Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN, BỜ ĐẢO 1. Tổng quan chung về công trình biển 1. Nhiệm vụ và chức năng của công trình biển Công trình biển là những công trình được xây dựng trên biển, bao gồm các công trình trên vùng biển ven bờ gọi chung là công trình biển ven bờ (coastal engineering), các công trình trên vùng biển xa bờ gọi chung là công trình biển xa bờ hay công trình biển khơi (offshore engineering). Cả hai loại công trình này đều chịu tác động của môi trường biển, các điều kiện tự nhiên vùng biển như sóng, gió, triều, dòng chảy biển.cùng các yếu tố vật lý, hóa học, cơ học, sinh học biển nhưng với tính chất và mức độ khác nhau, phụ thuộc rất nhiều vào độ sâu nước biển của vùng biển.
Công trình biển xa bờ được xây dựng ở vùng biển hở, nước sâu, nơi các yếu tố động lực biển với nguồn năng lượng rất lớn, trong lúc công trình biển ven bờ thì được xây dựng ở vùng nước cạn nhưng lại chịu các diễn biến rất là phức tạp của điều kiện tự nhiên như sóng vỡ, xói bồi bờ biển và đáy biển, cộng thêm với các ảnh hưởng của lục địa tại vùng tiếp giáp như cửa sông, hồ phá ven biển.nên tuy chịu tác động của các yếu tố động lực biển không lớn như ở vùng nước sâu nhưng lại rất nguy hiểm cho sự an toàn của các công trình xây dựng dưới nước và ven bờ. Công trình biển xa bờ bao gồm các công trình phục vụ thăm dò, khai thác dầu khí khoáng sản như các giàn khoan biển cố định hay di động, đảo nhân tạo, các hệ thống đường ống, bể chứa, các dàn khoan (DK) phục vụ canh phòng bảo vệ biển đảo, các hệ thống phao tiêu báo hiệu trên biển, đèn biển trên các hải đảo, các cảng nước sâu và hệ thống công trình bảo vệ (như cảng dịch vụ hàng hải, cảng trung chuyển quốc tế. Công trình biển ven bờ (từ độ sâu khoảng 10-20m trở vào) bao gồm: 1. Các công trình phục vụ giao thông bao gồm các cảng biển và đê chắn sóng bảo vệ cảng, đê chắn cát giảm sóng hướng dòng, ổn định cửa sông, bảo vệ luồng tàu vào cảng, đèn biển, hệ thống phao tiêu báo hiệu luồng tàu và cảng, các cảng dịch vụ Nghiên cứu cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp hợp lý kè bảo vệ bờ đảo Luận văn Thạc sĩ 6 Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ hàng hải, các cảng trung chuyển quốc tế, các nhà máy đóng sửa chữa tàu biển, sân bay cố định nổi hay trên biển.
Các công trình bảo vệ bờ biển hải đảo, phục vụ phát triển nông nghiệp, khu dân cư bao gồm các công trình bảo bờ biển, công trình lấn biển tạo khu dân cư, công trình lấy thoát nước ven biển phục vụ nhà máy, công trình phục vụ du lịch (tạo bãi tắm, cảng du lịch, bến du thuyền. Các công trình phục vụ khai thác và nuôi trồng thủy hải sản như cảng cá, trung tâm nghề cá. Các công trình phục vụ quốc phòng như cảng quân sự, căn cứ Hải quân, cơ sở sữa chữa đóng tàu quân sự, các DK (trạm bảo vệ trên biển và hải đảo.) Trong các công trình biển, hệ thống đê, kè biển và cửa sông là lá chắn đảm bảo an toàn và ổn định dân cư, các công trình hạ tầng cho công cuộc phát triển của các nước có biển. Các quốc gia có bờ biển trên thế giới hàng năm đã phải đổ không biết bao nhiêu tiền của vào các công trình bảo vệ bờ biển, đặc biệt trong các năm gần đây thời tiết, bão lũ khắc nghiệt.
Vấn đề sạt lở bờ, các hiểm họa từ biển gia tăng đột biến và trở thành vấn đề nóng bỏng trên toàn cầu. Trên thế giới việc bảo vệ đê, kè biển được các nước có bờ biển đặc biệt quan tâm, nhất là các thành phố ven biển. Xu hướng chung là ngoài nhiệm vụ bảo vệ dân cư và các cơ sở hạ tầng, các công trình bảo vệ bờ còn tạo ra các địa điểm du lịch nghỉ dưỡng với cảnh quan thiên nhiên tươi đẹp. Với các công trình đê, kè biển ngoài tác dụng bảo vệ bờ biển, còn có các tuyến đê, kè nhằm tạo ra các vùng trú ẩn cho tàu thuyền, bảo vệ các cảng lớn khi có gió bão.
Công trình bảo vệ bờ biển, bờ đảo Công trình bảo vệ bờ biển, bờ đảo là loại công trình có tầm quan trọng to lớn trong nền kinh tế xã hội, nó có ảnh hưởng trực tiếp đến dân sinh xã hội và đang chiếm một khối lượng không nhỏ trong công trình biển. Như chúng ta đã biết, bờ biển thường bị đẩy lùi vào dưới tác động của sóng và dòng chảy (biển tiến), gây sụp đổ nhiều nhà cửa đê điều và các công trình ven biển, gây thiệt hại lớn về tài sản của nhân dân, cũng như cơ sở hạ tầng kỹ thuật của Nhà Nước. Nghiên cứu cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp hợp lý kè bảo vệ bờ đảo Luận văn Thạc sĩ 7 Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ Công tác bảo vệ bờ biển, bờ đảo do đó là công trình quan trọng và bức thiết, đặc biệt là đối với nước ta, một nước có bờ biển dài hơn 3.000km, lại còn có gió to bão lớn, nên phải xây hàng nghìn km đê biển. Tuy nhiên, còn rất nhiều vùng vẫn còn chịu sự đe dọa, phá hoại thường xuyên của sóng biển và hệ thống đê biển đã được xây dựng vẫn luôn bị phá hoại nặng nề sau mỗi trận bão nên nhiệm vụ sửa chữa duy tu vẫn là công việc thường xuyên phải làm.
Việc nghiên cứu, quy hoạch thiết kế và xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển một cách bền chắc và ổn định là nhiệm vụ lớn lao do thực tế Việt Nam đặt ra cho các nhà kỹ thuật biển. Ngoài việc bảo vệ bờ biển phục vụ cho sản xuất và đời sống của nhân dân, việc cải tạo xây dựng vùng ven biển, biến bờ biển thành các khu du lịch, trong đó có những công trình tạo bãi, xây dựng bãi tắm, làm đẹp bờ biển, xây dựng các bến du thuyền, cảng du lịch nhằm phục vụ cho nghỉ ngơi, giải trí, tắm biển, du lịch ven biển, du lịch ra các đảo bằng tàu thuyền, cũng là một trong các nhiệm vụ cấp bách hiện nay ở nước ta. Do đó, ngoài các mặt tiêu cực gây thiệt hại về người và cơ sở vật chất kỹ thuật, còn có mặt rất tích cực là đem lại cho con người và đất nước nhiều tài nguyên quý giá, trong đó có du lịch, chỉ cần con người biết khai thác vận dụng. Công trình bảo vệ bờ biển được thực hiện với những phương pháp và kết cấu rất đa dạng, có thể phân ra 2 loại hình chủ yếu là: Bảo vệ chủ động và bảo vệ bị động.1 Bảo vệ chủ động: Là chủ yếu bắt sóng và dòng chảy thực hiện theo ý đồ bảo vệ của con người, đó là phải giữ cát từ các nguồn đưa về tại vị trí gần đường bờ để tạo thành con đê bảo vệ bờ từ xa bằng những hạng mục công trình thích hợp như đập đinh (groin) hay đê chắn sóng bờ (offshore breakwater), bố trí cách bờ một quãng nhất định, bờ do nằm cách xa phía trong, nên không chịu tác động trực tiếp của sóng, mang tính chất bảo vệ từ xa.
Loại hình này chỉ được thực hiện tại các vùng bờ bờ có cát dọc bờ tương đối lớn, như ở vùng bờ biển của miền Trung nước ta. Các hạng mục công trình dùng vào việc tiêu sóng gây bồi theo loại hình bảo vệ Nghiên cứu cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp hợp lý kè bảo vệ bờ đảo Luận văn Thạc sĩ 8 Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ chủ động ngoài 2 loại chính thường dùng là đập đinh và đê chắn sóng bờ, còn có đê chắn sóng ngầm, ngưỡng ngầm. Ngoài ra, việc chủ động bồi tụ bãi bằng phương thức nhân tạo nghĩa là đổ cát để tạo bãi (nuorishment) (có hay không có sự giúp đỡ của đập đinh để chống mất cát) cũng là hình thức bảo vệ bờ hiệu quả.2 Bảo vệ bị động: Là tìm cách ngăn chặn hay làm giảm yếu tác động phá hoại trực tiếp của sóng và dòng chảy đối với bờ bằng các công trình bảo vệ trực tiếp, thường là các công trình được xây dựng ở ngay trên tuyến đường bờ, nơi chịu tác động trực tiếp của sóng và dòng chảy, mang tính chất bảo vệ trực tiếp. Công trình bảo vệ bị động có nhiều loại như đê biển, tường biển, tường chắn, lớp bảo vệ mái bờ (kè bờ).
Công trình bảo vệ bờ biển, dù thuộc loại bảo vệ chủ động (bảo vệ từ xa) hay bảo vệ bị động (bảo vệ trực tiếp) đều có mối liên hệ chặt chẽ và thường hỗ trợ lẫn nhau. Ở công trình bảo vệ bị động, ở nhiều trường hợp cũng cần có sự hỗ trợ của bảo vệ chủ động (bảo vệ từ xa) dưới dạng rừng ngập mặn hay dải cát ngầm, bãi triều tiêu sóng ở tuyến trước. Ngoài ra công trình bảo vệ bị động nhiều lúc cũng cần sự hỗ trợ của công trình bảo vệ chủ động như đập đinh, ngưỡng ngầm (liên tục hay không liên tục), đôi khi cả đê chắn sóng bờ. Trong trường hợp này, công trình bảo vệ bị động như kè bờ, tường chắn.sẽ mang tính chất làm đẹp đường bờ nhiều hơn là kết cấu chịu lực chính (xem hình 1.
a) Nuôi cát nhân tạo bảo vệ bờ biển b) Đê chắn sóng bảo vệ bờ biển Hình 1.1: Các hình thức bảo vệ bờ biển Trong khuôn khổ của luận văn này tác giả chỉ lý luận chung về các công trình bảo vệ bị động gồm đê biển và kè biển, kè đảo. Nghiên cứu cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp hợp lý kè bảo vệ bờ đảo Luận văn Thạc sĩ 9 Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ 1. Yêu cầu về cấu tạo đê, kè biển 1. Yêu cầu chung Tuyến đê biển được chọn trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, trên cơ sở xem xét: - Sự phù hợp quy hoạch tổng thể phát triển toàn vùng; - Điều kiện địa hình, địa chất; - Diễn biến cửa sông và bờ biển; - Vị trí công trình hiện có và công trình xây dựng theo quy hoạch; - An toàn, thuận lợi trong xây dựng, quản lý, khai thác đê và khu vực được đê bảo vệ; - Bảo vệ các di tích văn hoá, lịch sử và địa giới hành chính; - Đảm bảo khai thác đa mục tiêu; - Đảm bảo tính kinh tế.
Yêu cầu cụ thể 1).