CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THI CÔNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ Công trình đập phá sóng dạng thùng chìm là loại công trình xây dựng có nhiệm vụ bảo vệ bờ biển, do đó quá trình thi công đập phá sóng thùng chìm mang đầy đủ đặc tính của công trình xây dựng và của hệ thống công trình bảo vệ bờ. Vậy nên phạm trù nghiên cứu công nghệ thi công đập phá sóng dạng thùng chìm cần phải nghiên cứu công nghệ thi công các công trình bảo vệ bờ biển nói chung.1 Phân loại công trình bảo vệ bờ 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. 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 6 hiện nay ở nước ta. Do đó, ngoài các mặt tiêu cực gây thiệt hại về người và cơ sở vật chất, 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, do đó có thể phân loại dựa vào kết cấu, vật liệu, chức năng hay nhiệm vụ của chúng, dưới đây tác giả phân loại công trình bảo vệ bờ dựa vào chức năng nhiệm vụ của công trình: - Đê và kè biển; - Đập mỏ hàn; - Đập phá sóng.1 Đê và kè biển Đê biển là kết cấu có chức năng ngăn thủy triều, ngăn nước dâng và chắn sóng để ổn định bờ biển, các vịnh và cửa sông, bảo vệ cho các vùng dân sinh- kinh tế bên trong bờ biển phục vụ khai hoang lấn biển hoặc nuôi trồng thủy sản. Kè biển là kết cấu phòng chống sạt lở mái dốc, bảo vệ bờ và bãi biển. Hệ thống đê và kè này được xây dựng dọc bờ biển. Những vùng đồng bằng ven biển có cao độ thấp thường cần phải có đê bảo vệ, như Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định.
Những dải bờ có cấu tạo bởi đồi, núi, các đụn cát áp sát ra biển thường không phải làm đê bảo vệ như đoạn bờ đèo Hải Vân, bờ biển các tỉnh Phú Yên,… Hình 1.1: Thi công kè lát mái đê Hải Phòng Hình 1.2: Thi công đê Tĩnh Gia - [15] Thanh Hóa 7 Đê biển có thể phân loại theo vật liệu xây dựng, theo vành đai tuyến đê bảo vệ, theo chiều sâu nước trước đê, theo hình dạng mặt cắt… 1.2 Đập mỏ hàn Là một loại công trình để chỉnh trị một đoạn bờ biển có chức năng làm giảm lưu tốc dòng chảy, giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ, tạo vùng nước tĩnh hoặc xoáy nhẹ để để giữ bùn cát lại gây bồi cho bãi bị xói, che chắn cho bờ khi sóng xiên truyền tới; giảm lực xung kích của sóng tác dụng vào bờ và hướng dòng chảy ven bờ đi lệch ra xa để không gây đào xói bờ biển. Mỏ hàn được phân loại chủ yếu dựa vào vật liệu sử dụng như: cọc gỗ, màn chắn gỗ, đá hộc, đá tảng; bê tông, bê tông cốt thép (BTCT); ống buy BTCT bên trong xếp đá hộc hoặc túi đất, túi cát; bê tông nhựa đường hoặc cừ thép, ngoài ra có thể phân loại theo điều kiện cho phép nước chảy qua mỏ hàn hoặc theo hình dạng mỏ hàn trên mặt bằng.3: Thi công mỏ hàn gỗ ở Singapore Hình 1.4: Thi công kè mỏ hàn Giao Thủy (Nam Định) 1.3 Đập phá sóng Là công trình hạn chế tác động của sóng lên vùng phía bảo vệ phía sau, chức năng của đập phá sóng là làm giảm năng lượng của sóng khi sóng tiến vào bờ, che 8 chắn tạo vùng nước lặng (bể cảng) cho tàu thuyền neo đậu, chống xói lở bờ hoặc giảm bồi lắng luồng tàu. Đập phá sóng có thể phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang, theo vị trí tương đối với bờ, vị trí tương đối với mực nước, theo vật liệu cấu tạo hoặc theo chức năng nhiệm vụ.5: Thi công Đập phá sóng ở Hình 1.6: Thi công Đập phá sóng Palm Karwar (Ấn Độ) [22] Jebel Ali (Du Bai) 1.2 Đặc điểm thi công công trình bảo vệ bờ 1.1 Đặc điểm của công trình Các công trình thủy thường chịu tải trọng lớn cho nên kích thước kết cấu công trình rất lớn, đòi hỏi có phương tiện vận chuyển, cẩu lắp có công suất lớn, thời gian xây dựng thường kéo dài. Các công trình thường có dạng chạy dài và đơn điệu nên có thể sử dụng các kết cấu đúc sẵn một cách dễ dàng và thuận lợi.
Do có dạng chạy dài và đơn điệu nên có thể sử dụng phương pháp thi công cuốn chiếu làm dứt điểm từng phân đoạn để đưa vào sử dụng. Các công bảo vệ bờ thường có dạng giống nhau và kéo dài trên một bờ nên cần phải lập một trình tự thi công hợp lý phát huy tác dụng từng đợt để sao cho không ảnh hưởng đến dòng chảy và không ảnh hưởng đến nhau trong quá trình thi công.2 Đặc điểm thi công dưới nước và trên cạn Các công trình bảo vệ bờ phần lớn được xây dựng tại vị trí ngập nước hoặc bán ngập nước có độ sâu nước lớn, do đó không đắp đê quai mà thi công trực tiếp trên nước. Quá trình thi công dưới nước nên áp dụng các thiết bị chuyên dụng như tàu hút bùn, tàu cuốc, cần trục nổi, tàu đóng cọc, trạm trộn bê tông, và các tàu, sà lan vận chuyển. Về kết cấu công trình thường sử dụng tối đa các cấu kiện đúc sẵn, lắp ghép dưới nước (khối lượng bê tông, thùng chìm, cọc, cừ, tường góc lắp ghép…).
Phần thi công trên cạn có thể sử dụng phương pháp lấn dần với các phương tiện cơ giới cao như ô tô, máy xúc lật, máy đào, máy ủi… Quá trình thi công chịu ảnh hưởng rất lớn do nước vì thế cần phải nghiên cứu và vận dụng các phương pháp thi công hợp lý để giảm bớt ảnh hưởng của nước để sao cho vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, chất lượng công trình, tiến độ thi công, hạ giá thành xây dựng.3 Đặc điểm thi công trong điều kiện tự nhiên phức tạp 1.1 Trong điều kiện địa chất yếu Các công trình bảo vệ bờ nằm trên nền địa chất yếu nên khả năng chịu lực của nền là rất nhỏ, bởi vậy khi xây dựng các công trình này phải quan tâm đến vấn đề gia cố nền đất yếu của đê biển như biện pháp như: Gia tải trước, nạo vét, đào bỏ (xói hút), đắp bù vật liệu thay thế, làm chặt và làm bằng để đặt móng công trình trực tiếp lên nền hoặc thông qua một lớp thảm đệm. Các phương án kỹ thuật được áp dụng như: - Thay thế toàn bộ nền đất yếu bởi vật liệu có khả năng chịu tải tốt hơn như cát, dá dăm; nhược điểm của phương pháp này là khối lượng đất đào và cát lấp rất lớn nên chi phí cao; - Sử dụng một số kỹ thuật làm tăng khả năng thoát nước nền để tăng nhanh quá trình cô kết trước khi xây dựng công trình như cọc cát, bấc thấm; 10 - Sử dụng các biện pháp cơ học để làm chặt, tăng khả năng chịu lực của nền như đầm chấn động, đầm rung; - Sử dụng phương pháp khoan phụt vào nền hỗn hợp dung dịch hóa học như xi măng bao gồm công nghệ Jet Grouting và phương pháp trộn đất [16].2 Điều kiện sóng gió Sóng gió làm cho các phương tiện thi công bị chao đảo nghiêng ngả và làm việc rất khó khăn, nó ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian thi công, đến sự hoạt động neo đậu của phương tiện, đến độ chính xác của công tác cẩu lắp. Cho nên khi tiến hành thi công cần phải lựa chọn phương tiện, biện pháp neo đậu, thời gian thi công cho thích hợp.3 Ảnh hưởng của sự dao động mực nước Thủy triều là thành phần đóng vai trò lớn nhất dẫn đến sự dao động mực nước. Ngoài ra còn có những dao động khác cũng có biên độ đáng kể như [16]: - Dao động mực nước do ảnh hưởng của bão.
Những dẫn liệu chi tiết về các đặc trưng dao động nước dâng cho thấy độ lớn nước dâng do bão tại khu vực biển ven bờ Việt Nam không nhỏ, có thể đạt tới 250cm hoặc hơn nữa. - Dao động mùa do sự luân phiên trong năm của các hệ thống gió mùa thịnh hành. Các tài liệu khác nhau cho thấy biên độ dao động mùa của mực nước ở các trạm thuộc bờ Việt Nam có thể đạt tới 30-40cm. Ở Biển Đông có đủ bốn loại thủy triều khác nhau: đó là bán nhật triều đều, bán nhật triều không đều, nhật triều không đều và nhật triều đều.
Tính phức tạp của thủy triều ở Biển Đông thể hiện ở sự biến đổi cả về độ lớn và tính chất thủy triều trên không gian biển, sự biến đổi này đặc biệt phức tạp trong vùng gần bờ và các vịnh. Nét độc đáo nữa trong hiện tượng thủy triều ở Biển Đông biểu hiện ở sự khác nhau trong tương quan biên độ của các sóng thành phần của thủy triều ở những vùng khác nhau.