Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Đê chắn sóng cảng NM nhiệt điện Vĩnh Tân – Bình Thuận" được thực hiện bởi sinh viên Doãn Quốc Việt (Lớp 55CG2, Bộ môn Cảng - Đường thủy, Khoa Công trình Thủy, Trường Đại học Xây dựng) dưới sự hướng dẫn của TS. Bùi Việt Đông và Th.S Nguyễn Sinh Trung vào tháng 10 năm 2014. Đề tài thuộc lĩnh vực kỹ thuật xây dựng công trình thủy, chuyên ngành kỹ thuật cảng và công trình biển.

Bối cảnh thực tiễn của đồ án xuất phát từ sự tăng trưởng phụ tải điện năng tại Việt Nam trong giai đoạn công nghiệp hóa. Giai đoạn 2000–2013, nhu cầu tiêu thụ điện bình quân toàn quốc tăng 13%/năm, đạt tốc độ gấp gần 2 lần tốc độ tăng trưởng GDP. Dự báo đến năm 2020, tổng nhu cầu điện năng toàn quốc đạt khoảng 300 tỷ kWh (gấp 3 lần năm 2010). Nhằm khắc phục nguy cơ thiếu hụt nguồn điện tại khu vực miền Nam trong các mùa khô và giảm sản lượng điện truyền tải Bắc – Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã triển khai đầu tư Trung tâm Nhiệt điện Vĩnh Tân tại xã Vĩnh Tân, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận với tổng công suất lắp đặt quy hoạch đạt từ 5.600 MW đến 5.624 MW.

Tổ hợp này bao gồm 4 dự án thành phần (Vĩnh Tân 1, 2, 3 và 4), tiêu thụ xấp xỉ 14 triệu tấn than nhiên liệu mỗi năm (vận chuyển từ than nội địa miền Bắc và than nhập khẩu từ Indonesia, Úc). Ngoài việc tự cấp nhiên liệu, cảng biển tại đây còn đảm nhận vai trò cảng trung chuyển than với công suất 24 triệu tấn/năm cho các nhà máy nhiệt điện khu vực Nam Trung Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long, đồng thời kết hợp tiếp nhận tàu chở hàng rời xuất khẩu alumin, quặng bô-xít khai thác từ Tây Nguyên.

Mặc dù vùng biển Tuy Phong – Vĩnh Tân có ưu thế luồng nước sâu tự nhiên thích hợp cho tàu trọng tải lớn, vị trí xây dựng lại nằm ở bờ biển hở, không có bán đảo tự nhiên che chắn sóng gió thuận lợi từ các hướng biển mở, trong khi quỹ đất hậu phương xây dựng cảng tương đối hạn chế. Do đó, việc xây dựng một tuyến đê chắn sóng nhân tạo quy mô lớn là yêu cầu bắt buộc nhằm giảm sóng khu nước, bảo đảm điều kiện khai thác neo đậu cho đội tàu than và an toàn tuyệt đối cho công trình bến trong điều kiện thời tiết gió mùa lẫn thiên tai bão biển.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án tốt nghiệp được xác định với các phân định cụ thể về cơ cấu khối lượng thực hiện:

  1. Thu thập, chỉnh lý và phân tích số liệu tự nhiên, kinh tế - xã hội: chiếm 5% khối lượng.
  2. Thiết kế quy hoạch tổng thể cảng và tuyến đê chắn sóng: chiếm 25% khối lượng.
  3. Thiết kế kỹ thuật kết cấu công trình đê chắn sóng: chiếm 45% khối lượng.
  4. Thiết kế kỹ thuật và biện pháp thi công xây dựng: chiếm 25% khối lượng.
  5. Lập khái toán tổng mức đầu tư công trình: chiếm 5% khối lượng.
  6. Thực hiện chuyên đề nghiên cứu khoa học kỹ thuật chuyên sâu: chiếm 5% khối lượng.

Phạm vi nghiên cứu về không gian tập trung tại vùng ven biển xã Vĩnh Tân, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận, kéo dài từ tuyến bờ tiếp giáp Quốc lộ 1A ra khu nước sâu đến đường đẳng sâu -20,0 m hải đồ. Phạm vi thời gian nghiên cứu và quy hoạch bám sát các mốc tiến độ vận hành giai đoạn 2013–2020 và định hướng phát triển nguồn điện quốc gia tầm nhìn đến năm 2030.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng công trình cảng - đường thủy của Việt Nam và các tiêu chuẩn quốc tế chuyên ngành công trình biển:

Nhóm văn bản Mã hiệu tiêu chuẩn Tên quy chuẩn / Tiêu chuẩn áp dụng
Tiêu chuẩn Việt Nam 22 TCN 222–95 Tải trọng và tác động (do sóng và do tàu) lên công trình thủy
Tiêu chuẩn Việt Nam TCCS 04–2010/CHHVN Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ cảng biển
Tiêu chuẩn Việt Nam 22 TCN 207–92 Công trình bến cảng biển
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9446–2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4116–1985 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9342–2012 Công trình bê tông cốt thép toàn khối xây dựng bằng cốp pha trượt – Thi công và nghiệm thu
Tiêu chuẩn Việt Nam 14 TCN 130–2002 Thiết kế đê biển
Văn bản pháp quy NĐ 15/2013/NĐ-CP & TT 10/2013/TT-BXD Quy định và thông tư phân cấp các loại công trình xây dựng
Tiêu chuẩn nước ngoài BS 6349-7:1991 Maritime Structures – Part 7: Guide to the design and construction of breakwaters (Anh Quốc)
Tiêu chuẩn nước ngoài OCDI 2002, OCDI 2009 Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan (Nhật Bản)
Tiêu chuẩn nước ngoài SPM Shore Protection Manual của Hải quân Hoa Kỳ

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế được áp dụng trong đồ án:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp số liệu khí tượng thủy văn: Thống kê và xử lý chuỗi số liệu gió nhiều năm (1980–2008) tại trạm khí tượng hải văn đảo Phú Quý, chuỗi số liệu mực nước giai đoạn 1977–2004 tại trạm hải văn Quy Nhơn kết hợp số liệu trạm Vĩnh Tân để xây dựng hàm phân phối tần suất lý luận và tần suất lũy tích (đỉnh triều, chân triều, nước dâng).
  • Phương pháp giải tích thực nghiệm tính toán lan truyền sóng: Xác định các thông số sóng nước sâu, sóng biến dạng vùng nước nông, sóng đổ và sóng nhiễu xạ bằng phương pháp tia khúc xạ (dựa trên định luật Snell) và các đồ thị giải sẵn của viện sĩ Krylov được chuẩn hóa trong tiêu chuẩn 22 TCN 222-95.
  • Phương pháp thiết kế và giải tích kết cấu công trình thủy: Tính toán ổn định tổng thể (trượt, lật, lún), áp lực sóng động tác dụng lên mái nghiêng theo công thức Hudson và áp lực sóng lên tường đứng thùng chìm đục lỗ theo phương pháp Takahashi (2002, 2009); tính toán nội lực và bố trí cốt thép chịu uốn cho kết cấu bê tông thùng chìm.
  • Nguồn dữ liệu địa hình và địa chất: Báo cáo khảo sát địa chất công trình do Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Công trình Hàng hải (CMB) lập; tài liệu khảo sát địa hình do Tổng công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông Vận tải (TEDI) thực hiện; báo cáo kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng (SLR) tại khu vực dự án.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 1 khái quát điều kiện kinh tế - xã hội của tỉnh Bình Thuận trong mối liên hệ với vùng kinh tế Duyên hải Nam Trung Bộ. Quy hoạch kinh tế Bình Thuận đặt mục tiêu tăng trưởng GDP giai đoạn 2011–2015 đạt 13,0–14,3%/năm và giai đoạn 2016–2020 đạt 12,0–12,8%/năm; chuyển dịch tỷ trọng công nghiệp - xây dựng đạt 47,72% vào năm 2020. Chương này trình bày chi tiết quy mô của 4 dự án nhà máy nhiệt điện thuộc Trung tâm Điện lực Vĩnh Tân: Vĩnh Tân 1 (1.200 MW, 2 tổ máy, hình thức BOT do tổ hợp CSG Trung Quốc đầu tư); Vĩnh Tân 2 (1.244 MW, 2 tổ máy, chủ đầu tư EVN); Vĩnh Tân 3 (2.000 MW, 3 tổ máy siêu tới hạn, do liên danh OneEnergy và EVN vay vốn ADB đầu tư); Vĩnh Tân 4 (1.200 MW, 2 tổ máy do EVN đầu tư). Chương 1 cũng xác định cơ cấu nhiệm vụ đồ án, giới thiệu bảng mã hiệu hệ thống tiêu chuẩn thiết kế gồm 7 tiêu chuẩn Việt Nam, 4 tiêu chuẩn nước ngoài và 11 tài liệu kỹ thuật chuyên khảo.

Chương 2: Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng

Chương 2 phân tích địa hình, khí hậu, khí tượng, thủy hải văn và địa chất nền móng tại khu vực xã Vĩnh Tân. Khí hậu mang tính chất nhiệt đới gió mùa khô hạn nhất cả nước; nhiệt độ trung bình nhiều năm là 27°C, lượng mưa trung bình năm 1.272 mm. Chế độ gió tại trạm Phú Quý xác định tốc độ gió cực đại quan trắc đạt 34 m/s (hướng W ngày 12/11/1988 và hướng SW ngày 05/12/2006); hướng gió thịnh hành quanh năm là Bắc Đông Bắc - NNE (26,74%) và Tây Tây Nam - WSW (17,58%). Về thủy văn, chế độ triều mang tính chất nhật triều tương đồng trạm Quy Nhơn; thiết lập phương trình tương quan mực nước thực tế: $H_{\text{Vĩnh Tân}} = 1,0 \cdot H_{\text{Quy Nhơn}} - 20\text{ cm}$ với hệ số tương quan $R = 0,98$.

Về địa chất công trình, kết quả khảo sát của CMB và TEDI phân chia địa tầng khu vực thành 7 lớp đất đá:

  • Lớp 1: Cát pha màu xám xanh, xám đen, lẫn sạn sỏi và vỏ sò, trạng thái dẻo, sức chịu tải trung bình (chiều dày biến đổi từ 1,0 m đến 3,0 m).
  • Lớp 2: Sét pha màu xám vàng, xám xanh, trạng thái nửa cứng, sức chịu tải khá cao, tính nén lún nhỏ ($a_{1-2} = 0,016\text{ cm}^2/\text{kg}$).
  • Lớp 3: Sét pha màu xám xanh, vàng nhạt, trạng thái cứng, sức chịu tải cao.
  • Lớp 4: Cát pha hoặc sét pha màu xám vàng, xám trắng, trạng thái cứng, sức chịu tải cao.
  • Lớp 5: Sét pha màu xám trắng xen kẽ vệt đen, trạng thái cứng.
  • Lớp 6: Đá phong hóa mạnh, nứt nẻ, màu xám đen, xám nâu, trạng thái kém bền ($R_{\text{bão hòa}} = 148,0\text{ kg/cm}^2$).
  • Lớp 7: Đá hạt đặc chắc màu xám trắng, đốm đen, cường độ chịu tải rất cao ($R_{\text{khô}} = 215,1\text{ kg/cm}^2$).

Chương 3: Thiết kế quy hoạch tổng thể Trung tâm Nhiệt điện Vĩnh Tân – Bình Thuận

Chương 3 trình bày bài toán phân bổ nguồn điện than trong Quy hoạch điện lực quốc gia, phân tích vai trò cảng tiếp nhận than cho nội bộ trung tâm (14 triệu tấn/năm) và cảng trung chuyển than vùng ĐBSCL (tiêu thụ dự báo 11 triệu tấn năm 2020, tăng lên 22 triệu tấn năm 2025 và xấp xỉ 43 triệu tấn năm 2030). Tác giả so sánh hai phương án quy hoạch tổng thể cụm cảng và khu nước:

  • Phương án 1: Quy hoạch mặt bằng phân khu độc lập cho từng nhà máy. Bến than chuyên dùng bố trí dọc đê chắn sóng phía Tây và đê phía Đông; bao gồm 2 bến 30.000–50.000 DWT cho Vĩnh Tân 1 và 2 (chiều dài bến 273 m và 230 m, cao trình đỉnh bến +6,7 m); 2 bến 100.000 DWT cho Vĩnh Tân 3 và 4 (chiều dài 349 m và 313 m, cao trình đỉnh bến +5,0 m); 2 bến trung chuyển than 20.000 DWT; 1 bến tổng hợp 3.000 DWT (chiều dài 155 m, rộng 25 m, cao trình đỉnh bến +7,5 m); 1 bến dầu 1.000 DWT; bố trí 2 kênh lấy nước làm mát riêng biệt chạy dọc các nhà máy; diện tích bãi chứa than dự trữ rộng lớn (kho than lấn biển 27 ha) tạo dư địa phát triển lâu dài.
  • Phương án 2: Quy hoạch gom cụm bến, giảm thiểu chiều dài đê bao bọc nhằm hạ thấp chi phí đầu tư ban đầu, nhưng hạn chế diện tích kho bãi và không đáp ứng được tiềm năng nâng công suất trung chuyển than trong tương lai. Tác giả quyết định lựa chọn Phương án 1 làm cơ sở thiết kế kỹ thuật.

Chương 4: Tính toán các thông số sóng

Chương 4 xác định cấp công trình đê chắn sóng là Cấp I căn cứ Nghị định 15/2013/NĐ-CP và Thông tư 10/2013/TT-BXD (vị trí sâu nhất đặt tuyến đê đạt độ sâu $H \ge 20\text{ m}$). Chu kỳ lặp tính toán sóng bão lấy $P = 2%$ (50 năm lặp lại 1 lần). Do dãy núi Phong Phú, Liên Hương và mũi đất tự nhiên che chắn hoàn toàn hướng Tây Bắc, sóng gió nguy hiểm tác động vào cảng được xác định theo 2 hướng chính: Đông Nam (SE) và Nam (S).

  • Điều kiện gió mùa: Vận tốc gió tính toán quy đổi ở cao độ 10 m là $V_w = 14,63\text{ m/s}$, đà gió $L_m = 341.880\text{ m}$, chu kỳ sóng nước sâu $T = 4,45\text{ s}$, bước sóng $\lambda_d = 68,8\text{ m}$.
  • Điều kiện gió bão: Vận tốc gió bão tính toán quy đổi $V_w = 30,15\text{ m/s}$, đà gió $L_m = 165.837\text{ m}$, bước sóng nước sâu $\lambda_d = 188,8\text{ m}$.
  • Mực nước tính toán gồm: Mực nước cao thiết kế $MNCTK = +2,40\text{ m}$ ($H_{1%}$); Mực nước thấp thiết kế $MNTTK = +0,44\text{ m}$ ($H_{98%}$); Mực nước dâng do gió bão $\Delta h_{\text{set}} = 0,46\text{ m}$; Mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu tính đến năm 2050 là $SLR = 0,24\text{ m}$. Mực nước tính toán sóng lớn nhất đạt $MNTS = +2,86\text{ m}$. Chương này lập bảng tính chi tiết các bước sóng khúc xạ từ nước sâu vào nước nông và xác định độ sâu giới hạn sóng đổ lần đầu ($d_{cr}$) và lần cuối ($d_{cr,u}$) theo 22 TCN 222-95.

Chương 5: Thiết kế quy hoạch công trình

Chương 5 hiện thực hóa quy hoạch vị trí tuyến luồng tàu, vũng quay tàu và bố trí hệ thống đê chắn sóng. Tác giả tính toán sóng nhiễu xạ lan truyền qua cửa cảng vào bên trong khu nước cho cả hai phương án mặt bằng (PA1 và PA2) để kiểm tra điều kiện sóng cho phép trước bến theo quy chuẩn hàng hải ($h_{s} \le 0,5\text{ m}$ khi bốc dỡ hàng). Đồng thời, đồ án đề xuất 2 giải pháp kết cấu đê chắn sóng cho toàn tuyến:

  • Phương án kết cấu 1 (Cổ điển): Đê chắn sóng dạng mái nghiêng đổ đá lõi, phủ khối bê tông định hình tự chèn bảo vệ mái.
  • Phương án kết cấu 2 (Hiện đại): Đê chắn sóng kết hợp phân đoạn: đoạn nước nông làm mái nghiêng, đoạn nước sâu từ -10,0 m đến -20,0 m sử dụng kết cấu thùng chìm bê tông cốt thép trọng lực có buồng tiêu năng (buồng tiêu sóng - BTS đục lỗ mặt trước).

Chương 6: Thiết kế kết cấu công trình

Chương 6 là phần trọng tâm kỹ thuật, đi sâu thiết kế chi tiết hai giải pháp kết cấu đê:

  • Thiết kế mặt cắt đê mái nghiêng (PA1): Xác định cao trình đỉnh đê, độ dốc lưu không và mái dốc phía biển/phía bến, tính trọng lượng khối đá đổ và khối phủ dị hình chống sóng lật.
  • Thiết kế đê thùng chìm buồng tiêu sóng (PA2): Thiết kế kích thước các khoang thùng chìm, tỷ lệ mở lỗ tường mặt trước buồng tiêu sóng theo khuyến nghị tiêu chuẩn OCDI 2009 của Takahashi nhằm triệt tiêu năng lượng sóng phản xạ. Tính toán tổng hợp các tổ hợp tải trọng bất lợi tác dụng lên khối thùng (áp lực sóng đứng, sóng vỡ, áp lực thủy tĩnh, lực đẩy nổi Ac-si-mét, áp lực đất chủ động), kiểm tra ổn định chống trượt và chống lật trên lớp đệm đá. Xác định nội lực mô-men uốn, lực cắt trong các bản thành và bản đáy thùng chìm để bố trí cốt thép chịu lực.
  • Chuyên đề nghiên cứu: Ứng dụng tích hợp máy phát điện chạy bằng năng lượng sóng biển đặt ngay trong buồng tiêu sóng (BTS) của thùng chìm. Nghiên cứu khai thác dao động cột nước cộng hưởng trong buồng kín để truyền động cơ học/thủy lực quay tuabin máy phát điện (dựa trên mô hình cột nước dao động OWC và công nghệ biến đổi sóng Pelamis), cung cấp năng lượng tại chỗ cho hệ thống chiếu sáng và báo hiệu hàng hải của tuyến đê.

Chương 7: Thiết kế thi công xây dựng công trình

Chương 7 lập biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công cho tuyến đê chắn sóng. Nội dung tập trung vào:

  • Tính toán khối lượng vật tư và thiết kế thành phần cấp phối bê tông thủy công chịu môi trường biển theo tiêu chuẩn TCVN 9446-2012.
  • Quy trình chế tạo thùng chìm bê tông cốt thép trên bãi đúc/ụ cẩu bằng phương pháp cốp pha trượt liên tục theo TCVN 9342-2012.
  • Công nghệ hạ thủy thùng chìm, lai dắt bằng tàu kéo ra vị trí tuyến đê, định vị và đánh chìm vào đúng tọa độ thiết kế trên lớp đệm đá đã được san gạt chuẩn xác.
  • Biện pháp thi công phân đoạn đê mái nghiêng bằng phương pháp đổ đá từ bờ tiến ra biển kết hợp cẩu nổi thả khối phủ định hình.
  • Lập sơ đồ tiến độ thi công tổng thể, quy trình an toàn lao động đặc thù trên biển và phương án kiểm soát xáo động bùn cát bảo vệ hệ sinh thái san hô, thủy vực ven bờ.

Chương 8: Khái toán công trình

Chương 8 tổng hợp khối lượng vật liệu xây dựng (khối lượng đá các loại, khối lượng bê tông mác thủy công, khối lượng cốt thép, khối lượng nạo vét bùn đất và bạt đá san nền). Căn cứ định mức xây dựng công trình thủy hiện hành của Bộ Giao thông Vận tải và Bộ Xây dựng, tác giả lập bảng khái toán tổng mức đầu tư xây dựng công trình cho các phương án để so sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật.

Chương 9: Kết luận và kiến nghị

Chương 9 đúc kết các kết quả đạt được về mặt quy hoạch mặt bằng cảng biển, lựa chọn hình thức kết cấu đê chắn sóng tối ưu, khẳng định tính khả thi của giải pháp kết cấu đê thùng chìm tiêu sóng tích hợp modul phát điện và đưa ra các đề xuất về quan trắc lún, diễn biến bồi xói đáy biển trong quá trình vận hành cảng.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn khối lượng tính toán thiết kế kỹ thuật công trình thủy cấp I theo đúng quy định hiện hành với các kết quả cụ thể:

  1. Hệ thống thông số khí tượng - thủy hải văn tính toán: Xác lập được tập số liệu đầu vào chuẩn xác phục vụ thiết kế công trình biển tại vùng biển Vĩnh Tân:

    • Mực nước cao thiết kế: $MNCTK = +2,40\text{ m}$; Mực nước thấp thiết kế: $MNTTK = +0,44\text{ m}$.
    • Mực nước tính toán sóng lớn nhất (xét đến nước dâng bão và nước biển dâng BĐKH $SLR = 0,24\text{ m}$): $MNTS = +2,86\text{ m}$.
    • Vận tốc gió tính toán thiết kế chu kỳ lặp 50 năm: Gió mùa $V_w = 14,63\text{ m/s}$; Gió bão $V_w = 30,15\text{ m/s}$.

  2. Giải pháp quy hoạch mặt bằng tổng thể cụm cảng: Đề xuất và bảo vệ thành công Phương án 1 với quy mô bố trí bến tiếp nhận đồng bộ:

    • 02 bến tiếp nhận tàu than 30.000–50.000 DWT phục vụ Vĩnh Tân 1 và 2 (chiều dài bến 273 m và 230 m, cao trình đỉnh bến +6,7 m; chiều rộng vũng nước trước bến 65 m, cao trình đáy bến từ -13,5 m đến -13,7 m).
    • 02 bến tiếp nhận tàu than 100.000 DWT phục vụ Vĩnh Tân 3 và 4 (chiều dài bến 313 m đến 349 m, cao trình đỉnh bến +5,0 m; chiều rộng vùng nước trước bến 90 m, cao trình đáy bến từ -15,6 m đến -19,1 m).
    • 02 bến trung chuyển than 20.000 DWT (chiều rộng vũng nước trước bến 50 m, cao trình đáy bến -10,5 m).
    • 01 bến tổng hợp cho tàu 3.000 DWT bốc dỡ thiết bị siêu trường siêu trọng (dài 155 m, rộng 25 m, cao trình đỉnh +7,5 m; chiều rộng khu nước 32 m, cao trình đáy bến -6,5 m) và 01 bến dầu 1.000 DWT.
    • Hệ thống đê quai lấn biển tạo quỹ đất kho than dự trữ rộng 27 ha.

  3. Thiết kế kết cấu và đóng góp kỹ thuật:

    • Thiết kế so sánh chi tiết giữa đê mái nghiêng truyền thống và đê thùng chìm có buồng tiêu sóng (BTS). Phân tích kỹ thuật chỉ rõ: tại dải nước sâu trên 10 m đến 20 m, kết cấu thùng chìm giúp giảm đáng kể khối lượng đá đổ lấn chiếm lòng biển, tiết kiệm diện tích mặt nước, giảm tác động phản xạ sóng vào luồng tàu so với tường đứng thông thường.
    • Đóng góp chuyên đề: Đề xuất mô hình tích hợp tuabin phát điện chạy bằng năng lượng sóng biển đặt bên trong buồng tiêu sóng của thùng chìm. Đây là hướng tiếp cận đa mục tiêu kết hợp công trình bảo vệ bờ với khai thác năng lượng tái tạo biển tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Về hạn chế: Số liệu khí tượng gió bão trong đồ án chủ yếu dựa trên chuỗi quan trắc tại trạm đảo Phú Quý (cách hiện trường công trình hơn 100 km), việc chuyển đổi số liệu về vùng ven bờ Vĩnh Tân dù đã xét hệ số che chắn địa hình núi Phong Phú và Liên Hương nhưng vẫn mang tính chất kinh nghiệm. Bên cạnh đó, việc tính toán sóng khúc xạ và sóng nhiễu xạ dừng lại ở phương pháp tia đồ giải thủ công và bảng tra theo 22 TCN 222-95, chưa áp dụng mô hình mô phỏng số trị 2D (như MIKE 21 hay SWAN).
  • Về hướng mở: Cần triển khai các bước mô phỏng số trị thủy động lực học chi tiết để kiểm chứng trường sóng, bồi xói cục bộ đáy biển quanh mũi đê; thực hiện thí nghiệm mô hình vật lý máng sóng/bể sóng đối với kết cấu thùng chìm có buồng tiêu năng và kiểm chứng hiệu suất thực tế của hệ thống máy phát điện sóng tích hợp trước khi triển khai đại trà ngoài thực địa.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Cảng – Đường thủy, Kỹ thuật Công trình biển, Thủy công khi làm đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học công trình bảo vệ cảng.
  • Kỹ sư thiết kế công trình cảng biển tham khảo quy trình xử lý số liệu hải văn thực tế, phương pháp tính toán sóng khúc xạ, sóng đổ và sóng bão tác dụng lên công trình theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 222-95.
  • Các nhóm nghiên cứu về năng lượng tái tạo biển quan tâm đến giải pháp kết hợp buồng tiêu năng thùng chìm (perforated caisson) với hệ thống trích xuất năng lượng sóng (OWC).

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao công trình đê chắn sóng cảng Nhiệt điện Vĩnh Tân được phân loại là công trình Cấp I?
Theo quy định tại Điều 6 Nghị định số 15/2013/NĐ-CP và Thông tư số 10/2013/TT-BXD, công trình đê chắn sóng được phân cấp dựa trên độ sâu nước tại vị trí sâu nhất đặt công trình. Do tuyến đê chắn sóng tại Vĩnh Tân vươn ra vùng biển mở có độ sâu đáy lớn nhất đạt $H \ge 20\text{ m}$, công trình bắt buộc phải thiết kế theo quy chuẩn Cấp I với chu kỳ lặp tính toán tải trọng gió bão là 50 năm ($P = 2%$).

2. Tại sao tác giả chỉ chọn tính toán sóng theo hai hướng chính là Đông Nam (SE) và Nam (S)?
Mặc dù hoa gió trạm Phú Quý ghi nhận gió Bắc Đông Bắc (NNE) chiếm tần suất lớn nhất (26,74%), hướng gió này thổi từ đất liền ra biển nên không tạo được đà gió hình thành sóng lớn. Đồng thời, khu vực xây dựng nằm trong vùng lõm địa hình, được mũi đất tự nhiên nhô ra biển và hệ thống núi đá Phong Phú, Liên Hương che chắn hoàn toàn các hướng gió Tây Bắc, khiến đà gió không đủ mạnh. Do đó, chỉ có hướng Đông Nam và Nam là hai hướng biển hở trực tiếp gây ra sóng bão nguy hiểm nhất cho công trình.

3. Mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu được tính toán trong đồ án là bao nhiêu?
Tác giả áp dụng kịch bản nước biển dâng trung bình cho vùng bờ biển Nam Trung Bộ với mức tăng $SLR = 0,24\text{ m}$ (tính toán cho mốc giai đoạn năm 2050, tương ứng với tuổi thọ thiết kế của công trình), đưa mực nước tính sóng lớn nhất trong bão lên cao trình $+2,86\text{ m}$.

4. Vì sao Phương án quy hoạch 1 được chọn thay vì Phương án 2?
Phương án 1 tuy có tổng mức đầu tư ban đầu lớn hơn Phương án 2 nhưng có tính đồng bộ cao: bố trí bến độc lập tương ứng cho từng nhà máy nhiệt điện, kho bãi dự trữ than lấn biển đạt quy mô lớn (27 ha), thuận tiện cho công tác thi công phân kỳ và đặc biệt đáp ứng được định hướng mở rộng công suất trung chuyển than (lên tới 24–43 triệu tấn/năm) cho các trung tâm nhiệt điện khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.

5. Điểm đặc biệt của giải pháp đê thùng chìm buồng tiêu sóng (BTS) được đề xuất trong đồ án là gì?
Đê thùng chìm BTS có bản tường phía trước được đục lỗ tiêu năng theo tiêu chuẩn OCDI 2009, giúp giảm đáng kể áp lực sóng va đập và giảm sóng phản xạ vào vũng quay tàu so với đê thùng chìm tường đứng phẳng. Đặc biệt, khoang buồng rỗng bên trong thùng chìm được tận dụng để tích hợp hệ thống máy phát điện chạy bằng cột nước dao động của sóng biển, biến công trình bảo vệ thành nguồn cung cấp năng lượng sạch phục vụ nội bộ cảng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Đê chắn sóng cảng NM nhiệt điện Vĩnh Tân – Bình Thuận" của tác giả Doãn Quốc Việt là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chuyên môn của đồ án tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Cảng – Đường thủy. Tác giả đã giải quyết triệt để bài toán kỹ thuật từ việc điều tra, xử lý số liệu tự nhiên, quy hoạch mặt bằng bến cảng nước sâu quy mô tiếp nhận tàu 100.000 DWT đến giải pháp kết cấu đê chắn sóng cấp I bền vững trước tác động của bão biển. Điểm sáng nổi bật của đồ án là việc mạnh dạn nghiên cứu ứng dụng kết cấu thùng chìm buồng tiêu sóng hiện đại kết hợp khai thác năng lượng sóng tái tạo, thể hiện tính ứng dụng thực tiễn và tư duy kỹ thuật chuyên sâu.