MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam hiện có khoảng 405 đô thị trải dài trên hơn 3.200 km bờ biển và dự kiến đến năm 2025, sẽ có thêm khoảng 130 thành phố dự kiến sẽ được xây dựng [1]. Cùng với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển ở các thành phố, khu đô thị, khu du lịch ven biển là 1 xu thế tất yếu trong bối cảnh các tác động của biến đổi khí hậu và thiên tai ở vùng ven biển ngày càng trở nên rõ rệt. Do quỹ đất tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển thường hạn hẹp, không phù hợp để xây dựng đê biển với mặt cắt ngang hình thang.
Mặt khác, đê biển cũng không phù hợp với yêu cầu về thẩm mỹ tại những khu vực này. Thay vào đó, tường biển sẽ được lựa chọn làm công trình bảo vệ cho toàn bộ kết cấu hạ tầng và dân sinh kinh tế của khu vực. Hiện nay phần lớn các khu đô thị, du lịch ven biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ nước ta đều đang được bảo vệ bằng tường biển do những ưu điểm về cảnh quan và mặt bằng so với đê biển truyền thống. Tường biển là một dạng công trình bảo vệ bờ biển với chức năng bảo vệ và ổn định đường bờ cũng như toàn bộ khu vực phía sau công trình trước tác động của sóng, nước dâng và các tác động bất lợi khác từ phía biển.
Tường biển thường được thiết kế để tạo cảnh quan hài hòa giữa biển và đất liền, góp phần khai thác hiệu quả những giá trị của các khu đô thị, du lịch ven biển. Nhìn chung, tường biển có mặt cắt ngang khá phong phú nhưng có thể chia thành 03 dạng cơ bản bao gồm: dạng thẳng đứng (Hình 0.1a), dạng bậc thang (Hình 0.1b) và dạng mặt cong (Hình 0.1 Các dạng mặt cắt ngang tường biển 1 Hầu hết tường biển tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ đều được xây dựng, tu bổ qua nhiều thời kỳ khác nhau. Vì vậy, tường biển tại nhiều khu vực thường xuyên bị hư hỏng do một số hạn chế về kỹ thuật, gây ảnh hưởng đáng kể tới kết cấu hạ tầng và dân sinh kinh tế của các khu đô thị, du lịch ven biển. Mặt khác, hiện nay các công trình ven biển đang phải chịu ảnh hưởng trực tiếp của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, dẫn đến nguy cơ sóng tràn qua công trình ngày càng lớn hơn.
Về lý thuyết, có thể sử dụng biện pháp gia tăng cao trình đỉnh của công trình hiện có để giảm sóng tràn. Tuy nhiên, việc nâng cao trình đỉnh tường biển có thể gây cản trở tầm nhìn ra phía biển, ảnh hưởng tới cảnh quan chung của khu vực. Một trong những giải pháp giảm sóng tràn nhưng không làm gia tăng cao trình đỉnh tường được đề xuất là thiết kế tường biển có mũi hắt sóng (Hình 0.2b), đặc biệt có thể kết hợp với mặt cong để giảm lưu lượng sóng tràn (Hình 0. Mặt cong ở thân tường và mũi hắt sóng có tác dụng hướng dòng chảy ra khỏi khu vực được bảo vệ.
Khi sóng tới đập vào thân tường, mặt cong và mũi hắt sóng của tường sẽ hướng dòng nước ra phía biển.2 Sơ họa sóng tràn qua (a) tường biển thẳng đứng không mũi hắt sóng; (b) tường biển thẳng đứng có mũi hắt sóng; (c) tường biển mặt cong có mũi hắt sóng Tuy vậy, khi làm mũi hắt sóng thì áp lực nước lên thân tường và mũi hắt sóng sẽ lớn hơn so với trường hợp tường thẳng đứng [3] tiềm ẩn nguy cơ mất ổn định trượt ngang và gia tăng hiện tượng xói bãi trước sát chân tường (Hình 0.3 Hiện tượng xói chân tường biển do cộng hưởng sóng phản xạ Để khắc phục hiện tượng mất ổn định và xói chân tường nêu trên, hiện nay một số mặt cắt ngang tường biển hỗn hợp ở nước ta được nghiên cứu đề xuất với kết cấu bao gồm một khối tường biển bằng bê tông trọng lực đặt trên một bệ mái nghiêng. Tường biển đặt trên bệ mái nghiêng hoàn toàn khác với kết cấu tường đỉnh đặt trên đê biển. Các kết cấu tường đỉnh đặt trên đê biển thường có chiều cao giới hạn trong khoảng 0,8 ÷ 1,2 m. Trong khi đó, tường biển đặt trên bệ mái nghiêng có chiều cao trong khoảng từ 1,5 ÷ 3,0 m, lớn hơn nhiều so với tường đỉnh đặt trên đê biển (Hình 0.
Mặt cắt ngang kết cấu tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng thường được áp dụng để bảo vệ các khu du lịch, đô thị ven biển ở nước ta được minh họa trong Hình 0.4 Một số công trình tường biển ở vùng duyên hải Bắc Bộ, Việt Nam 3 Hình 0.5 Minh họa mặt cắt ngang tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng trên mái nghiêng Kết cấu tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng còn được sử dụng để nâng cấp, thay thế các tuyến đê biển đã có, nhằm tiết kiệm quỹ đất và tạo cảnh quan cho các khu đô thị, khu du lịch ven biển.5, kết cấu tường biển này bao gồm các bộ phận chính như sau: (1) Kết cấu đất đắp và đường giao thông phía sau tường. (2) Khối tường biển trọng lực bằng bê tông với mặt cắt ngang dạng tường mặt cong có mũi hắt sóng, chiều cao có thể từ 1,5 ÷ 3m. (3) Kè mái nghiêng nối tiếp chân tường với độ dốc từ 1:2,0 ÷ 1:3,0. Độ dốc này thường lớn so với mái đê biển nhằm tiết kiệm quỹ đất tại các khu du lịch và giảm sóng leo lên mặt tường biển.
Mái kè có tác dụng chống xói lở cho khu vực chân tường, đồng thời đóng vai trò như một bệ phản áp phía biển, giảm nguy cơ trượt ngang cho tường biển, tăng tính ổn định cho công trình. Nhìn chung, nhiều công trình tường biển dạng mặt đứng ở nước ta hiện nay cơ bản mới đáp ứng được một số yêu cầu về cảnh quan và tiết kiệm quỹ đất nhưng khả năng chống sóng tràn, sóng bắn còn rất hạn chế. 4 Hiện vẫn còn nhiều tuyến công trình tường biển ở các khu đô thị, khu du lịch ven biển chưa được tu bổ, nâng cấp. Một số công trình đã được đầu tư, nâng cấp với kết cấu tường mặt cong có mũi hắt sóng nhưng phần lớn các công trình này chưa tính toán cụ thể được lưu lượng tràn qua tường biển (một số công trình còn được thiết kế theo kinh nghiệm) nên hiệu quả chống tràn còn khá thấp.
Thời gian vừa qua, hầu hết các công trình đê/tường biển ở nước ta đã áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế như: “14 TCN 130-2002 - Hướng dẫn thiết kế đê biển”, “TCVN 9901: 2014 - Yêu cầu thiết kế đê biển”; một số công trình đã vận dụng các tiêu chuẩn và hướng dẫn của nước ngoài (TAW-2002, Eurotop-2017, EurOtop-2018) trong việc tính toán thiết kế. Tuy nhiên, kết cấu tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng cho tới nay vẫn chưa có nghiên cứu và chỉ dẫn kỹ thuật cụ thể. Do vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng đến sóng tràn qua đỉnh tường có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, có thể sử dụng làm cơ sở xây dựng hướng dẫn tính toán sóng tràn qua dạng kết cấu tường biển này nhằm tăng độ tin cậy cho công trình, đảm bảo yêu cầu khai thác hiệu quả các khu đô thị, du lịch ven biển với quỹ đất hạn hẹp, đặc biệt là trong điều kiện biến đổi khí hậu và thiên tai ở vùng ven biển xuất hiện ngày càng nhiều. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá ảnh hưởng của tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng đến sóng tràn qua tường biển từ kết quả nghiên cứu trên mô hình vật lý máng sóng.
- Đề xuất được 01 mặt cắt ngang tường biển phù hợp cho khu đô thị, khu du lịch vùng duyên hải Bắc Bộ và áp dụng cho khu du lịch Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: sóng tràn qua tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng, trong điều kiện sóng không vỡ. - Phạm vi nghiên cứu: bờ biển tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển vùng duyên hải Bắc Bộ. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.
Cách tiếp cận Tổng hợp, phân tích các kết quả nghiên cứu hiện có ở trong và ngoài nước về sóng tràn nói chung và sóng tràn qua tường biển nói riêng; nghiên cứu các công trình tường biển đã và đang xây dựng ở vùng duyên hải Bắc Bộ. Phân tích đánh giá về các hư hỏng thường gặp của tường biển tại khu vực nghiên cứu, nghiên cứu ảnh hưởng của tường biển mặt cong đối với sóng tràn qua tường biển, từ đó đề xuất hình dạng mặt cắt ngang tường biển và tính toán cao trình đỉnh tường biển phù hợp với khu vực nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tổng quan: phân tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc các tài liệu, các công trình nghiên cứu có liên quan mật thiết với luận án, từ đó tìm ra những vấn đề khoa học mà các nghiên cứu trước chưa được đề cập một cách đầy đủ. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thực hiện các thí nghiệm mô hình vật lý nghiên cứu sóng tràn qua tường biển mặt cong, có mũi hắt sóng.
- Phương pháp khảo sát, điều tra và đo đạc thực địa tại vùng nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5. Ý nghĩa khoa học Hiện nay ở nước ta chưa có nhiều nghiên cứu về tương tác của sóng với tường biển dạng mặt cong, đặc biệt là ảnh hưởng của tường mặt cong có mũi hắt sóng đặt trên bệ mái nghiêng đến khả năng chiết giảm sóng tràn qua tường biển. Do vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của tường biển mặt cong có mũi hắt sóng, đặt trên bệ mái nghiêng đến sóng tràn sẽ góp phần nâng cao mức độ tin cậy trong tính toán sóng tràn qua tường biển.
Nghiên cứu này có ý nghĩa về mặt khoa học trong việc bố trí, tính toán thiết kế tường biển phù hợp cho bờ biển các khu đô thị, khu du lịch vùng duyên hải Bắc Bộ nước ta. Ý nghĩa thực tiễn Qua khảo sát về hiện trạng tường biển tại các khu đô thị, khu du lịch ven biển Bắc Bộ cho thấy hiện tượng tường biển bị hư hỏng do sóng tràn tại khu vực này khá phổ biến, đặc biệt trong điều kiện bão, áp thấp nhiệt đới hoặc trong các đợt gió mùa Đông Bắc mạnh.