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. 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.
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. 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. 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. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ 1. Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới Ngay từ xa xưa đê biển đã được sử dụng như một giải pháp hữu hiệu cho việc chống lại các tác hại do thủy triều, gió bão, ngập lụt và cả mở rộng thêm đất đai (quai đê lấn biển). Ngày nay, với sự phát triển khoa học và kỹ thuật, đê biển được xây dựng không chỉ nhằm mục đích bảo vệ ngăn triều và chống ngập lụt cho các khu vực thấp mà còn lợi dụng tổng hợp đa mục tiêu như tạo hồ dự trữ nước ngọt phục vụ phát triển nông nghiệp, thủy sản, hình thành các khu đô thị, khu kinh tế, cảng biển mới, tạo trục giao thông kết nối các vùng, các khu kinh tế, phát triển du lịch trong vùng, xây dựng các nhà máy điện triều… Cho đến nay, nhiều nước trên thế giới đã và đang xây dựng những tuyến đê biển có quy mô lớn với nhiệm vụ tổng hợp như : Hà Lan, Triều Tiên, Hàn Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Nga, Mỹ … 1.
Đê biển Hà Lan[6] Đất nước Hà Lan là vùng đất thấp hay còn gọi là vùng trũng, với nhiều khu vực ngập lụt, nhiễm mặn, phèn hoá, châu thổ chịu lũ chính của lưu vực sông Rhin, thường xuyên hứng chịu triều cường của biển Bắc. Nhưng cũng vì đặc điểm này mà người Hà Lan đã trở thành một trong những chuyên gia số một về thuỷ lợi và công trình biển với rất nhiều thành tựu đáng khâm phục.1: Bản đồ đê biển ở Hà Lan Tại Hà Lan, đê biển đã được sử dụng để bảo vệ lũ lụt trong hàng trăm năm qua. Chính vì thế, Hà Lan là đất nước có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế đê biển. Cho đến nay, nhiều quốc gia đã và đang áp dụng các dạng thiết kế của Hà Lan trong việc xây dựng đê biển.
Trong thiết kế đê biển, Hà Lan sử dụng chủ yếu là kết cấu đê dạng mái nghiêng, mặt cắt điển hình của đê biển được khuyến cáo theo thiết kế sau đây: - Độ dốc mái đê phía biển thường lấy 1:3 → 1:6, thiết kế này có thể làm giảm các tác động của sóng biển. - Độ dốc mái đê phía đất liền từ 1:2 → 1:3, giảm thiểu diện tích chiếm đất phía sau công trình và tối đa hóa sự ổn định của đê. - Các lớp không thấm nước: thường bao gồm đất sét nhưng đôi khi được bổ sung bởi nhựa đường nhằm vào mục đích bảo vệ phần lõi cát. - Khối bảo vệ chân (chân khay): đây là lớp bảo vệ ngoài cùng của bãi biển và ngăn ngừa các ảnh hưởng của sóng làm mất bãi do tác động vận chuyển bùn cát ngang cũng như dọc bờ.
- Phần lõi của đê thường là cát để đảm bảo rằng nước ngấm qua thân đê có thể chảy ra. Phần lõi này hỗ trợ cho các lớp phủ và gia tăng trọng lượng cho cấu trúc của đê biển góp phần chống lại áp lực nước cao. 6 - Kênh thoát nước: cho phép dòng thấm sau khi chảy ra được tiêu thoát đi, đảm bảo kết cấu đê biển không bị suy yếu khi gặp trường hợp bão hòa nước.1: Mặt cắt ngang đê qua các thời kỳ Đê biển ở Hà Lan đã được nâng cấp hai lần trong thế kỷ 20. Tất cả đê biển đều cần thiết được xây dựng đến cao trình +4,30.
Sau trận lũ thảm họa năm 1953, cao trình đê đã được quyết định nâng lên đến mức +7,65m. Phần nửa dưới của đê cho thấy cao trình trước và sau khi nâng cao về phía trong của đê. * Hệ thống đê biển Afsluitdijk Đê biển Afsluitdijk là một trong những minh chứng điển hình nhất cho đất nước Hà Lan trong lĩnh vực đê biển. Công trình này chạy dài từ mũi Den Oever (Noord Holland) lên đến mũi Zurich (Friesland).
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.2: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan 7 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 5.000m3/s, mỗi cống có 5 cửa rộng 12m, sâu 4m; âu thuyền đảm bảo cho tàu có tải trọng 6000 tấn. Thời gian thi công được tiến hành trong khoảng thời gian có 6 năm từ 1927 đến 1933. 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 bổ sung bằng cát.
Tiếp theo, các phương tiện thi công cơ giới bao mặt đê bằng sét, gia cố móng bằng đá bazan. Bề mặt trên cùng được phủ cát, đất, trồng cỏ và trải nhựa phục vụ mục đích giao thông.3: Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk Hiện nay mực nước phía trong đất liền được kiểm soát và điều chỉnh mức thấp hơn mực nước biển bên ngoài khoảng 5÷6m. Dự án đê biển Saemangeum – Hàn Quốc[6],[10] Đê biển Saemangeum cách thành phố Seoul khoảng 200km về phía nam. Nó có một hệ thống đường giao thông ở phía trên.
Đê biển mang tên Saemangeum bao quanh một vùng biển có diện tích 401km2 bằng khoảng 2/3 diện tích thành phố Seoul.