Tài liệu Nghiên cứu lựa chọn phương án kết cấu hợp lý cho đê bao lấn biển huyện tiên lãng thành phố hải phòng.

1 LỜI CẢM ƠN Với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp tác giả đã hoàn thành luận văn. Tác giả luận văn xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến GS.TS Nguyễn Chiến là thầy hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn. Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Công ty TNHH MTV KTCT thủy lợi An Hải và lãnh đạo Ban chuẩn bị dự án quai đê lấn biển Tiên Lãng - Hải Phòng đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành quá trình học tập và viết luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2014. Tác giả Trần Thị Thủy 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ĐÊ BAO LẤN BIỂN ........................................................................ 11 1.1 Tổng quan về đê bao lấn biển ở Việt Nam. ............................................ 11 1.2 Đặc điểm kết cấu của đê bao lấn biển. .................................................... 17 1.2.1 Tổng quát về các điều kiện xây dựng đê bao lấn biển. .......................... 17 1.3 Tình hình làm việc của các hệ thống đê bao lấn biển đã xây dựng. ....... 23 1.3.1 Trên thế giới ........................................................................................... 23 1.4 Các kết quả nghiên cứu về kết cấu đê bao lấn biển hiện đại. ................... 31 1.4.1. Đê có lõi bằng vật liệu tại chỗ kết hợp gia cố nền và mái: ................... 32 1.4.3. Đê bằng hệ thống các xà lan bê tông cốt thép nối tiếp nhau .................... 35 1.4.4. Đê biển có cấu tạo bằng hệ thống tường ô vây ..................................... 36 1.4.6. Đê biển có cấu tạo bằng hệ thống xà lan tạo chân .............................. 39 CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU ỨNG DỤNG CHO ĐÊ BAO LẤN BIỂN TIÊN LÃNG .............................................................. 42 2.1.Giới thiệu vị trí, nhiệm vụ công trình. ...................................................... 42 2.1.1. Vị trí địa lý: ........................................................................................... 42 2.1.2.Nhiệm vụ công trình: ............................................................................. 43 2.2.Các điều kiện xây dựng công trình đê bao lấn biển Tiên Lãng ................ 44 2.2.1.Điều kiện địa chất công trình ................................................................. 44 2.2.2.Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn .................................................. 51 2.2.3.Vật liệu xây dựng. .................................................................................. 56 2.3.Đề xuất các giải pháp kết cấu.................................................................... 59 2.4.Phân tích, lựa chọn phương án tính toán................................................... 67 2.5.Kết luận chương 2. .................................................................................... 72 3 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHO PHƯƠNG ÁN THÂN ĐÊ BẰNG TÚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT CHỨA CÁT ............................................................ 73 3.1. Kích thước cơ bản của mặt cắt ................................................................. 73 3.1.1. Xác định cao trình đỉnh đê .................................................................... 73 3.1.2. Xác định chiều cao san nền thiết kế ...................................................... 75 3.1.3. Thân đê .................................................................................................. 77 3.1.4. Chiều rộng và kết cấu mặt đê: ............................................................... 78 3.1.5. Mái đê:................................................................................................... 79 3.2.Phân tích ứng suất - biến dạng và ổn định của đê và nền ......................... 79 3.2.1. Mục đích tính toán ................................................................................ 79 3.2.2. Lựa chọn phương pháp tính .................................................................. 80 3.2.2.2. Ứng dụng mô hình toán ..................................................................... 89 3.2.2.3. Lựa chọn phần mềm tính toán............................................................ 91 3.2.3. Lựa chọn mặt cắt tính toán ................................................................ 92 3.2.4. Trình tự thi công và các bước tính toán ................................................ 93 3.2.5. Mô hình tính toán .................................................................................. 94 3.2.6. Kết quả tính toán và phân tích .............................................................. 96 3.2.7. Tính toán cho phương án rút ngắn thời gian chờ cố kết. .................... 104 3.3. Tính toán lớp bảo vệ mái ....................................................................... 110 3.3.1. Xác định các loại tải trong tác dụng lên mái đê: ................................. 110 3.3.2. Tính toán sơ bộ lớp gia cố mái nghiêng. ............................................. 114 3.3.3. Thiết kế tầng đệm và tầng lọc ngược .................................................. 116 3.3.4. Thiết kế chân khay .............................................................................. 116 3.3.5. Thiết kế lăng trụ đá phản áp ................................................................ 117 3.3.6. Thiết kế tường đỉnh ............................................................................. 118 3.4. Giải pháp thi công .................................................................................. 118 3.4.1. Trình tự thi công quai đê lấn biển ....................................................... 118 4 3.4.2. Phương pháp thi công các bộ phận của đê .......................................... 119 3.5. Kết luận chương 3. ................................................................................. 121 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .......................................................................... 122 1. Kết quả đạt được của luận văn .................................................................. 122 2. Một số điểm tồn tại ................................................................................... 123 3. Hướng tiếp tục nghiên cứu ........................................................................ 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ................................................................................... 5 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 - Kết cấu điển hình của đê biển ở Việt Nam .................................... 13 Hình 1.2 - Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định ...................... 14 Hình 1.3 - Một số công trình đê biển ở Trà Vinh, Kiên Giang ....................... 15 Hình 1.4 - Mặt cắt sơ họa thân đê bằng đá hộc............................................. 21 Hình 1.5 - Mặt cắt sơ họa thân đê bằng cọc ống BTCT ................................. 21 Hình 1.6 - Mặt cắt sơ họa thân đê bằng đất mái nghiêng .............................. 22 Hình 1.7 - Mặt cắt sơ họa thân đê bằng túi geotube ...................................... 23 Hình 1.8 - Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan ........................................... 24 Hình 1.9 - Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk .......................................................... 25 Hình 1.10 - Mặt cắt ngang đê Saemangeum ...................................................... 25 Hình 1.11 - Đê biển Saemangeum .................................................................. 26 Hình 1.12 - Vị trí của dự án New Orleans Surge Barrier............................... 26 Hình 1.13 - Mặt cắt ngang New Orleans ....................................................... 27 Hình 1.14 - Đê biển Bình Minh 1,2,3 .........................................................................28 Hình 1.15 - Đê biển Bình Minh 2 ...............................................................................29 Hình 1.16 - Đê biển Bình Minh 3 ..............................................................................30 Hình 1.17 - Cắt ngang kết cấu đê biển dạng 1 ..........................................................32 Hình 1.18- Cấu kiện kè mái đê...................................................................................33 Hình 1.19 -Cấu tạo đê biển dạng 2 ............................................................................34 Hình1.20 - Mặt cắt ngang đê biển dạng 3 .................................................................35 Hình 1.21 - Kết cấu đê biển dạng tường ô vây..........................................................37 Hình 1.22 - Mặt cắt ngang đê biển dạng 5 ................................................................38 Hình 2.1 – Vị trí xây dựng tuyến đê quai lấn biển Tiên Lãng ..................................42 6 Hình 2.2 - Tuyến đê quai lấn biển Tiên Lãng ............................................................43 Hình 2.3 – Hình dạng mặt cắt ngang túi vải địa kỹ thuật ........................................58 Hình 2.4 - Mặt cắt đại biểu đê đất đắp ......................................................................60 Hình 2.5 - Hình ảnh thi công đê quai lấn biển Seamangeum ..................................61 Hình 2.6 - Mặt cắt đại biểu thân đê bằng đá đổ .......................................................62 Hình 2.7 - Túi vải địa kỹ thuật trong quá trình thi công ..........................................64 Hình 2.8 - Mặt cắt đại biểu thân đê bằng các túi vải địa kỹ thuật chứa cát ..........64 Hình 2.9 - Hình ảnh đê quai lấn biển bằng cọc bê tông ..........................................66 Hình 2.10 - Mặt cắt đại biểu thân đê bằng cọc ống bê tông cốt thép đóng xiên ...66 Hình 2.11 - Sử dụng túi vải địa kỹ thuật xây dựng cảng tại Busan, Hàn Quốc, ....70 Hình 2.12 - Sử dụng túi vải ĐKT đắp đê lấn biển tại Hàng Châu, Trung Quốc ...70 Hình 3.1- Tổ hợp 349 trận bão trong lịch sử hoạt động trên biển Đông ...............74 Hình 3.2 – Vị trí tính sẵn đường tần suất mực nước biển tổng hợp ........................74 Hình 3.3 - Mặt cắt đại diện thân đê bằng túi cát vải địa kỹ thuật ...........................79 Hình 3.4: Xác định mômen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn. ............82 Hình 3.5: Xác định góc ma sát và lực dính huy động...............................................86 Hình 3.6: Quan hệ ∑Msft ~ chuyển vị .......................................................................88 Hình 3.7: Mô hình tính toán........................................................................................95 Hình 3.8: Lưới phần tử phân tích ...............................................................................95 Hình 3.9: Điểm khảo sát chuyển vị ............................................................................96 Hình 3.10 - Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp.................96 Hình 3.11 - Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp...............97 Hình 3.12 – Chuyển vị đứng (lún) của nền đê sau giai đoạn đắp +0,0................100 Hình 3.13 – Chuyển vị đứng (lún) của nền đê sau giai đoạn đắp +2,0................100 Hình 3.14 – Chuyển vị đứng (lún) của nền đê sau giai đoạn đắp +4,5................100 Hình 3.15 – Chuyển vị đứng (lún) của nền đê sau giai đoạn đắp đất nền đường ......................................................................................................................................101 7 Hình 3.16 - Lún theo thời gian của điểm B và E trong thời gian thi công ..........102 Hình 3.17 - Độ lún cuối cùng của điểm B và E......................................................102 Hình 3.18- Hệ số ổn định Msf= 1,421 ......................................................................103 Hình 3.19 - Hình dạng mặt trượt khi đê vừa đắp xong ..........................................104 Hình 3.20 - Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp...............105 Hình 3.21 - Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp.............105 Hình 3.22 - Lún theo thời gian của điểm B và E trong thời gian thi công ..........109 Hình 3.23 - Độ lún cuối cùng của điểm B và E......................................................109 Hình 3.24 - Hệ số ổn định Msf= 1,403 .....................................................................110 Hình 3.25 - Hình dạng mặt trượt khi đê vừa đắp xong ..........................................110 Hình 3.26 - Biểu đồ áp lực sóng lên mái đê ............................................................111 Hình 3.27 - Sơ đồ áp lực đẩy nổi lên mái nghiêng .................................................113 Hình 3.28 - Hình vẽ khối bê tông âm dương ...........................................................115 Hình 3.29 - Chân khay ống buy và lăng trụ phản áp .............................................117 Hình 3.30 – Hình dạng tường đỉnh ..........................................................................118 8 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 - Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng lớp đất 3,4,5 ................... 45 Bảng 2.2 - Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng lớp đất 6,7,7a ................. 46 Bảng 2.3 -Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng lớp đất 8,9,10 .................. 48 Bảng 2.4 -Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng lớp đất 10a,10b,11 .......... 49 Bảng 2.5 - Các đặc trưng mực nước triều ...................................................... 55 Bảng 3.2 - Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại hố khoan HD18.93 Bảng 3.3 - Các thông số khai báo trong mô hình ........................................... 94 Bảng 3.4 - Kết quả tính toán chuyển vị nền theo Plaxis .............................. 101 Bảng 3.5 - Độ cố kết của nền tại một số vị trí .............................................. 102 Bảng 3.6 - Kết quả tính toán chuyển vị nền theo Plaxis .............................. 108 Bảng 3.7 - Độ cố kết của nền tại một số vị trí .............................................. 109 Bảng 3.8 - Kết quả tính áp lực sóng cực đại................................................. 112 Bảng 3.9 - Kết quả tính toán điểm đặt của áp lực sóng lớn nhất ................. 112 Bảng 3.10 - Kết quả tính toán tọa độ áp lực ................................................. 113 Bảng 3.11 - Kết quả tính áp lực đẩy nổi ....................................................... 114 Bảng 3.12 – Hệ số φ theo cấu kiện và cách lắp đặt ...................................... 115 9 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đất nước ta đang trong quá trình phát triển nền kinh tế thị thường và hội nhập, vùng đồng bằng Bắc Bộ cần xây dựng một số cảng biển và sân bay lớn nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển hành khách và hàng hóa của khu vực. Hải Phòng là thành phố ven biển hội tụ đủ điều kiện thuận lợi về vị trí địa lý và các điều kiện tự nhiên để thực hiện điều đó. Theo định hướng phát triển giao thông hàng không trong cả nước, sân bay Quốc tế Nội Bài cần một sân bay dự phòng, để loại máy bay lớn có thể hạ cánh khi không đủ điều kiện hạ cánh ở sân bay Nội Bài. Theo quyết định 1448/QĐ-TTg ngày 16 tháng 6 năm 2009 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt điều chỉnh quy hoạch xây dựng chung xây dựng thành phố Hải Phòng đến năm 2025 và tầm nhìn 2050, đã xác định xây dựng sân bay Quốc tế Tiên Lãng tại khu vực bãi bồi phía ngoài đê biển III. Bộ Chính trị, Chính phủ đã quyết định xây dựng cảng nước sâu Lạch Huyện, vùng bãi bồi Tiên Lãng cách cảng nước sâu Lạch Huyện khoảng 10,0 km theo đường biển, nếu sân bay quốc tế được xây dựng ở đây sẽ tạo được quần thể vận chuyển hàng hóa liên hoàn giữa đường biển và đường không. Xuất phát từ nhu cầu vận chuyển hành khách và hàng hóa phục vụ cho sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 640/QĐ-TTg ngày 28 tháng 4 năm 2011 về việc phê duyệt quy hoạch vị trí cảng hàng không quốc tế Tiên Lãng - Hải Phòng thuộc 4 xã: Vinh Quang, Tiên Hưng, Đông Hưng, Tây Hưng trong đó cần diện tích hạ tầng phục vụ cho xây dựng sân bay là 4.500 ha. Nghiên cứu đề tài đê bao lấn biển huyện Tiên Lãng có chiều dài khoảng 22,5 km, bao khu bãi bồi nằm giữa hai cửa sông Văn Úc và Thái Bình với 10 mục tiêu tạo quỹ đất làm hạ tầng xây dựng sân bay quốc tế Tiên Lãng - Hải Phòng. 2. Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài là làm cơ sở khoa học để lựa chọn phương án kết cấu hợp lý cho đê bao lấn biển Tiên Lãng tạo nền để xây dựng sân bay quốc tế Tiên Lãng với quy mô sân bay 4F (Cấp sân bay 4F: trước hết phải là cảng hàng không quốc tế và cả nước, có trên 2 đường cất hạ cánh cách nhau 250m, tức là 1 lượt có thể cất cánh hoặc hạ cánh trên 2 máy bay cùng 1 lúc; có khả năng tiếp nhận máy bay cấp E loại máy bay to nhất, có 2 tầng, thường thấy ở hãng hàng không của Mỹ; hệ thống đường lăn có chiều rộng 2,3m; lề vật liệu rộng 10,5m; gồm 1 đường lăn chính và 7 đường lăn nối 2 đường cất hạ cánh; về hệ thống sân đỗ máy bay, đáp ứng hơn 30 vị trí đỗ và có thể mở rộng sân đỗ, đảm bảo đáp ứng 50 vị trí đỗ, có tổng công suất đạt trên 20 triệu hành khách/năm, trên 200.000 tấn hàng hóa/năm.) 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Tiếp cận các cơ sở khoa học, các công trình thực tế đã và đang thiết kế, thi công, các tài liệu đo đạc làm cơ sở cho việc tính toán. Sử dụng các phần mềm tính toán chuyên dụng tiên tiến để tính toán, nghiên cứu để làm sáng tỏ các quan điểm khoa học. 4. Kết quả đạt được - Đưa ra được tổng quan về công tác quai đê lấn biển ở Việt Nam và giới thiệu các hình thức kết cấu của đê quai lấn biển. - Phân tích các điều kiện xây dựng để đề xuất các giải pháp kết cấu ứng dụng cho đê bao lấn biển Tiên Lãng – Hải Phòng. - Tính toán chi tiết cho phương án nghiên cứu là đê bằng túi cát áp dụng cho khu vực nước nông của dự án lấn biển Tiên Lãng, từ đó đưa ra các kết luận, kiến nghị. 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ĐÊ BAO LẤN BIỂN 1.1 Tổng quan về đê bao lấn biển ở Việt Nam. Lịch sử hình thành hệ thống đê biển nước ta có từ thế kỷ 13 ở đồng bằng Bắc Bộ. Từ thế kỷ 15, sau khi chiến thắng quân Minh xâm lược, triều đình nhà Lê đã có nhiều chính sách khuyến khích khai hoang lấn biển. Vào thời vua Lê Nhân Tông (1456), khi mảnh đất Giao Thủy (Nam Định) còn là vùng sình lầy chưa được khai phá, có dòng họ Nguyễn từ làng Hòe Nha ở thành phố Nam Định xuống đây khai hoang, lập ấp mới (xã Giao Tiến ngày nay). Công cuộc lấn biển được tiếp tục dưới triều Hậu Lê, nhiều chính sách khuyến khích được ban hành cho dân khai khẩn vùng đất này để mở rộng bờ cõi ra phía biển Đông. Không chỉ có người Nam Định, nhân dân các nơi từ Hải Dương, Thanh Hoá, Sơn Tây và nhiều nơi khác nữa lần lượt đến đây quai đê, lấn biển, khai khẩn lập nên các làng xã. Công cuộc lấn biển cũng diễn ra mạnh mẽ tại Hải Hậu, mảnh đất đầu sóng, ngọn gió. Qua gần nửa thiên niên kỷ liên tục quai đê lấn biển, có thể nói, Hải Hậu là nơi sức mạnh và khí phách con người còn mạnh hơn biển cả. Biển đã phải nhường bước, lùi ra xa, để lại cho con người ruộng lúa mênh mông, đồng muối bát ngát, cây trái xum xuê. Trong giai đoạn Pháp thuộc, việc đầu tư cho cải tạo, củng cố hệ thống đê điều ít được quan tâm, nhiều tuyến đê sông cũng như đê biển bị phá hỏng do bão, lũ. Ruộng đất canh tác bị bỏ hoang hóa, mất mùa, nạn đói triền miên. Từ sau năm 1954 - 2005, công cuộc quai đê lấn biển được quan tâm và do lực lượng quân đội, Thanh niên xung phong đảm nhiệm, đã hình thành các vùng đất mới. Đến nay, hệ thống đê biển ở đồng bằng Bắc Bộ (Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định và Ninh Bình) có tổng chiều dài 267 km.Với hơn 70km bờ biển, công cuộc lấn biển diễn ra mạnh mẽ ở Nam Định (với 3 huyện Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng). 12 Do biện pháp thi công đắp đê cho tới năm 1990 chủ yếu là thi công bằng thủ công, dùng sức người, lợi dụng thời tiết, thủy triều để quai đê lấn biển, nên trong quá trình thi công gặp rất nhiều sự cố. Chủ yếu là các sự cố sau: - Bão, thủy triều và sóng biển tràn qua các đoạn đê và đường trục vừa mới đắp chưa đủ cao trình vượt triều, làm cuốn đi toàn bộ khối lượng đất mới đắp (ví dụ như cơn bão số 2 (02/7/1981) đổ bộ vào bờ biển Ninh Bình với đỉnh triều cao nhất lên tới (+3,90) làm toàn bộ tuyến đê Bình Minh 1 vừa mới đắp ngập hoàn toàn trong nước và bị cuốn đi 3.600m đê; sóng đánh tuột mất 9.299 m3 đất…). - Đê bị trượt ngang khi đắp: do lớp bùn dưới nền đê rất loãng và dày trên dưới không được vét đi, không gia cố lớp tiếp giáp với nền. - Đê bị sạt trượt trong quá trình đắp do tốc độ thi công nhanh (tốc độ đắp nhanh để đảm bảo cao trình vượt triều) dẫn đến mất ổn định mái đê do đất chưa kịp cố kết. - Đê bị lún nhiều và quá trình lún kéo dài do đất nền, đất đắp là đất yếu, đất sét chảy có hệ số thấm nhỏ. Qua các thời kỳ lịch sử quai đê lấn biển, ông cha ta đã đúc rút ra được nhiều kinh nghiệm và những biện pháp xử lý các sự cố trong quá trình quai đê như sau: - Lựa chọn thời gian đắp đê khi có triều thấp, không có gió bão để tránh đê bị sóng biển và thủy triều tràn qua phá hoại. - Xử lý lớp tiếp giáp nền: vét sạch bùn loãng, lót nền bằng bó cây hoặc đá hộc. - Lựa chọn thời gian thi công, đưa ra tiến độ thích hợp, chiều dày các lớp đắp phù hợp để đắp các lớp trên đảm bảo thời gian cố kết ổn định lớp dưới không gây sạt trượt khi thi công. Lựa chọn hệ số mái phù hợp đảm bảo đê ổn định trong quá trình thi công và quản lý vận hành. 13 - Ngày nay ta có thể áp dụng đắp đê biển bằng đất có cốt, dùng vải địa kỹ thuật và các phương pháp mới…để tăng nhanh quá trình cố kết của đất, tăng sức chống cắt của đất làm cho đê sớm ổn định trong quá trình thi công và khai thác sử dụng. Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực ổ bão Tây Bắc Thái Bình Dương với đường bờ biển dài trên 3.260 km, tỷ lệ giữa đường bờ biển so với diện tích lục địa là rất lớn. Hiện nay dọc theo bờ biển đã có các hệ thống đê biển với quy mô khác nhau được hình thành qua nhiều thời kỳ, bảo vệ cho sản xuất, dân sinh kinh tế của các vùng trũng ven biển. Tuy nhiên, hiện nay Việt Nam chỉ có hệ thống đê ven bờ biển, chủ yếu có kết cấu là đê đất, cao trình đỉnh đê thấp, thường ở cao độ +5,0m; bề rộng đỉnh đê khoảng từ 2,0m đến 5,0m; điều này cũng gây khó khăn cho việc duy tu, bảo dưỡng đặc biệt là sau những trận sạt lở đê do bão lũ. Đê biển miền Bắc thuộc loại lớn nhất cả nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình và Nam Định. Một số tuyến đê biển đã được nâng cấp hiện nay có cao trình đỉnh phổ biến ở mức +5,5 m (kể cả tường đỉnh). Mặt đê được bê tông hóa 1 phần, nhưng chủ yếu vẫn là đê đất, sình lầy trong mùa mưa bão và dễ bị xói bề mặt. Hình 1.1 - Kết cấu điển hình của đê biển ở Việt Nam 14 (a) Đê biển Cát Hải, Hải Phòng (b) Đê biển Đồ Sơn, Hải Phòng (c) Đê biển Nghĩa Hưng - Nam Định Hình 1.2 - Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định Với ĐBSCL, tổng chiều dài tuyến đê là khoảng 1.359 km, trong đó 618 km đê biển và 741 km đê cửa sông. Chiều dài đê cửa sông là 30 km cho sông lớn và 10÷15 km cho các sông rạch nhỏ. Hầu hết các tuyến đê biển nằm dọc và cách bờ biển 200÷500m đối với tuyến biển Tây, 500÷2.000 m đối với các tuyến biển Đông. Theo dự báo, nếu không chủ động ứng phó trong một khoảng thời gian ngắn nữa do tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, nước biển dâng cao sẽ làm cho khoảng 15.000÷20.000 km2 tại ĐBSCL bị ngập, trong đó có 9/13 tỉnh bị ngập gần như hoàn toàn, làm cho sản xuất nông nghiệp gặp khó khăn lớn.Trong khi đó, độ cao và sức chịu đựng của hệ thống 15 tuyến đê biển tại ĐBSCL hiện chưa đáp ứng yêu cầu ngăn nước biển dâng và sức tàn phá của sóng biển với cường độ mạnh. Đoạn đê biển đi qua huyện U Minh, Trần Văn Thời, Phú Tân ở tỉnh Cà Mau và huyện Hòn Đất ở tỉnh Kiên Giang thuộc tuyến biển Tây, kéo dài từ Cà Mau đến Kiên Giang dài khoảng 260km hiện bị xói lở nghiêm trọng. Theo quy hoạch gần 620km đê biển và hơn 740km đê cửa sông tại vùng ĐBSCL được nâng cấp hoặc xây dựng mới với chiều rộng mặt đê 6m kết hợp giao thông, mái trong mt=2÷3, mái ngoài mn=3÷4, lưu không 10m phía đồng và 50m phía biển; bên ngoài đê là rừng phòng hộ để bảo vệ và giảm sóng. (a) Đê Hiệp Thạnh - Trà Vinh (b) Đê biển Rạch Giá - Kiên Giang Hình 1.3 - Một số công trình đê biển ở Trà Vinh, Kiên Giang Trước diễn biến phức tạp của việc biến đổi khí hậu, ngoài việc nâng cấp đê thì các dự án xây dựng đê quai lấn biển không chỉ là một giải pháp để mở rộng quỹ đất mà còn chủ động ứng phó với thực trạng biển đang ngày một ăn sâu vào đất liền. Kế thừa, phát huy những kinh nghiệm quai đê của ông cha và học hỏi khoa học kỹ thuật của các nước trên thế giới, Việt Nam đã và đang thi công một số công trình lấn biển như: - Khu du lịch Hòn Dáu Resort - Đồ Sơn - Hải Phòng gồm phần lấn biển mở rộng đảo Hòn Dáu với diện tích sử dụng khoảng 54 ha và phần lấn biển 16 mở rộng bán đảo Đồ Sơn với diện tích sử dụng trên 60 ha (đã hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật phần lấn biển), khu vực lấn biển được bao bọc bằng hai lớp kè vững chãi, lớp thứ nhất được thiết kế đảm bảo cho các công trình vĩnh cửu, lớp kè thứ hai cách lớp kè thứ nhất 100m và bao quanh dự án đảm bảo tuyệt đối an toàn trước những cơn bão lớn cấp 15-16. - Xây dựng tuyến đê biển Nam Đình Vũ thuộc Khu kinh tế Đình Vũ - Cát Hải - Hải Phòng có nhiệm vụ chủ động phòng chống lụt, bão, nước biển dâng, bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản, các công trình của tổ chức cá nhân trong và ngoài nước kinh doanh, hoạt động tại đảo Đình Vũ, đảm bảo cho phát triển ổn định bền vững khu kinh tế Đình Vũ - Cát Hải. - Tuyến đê lấn biển tại Cần Giờ (thành phố Hồ Chí Minh) với chiều rộng lấn biển 300 mét, kết cấu tường chắn sóng, kè mái nghiêng, hành lang và đường giao thông ven biển dọc theo kè trên địa bàn thị trấn Cần Thạnh và xã Long Hòa, huyện Cần Giờ nhằm phục vụ dân sinh, phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng, thích ứng với nguy cơ nước biển dâng và những tác động bất lợi từ biển. -…v…v… Ngoài ra, còn một số dự án xây dựng đê bao lấn biển quy mô lớn như: - Dự án xây dựng tuyến đê lấn biển từ Vũng Tàu – Gò Công và các hạng mục công trình phụ trợ khác như cống kiểm soát triều, âu thuyền, cầu giao thông, v.v… không những sẽ tạo nên một hệ thống công trình phòng chống, bảo vệ vùng nội địa khỏi bị lũ lụt và thiên tai khác từ phía biển mà còn hình thành nên một khu vực rộng lớn đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và du lịch sinh thái. - Dự án xây dựng tuyến đê bao lấn biển Tiên Lãng – Hải Phòng tạo hạ tầng xây dựng sân bay Quốc tế Tiên Lãng. -….v…v… 17 Nếu như từ xa xưa con người luôn sợ hãi trước sự khắc nhiệt của thiên nhiên thì nay - khi trải qua nhiều quá trình phát triển tư duy, tầm hiểu biết, con người đã tiến hành các phương pháp dần khắc phục, cải tạo, lợi dụng thiên nhiên để phục vụ cuộc sống của mình. Mỗi thời kì, mỗi giai đoạn đều có sự cải tiến rõ rệt về quá trình đắp đê, vật liệu đắp đê, phương thức thi công và giải pháp công nghệ đem lại hiệu quả tốt hơn trước để dần đáp ứng được nhu cầu, bảo vệ lãnh thổ và khát vọng chinh phục thiên nhiên của con người Việt Nam. 1.2 Đặc điểm kết cấu của đê bao lấn biển. 1.2.1 Tổng quát về các điều kiện xây dựng đê bao lấn biển. 1.2.1.1 Điều kiện địa hình Tiền đề để xây dựng đê bao lấn biển là khu vực xây dựng tuyến đê phải nằm trong quy hoạch tổng thể của hệ thống công trình khai thác vùng đất mới cửa sông ven biển, quy hoạch hệ thống kênh mương thủy lợi, hệ thống đê ngăn và cống thoát nước trong khu vực được đê bảo vệ, hệ thống giao thông phục vụ thi công và khai thác cũng như các yêu cầu về thoát lũ, giao thông thủy, bảo vệ môi trường, du lịch v.v… Các bãi bồi ở vùng cửa sông, ven biển có cao độ mặt đất cao hơn mực nước biển trung bình (từ cao độ 0,00 m trở lên) đều có thể xây dựng đê bao để bảo vệ diện tích đất lấn biển và sử dụng quỹ đất đó vào mục đích nhất định. Địa hình ở khu vực xây dựng đê bao lấn biển cần phải thuận tiện giao thông cả về đường thủy, đường bộ và đường hàng không (nếu có). Giao thông không thuận tiện sẽ hạn chế trong việc vận chuyển vật liệu đến địa điểm xây dựng, khiến thời gian thi công lâu. Trong quá trình thi công xây dựng nếu không tận dụng được đường giao thông vốn có thì có thể xây mới nhưng phải xét sao cho có hiệu quả tối đa về mặt kinh tế. 18 Vị trí tuyến đê bao phải đáp ứng đi qua vùng thuận lợi để bố trí các công trình phụ trợ nối tiếp thông thuận với các công trình đã có. Tuyến đê sau khi xây dựng không làm ảnh hưởng, cản trở khả năng thoát lũ của khu vực. Quỹ đất sau khi lấn ra biển nhờ có đê bao sẽ trở thành khu kinh tế, trung tâm thương mại…nên địa hình khu vực phải đảm bảo sự thuận tiện cho việc thông thương tới các vùng lân cận trong nước và quốc tế, có tầm nhìn quan trọng trong việc định hướng phát triển kinh tế - xã hội trong tương lai và đáp ứng yêu cầu trở thành vùng kinh tế trọng điểm của khu vực. 1.2.1.2 Điều kiện địa chất Đê bao lấn biển là công trình bảo vệ cho một khu vực riêng biệt. Nên để tuyến đê bao có thể làm việc hiệu quả điều kiện đặt ra là nền địa chất khu vực xây dựng phải tương đối tốt, có độ nén chặt nhất định, không bị lún sụt một cách nghiêm trọng. Tránh tình trạng vùng ven biển đó bị xói lở, hoặc sau khi xây dựng đê bao có hiện tượng nắn dòng gây xói lở sẽ gây khó khăn cho việc lấn biển, giữ ổn định công trình. Có nguồn cung cấp nước ngọt từ nguồn nước mặt đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của người dân đóng vai trò quyết định cho sự thành công của các kế hoạch lấn biển. Nhưng ở những vùng lấn biển, có những giếng khoan sâu đến gần 100m cũng không có nước. Trong khi các vùng quai đê lấn biển dự kiến đều nằm cuối các hệ thống thủy lợi hiện có. Cần tiến hành cung cấp nước sạch song song với các kế hoạch quai đê lấn biển. Như khu vực Nghĩa Hưng (Nam Định) là khu vực thuận lợi về nguồn nước ngọt hơn các khu vực khác nhờ có 2 nguồn từ sông Đáy, sông Ninh Cơ. Khoảng cách từ các cửa lấy nước đến vùng bãi khoảng dưới 20 km. Ở vùng đê lấn biển Cồn Xanh (Nghĩa Hưng), do được quy hoạch từ trước nên hệ thống thủy lợi, thủy nông ở vùng nuôi thủy sản đã khá hoàn chỉnh: từ cống lấy nước, cống tiêu nước, hệ thống tưới tiêu riêng biệt đến tận các ô đầm. 19 Khu vực sẽ được đê bao bảo vệ phải đảm bảo không bị nước mặn xâm thực quá gay gắt hoặc đã có định hướng phương pháp giải quyết vấn đề đó nhằm đảm bảo sau khi xây dựng đê bao xong sẽ có quỹ đất phục vụ dân sinh – xã hội, xây dựng hạ tầng kĩ thuật. 1.2.1.3 Điều kiện về vật liệu xây dựng Khi xây dựng đê bao lấn biển, điều đầu tiên xét đến khi lựa chọn vật liệu xây dựng chính là tận dụng tối đa vật liệu tại chỗ (vật liệu địa phương có sẵn) hoặc khai thác ở các bãi vật liệu lân cận công trình đê. Trong điều kiện không cho phép, vật liệu xây dựng có thể thu mua từ nơi khác vận chuyển đến chân công trình với yêu cầu thuận tiện giao thông và chi phí xây dựng đê bao sau vận chuyển vẫn ở mức cho phép và không tăng giá lên quá cao so với tổng mức đầu tư ban đầu. 1.2.1.4 Điều kiện về khí tượng thủy văn hải văn Để xây dựng đê bao lấn biển phải xét tới nhiệt độ khí hậu cao nhất và thấp nhất, lượng mưa, giông bão, chế độ gió trung bình theo các hướng,… trong nhiều năm trở lại. Ưu tiên xây dựng cho vùng chịu nhiều ảnh hưởng khắc nhiệt và chịu nhiều gió bão tàn phá làm tăng nguy cơ mất mát của cải vật chất, nước biển dâng cao làm gia tăng truyền mặn sâu vào lục địa, tăng cường ngập lụt ven bờ, xói lở biển và làm suy thoái rừng ngập mặn. Khi xây dựng đê bao lấn biển cần quan tâm đến mực nước dâng theo từng năm (biến đổi khí hậu), tốc độ gió theo mùa, mực triều cực đại, mực triều cao nước cường, mực triều cao nước kém, mực triều trung bình, mực triều thấp nước kém, mực triều thấp nước cường, mực triều thấp nhất… Kết cấu, cấp đê và độ cao của đê bao cũng phụ thuộc vào cấp bão cao nhất mà vùng ven biển đó hứng chịu, đặc biệt chú ý đến mực nước dâng trong bão khi trùng kỳ triều cường ngay cả khi trị số nước dâng không lớn. 20 1.2.2. Các dạng kết cấu mặt cắt đê bao Hệ thống đê biển Việt Nam được xây dựng, bồi trúc và phát triển từ lâu đời, do nhiều thế hệ người Việt Nam thực hiện. Đê chủ yếu là đê đất, đê đất độn cành cây, độn đá hộc được tôn lên trong nhiều năm và thời gian cố kết lâu. Vật liệu đắp đê được lấy tại chỗ và dân địa phương tự đắp bằng phương pháp thủ công. Cao trình đỉnh đê thấp, thường ở cao độ dưới +5,0m, bề rộng đỉnh đê từ 2,0m đến 3,0m, gây khó khăn cho việc duy tu, bảo dưỡng đặc biệt là sau những trận sạt lở đê do bão lũ. Với kết cấu đê này, coi đê như một tuyến giao thông thì hoàn toàn không đảm bảo với nền đê và kết cấu thân đê không cho phép. Kế thừa kinh nghiệm của thế hệ trước, con người đã ngày tiến bộ hơn trong các hoạt động chinh phục biển của mình. Các kết cấu đê hiện đại hơn lần lượt ra đời nhằm khắc phục tồn tại hạn chế của đê truyền thống và ngày càng góp phần to lớn trong việc bảo vệ con người, đất đai vùng ven biển. Có nhiều kết cấu đê đã được đưa vào nghiên cứu nhưng nhìn chung có các dạng kết cấu đê chính sau đây: a) Kết cấu đê cứng: + Thân đê được đổ bằng đá hộc theo mái thoải dài. Sử dụng ống buy có tác dụng như chân khay bảo vệ mái đê, chống đẩy trồi khi thi công đổ đá thân đê. Lăng trụ đá phản áp nằm phía ngoài ống buy có tác dụng chống đẩy trồi khi thi công thân đê, chống sóng khi thi công giếng chân khay. Đây là dạng kết cấu truyền thống, tận dụng vật liệu tự nhiên, thiết bị và biện pháp thi công khá đơn giản, đã có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế và thi công. Tuy nhiên, đê biển dạng này thường có kích thước mặt cắt ngang lớn, tốn nhiều vật liệu, thời gian thi công dài, gây ô nhiễm môi trường và rủi ro trong quá trình thi công cao.