CHƯƠNG I. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH ĐẬP PHÁ SÓNG, ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH 1. Giới thiệu sơ lược sự phát triển của hệ thống công trình bảo vệ bờ, hệ thống đập phá sóng trong và ngoài nước 1. Điều kiện tự nhiên và một số kiểu bờ biển Việt Nam Nước ta có đường bờ biển dài hơn 3600km trải dài từ Móng Cái đến Hà Tiên.
Căn cứ cấu tạo địa chất, hình thái học và các đặc điểm riêng nổi bật của bờ biển có thể nêu ra một số kiểu bờ biển đặc trưng của nước ta như sau [4] : (a) Bờ biển vùng vịnh Vùng biển từ Móng Cái đến Hải Phòng có hàng ngàn đảo lớn nhỏ, chạy dài và có xu thế song song với đường bờ, tạo nên nhiều vịnh kín gió như các vịnh Hà Cối, Đầm Hà, Bái Tử Long và Hạ Long. Các hòn đảo nhỏ có vai trò giống như các đập phá sóng, nhờ đó, mặt nước trong vịnh êm, sóng nhỏ. Tác động của thuỷ triều đã bào mòn các hòn đảo (hình 1-1). Các hòn đảo nhỏ ở vịnh Hạ Long có vai trò như đập phá sóng Bờ biển vùng vịnh có đặc điểm nổi bật là chịu tác động của sóng nhỏ, lưu tốc của dòng chảy ven bờ nhỏ, bờ biển ít bị xói lở.
(b) Bờ biển bùn vùng cửa sông Bờ biển bùn vùng cửa sông rất phổ biến ở nước ta, nhất là ở vùng bờ biển châu thổ Bắc Bộ và Nam Bộ. Học viên: Ngô Quý Việt Ngành Quản lý xây dựng Luận văn thạc sĩ 4 Bờ biển miền châu thổ Bắc Bộ, từ Hải Phòng đến Ninh Bình có nhiều cửa sông đổ ra biển. Về mùa lũ, các con sông mang nhiều phù sa chảy qua các cửa Nam Triệu, Cửa Cấm, Lạch Tray, Văn Úc (Hải Phòng); Cửa Lan, Diêm Điền, Trà Lý (Thái Bình); cửa Ba Lạt, Lạch Giang (Nam Định) và Cửa Đáy (Ninh Bình). Bờ biển châu thổ Nam Bộ, từ Tiền Giang đến Rạch Giá có nhiều cửa sông của hệ thống sông Cửu Long đổ ra biển.
Về mùa lũ, các con sông mang nhiều phù sa chảy qua các cửa sông Tiền, sông Hậu. (c) Bờ biển cát và cồn cát Bờ biển cát có ở rất nhiều nơi của cả Bắc bộ, Trung Bộ và Nam Bộ. Như bờ biển Bãi Cháy (Quảng Ninh), Đồ Sơn (Hải Phòng), Sầm Sơn (Thanh Hoá), Cửa Lò (Nghệ An), Thiên Cầm (Hà Tĩnh), Nhật Lệ (Quảng Bình), Thuận An (Thừa Thiên-Huế), Nha Trang (Khánh Hoà), Hà Tiên (Kiên Giang). ở Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị và Thừa Thiên - Huế, bờ biển có nhiều bãi cát và cồn cát.
(d) Bờ biển đá gốc Có nhiều nơi, núi đá áp sát ra biển, đường bờ biển là các sườn đá gốc như ở Móng Cái, chân đèo Hải Vân, Sơn Trà, Dung Quất, Cam Ranh, Quy Nhơn. Đặc điểm của bờ biển đá gốc là vách bờ có tính ổn định cao, độ sâu của biển lớn ngay sát chân vách đá. e) Bờ biển cuội sỏi Bờ biển cuội sỏi là sản phẩm của quá trình phong hoá đá gốc tại chỗ, hoặc được vận chuyển từ một nơi khác đến bởi dòng chảy trong sông và dòng chảy ven bờ ngoài biển. Chiều dài các kiểu bờ biển Việt Nam TT Kiểu bờ biển Chiều dài (km) 1 Bờ biển thấp và bãi biển.
1216,50 2 Bờ biển thấp bị xói lở. 655,00 4 Bờ đụn cát – bãi cát bị xói lở. 228,50 5 Bờ biển có đầm, phá, vụng bị chắn bởi cồn cát. 122,50 6 Bờ biển có đầm, phá, vụng chắn bởi cồn cát bị xói lở 28,30 7 Bờ biển có vụng, vịnh.
93,50 Học viên: Ngô Quý Việt Ngành Quản lý xây dựng Luận văn thạc sĩ 5 8 Bờ đá thấp có bãi biển. 51,00 9 Bờ đá thấp không có bãi biển. 132,00 11 Vách đá không có bãi biển. 577,00 Tổng cộng 3607,8 km 1.
Các giải pháp bảo vệ bờ Các giải pháp bảo vệ bờ biển bao gồm giải pháp công trình và phi công trình. Giải pháp công trình: là những tác động của con người can thiệp vào bờ biển tự nhiên bằng các công trình bảo vệ bờ biển, nhằm điều chỉnh và phòng chống các tác động bất lợi của tự nhiên, giữ cho bờ biển ổn định, phục vụ cho các yêu cầu và mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội. [4] Giải pháp phi công trình: cũng là những tác động của con người nhằm điều chỉnh và phòng chống các tác động bất lợi của tự nhiên, giữ cho bờ biển ổn định, phục vụ cho các yêu cầu và mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội; nhưng bằng giải pháp sinh học (phát triển rừng ngập mặn, rừng cây chắn gió cát ven biển) và giải pháp mang tính chất xã hội (như xây dựng luật pháp, chính sách, công tác tổ chức, quản lý, tuyên truyền, giáo dục, vận động, thuyết phục nhân dân. Sơ lược về sự phát triển của các hệ thống đập phá sóng trong và ngoài nước 1.
Lịch sử đập phá sóng Những tuyến đê đầu tiên được mô tả theo những nguồn tài liệu có thể tra cứu được vào thời kỳ văn minh cổ Ai Cập (Egyptian), Phê-ni-xi (Phoenician), Hy Lạp (Greek) và và La Mã (Roman). Một vài công trình đơn giản có dạng khối đổ, làm bằng đá khai thác tại địa phương. Khoảng 2000 năm trước công nguyên, đập phá sóng dạng khối đá xây ở Alexandria, Ai Cập đã được nhắc tới (Takahashi, 1996). Những người Hy Lạp cũng đã xây đập phá sóng (chủ yếu dạng khối đổ đá hộc) dọc theo một vài đoạn của bờ biển Địa Trung Hải (Meditterranean).
Người La Mã cũng xây những đập phá sóng dạng khối đơn đích thực, từ khi họ nắm được kỹ thuật tạo ra bê tông. Hoàng đế La Mã Trajan (53-117 sau công nguyên) đã bắt đầu công trình đập phá sóng khối đổ đá hộc ở Civitavecchia, và Học viên: Ngô Quý Việt Ngành Quản lý xây dựng Luận văn thạc sĩ 6 nó vẫn tồn tại tới ngày nay (Hình 1-2). Mái phía biển rất thoải và những kết cấu phía trên phức tạp là bằng chứng về thời kỳ lịch sử của thử nghiệm và sai sót, của phá huỷ và sửa chữa (Vitruvius , 27 năm trước công nguyên]; Shaw, 1974; Blackman, 1982; De la Pena, Prada và Redondo, 1994; Franco, 1996) [9]. Đập phá sóng dạng khối đổ đá hộc ở Citavecchia Ở thời kỳ hiện đại, những công trình đập phá sóng tương tự đã được xây dựng ở Cherbourg (1781/1789/1830) và tại Plymouth (1812/1841).
Trong cả hai trường hợp, sự ổn định của mái phía biển đều không đảm bảo và quá trình sửa chữa nối tiếp đã dẫn tới độ dốc cuối cùng là trong khoảng 1:8 và 1:12 (xem Hình 1-3 và 1-4). Đập phá sóng ở Cherbourg Hình 1-4. Đập phá sóng ở Plymouth Cân nhắc những khó khăn gặp phải ở Cherbourg và Plymouth năm 1847, một đập phá sóng khối đơn được quyết định xây dựng tại Dover. Việc thi công đã gặp phải rất Học viên: Ngô Quý Việt Ngành Quản lý xây dựng Luận văn thạc sĩ 7 nhiều vấn đề, nhưng kết quả đáng để thỏa mãn khi công trình này vẫn tồn tại mà không có hư hại đáng kể (Hình 1-5).
Đập phá sóng khối đơn tại Dover Sự phát triển giao thương trên biển nhanh chóng trong thế kỷ 19 dẫn đến một số lượng lớn những đập phá sóng được xây dựng tại Châu Âu và ở những vùng thuộc địa đang nổi. Những kỹ sư người Anh nói riêng đã khắc ghi những bài học từ đập Dover. Để tránh những khó khăn khi thi công ở khu vực nước sâu, những cơ khối đổ đá hộc đã được sử dụng làm nền móng cho những kết cấu bên trên dạng khối đơn, đây chính là những đập phá sóng hỗn hợp đầu tiên. Cũng vậy, tuy nhiên quá trình thử sai đã gây ra những thiệt hại.
Rất nhiều công trình đã phải thiết kế lại do những cơ ban đầu được dựng lên quá cao. Tại Pháp, các kỹ sư đã nỗ lực giải quyết vấn đề ổn định bằng cách thiết kế các mái thoải hơn trên mực nước biển (SWL), và sử dụng những khối bê tông cực nặng (hình lập phương và hình hộp) làm lớp áo kè. Họ cũng bắt đầu sử dụng đá nhỏ hơn làm phần lõi của công trình. Đập phá sóng Marseilles (1845) đã trở thành một ví dụ thành công của cộng đồng nói tiếng Pháp như là đập Dover của những vùng nói tiếng Anh.
Tuy nhiên, dạng đập Marseilles yêu cầu kết cấu kè rất nặng và nhiều vật liệu cho mặt cắt ngang, đặc biệt là ở vùng nước sâu (Hình 1-6). Đập phá sóng tại Marseilles Học viên: Ngô Quý Việt Ngành Quản lý xây dựng Luận văn thạc sĩ 8 Những phát triển này khiến cho đập hỗn hợp được sử dụng rộng rãi nhất vào đầu thế kỷ 20, đặc biệt là ở Ý, nơi mà nhiều đập đã được xây dựng ở vùng nước khá sâu dọc theo bờ biển Địa Trung Hải. Vì vậy giải pháp hợp lý dường như là một công trình hỗn hợp bao gồm một cơ ở khoảng một phần hai chiều sâu nước, trên đó là một tường đứng. Kết cấu tường được tạo bởi những khối cực lớn (khổng lồ), cũng có thể ngàm trong để tạo ra hiệu ứng khối đơn (Hình 1-7).
Tuy nhiên những đập này không hẳn là một thành công, do khối đổ khiến cho sóng vỡ và đập vào tường, dẫn tới xu hướng hư hỏng. Vật liệu bảo vệ mái điển hình như: - Vào năm 1949, P.Danel [1953] tại phòng thí nghiệm thủy lực Dauphinois (sau này là SOGREAH) đã thiết kế cấu kiện kè Tetrapod, khởi đầu của một loạt những cấu kiện tương tự. - Rijkswaterstaat và Delft Hydraulics đã phát triển cấu kiện Akmon. - Cấu kiện Dolos (Nam Phi) dường như đã cung cấp giải pháp tối ưu cho đến khi độ bền cơ học hạn chế của nó đã gây ra một loạt những sự cố.
- Sự phát triển những khối dị hình vẫn tiếp tục, tuy nhiên dẫn tới hai cấu kiện khác ở Pháp khá thành công: “Antifer cube” và Accropode. - Người nhật đưa ra mẫu RAKUNA IV vào năm 2007. Đập phá sóng điển hình dọc theo bờ biển Địa Trung Hải 1.