(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Kết Cấu Và Biện Pháp Thi Công Cho Tuyến Kè Bảo Vệ Đê Biển Của Huyện

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

quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin

nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức

kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường.

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Học viên cao học

Đặng Quang Hào

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1

I. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................................1

II. Mục đích của đề tài:.....................................................................................................................2

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :..........................................................................................2

IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: ............................................................................2

IV. Kết quả đạt được của luận văn:.................................................................................................3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ ............................................................................. 4

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

2.5.1. Sự cần thiết phải lựa chọn mặt cắt ngang.............................................................. 59

2.5.2. Lựa chọn mặt cắt ngang đê .................................................................................... 62

2.6. Kết luận chương 2.................................................................................................................. 64

CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ CHO

TUYẾN ĐÊ BIỂN BÃI NGANG HUYỆN QUỲNH LƯU ........................... 66

3.1. Vai trò của tuyến đê biển Bãi Ngang.................................................................................... 66

3.2. Đặc điểm tự nhiên đê biển huyện Quỳnh Lưu.................................................................... 66

3.2.1. Phạm vi công trình.................................................................................................. 66

3.2.2. Đặc điểm dòng chảy thủy triều.............................................................................. 68

3.2.3. Đặc điểm khí tượng ................................................................................................ 69

3.2.4. Đặc điểm về địa chất .............................................................................................. 71

3.3. Tính toán kết cấu đê ............................................................................................................... 75

3.3.1. Chỉ tiêu thiết kế ....................................................................................................... 75

3.3.2. Xác định cao trình đỉnh đê ..................................................................................... 76

3.3.3. Mặt đê...................................................................................................................... 78

3.3.4. Thiết kế bảo vệ mái đê............................................................................................ 79

3.3.5. Thiết kế chân khay.................................................................................................. 80

3.3.6. Tính toán ổn định tổng thể đê ................................................................................ 81

3.3.7. Bố trí giải pháp kết cấu đê...................................................................................... 84

3.4. Giải pháp thi công tuyến đê biển........................................................................................... 86

3.4.1. Đường thi công ....................................................................................................... 86

3.4.2. Điều kiện cung cấp vật liệu.................................................................................... 86

3.4.3. Thi công................................................................................................................... 87

3.5. Kết luận chương 3.................................................................................................................. 94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................................... 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 97

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN .................................................................................... 99

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 2.8: Thảm bê tông được sử dụng làm kè đê biển Hà Lan ........................ 35

Hình 2.9: Hệ thống các túi địa kỹ thuật trên đảo Sylt-Kliffende-Đức .............. 35

Hình 2.10: Các ứng dụng khác của túi địa kỹ thuật ............................................ 36

Hình 2.11: Các dạng ứng dụng của ống địa kỹ thuật.......................................... 36

Hình 2.12: Ống địa kỹ thuật gia cường bảo vệ bờ ở Hà Lan .............................. 37

Hình 2.13: Gia cường mái đê biển bằng vải địa kỹ thuật tổng hợp. ................... 37

Hình 2.14: Giải pháp gia cố mái đê bằng tấm bê tông bọc vải địa tại Hàn Quốc38

Hình 2.15: Bảo vệ mái kè bằng cột Basalton ...................................................... 39

Hình 2.16: Bảo vệ mái kè bằng cấu kiện Haringman ......................................... 39

Hình 2.17: Thảm cỏ chống xói mái đê ................................................................ 40

Hình 2.18: Sử dụng lưới sợi tổng hợp kết hợp trồng cỏ chống xói .................... 40

Hình 2.19: Kè bảo vệ mái bằng đá lát khan ở Hải Hậu-Nam Định .................... 41

Hình 2.20: Kè sử dụng đá đổ rối ......................................................................... 41

Hình 2.21: Kè đá xây liền khối ở Thái Bình ....................................................... 42

Hình 2.22: Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ ................................................... 43

Hình 2.23: Kè bảo vệ bằng cấu kiện bê tông ...................................................... 43

Hình 2.24: Kè bảo vệ bằng cấu kiện Tsc ............................................................ 45

Hình 2.25: Các dạng kết cấu chân kè biển – chân kè nông ................................ 47

Hình 2.26: Bảo vệ chân kè bằng 1 hàng ống buy ............................................... 48

Hình 2.27: Bảo vệ mái đê phía đồng trong trường hợp có lũ nội đồng .............. 49

Hình 2.28: Tấm lát mái đê biển bị lún sụt........................................................... 51

Hình 2.29: Tấm lát mái đê biển bị bong tróc ...................................................... 51

Hình 2.30: Phá huỷ mái phía biển dẫn đến xói hỏng nền đê .............................. 51

Hình 2.31: Các viên gia cố không đủ trọng lượng .............................................. 51

Hình 2.32: Mái đê biển phía đồng bị sóng tràn qua ............................................ 52

Hình 2.33: Đê biển đắp bằng đất có hàm lượng cát cao bị xói hỏng .................. 52

Hình 2.34: Viên gia cố bị đẩy ngược .................................................................. 52

Hình 2.35: Đê biển Hải Phòng được cứng hoá bề mặt-chống sóng tràn ............ 53

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 Kod 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

Hình 3.18: Thi công đá hộc gia cố mái kè .......................................................... 92

Hình 3.19: Thi công tường chắn sóng ................................................................. 93

Hình 3.20: Hình ảnh thực tế thi công tường chắn sóng ...................................... 93

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Đê biển Bắc Bộ ..................................................................................... 15

Bảng 1.2. Đê biển Miền Trung .............................................................................. 19

Bảng 2.1. Một số dạng hư hỏng của kết cấu mái đê kè ......................................... 50

Bảng 2.2. Các dạng kết cấu bảo vệ mái và điều kiện áp dụng .............................. 55

Bảng 3.1. Một số đặc trưng bất đẳng triều chu kỳ nửa tháng tại một số trạm ....... 69

Bảng 3.2. Đặc trưng về gió .................................................................................... 71

Bảng 3.3. Chỉ tiêu cơ lý lớp 2 ................................................................................ 71

Bảng 3.4. Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp 3 ................................................... 72

Bảng 3.5. Các đặc trưng cơ lý của lớp 4 ................................................................ 73

Bảng 3.6. Chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp 5 ......................................................... 74

1

PHẦN MỞ ĐẦU

I. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài khoảng 3.444 km xếp thứ 32 trong

156 quốc gia có giáp biển, có 28 tỉnh và thành phố tiếp giáp với biển với dân số

vùng ven biển khoảng 40 triệu người. Với đường bờ biển dài đã và đang mang lại

những nguồn lợi lớn cho kinh tế đất nước như phát triển dầu khí, điện lực, khai thác

các sa khoáng, tạo đà phát triển cho các vùng ven biển, đặc biệt là hệ thống cảng

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

thọ.

II. Mục đích của đề tài:

Đề xuất kết cấu hợp lý và giải pháp thi công tuyến đê biển Bãi Ngang huyện

Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An.

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :

- Đối tương nghiên cứu: Kết cấu và giải pháp thi công đê biển huyện Quỳnh

Lưu, tỉnh Nghệ An.

- Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn:

 Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đê biển trong nước và trên

thế giới;

 Nghiên cứu tổng quan về giải pháp bảo vệ mái cho đê biển;

 Phân tích điều kiện xây dựng và các yêu cầu kỹ thuật của đê biển đã

và đang áp dụng ở nước ta;

 Phân tích, đề xuất giải pháp kết cấu tuyến kè đê biển Bãi Ngang,

huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An;

 Đề xuất phương pháp tính toán xác định mặt cắt đê ổn định;

 Đề xuất giải pháp thi công tuyến kè đê biển Bãi Ngang.

IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

- Cách tiếp cận:

+ Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực về

thiết kế và thi công đê biển.

+ Tiếp cận về lý luận, lý thuyết động lực biển.

+ Tiếp cận các chuyên gia, đặc biệt là các chuyên gia về lĩnh vực cần nghiên

cứu.

3

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu.

+ 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.