CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH CẢNG, CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐÊ CHẮN SÓNG 1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH ĐÊ CHẮN SÓNG BẢO VỆ CẢNG 1.1: Cảng biển và công trình bảo vệ cảng Cảng biển là một đầu mối giao thông, được kết hợp các công trình xây dựng và thiết bị đảm bảo cho tàu đậu an toàn, đồng thời cho phép bốc dỡ hàng hoá nhanh và thuận tiện. Về mặt tác động, nó chịu các yếu tố tự nhiên của động lực biển như sóng, bão, thuỷ triều, hải lưu, nước dâng, chuyển động của bùn cát ven bờ, nước ngầm, động đất - sóng thần. Các yếu tố này so với các yếu tố tác động vào cảng sông thì mạnh và nguy hiểm gấp nhiều lần.
Về mặt quy mô hiện đại thì cảng biển vượt trội so với cảng sông và cảng hồ, không những về lượng hàng hoá, kích cỡ tầu, trang thiết bị bốc xếp mà về tất cả các khía cạnh khác có liên quan đến cảng. 1 - Vïng ngoμi bÓ c¶ng dÉn (Vïng ngoμi cöa) 2 - BÓ c¶ng 3 - Vïng cöa s«ng 2 §ª ch¾n sãng 3 s«ng Hình 1- 1. Khu nước - bể cảng của một cảng biển đặc trưng. Thông thường chỉ có vùng 1 và vùng 2, trường hợp cảng biển không tiếp cận với cửa sông thì khuyết vùng 3.
Phân loại theo vị trí thì cảng biển được phân loại thành: cảng đảo tự nhiên, cảng đảo nhân tạo, cảng ngoài biển hở, cảng vịnh, cảng cửa sông. Khi xây dựng cảng người ta phải chọn những vị trí nước sâu thuận tiện cho tàu bè vào cảng vận chuyển hàng đồng thời phải tận dụng được điều kiện tự nhiên để 4 giảm chi phí xây dựng các hạng mục khác như đê chắn sóng, hay giảm tối thiểu lượng bùn cát bồi lắng vào cảng. Phân loại theo tác động của sóng thì cảng biển chia làm hai loại: có đê chắn sóng và không có đê chắn sóng. Trừ các cảng ở cửa sông và trong các vịnh kín thì đại đa số các cảng biển trên thế giới nhất là cảng nước sâu đều có các công trình đê chắn sóng, đê ngăn cát nhằm vươn xa ra biển.
Tất cả các bể cảng có đê chắn sóng bảo vệ gọi là bể cảng nhân tạo. Các tuyến đê được chọn chủ yếu phụ thuộc vào hướng sóng tác dụng, sự vận chuyển của bùn cát, phụ thuộc vào địa hình tự nhiên của khu đất và khu nước, sao cho tận dụng tối đa được điều kiện địa hình để giảm chi phí xây dựng cảng. Trên hình 1-2 & 1-3 là ví dụ chọn các tuyến đê chắn sóng. Hai tuyến đê chắn sóng liền bờ.
1 - Vũng cảng 2 - Đê chắn sóng 3 - Tường bảo vệ 4 - Khu đất 5 - Lạch vào cảng 6 - Khu neo tàu ngoài cảng 1. Cửa cảng và luồng tầu ra vào cảng Luồng tầu là một tuyến đường thủy có chiều sâu và chiều rộng đủ để cho phép chạy tầu êm thuận, một luồng tầu tốt thường có đủ các điều kiện như, tuyến luồng tầu gần như thẳng, chiều rộng và chiều sâu đủ lớn, khi chịu tác động của các điều kiện khí tượng, kể cả gió và dòng triều vẫn đảm bảo chạy tầu an toàn. Luồng tầu không được song song với bờ vì tạo ra diện tích hứng gió và sóng tối đa, làm tàu dễ bị chệch hướng khó điều khiển. Sơ đồ luồng tầu vào cửa cảng.
Cửa cảng là nơi tầu ra vào cảng đây là gianh giới giữa khu nước lặng ở trong cảng và khu sóng to ở ngoài cảng. Một bể cảng thương mại thường chỉ bố trí một cửa cảng, bất đắc dĩ mới bố trí hai cửa trong các trường hợp sau: - Quân cảng, bắt buộc phải có cửa thứ hai để tháo lui lúc nguy cấp. - Thương cảng khi chỉ xây dựng có duy nhất một tuyến đê đảo, mỗi cửa nằm ở một đầu của tuyến đê. Chiều rộng cửa cảng là chiều rộng ứng với chiều sâu có thể chạy tầu đối với từng loại cảng là khác nhau.
Đối với cảng cá chiều rộng B = 50÷70m, đối với cảng biển nội địa B = 100÷150m, đối với cảng biển có tầu viễn dương B = 200÷300m. Chức năng, vai trò của đê chắn sóng đối với công trình cảng Chức năng của các công trình bảo vệ cảng nói chung và đê chắn sóng nói riêng bao gồm bảo đảm độ lặng trong khu nước của cảng, duy trì chiều sâu nước, ngăn ngừa xói bãi biển, ngăn lượng bùn cát bồi lắng vào cảng, khống chế mực nước ở phía sau đê dâng lên khi có sóng bão, và làm giảm sóng thần tràn vào cảng, bảo vệ các công trình cảng và khu đất khỏi bị sóng gió, sóng bão và sóng thần. Khi thiết kế cảng phải tính toán sao cho luồng lạch ra vào cảng của tàu là ngắn nhất, tốc độ phát triển ngưỡng cạn vô cùng chậm hoặc bằng không, hệ thống báo hiệu hàng hải đơn giản. Bể cảng tối ưu nhất là có diện tích hữu hiệu nhất.
Muốn thế cần dựa vào tuyến đê và hướng sóng giải các bài toán nhiễu xạ trong bể cảng bằng mô hình toán học hoặc mô hình vật lý hoặc đồng thời cả hai. 6 a) Bïn c¸t vμo nhiÒu b) Bïn c¸t vμo Ýt Hình 1- 4. Cách bố trí các tuyến đê chắn và cửa cảng. Đê chắn sóng cần phải bao được một vùng nước đủ rộng để cho tầu bốc xếp hàng và leo đậu.
Cửa cảng phải đủ rộng sao để cho luồng tầu chạy được dễ dàng. Tuy nhiên khi cửa cảng rộng thì lại không tạo được độ lặng cần thiết trong khu nước của cảng. Vì vậy khi bố trí tuyến đê chắn sóng phải xem xét tất cả các yếu tố sóng, gió, dòng vận chuyển bùn cát, chiều sâu nước và các điều kiện địa chất công trình. (Trích Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn sóng, TS.
Đào Văn Tuấn (2005) Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. Trang 1-1 ÷ 1-3) Hình 1-5 Mô hình cảng hai tuyến đê chắn sóng liền bờ 1. Phân cấp, phân loại đê chắn sóng Có nhiều cách để phân loại đê chắn sóng, sau đây là một số cách phân loại thường dùng. Phân cấp công trình đê chắn sóng Cấp công trình đê chắn sóng bảo vệ cảng được xác định theo chiều cao sóng tính toán của tần suất h1% tại chân công trình, chỗ có độ sâu lớn nhất dọc theo tuyến đê chính (tại đầu đê sát cửa cảng): - Cấp I, nếu h1% ≥ 7,0m là công trình đê vĩnh cửu; - Cấp II, nếu h1% < 7,0m là công trình đê vĩnh cửu; - Cấp III, nếu h1% < 5,0m cho đê vĩnh cửu và tất cả các đê tạm.
Chỉ được phép tăng một cấp công trình đê chắn sóng so với quy định trên cho các trường hợp sau: Có ý nghĩa đặc biệt quan trọng (chủ quyền quốc gia, an ninh quốc phòng, xây dựng kinh tế biển. Xây dựng trong điều kiện tự nhiên rất bất lợi (nền đất rất yếu, thi công gấp trong điều kiện tự nhiên khắc nghiệt. Lần đầu tiên ứng dụng một loại kết cấu mới, vật liệu mới. Ngoài cách phân cấp trên, đê chắn sóng còn được phân cấp theo độ sâu: - Cấp I khi độ sâu H ≥ 20m; - Cấp II khi độ sâu H < 20m.
Phân loại theo mặt bằng đê chắn sóng Theo mặt bằng vạch các tuyến đê có thể phân loại thành: - Đê nhô: Là tuyến đê một đầu cắm vào bờ, còn một đầu kia vươn ra xa biển tới cửa cảng, đây là loại thường gặp và một bể cảng gồm hai đê nhô bao bọc. - Đê đảo: là tuyến đê chắn sóng cả hai đầu đều không gắn với bờ. Nếu một bể cảng chỉ có một tuyến đê đảo thì thường áp dụng cho vịnh với ba phía là bờ - Đê hỗn hợp: hệ thống các tuyến đê của bể gồm cả đê nhô và đê đảo. Phân loại đê chắn sóng theo tương quan với mực nước Theo quan điểm này đê chắn sóng được phân thành hai loại: đê ngập và đê không ngập.
- Đê ngập (Đê chìm) có cao trình đỉnh đê thấp hơn cao trình mực nước thi công, thậm chí còn thấp hơn cả mực nước thấp thiết kế. Loại kết cấu này xây dựng khi bể cảng dùng làm bãi tắm hoặc chỉ ngăn cát, phù sa. 8 - Đê không ngập có cao trình đỉnh đê luôn cao hơn mực nước cao thiết kế. đối với cảng thương mại, cảng khách, cảng thuỷ sản chỉ nên thiết kế đê không ngập.
Phân loại đê chắn sóng theo công dụng Theo công dụng đê chắn sóng được phân thành các loại: + Đê dùng để chắn sóng; + Đê ngăn cát; + Đê chắn sóng - ngăn cát; + Đê hướng dòng; 1. Phân loại đê theo hình dạng mặt cắt ngang Cách phân loại này là chính xác nhất vì nó phản ánh được các đặc trưng cơ bản của kết cấu, không những về cấu tạo mà cả về phương pháp tính toán, các giải pháp thi công. Dựa trên góc độ này kết cấu đê được phân thành: + Đê tường đứng trọng lực; + Đê chắn sóng mái nghiêng; + Đê chắn sóng bắng cừ, cọc; + Kết cấu đê hỗn hợp (nửa đứng, nửa nghiêng); + Đê thuỷ khí và các loại kết cấu đặc biệt khác. (Trích Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn sóng, TS.
Đào Văn Tuấn (2005) Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. CÁC HÌNH THỨC VÀ DẠNG ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đê chắn sóng đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi để bảo vệ cho khu vực sau đê tránh được các tác động của sóng. Dưới đây là những hình thức đê chắn sóng thông dụng đã được nghiên cứu, áp dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên thế giới. Đê chắn sóng mái nghiêng Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng sớm nhất và được áp dụng rộng rãi nhất.
Đê chắn sóng mái nghiêng có thể được xây dựng bằng đá hoặc bằng khối bê tông hoặc bằng cả đá và khối bê tông kết hợp. Đê được sử dụng ở những nơi có địa chất không cần tốt lắm, độ sâu không quá 20m. 9 Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng rộng rãi nhằm tận dụng được các vật liệu sẵn có, tại chỗ: đá, bêtông v. Ngoài ra đê chắn sóng mái nghiêng còn ứng dụng nhiều khối bêtông có hình thù kì dị nhằm tiêu hao năng lượng sóng và liên kết với nhau.
Đê mái nghiêng có các ưu nhược điểm sau: Ưu điểm: - Tận dụng được vật liệu địa phương; - Tiêu hao năng lượng sóng tốt, sóng phản xạ ít, nhất là khi mái nghiêng có độ nhám cao; - Nếu xảy ra mất ổn định cục bộ thì thế ổn định tổng thể vẫn khá vững chắc vì là các vật liệu rời.