LỜI MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, trong xây dựng các công trình thủy lợi kè giữ mái dốc để bảo vệ bờ và đê biển, mái bờ sông, mái kênh mương phục vụ nông, lâm, thủy lợi tại Việt Nam chủ yếu sử dụng loại chân kè được thi công tại chỗ theo các giải pháp truyền thống, sử dụng nhiều loại kết cấu như chân kè bằng tường chắn bê tông hoặc đá hộc, cọc cừ. Các công trình này chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nước biển và sóng thường xuyên tác động làm xói lở bờ biển. Trong khi đó, hầu hết các công trình thi công trong điều kiện thủy triều lên xuống không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, khó kiểm soát chất lượng.
Hướng nghiên cứu hiện nay thường tập trung vào các loại cấu kiện đúc sẵn có trọng lượng thấp (thường làm rỗng). Những cấu kiện này có khả năng chống sạt lở, xói mòn, chống ăn mòn, chống xâm thực cao hơn nhưng bền vững hơn, mỏng hơn, nhẹ hơn, có khả năng đúc sẵn lắp ghép thuận tiện đơn giản và được sản xuất với chi phí thấp. Cấu kiện mới thường đòi hỏi những kỹ thuật và công nghệ thi công mới phù hợp. Giúp cố định chắc chắn với nền, nhưng vẫn đòi hỏi yêu cầu thi công đơn giản và nhanh chóng.
Như vậy, trên cơ sở các nghiên cứu khoa học và khảo sát hiện trường thì việc “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẤU KIỆN MỚI ÁP DỤNG CHO BẢO VỆ BỜ VÀ ĐÊ BIỂN TIỀN HẢI, TỈNH THÁI BÌNH” có tính khả thi và cần thiết. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Nghiên cứu các phương pháp thi công mới cho câu kiện bảo vệ đê biển tại Tiền Hải, tỉnh Thái Bình. So sánh với những phương pháp cũ để đưa ra những giải pháp thi công cấu kiện mới bảo vệ bờ và đê biển hiệu quả, an toàn và nhanh chóng. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ∗ Cách tiếp cận - Tiếp cận từ thực tế thi công đê kè trong nước - Tiếp cận từ lý thuyết các công nghệ thi công đê kè trước đây ∗ Phương pháp nghiên cứu - Kế thừa các nghiên cứu trước - Phương pháp chuyên gia - Điều tra, khảo sát thực địa - Phương pháp thực nghiệm IV.
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC Tổng quan về các giải pháp bảo vệ đê biển ở trong nước và trên thế giới; Các biện pháp thi công đê, kè biển truyền thống và các phương pháp tiên tiến 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. Đưa ra quy trình thi công cho chân đê sử dụng cấu kiện lắp ghép và thi công toàn bộ phần thân đê. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÀ ĐÊ BIỂN TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THỂ GIỚI 1.
Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới 1. Đê biển Hà Lan[5] 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. 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. Bản đồ đê biển Hà Lan được biểu thị trong hình 1.1: Bản đồ đê biển ở Hà Lan Trong thiết kế đê biển, Hà Lan sử dụng chủ yếu là kết cấu đê dạng mái 4 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.
- 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. Mặt cắt điển hình của đê biển Hà Lan được biểu thị trong hình 1.2: 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 5 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. 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.
Tổng thể đê biển Afsluitdijk Hà Lan được biểu thị trong hình 1.3: Tổng thể đê biển Afsluitdijk Hà Lan 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 6 năm từ 1927 đến 1933. Giai đoạn thi công được tiến hành từ bốn điểm xuất phát, bao gồm hai 6 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, 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. Hiện nay, mực nước phía trong đất liền được kiểm soát và điều chỉnh mức thấp hơn mực nước biển bên ngoài khoảng 5÷6 m. Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk được biểu thị trong hình 1.4: Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk 1.
Dự án đê biển Saemangeum – Hàn Quốc[5],[9] 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. Với chiều dài 33,9km, nằm giữa biển Hoàng Hải và cửa sông Saemangeum.
Dự án được tiến hành từ năm 1991 và được hoàn thành năm 2010. Dự án được kỳ vọng sẽ mang lại lợi ích to lớn cho phát triển công nghiệp, nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và kết nối giao thong thuận lợi giữa hai khu vực quan trọng là Gunsan và Buan (rút ngắn khoảng cách giữa 2 7 khu vực này từ 99km xuống còn 33km). Đê biển Saemangeum được biểu thị trong hình 1.5: Đê biển Saemangeum Tuyến đê từ hai bờ kết nối với 3 đảo tạo thành 4 đoạn. Bốn đoạn này có chiều cao khác nhau do cao trình đáy biển khác nhau, đoạn đê thấp nhất có chiều cao trung bình 16m và chiều rộng đáy đê là 198m.
Đoạn cao nhất có chiều cao trung bình 35m với chiều rộng chân đê 290m. Cao trình đỉnh đê so với mực nước biển từ +8,50m đến +11,0m. Trên tuyến đê còn có hai hệ thống xả lũ có khả năng thoát nước lên đến 16. Hệ thống xả lũ Garyeok có 8 cổng và hệ thống xả lũ Shinsi có 10 cổng , mỗi cổng rộng 30m cao 15m,được trang bị với hai hệ thống cửa van lên xuống ở hai đầu nặng 484 tấn.
Đê có kết cấu dạng mái nghiêng với vật liệu hỗn hợp bao gồm đá, dăm sỏi và cát. Thân đê được chia thành nhiều phần, trên đỉnh là đường giao thông rộng 35m. Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum được biểu thị trong hình 1.6: Mặt cắt ngang đê biểnSaemangeum 1. Đê biển bảo vệ thành phố St.
Peterburg –Nga[5] Vị trí công trình nằm gần vịnh Neva và vịnh Phần Lan, nối liền các thị trấn Gorki, Kronstadt và Lomonosov với chiều dài tổng cộng là 25,4km; trong đó có 22,2km băng ngang vịnh Phần Lan ở độ sâu trung bình 2,9m. Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg – Nga được biểu thị trong hình 1.7: Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg –Nga 9 Hệ thống đê biển St.Peterburg được xây dựng với mục đích bảo vệ thành phố khỏi ngập lụt khi mực nước dâng lên với tần suất 0,01%, kết hợp làm đường giao thông vành đai gồm 6 làn xe.
Dự án được bắt đầu từ năm 1978 và tạm dừng từ năm 1990 đến đầu những năm 2000, dự án tiếp tục vào năm 2005 và cuối cùng được khánh thành vào năm 2011.Dự án bao gồm một tuyến đê bằng đất và đá liên kết các phần giữa các công trình cửa xả và cổng hàng hải từ Kotlin đến phần bờ vịnh Phần Lan với chiều dài đập là 23,4km. Bốn đập (D1-D4) tổng chiều dài 8118,5m nằm trong vùng nước phía Nam, đập D5 dài 2025m nối đến Kotlin và 6 đập (D6-D11) dài tổng cộng 13223m nằm trong vùng phía Bắc của vịnh Neva. Chiều rộng nhỏ nhất của đập là 29m để bảo đảm cho việc xây dựng đường cao tốc 6 làn xe. Đập D3 cao nhất tại điểm cắt ngang luồng hàng hải hiện hữu.Đập có đặc điểm liên quan đến điều kiện địachất khác nhau của phần đất nền, đến kỹ thuật xây dựng và sử dụng vật liệu xây dựng.