MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây tình hình thời tiết diễn biến hết sức phức tạp và theo chiều hướng ngày càng bất lợi hơn. Vùng biển phía Tây của tỉnh Cà Mau triều cường thường xuyên dâng cao, kết hợp mưa, dông và sóng với cường độ mạnh đã phá hủy làm mất đi diện tích rất lớn rừng phòng hộ. Một số nơi, rừng phòng hộ không còn, sóng biển tác động trực tiếp vào thân đê, làm sạt lở rất nghiêm trọng hệ thống đê biển Tây, gây rất nhiều khó khăn, tốn kém trong việc xử lý khắc phục cũng như ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất, sinh hoạt của nhân dân.
Trước sự tàn phá của sóng biển, hàng loạt nhà cửa, đất đai sản xuất, rừng phòng hộ và thậm chí một số công trình đê kè cũng bị sóng biển cuốn trôi. Theo thống kê của tỉnh Cà Mau, tổng chiều dài sạt lở ven biển ở tỉnh đã trên 40km, trong đó có 4 khu vực sạt lở nguy hiểm dài trên 17km thuộc các khu vực đê biển Tây; cửa biển Gành Hào, huyện Đầm Dơi; khu dự trữ sinh quyển mũi Cà Mau và bãi biển Khai Long. Mức độ sạt lở trong 5 năm qua, có nơi biển đã ăn sâu đất liền hơn 100m. Điển hình, huyện U Minh có đường bờ biển dài khoảng 35km, nhưng phần lớn diện tích rừng ven biển ở đây đã bị sóng biển Tây vốn bình lặng xóa sổ.
Có nơi biển lấn sâu vào đất liền gần 1km. Phần lớn nhà dân ở xã Khánh Tiến sống ven rừng phòng hộ trước kia nay phải di dời vào sâu trong đất liền để tránh thiên tai và sóng biển nuốt mất nhà… Năm 2014, thời tiết đã có dấu hiệu cực đoan, vào các tháng đầu năm đã liên tục xuất hiện những đợt thủy triều dâng cao, kèm theo sóng to tiếp tục gây sạt lở cho khu vực này. Trước tình hình trên, Chi cục Thủy lợi đã chỉ đạo cho Hạt Quản lý Đê điều phải luôn túc trực, bám sát địa bàn, theo dõi mọi diễn biến bất lợi của thời tiết, kiểm tra, giám sát chặt chẽ các tuyến kè bảo vệ tuyến đê biển Tây đã và đang được triển khai thực hiện để có giải pháp ứng phó kịp thời. Hiện nay, qua kiểm tra, khảo sát trên toàn tuyến đã phát hiện một số vị trí có nguy cơ sạt lở rất cao (đai rừng còn rất mỏng, có nơi chỉ còn khoảng 15÷ 20m), nếu không được xử lý sớm sẽ rất nguy hiểm.
Đặc biệt là sạt lở tại đoạn từ Kênh Mới đến Kênh Hòn, xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời, với tổng chiều dài sạt lở 140m. 1 Thời gian gần đây, biển Tây của Cà Mau luôn luôn động, gió cấp 7, cấp 8. Sóng to gió lớn đã làm sụp lở nhiều đai rừng phòng hộ biển Tây. Chỉ từ năm 2007 trở lại đây có 40.600m bị sạt lở khá nghiêm trọng, trong đó sạt lở đặc biệt nghiêm trọng gồm có 04 đoạn, với tổng chiều dài 16.
Qua khảo sát trong năm 2014 hiện có khoảng 15km chiều dài với đai rừng chỉ còn từ 30 - 80m (đoạn từ Hương Mai đến Tiểu Dừa) nếu không có giải pháp khắc phục thì chỉ vài năm sau các đoạn này sẽ không còn rừng phòng hộ. Dưới tác động của BĐKH, rừng phòng hộ đê biển Tây có nguy cơ biến mất hoàn toàn Tình hình sạt lở điểm cách cấu kiện Kênh Tình hình sạt lở phá hủy rừng phòng hộ Mới về ấp Kênh Hòn khoảng 300m Ngoài ra, hiện nay rừng ngập mặn Cà Mau đã được đưa vào khu dự trữ sinh quyển thế giới, vì vậy, vấn đề trồng rừng và xúc tiến tái sinh rừng ngoài việc bảo vệ bờ biển còn làm tăng thêm diện tích rừng, bảo vệ duy trì tính đa dạng sinh học cho khu sinh quyển đã được UNESCO công nhận. Bằng nguồn vốn hỗ trợ của Trung ương, tỉnh Cà Mau đã xây dựng một tuyến kè dùng cọc bê tông ly tâm đóng xuống biển cách bờ khoảng 100m để tạo bãi bồi trồng rừng trở lại dài trên 4,4km. Cách làm này là có hiệu quả nhằm tái tạo rừng, chống sạt lở, nhưng suất đầu tư vẫn còn khá cao.
2 Kè cọc ly tâm Kè rọ đá Để khắc phục tình trạng trên, một mặt cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp bảo vệ chống xói lở bờ biển , khôi phục lại rừng ngập mặn, mặt khác cần nghiên cứu phương án giảm chí phí xây dựng công trình. Vì vậy để nâng cao hiệu quả và giảm giá thành cho các công trình bảo vệ bờ, gây bồi chống sạt lở bờ biển cần đề xuất những giải pháp kết cấu phù hợp hơn. Trên cơ sở đó học viên chọn Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đê trụ rỗng tiêu sóng gây bồi chống sạt lở đê biển Việt Nam áp dụng đối với xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau” 2. Mục đích của đề tài Đề xuất và lựa chọn giải pháp kết cấu, tính toán ổn định cho đê trụ rỗng tiêu giảm sóng áp dụng cho xã Khánh Bình Tây huyện Trần Văn Thời tỉnh Cà Mau.
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3. Cách tiếp cận nghiên cứu: Về lý thuyết: Tổng kết và kế thừa những kết quả nghiên cứu thủy động học lên các dạng kết cấu tiêu sóng đã được công bố. Sừ dụng các tiêu chuẩn hiện hành trong và ngoài nước để tính toán cho kết cấu đề xuất. 3 Lấy ý kiến các chuyên gia: quá trình nghiên cứu cần thiết phải lấy ý kiến các chuyên gia chuyên ngành.
Phương pháp nghiên cứu: * Phương pháp nghiên cứu công trình thực tiễn: - Quan sát kết hợp tổng quan các công trình thực tế - Phương pháp hệ thống điều tra thực địa; - Phương pháp chuyên gia * Phương pháp lý thuyết - Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyêt tổng quan 4. Kết quả dự kiến đạt được Đề xuất và lựa chọn giải pháp kết cấu, tính toán ổn định cho đê trụ rỗng. Tính toán thiết kế cụ thể cho một công trình thực tế; Sơ bộ đề xuất quy trình và biện pháp thi công đê trụ rỗng. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Tổng quan giải pháp đê chắn sóng xa bờ trên thế giới. Sự biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Biểu hiện rõ nhất là sự nóng lên của trái đất, là băng tan, nước biển dâng cao; là các hiện tượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán và giá rét kéo dài… dẫn đến sự đe dọa phá hủy sự ổn đỉnh của hàng triệu triệu Km bờ biển trên khắp hành tinh, phá hủy và nhấn chìm hàng triệu km2 các dải đất đồng bằng phì nhiêu dọc các bờ biển. Đứng trước tình hình đó rất nhiều các giải pháp công trình bảo vệ bờ biển được nghiên cứu thi công để bảo vệ bờ biển trong đó các giải pháp đê chắn sóng , giảm sóng xà bờ là một lựa chọn nhằm chủ động ứng phó với tác động xấu của sóng biển trước khi sóng tác động trực tiếp vào bờ.
Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc tại Anh Hình 1 - 1: Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex Bờ biển Elmer nằm ở phía nam của vương quốc Anh, là một đoạn bờ biển thẳng, nằm giữa Bognor Regis và Littlehampton. Elmer nằm trong vùng bán nhật triều. Mực nước triều trung bình cao là khoảng 5,3 m, Mực nước triều chân triều thấp nhất là 2,9 m. Đỉnh triều lớn nhất có thể lên tới 6m.
Khoảng 30 cm trên bề mặt đáy, vận tốc triều tối đa là 1m/s (trong thời kỳ triều cường), dòng triều theo hướng Đông Tây ở khu vực ngoài khơi. Một hệ thống gồm 8 đê chắn sóng song song với đường bờ được xây dựng từ năm 1991-1993, khu vực giữa hệ thống công trình này và bờ biển là các bãi trầm tích. 8 đê chắn sóng có kích thước khác nhau do phụ thuộc vào vị trí xây dựng chúng. 5 Hệ thống công trình đê chắn sóng này nổi khi thủy triều thấp và ở trạng thái bán ngập khi thủy triều cao.
Sau khi xây dựng hệ thống này, đã không những hạn chế được xói lở bờ biển mà còn hình thành các bãi cát được nuôi dưỡng ở phía sau đê. Đê chắn sóng xa bờ mặt cắt bằng đá hộc kết hợp Tetrapode Hình 1 - 2: Đê chắn sóng ngoài khơi tại Elmer, West Sussex Với mục đích bảo vệ bờ và giảm thiểu xói lở, một hệ thống đê xa bờ đã được xây dựng dọc theo phần phía Đông của bờ biển Alexandria. Hệ thống đê này gồm: một đê ngầm chính và hai phân đoạn đê ở hai bên, khoảng cách từ hệ thống công trình tới bờ biển khoảng 150m-300m. Tổng chiều dài của đê ngầm là khoảng 3000 mét, được xây dựng trong khu vực có phạm vi độ sâu mực nước biển từ 2,5-8,5 m.
Bề rộng đỉnh đê là 36m trong khu vực có độ sâu 3÷5m, và đỉnh đê rộng 46 m ở khu vực có độ sâu 8,5m. Các phân đoạn đê này có cao trình đỉnh thấp hơn mực nước biển thấp nhất là 0,5m – đây là khoảng cách tối thiểu đảm bảo tính hiệu quả của đê ngầm và đảm bảo tốt nhất việc lưu thông dòng chảy với vùng được đê ngầm bảo vệ. Đê được bảo vệ ở cả mái phía biển và mái phía bờ, vật liệu bảo vệ chủ yếu là đá tự nhiên có khối lượng 10÷300kg và cấu kiện Tetrapode. Độ dốc mái đê phía biển và phía bờ là 1:2; 1:3; 1:5 để đảm bảo tính ổn định của công trình chắn sóng.
Tại khu vực có độ sâu 3÷5m, mái phía biển bố trí 2 hai lớp Tetrapod nặng 3 tấn, mái phía bờ bảo vệ bởi khối bê tông nặng 5 tấn. Trong khu vực độ sâu 8,5 mét, mái phía biển được bảo vệ bởi cấu kiện Tetrapod nặng 5 tấn và hai lớp bê tông đá. Đê chắn sóng xa bờ bằng công nghệ Geotube Công nghệ Geotube được chứng minh là phương pháp hiệu quả giúp kiềm chế năng lượng của sóng biển. Các ông Geotube và túi cát Geobag được may từ vải địa kỹ thuật 6 đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng trên biển và cửa sông với chi phí thấp.
Công nghệ Geotube đã được kiểm chứng là biện pháp hữu hiệu bảo vệ bờ biển chống lại xói lở gây ra do tác động của bão và áp thấp nhiệt đới. Quy trình thi công khá đơn giản, các ống địa kỹ thuật được may từ loại vải địa kỹ thuật đặc biệt, lấp đầy bằng cát biển và chôn dọc theo bờ biển tạo thành một tuyến đê mềm.