Chuyên đề:Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý đê biển

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM







BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHÁ HOẠI
VÀ NHỮNG NGUYÊN TẮC CHUNG
XỬ LÝ ĐÊ BIỂN


THUỘC ĐỀ TÀI:
“
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN
NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM
”
Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂ
Y
DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN
Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS Nguyễn Quốc Dũng
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

7579-6
22/12/2009

Hà Nội 2009

Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-1
MỤC LỤC
CHƯƠNG 3
CƠ CHế PHÁ HOạI CủA ĐÊ BIểN 3-4
3.1 Đặc điểm làm việc của đê biển 3-4
3.2 Phân tích các nguyên nhân phá hoại đê biển 3-4
3.2.1 Nguyên nhân nội sinh 3-4
3.2.2 Nguyên nhân nhân sinh 3-6
3.2.3 Nguyên nhân ngoại sinh 3-8
3.3 Các dạng phá hoại đối với đê biển 3-13
3.3.1 Phá hoại cấu trúc đất 3-20
3.3.2 Phá hoại tổng thể 3-22
3.3.3 Tràn đỉnh 3-28
3.4 Biện pháp hạn chế các dạng phá hoại 3-32
3.4.1 Phá hoại do mất ổn định tổng thể 3-32
3.4.2 Phá hoại do mất ổn định cấu trúc đất 3-32
3.4.3 Phá hoại do tràn đỉnh 3-33
3.5 Nguyên tắc chung trong nâng cấp và xây mới đê biển 3-34
3.5.1 Lựa chọn mức bảo đảm an toàn 3-34
3.5.2 Lựa chọn tuyến đê 3-35
3.5.3 Kết cấu đê 3-35

Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-2

Danh mục hình vẽ
Hình 3-1: Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển 3-11

Hình 3-2: Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển 3-12
Hình 3-3: Các con hà bám vào tường cống ở Hải Hậu 3-13
Hình 3-4: Xói lở bờ biển Hải Hậu-Nam Định 3-13
Hình 3-5: Vỡ đê đe dọa con người và nền kinh tế 3-14
Hình 3-6: Cơ chế phá hoại đê biển (nguồn: Pilarczyk) 3-16
Hình 3-7: Phá hoại do các dạng xói ngầm (nguồn: Pilarczyk) 3-20
Hình 3-8: Phá hoại do mạch đùn (nguồn: Pilarczyk) 3-21
Hình 3-9: Phá hoại do đẩy trồi 3-21
Hình 3-10: Phá hoại do đứt gãy 3-22
Hình 3-11: Phá hoại do hóa lỏng (nguồn: Pilarczyk) 3-23
Hình 3-12: Phá hoại do trượt phẳng 3-24
Hình 3-13: Nước rút nhanh gây trượt mái ngoài 3-24
Hình 3-14: Phá hoại do mất ổn định mái dốc 3-25
Hình 3-15: Trượt khi đê đắp bằng nhiều loại đất khác nhau 3-25
Hình 3-16: Trượt khi nâng cấp đê cũ 3-25
Hình 3-17: Các dạng phá hoại lớp bảo vệ mái 3-26
Hình 3-18: Phá hoại do tác động của tàu thuyền 3-27

Hình 3-19: Lún do cố kết của lớp đất yếu 3-27
Hình 3-20: Thấm vào mái trong đê do tràn đỉnh 3-28
Hình 3-21: Sự cố vỡ đê do tràn đỉnh gây xói lở mái trong ở Hà Lan 3-29
Hình 3-22: Giảm cao trình đỉnh bằng cách thay đổi mái dốc và cơ ngoài 3-34

Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-3
Danh mục bảng biểu
Bảng 3-1: Mức độ gia tăng xói lở bờ biển do mực nước biển dâng cao 3-9

Bảng 3-2: Tốc độ hạ thấp địa hình bãi biển ở chân đê do xói lở 3-10
Bảng 3-3: Tốc độ xói lở một số đoạn bờ biển đồng bằng Bắc Bộ 3-11
Bảng 3-4: Các bộ phận của đê và loại phá hoại tương ứng 3-19
Bảng 3-5: So sánh mất ổn định cấu trúc đất và mất ổn định do tràn đỉnh 3-31

Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-4
Chương 3 Cơ chế phá hoại của đê biển
3.1 Đặc điểm làm việc của đê biển
Khác với các công trình bảo vệ bờ sông, đê biển chịu tác động của hai yếu tố
chính là:
- Tác dụng của sóng gió.
- Tác dụng của dòng ven bờ. Dòng này có thể mang bùn cát bồi đắp hay làm
xói chân mái dốc dẫn đến sạt lở bờ.
Ngoài ra đê biển được xây dự
ng trong môi trường nước mặn nên cần lựa chọn
vật liệu thích hợp.
Sự khác biệt giữa đê sông và đê cửa sông là ở chỗ vùng đê cửa sông vẫn còn

chịu tác động của sóng, gió. Vì vậy, vẫn cần phải có công trình bảo vệ. Sự khác biệt
giữa xác định đê biển và đê cửa sông chính là xác định đà gió, hướng gió và sự
quan hệ giữa hai yếu tố này.
Đê biển nướ
c ta không liền tuyến do bị chia cắt bằng nhiều cửa sông lớn nhỏ,
các tuyến đê biển thường nối tiếp với các tuyến đê cửa sông để tạo thành các tuyến
khép kín bảo vệ các vùng ven biển, tổng chiều dài đê cửa sông cũng gần xấp xỉ với
chiều dài đê trực tiếp biển. Các tuyến đê biển, đê cửa sông từ Quảng Ninh đến
Quảng Nam có t
ổng chiều dài khoảng 1.700 km, trong đó có khoảng 853 km đê
biển, đờ cửa sông là đê cấp III hoặc là đê được đầu tư chủ yếu bằng ngân sách
Trung ương.
3.2 Phân tích các nguyên nhân phá hoại đê biển
3.2.1 Nguyên nhân nội sinh
a. Kiến tạo địa chất
Nguyên nhân nội sinh ở đây được hiểu là chuyển động tân kiến tạo và hiện đại
gây nên chuyển động nâng, hạ, tách, dãn, trượt củ
a lớp hoặc các mảng của vỏ trái
đất dẫn đến bồi, xói. Tiếc là cho đến nay, vấn đề chuyển động tân kiến tạo và hiện
đại của dải ven biển Việt Nam còn ít được nghiên cứu đến, còn tản mạn và mâu
thuẫn. Thí dụ, có ý kiến cho rằng xói lở bờ biển vùng Hải Phòng có liên quan trực
tiếp với hoạt động đứt gãy hiện đại của vùng Hải Phòng – Quảng Yên với sự s
ụt lún
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-5
hiện thời của vùng cửa sông Bạch Đằng. Tác giả Nguyễn Thế Thôn và đồng nghiệp
lại cho rằng ở suốt chiều dài Móng Cái – Cửa Hội, hoạt động tân kiến tạo từ nửa
cuối Holoxen đến nay (tức 4000 năm trở lại đây) đã không còn có các biểu hiện gì
nữa và đã ngưng lại và do vậy, không đóng vai trò gì rõ rệt về nâng, hạ và quá trình

xói lở bờ biển chỉ do vai trò độ
ng lực sông, biển quyết định. Dù sao, hiện nay chỉ có
thể kết luận rằng rất khó lý giải các quá trình bồi xói diễn ra khá trầm trọng ở nhiều
nơi bằng các nguyên nhân nội sinh.
b. Địa chất nền đê
Xây dựng trên nền đất sét yếu, đê biển thường có nguy cơ đổ vỡ thân đê do đất
nền không ổn định. Trước khi đất nền mất ổn định thường xu
ất hiện các triệu chứng
như:
- Lún sụt tăng lên đột ngột.
- Biến dạng hông của đất nền tăng lên đột ngột, khiến mặt đất phồng lên.
- Thân đê xuất hiện khe nứt dọc hướng trục, chiều dài chiều rộng khe nứt mở
rộng dần, sau đó phát triển vết nứt ngang, cuối cùng phát triển thành mặt
trượt dạng cung tròn.
-
Áp lực kẽ rỗng trong đất nền tăng lên đột ngột hoạc xuất hiện mạch đùn, sủi
ở chân mái.
Những triệu chứng đó thường xuất hiện trước khi khối đất đê trượt khoảng
4÷5 ngày, điều đó chứng tỏ sự mất ổn định của thân đê và nền đê là một quá trình
phát triển từ phá hoại cục bộ đến phá ho
ại tổng thể.
c. Địa chất vật liệu đắp đê
Các tuyến đê biển hiện nay thường được đắp bằng vật liệu tại chỗ, chủ yếu là
cát mịn, khi bề mặt và sườn không được bảo vệ dễ bị xói mòn hoặc sạt lở do tác
động của nước mưa, nước mặt và sóng leo. Qua nghiên cứu, nhiều đoạn đê biển chỉ
kè bê tông ho
ặc đá hộc ở sườn phía biển, sườn phía đất liền và bề mặt chưa được
xây dựng bảo vệ. Trong mưa lớn, hoặc khi sóng leo vượt lên trên bề mặt đê, vật liệu
là cát mịn ở mặt và sườn đê dễ dàng bị xói mòn. Qua quan sát thực tế đê Thụy Xuân
và Thụy Hải (Thái Thụy, Thái Bình) có thể thấy, bề mặt đê hạ thấp tới 5cm/năm do

xói mòn. Trong c
ơn bão số 7 tháng 9 năm 2005, phần lớn các đoạn đê hư hỏng ở
Hải Hậu là do sườn phía đất liền bị nước do sóng leo tràn vào phá hoại trước, kéo
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-6
theo là sự sập đổ dần của mái đê theo chiều từ đất liền ra biển.
Với vật liệu đắp là cát mịn lấy trực tiếp ở ven biển. Một số chỉ tiêu cơ lý cơ
bản của đất đắp đê được lấy tại Hải Hậu như sau: hệ số rỗng (e) = 0,759, đường
kính hạt hữu hiệu D10 = 0,12mm, hệ số đồng nhất CU = 1,3, góc ma sát trong h
ữu
hiệu (j’) 25-300. Do đê có góc dốc phía đất liền phổ biến là 1:2 (gần 300) tức là xấp
xỉ góc ma sát trong hữu hiệu của đất. Sở dĩ ở trạng thái tự nhiên đê bền vững là do
đất được bổ sung thành phần sức chống cắt do độ hút dính. Qua đây có thể thấy, ở
trạng thái khô gió, cát mịn có độ hút dính lên tới 10kPa, tăng cao sức chống cắt của
đất. Khi mực nước dâng cao do thủy tri
ều và nước dâng trong bão, cát mịn dễ dàng
bị bão hòa nước do mao dẫn, hoặc trong một số trường hợp bão hòa do nước mưa,
nước mặt. Khi đó, mái dốc phía đất liền gần như ở trạng thái cân bằng giới hạn. Do
vậy, dưới tác dụng của dòng chảy mặt sườn đê dễ dàng bị xói mòn, thậm chí bị sạt
lở ở các mức độ khác nhau. Nghiêm trọng hơn, nếu nước do sóng leo tràn qua đ
ê sẽ
dễ dàng gây ra sự mất ổn định của sườn đê biển, tạo ra các khối trượt nông dạng
dòng chảy và dẫn đến sự phá hủy hoàn toàn đê biển theo chiều từ đất liền ra biển.
3.2.2 Nguyên nhân nhân sinh
Các hoạt động khai hoang lấn biển, thủy lợi, khai thác sa khoáng, vật liệu xây
dựng, chặt phá rừng ngập mặn v.v có thể gây nên sự xói lở bờ biển, thường là ở
mức độ địa phương, trong phạm vi hẹp. Ở nước ta có thể dẫn ra khá nhiều ví dụ như
vậy.
a. Do khai hoang lấn biển

Việc quai đê lấn biển thiếu khoa học dễ gây ra mất cân bằng cán cân bùn cát –
phù sa. Nhiều đoạn bờ trước khi có công trình lấn biển hoặc là ổn định, hoặc là
được bồi, trở nên bị xói lở sau khi có các công trình đó. Theo các phiếu điều tra có
thể thấ
y một số vùng quai đê lấn biển đã ảnh hưởng trực tiếp đến địa phương mình
hoặc vùng lân cận, gây ra xói lở bờ. Ví dụ bờ Thái Thụy, Thái Bình đang bị xói lở
mạnh do ảnh hưởng của quai đê lấn biển của huyện Tiền Hải, Bờ Giao Long tỉnh
Nam Định bị xói lở do quai đê lấn biển ở Bạch Long. Nhơn Bình, Nhơn Hải, thành
phố Quy Nh
ơn bị xói lở sau khi quai đê lần thứ hai và khoanh đìa nuôi hải sản. Bờ
biển Xuân Hòa, Sông Cầu tỉnh Phú Yên và Hiệp Trạch; duyên hải tỉnh Trà Vinh
cũng bị xói lở sau khi quai đê lấn biển.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-7
b. Do xây dựng các công trình ven biển
Một số công trình thủy lợi tưới tiêu vùng cửa sông ven biển (như cống thoát
nước, kè nắn dòng) các hệ thống kênh đào và mương máng tưới tiêu, các đập và hồ
chứa nước đầu nguồn đã làm ảnh hưởng tới dòng chảy trên sông và lượng vận
chuyển bùn cát ra bờ biển.
Đập sông Bạch Thanh Hóa đã gây xói lở các xã ven biển của huyện Tĩnh Gia
như Hải Thanh, Hải Bình. Trước khi ch
ưa có đập Cống Bạng, cửa sông được mở
rộng và sâu trung bình 5m, thuyền bè ra vào thuận lợi. Năm 1978 sau khi xây dựng
cống Bạng xong, cửa sông bị lấp và thu hẹp lại, độ sâu lòng cửa sông giảm xuống
chỉ còn 2m. Hiện tượng xói lở bờ các xã ven biển đã xảy ra nghiêm trọng, làm thiệt
hại nhiều tài sản và nhà cửa của nhân dân. Xói lở đã cướp đi một làng ven biển có
số dân trên 200 hộ. Nhân dân các xã trong huyện
đã kiến nghị dỡ bỏ cống Bạng và
tình trạng cửa sông đã trở về như cũ.

Một số nơi khác khi có công trình thủy lợi cũng đã gây xói lở bờ, như bờ biển
Hoàng Yến (Hoằng Hóa), bờ biển Quảng Tiến (Thị xã Sầm Sơn) tỉnh Thanh Hóa bị
xói lở từ khi có kè Hới xây dựng. Bờ Nhân Trạch, Bố Trạch bị lở sau khi có đập Đ
á
Mài, bờ Triệu An (Triệu Phong, Quảng Trị) xói lở khi có công trình thủy lợi.
Ảnh hưởng của hệ thống sông đào và mương tưới tiêu đối với hiện tượng xói
lở bờ biển không lớn lắm, song cũng cần quan tâm. Thực tế cho thấy khi chưa mở
cửa sông Hoàng và sông Lý (huyện Quảng Xương) đổ vào hạ lưu sông Yên thì bờ
biển Hải Châu (Diễn Châu, Nghệ An) bị xói lở từ sau khi có kênh đào Vách B
ắc, bờ
Diễn Ngọc bị xói lở từ khi có 2 kênh đào thủy lợi.
c. Do khai thác khoáng sản, vật liệu xây dựng
Bờ biển Hàm Thuận tỉnh Bình Thuận, trước khi chưa có Xí nghiệp khai thác
khoáng sản Thuận Hải về khai thác cát đen (imminit) và titan, thì không thấy xói lở
xảy ra. Từ sau 1983 trở lại đây, do khai thác sa khoáng ven biển trên bờ phía Nam
của xã sau 2 lần gió mùa Đông Bắc thì bờ biển đã bị xói lở mất 20m. Còn ở
Đồng
Châu (Thái Bình) do khai thác cát làm vật liệu xây dựng cũng đã làm mất ổn định
đường bờ và quá trình xói lở đã xảy ra.
Ở bờ biển nước ta, một số nơi có san hô phát triển. Bờ san hô thành tạo dưới
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-8
các dạng khác nhau và có tác dụng bảo vệ bờ, giảm năng lượng sóng đập vào bờ và
là vật cản của dòng ven. Một số đoạn bờ ổn định và vững chắc là nhờ có cấu tạo bờ
san hô. Một số địa phương đã khai thác san hô làm đá vôi xây dựng, phá vỡ bức
tường chắn sóng vững chắc tự nhiên của bờ. Từ sau khi bờ bị khai thác san hô làm
vôi, đường bờ bên trong b
ị phá hủy và gây xói lở nghiêm trọng như bờ Vĩnh Lương,
Khánh Hòa.

Ở quần đảo Trường Sa, vật chất tạo thành đảo là san hô hóa thạch và các mảnh
vụn san hô, trai ốc ở bãi chìm quanh đảo. Việc khai thác san hô làm đồ mỹ nghệ và
xây dựng các loại công trình dễ làm chắn dòng vận chuyển các loại vật liệu mảnh
vụn nói trên, chắc chắn gây thiếu hụt vật chất tại đảo.
d. Do hoạt động giao thông th
ủy
Các hoạt động giao thông thuỷ cũng gây ra nhiều tác động bất lợi đến bảo vệ
vờ biển như sóng do tàu thuyền khi chạy gây ra, va chạm của tàu thuyền vào các kết
cấu công trình ở bờ biển
Một nguyên nhân khác gây nên xói lở là do việc phá rừng ngập mặn và cây
chắn cát ven biển. Hậu quả của việc phá rừng ngập mặn và rừng chắn gió ven biển
đã gây hiện tượng xói lở của các xã H
ải Lĩnh (Tĩnh Gia, Thanh Hóa), Nghi Yên
(Nghi Lộc, Nghệ An), Thanh Trạch (Quảng Trạch, Quảng Bình), Bình Phú (Bình
Sơn, Quảng Nam), Cần Trạch (Duyên hải thành phố Hồ Chí Minh), Nguyễn Huân
(Đầm Dơi, Minh Hải).
3.2.3 Nguyên nhân ngoại sinh
Các yếu tố ngoại sinh ở đây được hiểu là gió, bão, biến đổi mực nước (mực
nước dâng toàn cầu, mực nước dâng do bãi và gió mùa, mực triều), dòng chảy
(dòng triều, dòng gió, dòng sông và dòng do sóng), sóng (sóng bão, sóng gió).
Có lẽ các yếu tố ngo
ại sinh là các nguyên nhân chính và phổ biến, chi phối các
quá trình xói lở dải bờ biển nước ta. Sau đây, sẽ trình bày tác động của các yếu tố
đó như các nguyên nhân gây xói:
a. Gió
Gió là sản phẩm của các quá trình khí tượng. Gió thổi trên mặt biển tạo ra
sóng và nước dâng.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-9

Dễ thấy không thể xem gió có tác động trực tiếp mang vật chất từ bờ biển đi
một nơi khác và do đó gây xói lở (mặc dù gió có thể thổi bay một lượng đáng kể cát
khô tràn vào đất liền ở một số địa điểm miền Trung như ở bờ biển Quảng Bình,
Quảng Trị). Gió chỉ có gián tiếp xói lở bằng cách tạo ra sóng, dòng chảy là những
yếu tố
trực tiếp gây ra hiện tượng đó.
b. Bão
Gió trong giông, bão có thể bốc đi một lượng đáng kể cát ở bờ biển, song tác
động chính gây xói lở (biến động luồng lạch, sạt lở bờ biển, vỡ đê v.v ) vẫn do các
hậu quả chính của bão là sóng bão và dòng chảy trong bão. Tuy nhiên, thông
thường, những thay đổi địa hình bờ biển do chúng chỉ tồn tại trong một thời gian
nào đó, và sẽ được các y
ếu tố động lực thường kỳ bồi đắp để đạt được xu thế
thường kỳ trước bão. Sự xuất hiện hoặc biến mất của các doi cát ở một số cửa sông
nước ta khi có bão thuộc loại nguyên cơ này.
c. Biến đổi mực nước
Khi mực nước dâng cao hơn, khả năng sóng vỗ được vào lớp đất, cao hơn của
bờ biển,
đê biển (thường là lớp kém bền vững hơn các lớp thấp hơn) sẽ lớn hơn. Do
vậy dễ gây xói lở hơn. Tuy nhiên, nếu sự dâng lên đó chỉ xảy ra trong thời gian
ngắn và hậu quả xói lở tức thì không quá nghiêm trọng thì bờ biển có thể trở lại
trạng thái cân bằng như trước đó (điều này thường đúng đối với mực nước dâng do
bão, có thể cao tớ
i 3 ± 4m), song chỉ tồn tại trong 2 ± 3 giờ).

Bảng 3-1: Mức độ gia tăng xói lở bờ biển do mực nước biển dâng cao
Gió mùa có thể chỉ dâng lên cỡ 30 ± 40cm song có thể tồn tại một tuần hoặc
lâu hơn, tạo thời gian lâu dài hơn cho sóng đánh vào lớp cấu tạo bờ cao hơn, đặc
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN

3-10
biệt là khi có cả mực triều cao (như thời kỳ “nước Rươi” ở ven biển đồng bằng Nam
Bộ). Cũng như vậy có thể kết luận về tác động mực triều: sự thay đổi mực triều
không phải nguyên nhân thường trực gây xói. Một bằng chứng khá rõ rệt là hiện
tượng xói lở xảy ra ở mọi nơi, không phân biệt độ thủy triều và biên độ của nó.
Tóm lại sự thay đổi mực nước cũng không đóng vai trò chính. Nó chỉ có tác
động phụ.
d. Dòng chảy
Về nguyên tắc, dòng chảy đóng vai trò chính để tải bùn cát đã được sóng bứt
ra khỏi bờ, đáy. Dòng triều có tính chất thuận nghịch và do đó có tác động tổng hợp
vận tải bùn cát bằng không sau mỗi chu kỳ triều, do vậy thường không phải kể đến.
Dòng dư, dòng từ sông đổ ra và dòng do sóng tạo nên dòng ch
ảy ven bờ tổng hợp
vận tải bùn cát dọc bờ.

Bảng 3-2: Tốc độ hạ thấp địa hình bãi biển ở chân đê do xói lở
Ở bờ biển nước ta, dòng sóng và dòng ven bờ vào mùa gió Đông Bắc có
hướng từ Bắc xuống Nam đến tận mũi Cà Mau rồi sau đó men theo bờ Tây Nam Bộ
lên phía Rạch Giá. Vào mùa gió Tây Nam, dòng chảy ven bờ Tây Vịnh Bắc Bộ vẫn
có hướng Bắc Nam cho đến Đà Nẵng (Quảng Nam), Tam Kỳ (Quảng Ngãi) mới
gặp dòng chảy theo hướng ngượ
c lại so với mùa Đông.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-11

Bảng 3-3: Tốc độ xói lở một số đoạn bờ biển đồng bằng Bắc Bộ
e. Sóng
Sóng là tác nhân chính gây ra sự phá hoại các công trình ven bờ và xói bồi bãi
biển. Ngoài tác động phá hoại trực tiếp, năng lượng sóng được chuyển thành dòng,

năng lượng là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự vận chuyển bùn cát đáy biển và tạo ra
các vùng bồi xói.
Thông thường, có hai trạng thái sóng đặc trưng, đó là sóng bình thường và
sóng lớn.

Hình 3-1: Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển
Hình 3-1 là sơ đồ thể hiển sóng bình thường hàng ngày tác dụng vào bờ và bãi
biển. Mái dốc của bờ và bãi biển ở trạng thái cân bằng ổn định trong điều kiện sóng
và dòng chảy bình thường.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-12

Hình 3-2: Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển
Hình 3-2 là sơ đồ thể hiện sóng lớn khi có gió bão tác dụng vào bờ và bãi biển;
mái dốc của bờ và bãi biển bị xói lở và lấp xuống chân mái dốc của bãi biển; bờ và
bãi biển đang ở trạng thái mất ổn định.

f. Tác động hóa học
Hàm lượng muối hòa tan trong nước biển vào khoảng 34 đến 35 gam/lít. Loại
muối NaCl chiếm tỷ lệ lớn nhất, khoảng 77-79%, tiếp đến là MgCl chiếm 10.5-
10.9%, MgSO
4
chiếm 4.8%, CaSO
4
chiếm 3.4-3.6% và một số loại muối khác. Các
loại muối trên có thể gây ra các phản ứng hóa học với khoáng chất, các loại vật liệu
đá, bê tông, bê tông cốt thép, kết cấu thép… Hậu quả là các vật liệu trên có thể bị ăn
mòn hóa học.
g. Tác động của sinh vật

Trong môi trường nước biển có một số loại vị khuẩn, nấm bám vào bề mặt vật
liệu có thể làm mục gỗ
, bê tông, ăn mòn kim loại.
Phổ biến nhất là các con hà bám vào các thành cống không những gây cản trở
dòng chảy, mà còn tiết ra các chất thải làm thoái hóa bê tông.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-13

Hình 3-3: Các con hà bám vào tường cống ở Hải Hậu
Các yếu tố tự nhiên không tác động một cách đơn lẻ, riêng biệt. Các tác động
của thuỷ triều, nước biển mặn, vi sinh vật, dòng chảy ven bờ diễn ra trong thời gian
dài nhất định mới gây ra sự giảm cấp về độ bền, hư hỏng, sạt lở, phá hoại nào đó.
Nhưng xung lực của sóng có thể nhanh chóng phá hoại từ
ng phần, thậm chí làm sụp
đổ bờ và các kết cấu công trình bảo vệ nó.
Hình 3-4 là ảnh chụp bờ biển đã bị xói lở hàng trăm mét, đến nay biển đã lấn
đến sát tháp chuông của nhà thờ ở Hải Hậu, Nam Định; đê chính đã phải lùi vào sâu
phía trong đồng.

Hình 3-4: Xói lở bờ biển Hải Hậu-Nam Định
3.3 Các dạng phá hoại đối với đê biển
Trong các phương thức phá hoại từ hóa học, cơ học hay sinh học đối với đê
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-14
biển thì sự phá hoại cơ học vẫn là chủ yếu nhất. Trong các nguyên nhân phá hoại:
nội sinh, ngoại sinh, nhân sinh thì nguyên nhân ngoại sinh vẫn thường xuyên và
quan trọng nhất. Trong các yếu tố ngoại sinh thì sóng biển là yếu tố hàng đầu gây
nên các dạng phá hoại đối với bờ biển và hải đảo, có hoặc không có công trình. Một

đánh giá của Cục phòng chống lụt bão và quản lý đê điều tiến hành năm 2005 tổng
kết r
ằng hầu hết các đoạn đê bị phá hỏng là trực diện với biển chịu tác động trực
tiếp của sóng lớn. Thực tế qua các trận bão năm 2005 cho thấy, những đoạn đê trực
tiếp biển, mái phía biển được bảo vệ bằng đá hộc lát khan, đá xây từ cao trình
+3,50m trở lên (từ cao trình 3,50m trở xuống bảo vệ bằng cấu kiện bê tong do trước
đây không đủ kinh phí đầu tư) là không đảm bảo ổn định bền vững; bão số 7 năm
2005 sóng lớn đã làm hư hỏng nặng, hoặc phá hủy phần đá lát khan, đá xây từ cao
trình +3,50m trở lên, dẫn đến vỡ đê biển như: đê biển I - Đồ Sơn, đê biển Cát Hải,
đê biển Nam Định. Những đoạn mái đê biển được bảo vệ bằng các loạ
i cấu kiện bê
tông đúc sẵn có đủ chiều dày, trọng lượng phù hợp thì không bị phá hoại trong bão.

Hình 3-5: Vỡ đê đe dọa con người và nền kinh tế
Ngoài ra, sự ổn định của để biển gắn liền với mức độ ổn định của đường bờ.
Lượng chuyển cát dọc bờ biển là một trong những yếu tố cơ bản quyết định mức độ
ổn định của đường bờ.
Các dạng phá hoại tự nhiên có thể kể
đến như sau:
- Sóng do tác dụng trực tiếp lên công trình hoặc bờ, bằng áp lực xung kích
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-15
của nó phá hoại kết cấu bảo vệ, gây trượt mái, lật các tường đứng.
- Xô vỡ rồi cuốn trôi công trình hoặc bờ đất cao ven biển khi có sóng triều
cùng kèm theo bão.
- Dòng chảy bào mòn mặt bãi, hạ thấp thềm bãi, xâm thực chân công trình
hoặc bờ đất gây sụt lở đất, đẩy lùi dần tuyến bờ vào trong. Đây là dạng
phá hoại khó khắc phục nhất.
- Bồi lấp cửa sông làm giả

m khả năng thoát lũ, đến khi gặp lũ lớn, dòng
chảy lũ có vận tốc cao có thể phá bờ, mở cửa song mới từ phía trong.
Đối với đê biển, các cơ chế phá hoại phá hoại được K.W.Pilarczyk mô tả trong
Hình 3-6.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-16



a. Mực nước biển cao tràn đỉnh đê b. Sóng vỗ tràn nước qua đỉnh đê

c. Trượt vòng cung mái đê phía biển d. Trượt mái đê phía bên trong


e. Xói lở cục bộ mái đê phía biển f. Trượt mái đê phía biển do đất bị hoá
lỏng


g. Sự phát triển cung trượt mái đê phía
biển khi nước rút
h. Mạch đùn



i. Vật nổi đập vào mái đê phía biển k. Va đập của tàu thuyền vào mái đê


l. Xói lở chân đê phía biển m. Đê bị đẩy trượt phẳng trên lớp đất
yếu

Hình 3-6: Cơ chế phá hoại đê biển (nguồn: Pilarczyk)
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-17

Với tất cả các dạng phá hoại này, trạng thái được xem xét là trạng thái tới hạn,
tại đó các lực tác dụng cân bằng với các các lực chống đỡ của công trình. Trong ứng
dụng tính toán trạng thái tới hạn, hàm mật độ xác suất của các nguy cơ phá hoại
(gồm các tải trọng) và nhân tố chống đỡ (phụ thuộc độ bền của đê) được tổ hợp lạ
i.
Các nguy cơ phá hoại được thể hiện qua các biến cơ bản (phụ thuộc các điều kiện
biên của công trình), ví dụ như vận tốc gió cực hạn (hoặc độ cao sóng và chu kỳ
sóng), cao trình mực nước và tác động của tàu bè (va chạm). Các nhân tố giữ ổn
định công trình được suy ra từ các biến cơ bản tính toán từ lý thuyết hay từ mô hình
vật lý (ví dụ như từ lý thuyết hay mô hình ổn định bán kinh nghiệm c
ủa cấu trúc hạt
đất). Quan hệ để suy ra các nguy cơ phá hoại từ điều kiện biên được gọi là các hàm
truyền (ví dụ như để chuyển sóng hay thủy triều thành các lực tác dụng lên hạt đất
hay các thành phần kết cấu khác). Xác suất xảy ra trạng thái cân bằng ứng với mỗi
một cơ chế phá hoại được tính toán bằng phương pháp toán học và thống kê. Ranh
giới an toàn giữa nguy cơ phá hoại và nhân tố
giữ ổn định đảm bảo xác suất bị phá
hoại là bé.
Ngoài giới hạn phá hủy, trong quá trình hoạt động của đê biển còn xuất hiện
một số trạng thái ở đó sự tác động của tải trọng trong một thời gian đủ dài sẽ gây ra
sự giảm sức bền công trình nhưng không lập tức phá hoại công trình. Có thể kể đến
một số cơ chế như
xói bãi trước, lún v.v Tuy nhiên trong điều kiện đặc biệt, sự
xuống cấp này có thể gây phá hoại công trình.
Trong quá trình hoạt động của đê biển, giới hạn phục vụ có thể được tăng lên

bằng 2 cách sau:
- Tăng khả năng kháng chịu của công trình nhằm đảm bảo có đủ sức bền
trong suốt tuổi thọ phục vụ.
- Kiểm soát sự xuống cấp của
đê biển bằng cách áp dụng quy trình theo
dõi-bảo dưỡng.
Nhìn chung sự chú ý thường được tập trung vào công trình sau khi hoàn thành.
Tuy nhiên trong quá trình thi công có thể xuất hiện một số thời kỳ tại đó công trình
dễ bị phá hoại, ví dụ khi có yếu tố bão xảy ra. Nguy hiểm hơn cả là cơ chế phá hoại
địa kỹ thuật, xảy ra khi áp lực lên các hạt đất giảm đi. Có thể gặp trong thi công khi
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-18
chất tải lên đất có tình thoát nước kém. Áp lực lỗ rỗng tăng làm giảm ứng suất hiệu
quả dẫn tới mất ổn định. Sau một thời gian, do nước được thoát ra ngoài nên áp lực
kẽ rỗng giảm đi.
Từ cơ chế này có thể thấy rằng việc thiết kế tổ chức thi công nên được tính
toán dựa trên các trạng thái tới hạn. Khi cần thiết phải thay đổi phươ
ng pháp thi
công và trong một số trường hợp đặc biệt thậm chí phải thay đổi toàn bộ thiết kế.
Có thể gặp trường hợp này khi thi công những đê lớn trên nền đất yếu.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-19

Mạch đùn

X
X
X

X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Mất ổn định
cục bộ
X
X
X
X
X
X
X
X

X

X
X
X
X
Dòng chảy
lắng

X
X




Trượt mái
trong
X
X

X

X

X
X
X

X

X
X
Trượt mái
ngoài
X
X
X

X

X


X
X

X
X
X
Tràn đỉnh
X
X
X
X

X
X

X




Lún
X
X







X





Dạng phá hoại
Bộ phận của đê
Đỉnh
Lõi đê
Mái ngoài
Mái trong
Mái ngoài dưới cơ
Mái trong dưới cơ
Mái chuyển tiếp

Cơ phía trong
Rãnh tiêu nước
Nền đê
Bãi ngoài
Bãi trong
Lớp bảo vệ
Tường chắn sóng
Bộ phận thoát nước
Bảng 3-4: Các bộ phận của đê và loại phá hoại tương ứng
Có hai trạng thái giới hạn khác nhau có vai trò quan trọng trong địa kỹ thuật:
trạng thái giới hạn cực hạn liên quan tới cơ chế phá hoại và trạng thái giới hạn phục
vụ liên quan đến biến dạng cho phép của đất hay của nền và công trình.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-20
Trên phương diện địa kỹ thuật, đối với đê biển có thể phân biệt 2 dạng phá
hoại chính: phá hoại cấu trúc đất và phá hoại tổng thể.
3.3.1 Phá hoại cấu trúc đất
Các dạng phá hoại cấu trúc đất thường xảy ra:
a. Xói ngầm
Xói ngầm là hiện tượng mất đất xảy ra khi các hạt đất nằm trong các lớp dưới
di chuyển vào trong lớp đất hạt thô ở
phía trên.
Xói ngầm cũng có thể xảy ra ngay trong một lớp đất khi các hạt mịn dịch
chuyển qua kẽ hở giữa các hạt thô hơn.

Hình 3-7: Phá hoại do các dạng xói ngầm (nguồn: Pilarczyk)
b. Xói tiếp xúc
Xói tiếp xúc là hiện tượng xảy ra khi dòng thấm chảy song song với mặt phân
cách các vật liệu hạt rời, nếu cấp phối hạt của đất không hợp lý (ví dụ do đầm nén

không tốt) và gradient thấm đủ lớn thì sẽ xảy ra hiện tượng các hạt của lớp nhỏ bị
cuốn vào kẽ hở của lớp hạt lớn và b
ị trôi theo dòng thấm. Đây là dạng phá hoại
thường gặp khi nâng cấp đê biển.
c. Mất đất
Là hiện tượng các hạt đất bị cuốn ra ngoài mái dốc do tác động của dòng chảy
ngầm có hướng ra ngoài. Dạng phá hoại này có thể xảy ra ở mái phía trong trong
suốt quá trình mực nước biển dâng cao kéo theo sự tăng lên của mực nước ngầm
trong đê.
d. Mạch đùn
Mạch đùn là mộ
t trường hợp của xói khi các hạt đất bị lôi ra ngoài do tác động
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-21
của dòng chảy ngầm và chuyển động theo một lòng dẫn (ví dụ có dạng ống dẫn).
Khi dòng chảy ngầm đơn vị vượt quá một giá trị xác định, mạch đùn có thể xảy ra
dưới thân đập ở lớp đất có tính dính kém (ví dụ như cát) ngay dưới lớp không thấm
(sét). Trong trường hợp dòng đơn vị này, tỷ số giữa chênh lệch cột nước và chênh
lệch khoảng cách ở vị trí vào và ra củ
a dòng chảy là một đại lượng đặc trưng.

Hình 3-8: Phá hoại do mạch đùn (nguồn: Pilarczyk)
e. Đẩy trồi
Khi tính toán ổn định tổng thể mái trong dưới tác dụng của một cột nước cao,
phải tính toán xem có hay không việc lớp bảo vệ và lớp đất bùn có nguy cơ bị đẩy
trồi lên khi lớp cát phía dưới đã chứa đầy nước. Khi đó có thể xảy ra hai dạng phá
hoại sau:
- Đẩy trồi toàn bộ lớp bảo vệ.
-

Đẩy trồi gây đứt gãy ở lớp bảo vệ dưới tác dụng của áp lực cao, khi khối
đất yếu tương đối mỏng.

Hình 3-9: Phá hoại do đẩy trồi
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-22

Hình 3-10: Phá hoại do đứt gãy
Việc mô tả quan hệ giữa các trạng thái tới hạn và các dạng phá hoại nên tập
trung vào phân tích ứng xử của đất và tương tác đất - nước kẽ rỗng. Trong cách tiếp
cận này, các thông số như kích cỡ, hình dạng và trọng lượng hạt đất, lực ma sát giữa
hạt đất, lực thể tích, lực nâng kéo liên quan đến dòng chảy ngầm đều có vai trò quan
trọng. Tuy nhiên, cách tiếp cận này là rất phức t
ạp và do đó, khó áp dụng vào thực
tế. Người thiết kế có thể sử dụng các mô hình thực nghiệm trong tính toán phá hoại,
ví dụ như dùng các nguyên tắc thiết kế để phán đoán xác suất xảy ra mạch đùn hay
dùng các cơ chế ổn định để phán đoán xói ngầm hay mất đất.
Các thông số của đất quan trọng nhất trong các dạng phá hoại này là đường
kính hạt và tính thấm.
Các dạng phá hoại mứ
c độ cấu trúc đất nói chung có liên quan chặt chẽ đến
quá trình gia tải tới hạn hoặc thiết kế. Đặc biệt đối với vật liệu hạt mịn như cát, sự
dịch chuyển của các hạt thường phải phát triển tới một quy mô nhất định thì mới
làm xuất hiện các dấu hiệu phá hoại và khi phát triển đến quy mô lớn nhất mới gây
hỏng hóc cho công trình. Mặc dù thường xuất hi
ện không qua các biểu hiện rõ ràng
bên ngoài, các dạng phá hoại này vẫn cần phải được quan tâm khi có những ảnh
hưởng nguy hiểm trong một thời gian dài. Nhiều sự cố đê biển đã được chỉ ra là do
tác động của xói ngầm.

3.3.2 Phá hoại tổng thể
a. Hóa lỏng
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-23
Nhìn chung tải trọng theo chu kỳ sẽ gây ứng suất cắt và vết nứt trong khối đất.
Ở một cấp độ tải trọng xác định, các hạt rắn sẽ chuyển vị tương đối với nhau. Trong
trường hợp khối đất chưa chặt, chuyển vị này sẽ khiến cho các hạt sắp xếp lại gần
nhau làm độ chặt tăng lên. Trong trường hợp một khối đấ
t bão hòa nước, lực này sẽ
làm áp lực kẽ rỗng trong đất tăng lên. Lượng tăng này không thể tiêu tán trực tiếp
vào tầng đất không còn tính thấm. Có thể thấy rằng, sau mỗi chu kỳ tác dụng của tải
trọng, áp lực kẽ rỗng đã tăng lên dẫn đến việc ứng suất hiệu quả giảm.
Cát hạt mịn được nén tương đối chặt hay bụi là các loại đất rất d
ễ bị hóa lỏng
dưới tác dụng của tải trọng theo chu kỳ; hạt sét khó bị hơn. Thực tế cho thấy, vật
liệu sét ít khi bị lực tác dụng làm giảm cường độ chống cắt dẫn đến mất ổn định cấu
trúc đất.

Hình 3-11: Phá hoại do hóa lỏng (nguồn: Pilarczyk)
b. Trượt phẳng
Khi cường độ chống cắt của nền đất không còn khả năng cân bằng với lực gây
trượt, một mặt trượt sẽ hình thành kéo theo sự trượt của khối đất. Nhìn chung đây là
quá trình phức tạp phụ thuộc không chỉ một yếu tố duy nhất. Các yếu tố có thể dẫn
tới trượt phẳng bao gồm:
-
Sự giảm khối lượng chết của khối đất hữu cơ trong đê do quá trình tự làm
khô theo mùa.
- Tải trọng thủy tĩnh theo phương ngang tăng do quá trình hình thành các
vết nứt sâu do kéo.

- Áp lực đẩy ngược dưới đê tăng lên trong tầng đất nền dưới ảnh hưởng
của dòng chảy lũ.
Chuyên đề 7&8: Nghiên cứu cơ chế phá hoại và những nguyên tắc chung xử lý cho đê biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3-24

Hình 3-12: Phá hoại do trượt phẳng

Hình 3-13: Nước rút nhanh gây trượt mái ngoài
c. Mất ổn định mái dốc
Dạng phá hoại này có thể xảy ra ở mái ngoài hoặc mái trong đê. Khi mực
nước biển rút xuống nhanh, ở mái ngoài dễ xảy ra mất ổn định mái dốc khi tính chất
của vật liệu đắp thay đổi theo không gian, thời gian.

a) Trượt mái phía trong