hợp thấy bờ
sông bị xói hàm ếch, tạo điều kiện để xảy ra trượt lở quy mô lớn hơn.
• Đước, ở những nơi chúng mọc được, có thể tạo nên đới đệm giúp giảm bớt

– Hấp thu các khoáng chất có độc tính, lọc nước chống ô nhiễm nguồn nước,
bảo vệ môi trường;
– Giảm độ ẩm của đất, tăng lực hút của đất do rễ hút nước nuôi cây và trả lại khí
quyển thông qua con đường hô hấp;
– Giảm lượng nước mưa thực tế rơi xuống mái dốc do đọng lại trên thân lá rồi
bay hơi;
– Chi phí thấp, áp dụng đơn giản.
1.2.2.2. Nhược điểm của bảo vệ mái bằng thực vật
– Lớp thực vật bảo vệ mái dốc chưa thể có hiệu quả ngay sau khi thi công, mà
phải chờ một thời gian sau khi lớp thực vật phát triển ổn định, lớp phủ thực vật mới
phát huy được khả năng vệ mái.
– Sau khi thi công xong lớp thực vật bảo vệ, cần phải theo dõi, chăm sóc cẩn
thận để đạt được mục tiêu mong muốn vì lớp phủ thực vật dễ bị xâm hại bởi các tác
nhân ngoại cảnh như nhiệt độ, chế độ mưa, chăn thả gia súc…
– Khi đã hình thành và phát triển tốt, rễ cây (đặc biệt là rễ của những loại cây to)
ăn xuống có thể làm nứt đất đá;

Học viên: Phạm Văn Tuấn Lớp: CH18C21
24

– Tải trọng bản thân lớp thực vật làm tăng tải trọng trung bình lên mái dốc khi
lớp bảo vệ là các loại cây to (tuy nhiên tải trọng này có khi có lợi tùy điều kiện thực
tế);
– Gió bão tác động lên cây, qua đó lên mái dốc, có khi làm bật gốc cây, có thể
làm trượt lở mái dốc;
– Tăng tính thấm của đất

Hình 1-19. Mô hình trồng cỏ để bảo vệ mái dốc

Hình 1-20. Trồng cỏ Vetiver trên mái đê biển