Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ quảng ninh đến quảng nam chuyên đề những khái niệm về kỹ thuật công trình biển tổng quan hệ thống đê biển từ quảng ninh quảng nam

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







BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NHỮNG KHÁI NIỆM VỀ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BIỂN.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN TỪ QUẢNG NINH ĐẾN
QUẢNG NAM

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

7579-1
22/12/2009

Hà Nội 2009

Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 1
Mục lục
MụC LụC 1
CHƯƠNG I. ĐÊ BIỂN VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC 2
1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM 2
1.1.1. Bờ biển 2
1.1.2. Các yếu tố động lực biển 3
1.1.2.1. Sóng 3
1.1.2.2. Sóng vỡ 4
1.1.2.3. Các tác động và giảm tải trọng do tác dụng của sóng 7
1.1.2.4. Dòng chảy ven bờ và diễn biến bờ biển 10
1.1.3. Các tác động phá hoại bờ biển 12
1.1.3.1. Các tác động tự nhiên 12
1.1.3.2. Tác động tiêu cực của các hoạt động nhân tạo đối với ổn định bờ biển 14
1.1.4. Giải pháp bảo vệ bờ biển 16
1.1.4.1. Sự cần thiết phải bảo vệ bờ biển 16
1.1.4.2. Những yêu cầu kỹ thuật đối với công trình bảo vệ bờ biển 16
1.1.4.3. Một số giải pháp bảo vệ 17
1.1.5. Tiếp cận thiết kế thích hợp 18
1.2. TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN QUẢN NINH - QUẢNG NAM 23
1.2.1. Hiện trạng, nhiệm vụ và tiêu chuẩn thiết kế đê biển 23
1.2.1.1. Hiện trạng hệ thống đê biển 23

1.2.1.2. Nhiệm vụ của đê biển 28
1.2.1.3. Tiêu chuẩn thiết kế 29
1.2.2. Tổng quan các đặc điểm tự nhiên đặc trưng vùng ven biển 29
1.2.2.1. Đặc điểm địa hình: 29
1.2.2.2. Địa chất (vật liệu tại chỗ) công trình 30
1.2.2.3. Khí tượng thuỷ hải văn 32
3-1 Nước dâng do bão 32
1.2.3. Hiện trạng ổn định của đê biển 34
1.2.3.1. Một số nguyên nhân chính gây hư hỏng đê biển 34
1.2.3.2. Hiện trạng ổn định của đê biển 36
1.3. PHƯƠNG HƯỚNG CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐỐI VỚI ĐÊ BIỂN QUẢNG NINH -
QUẢNG NAM 39
1.3.1. Định hướng về mục tiêu củng cố và nâng cấp đê biển 39
1.3.2. Giải pháp kỹ thuật đối với đê biển từ Quản Ninh đến Quảng Nam 39
1.3.2.1. Tuyến đê biển: 39
1.3.2.2. Giải pháp công trình: 40
1.3.2.3. Giải pháp phi công trình: 41
1.4. KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 41
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 5

Hình 1.5. Các dạng sóng vỡ ở vùng nước nông
Trong quá trình sóng vỡ, năng lượng sóng chuyển phần lớn sang dạng lực F
tác dụng theo một hướng tác dụng nhất định (hướng truyền sóng theo định luật
Newton):

d

t
vmd
F
)(
=
(1-2)
trong đó:
vm - động lăng của sóng.
Trị số lực
F phụ thuộc chiều cao sóng truyền qua giới hạn vùng sóng vỡ và
hướng truyền sóng. Nói chung, lực F có hướng tác dụng không vuông góc với
đường bờ vì sóng tiến vào bờ theo phương xiên với đường bờ (hình 1.6).
d
t
vdm
F =
vm

Hình 1.6. Sơ đồ chuyển hoá động lượng sóng thành lực F trong quá trình sóng vỡ
Phân lực F thành hai thành phần: thành phần vuông góc với đường bờ F
y
và
thành phần song song với đường bờ F
x
. Thành phần vuông góc của lực sóng F
y
có
tác dụng đẩy nước leo lên bờ, do đó mực nước biển dềnh lên. Độ dềnh lên của nước
biển do tác dụng của F
y

, được quy gọi là độ dềnh lên do sóng vỡ (wave set - up)
(hình 1.7).

Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 6

Hình 1.7. Sơ đồ hình thành độ dềnh mực nước biển và phân bố vận tốc của dòng
dọc bờ trong phạm vi từ giới hạn sóng vỡ đến giới hạn sóng leo
Thành phần song song với bờ F
x
có tác dụng đẩy nước chảy dọc theo bờ.
Dòng nước chảy dọc theo đường bờ được quy ước gọi là dòng dọc bờ (longshore
current). Dòng dọc bờ có bản chất là dòng chảy không đều (tốc độ dòng nước thay
đổi) nhưng do hiệu ứng ma sát đáy của dòng nên dòng dọc bờ trở thành dòng chảy
đều với vận tốc (v) không đổi khi lực ma sát đáy bằng lực F
x
. Theo Longuet-
Higgins và Stuart, biểu đồ phân bố vậ tốc (v) của dòng dọc bờ có dạng như ở hình
1.7.
Năng lượng của sóng nếu không phản xạ hay truyền đi, sẽ bị hấp thu trên
mái của công trình bảo vệ. Giá trị ξ nhỏ đồng nghĩa với phản xạ ít, do đó với một
con sóng cho trước, mái dốc thoải (tgα nhỏ) thì năng lượng bị hấp thụ nhiều sẽ
không có lợi cho công trình bảo vệ khi chịu lực. Tuy nhiên, sự hấp thụ năng lượng
trên 1m
2
ít hơn sẽ cho kết quả tốt hơn. Từ hình 1.8, ta dễ dàng nhận thấy sóng vỡ
kiểu cuốn (plunging breaker) trên đê biển và kè đứng gây nên tải trọng lên công
trình bảo vệ lớn hơn so với trường hợp sóng tung bọt trắng (spilling breaker).

Hình 1.8. Sự phân tán năng lượng trong hai kiểu sóng vỡ

Hiện tượng trên được giải thích như sau: Tải trọng lớn do sóng vỡ kiểu cuốn
giống như trường hợp nước đổ của dòng tia. Một dòng tia tác dụng lên đáy sẽ gây
nhiều thiệt hại hơn sự khuếch tán của dòng rồi do sóng cuốn trên bề mặt. Tương
quan về ổn định cho thấy khi sóng vỡ đổ xuống là nguyên nhân chủ yế
u gây hư
hỏng công trình. Có thể hiểu rằng cả hai trường hợp dòng rối cuốn bề mặt và dòng
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 7
tia đều tác dụng trức tiếp lên mái (không có phần tử nước nào giữa xoáy cuộn hay
phạm vi dòng tia với đáy công trình để chịu lực như một tầng đệm).
1.1.2.3. Các tác động và giảm tải trọng do tác dụng của sóng
a/ Các tác động của sóng:
Ứng suất sinh ra dưới tác dụng của sóng tăng và giảm theo chu kỳ sóng miễn
là môi trường nước xung quanh điểm xét là liên tục. Trường hợp này tải trọng sóng
coi như ở trạ
ng thái tĩnh (hình 1.8).

Hình 1.8. Tác động của sóng lên mái dốc
Khi các phần tử nước trong mỗi con sóng và đập lên bề mặt công trình, sẽ
gây nên một ứng suất tác dụng tức thời có cường độ cao, gọi là tải trọng động của
sóng hay và chạm sóng (xem điểm 2 trên hình 1.8)
Tính toán gần đúng lực tác dụng lớn nhất:
P
max 50%
≅ 8.ρ
w
g.H
s
.tgα P
max0,1%

≅ 16.ρ
w
g.H
s
.tgα (1-3)
Trong đó, P
max0,1%
là ứng suất lớn nhất xuất hiện 1 lần trong 1000 con sóng.
Giá trị tính theo công thức này lớn hơn vài lần so với công thức tính con sóng đó ở
trạng thái tĩnh. Giá trị phân bố ứng suất và chạm của sóng có dạng tam giác với H là
chiều rộng đáy.
b/ Giảm tải trọng do sóng tác dụng
Có nhiều cách để giảm tác động của sóng, cách tốt nhất là để một bãi nước
nông, tại đó năng lượng sóng s
ẽ mất do ma sát đáy và do sóng vỡ. Phần trình bày
này chỉ giới thiệu tác động của sóng ở phía trước của công trình. Có hai khai niệm
cơ bản về cơ học là sự phản xạ và sự hấp thu.
Phản xạ là hiện tượng khi sóng đến toàn bộ năng lượng sẽ quay ngược trở lại
và xuất hiện sóng đứng, lúc này sự truyền năng lượng sóng bằng 0. Trường hợp này
thườ
ng gặp với đường bờ là vách đá dựng đứng, sóng vỗ bờ bị dội lại tương tự như
sóng ánh sáng tới mặt gương và phản xạ lại. Hậu quả của sự dội lại sóng là tạo nên
sóng giao thoa của hai sóng tới liên tiếp với tốc độ +c và -c để hình thành sóng
đứng, còn gọi là sóng dừng, với chiều cao sóng gấp đôi so với sóng tới (hình 1.9).
Cần chú ý rằng, chất điể
m nước ở bụng sóng đứng chỉ chuyển động thẳng đứng y,
chất điểm nước ở nút sóng đứng chỉ chuyển động theo phương ngang x.
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 8

Hình 1.9. Sơ đồ hình thành sóng đứng trước vách đá (hoặc tường) dựng đứng
Sự hấp thu có thể đạt được bằng nhiều cách. Thứ nhất, dẫn sóng chảy qua
hay chảy vòng quanh các bộ phận khác nhau của công trình như: đá, cọc, cột, thân
cây, rễ cây v.v giống như trường hợp tại các vai đập hay các bản để giảm tác dụng
của sóng. Thứ hai, để sóng truyền qua bản thân các bộ phận của công trình như
: tấm
đệm nổi, lau sậy dễ uốn v.v
c/ Giới thiệu một số kết quả nghiên cứu về công trình có tác dụng làm giảm tải
trọng do sóng tác dụng.
Màn cọc:
Một tường chắn gồm các cọc đặt thẳng đứng có tác dụng giảm sóng nếu để 1
hoảng cách nhỏ giữa các cọc. Áp dụng lý thuyết sóng tuyến tính với giả thiết năng
lượng truyền qua hàng cừ tỷ l
ệ với khoảng cách tương đối giữa các cọc (hình 1-
10a).
Trong trường hợp đó, với E = 1/8
ρ
g H
2
, ta có:
HWHKW
TIT
=− → =−11
2
a
f
a
f
(1-4)
Hình 1.10a là kết quả thí nghiệm của Grune/Kohlhase,1974. Công thức (1-4)

chưa đánh giá đúng mức sự truyền năng lượng, có lẽ là do năng lượng phản xạ và
khúc xạ lớn hơn tổn thất năng lượng sóng xung quanh cọc (cả hai đều không được
tính đến trong công thức 1-3). Một công thức thực nghiệm đơn giản tương tự và khá
phù hợp có dạng:
KW
T
=−1
2
(1-5)

Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 9
Hình 1.10. Sự truyền năng lượng sóng qua màn cọc và tràn qua đập
Đê chắn sóng:
Một loại công trình rất phổ biến để giảm sóng là đê hay đập đá ngầm có đỉnh
xấp xỉ mực nước biển. Bây giờ tính theo lý thuyết sóng ngẫu nhiên sẽ không có ý
nghĩa gì nữa. Theo lý thuyết sóng biên độ nhỏ, khi đỉnh đập bằng mực nước biển,
sự truyền năng lượng bằng không (hình 1.10a). Trong thực tế, ngườ
i ta tìm được hệ
số K
T
≈ 0.5 cho trường hợp này, nghĩa là đã có 25% năng lượng sóng được truyền
đi. Hình 1.10b là kết quả rất nhiều quan trắc liên quan đến khả năng truyền năng
lượng sóng ứng với chiều cao đỉnh đập R
C
/H
Si
(R
C
được đo từ mực nước tĩnh). Cần

phải kể đến sự truyền sóng khi tỷ số R
C
/H
Si
≈ 1. Trên hình 1.10b, những điểm này
đại diện cho sóng có biên độ nhỏ có thể dễ dàng thấm qua những phần tử có kích
thước lớn trên đỉnh của đập rỗng. Trong điều kiện thiết kế, đối với sóng thực, K
T
≈
0,1 ứng với các giá trị R
C
/H
i
như trên hình vẽ. (xem chi tiết trong nghiên cứu của
Van der Meer/dAngremond,1991).
Đê chắn sóng đặt nổi trên mặt nước:
Với một con thuyền nổi trên mặt nước, chiều cao và chiều sâu của con thuyền so
với mặt nước có thể chắn sóng rất hiệu quả. Ở đây ta chỉ xét các loại kết cấu. Có rất
nhiều loại đê chắn sóng nổi trên mặt nước như: loại kết cấu cứng, lo
ại mềm dẻo,
loại rỗng .v.v Chúng đều có điểm chung là chúng chỉ có hiệu quả khi chiều dài tác
dụng theo hướng sóng lớn hơn chiều dài con sóng. Vấn đề cần quan tâm ở đây là
lực kéo tại các neo bởi chúng có thể lớn vô cùng (xem Van der Linden. 1985). Các
đê chắn sóng nổi có lẽ chỉ sử dụng để chắn sóng tạm thời như trong quá trình thi
công công trình mà thôi. Hình 1-11 biểu thị đường cong lý thuyết và các trị số quan
trắc cho những kế
t cấu nổi trên mặt nước. λ là chiều dài vị trí được bảo vệ, L là
chiều dài sóng.

Hình 1.11: Sự truyền sóng với chiều dài sóng tương đối

Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 10
Kết luận: Có thể giảm tải trọng sóng bằng các loại công trình khác nhau như: đập,
lưới chắn, đê chắn sóng v.v Để giảm sóng có hiệu quả, kết cấu phải có kích thước
lớn so với độ sâu hay chiều dài sóng. Chi phí xây dựng cần phải cân bằng với hiệu
quả sử dụng của chúng, nếu không kích thước công trình bảo vệ cho toàn bộ tải
trọng có thể đem lại lợi nhuậ
n cao hơn.
1.1.2.4. Dòng chảy ven bờ và diễn biến bờ biển
a/ Dòng chảy ven bờ:
Trong vùng bờ biển, dòng chảy triều thường là yếu, chuyển động bùn cát chủ
yếu chịu ảnh hưởng của dòng chảy do sóng gây ra. Dòng chảy gần bờ xẩy ra sau khi
sóng vỡ là một trong những vấn đề cơ bản nhất của động lực học ven bờ biển. Loại
dòng chảy này có liên quan trực tiếp đến chuy
ển động của bùn cát ven bờ và diễn
biến bờ biển, việc xây dựng bất cứ một công trình nào ở ven biển cũng phải xem xét
tới ảnh hưởng do dòng chảy này gây ra. Dòng chảy ven bờ thường phân làm 2 loại
riêng biệt:
- Dòng chảy theo phương song song với đường bờ hay còn gọi là dòng chảy
dọc bờ (longshore current). Dòng chảy dọc bờ do thành phần lực đẩy dọc bờ của áp
lực sóng vỡ gây ra. Lư
u tốc trung bình của dòng chảy dọc bờ thường trong khoảng
0,5m/s nhưng cũng có thể đạt tới 1,0m/s. Đây chính là động lực chủ yếu để tải cát
theo hướng dọc bờ biển.
- Dòng chảy theo phương thẳng góc với đường bờ hay còn gọi là dòng chảy
ngang bờ (cross-shore current). Đây là loại dòng chảy tương đối tập trung, chảy
qua dải sóng vỡ ra biển, lưu tốc dòng chảy ngang bờ có thể
đạt tới 2,0m/s.
b/ Diễn biến bờ biển

Trước khi đi đến một giải pháp kỹ thuật thích hợp để ứng phó với những
diễn biến bất lợi của đường bờ thì những hiểu biết về hình thái bờ và quá trình diễn
biến bờ biển tại khu vực nghiên cứu có tầm quan trọng đặc biệt và có ảnh hưởng rất
lớn đến sự thành công củ
a dự án. Thiếu những thông tin và hiểu biết về quy luật
diễn biến của bờ biễn sẽ dẫn tới những giải pháp kỹ thuật kém hiệu quả, thậm chí
gây tác dụng ngược lại với mục tiêu ban đầu của dự án. Dưới đây xin trình bày một
số quy luật diễn biến cơ bản của đường bờ đối với bờ biển có cấu tạo là cát.
S
ự vận chuyển bùn cát dọc bờ:
Bùn cát ở bờ biển thường bị vận chuyển theo hướng dọc bờ do tác dụng của
sóng kết hợp với dòng chảy. Sóng tác dụng theo phương xiên góc với đường bờ sẽ
gây nên sự vận chuyển bùn cát theo phương dọc với đường bờ. Sự vận chuyển bùn
cát này gọi là vận chuyển bùn cát dọc bờ (longshore sediment transport). Dòng chảy
dọc bờ được hình thành khi sóng vỡ chính là nhân tố động lực gây nên sự vậ
n
chuyển bùn cát theo hướng dọc.
Ở một số nơi, do sự biến đổi về điều kiện địa hình mà có thể hình thành
những dòng triều mạnh. Chính dòng triều này cũng góp phần làm vận chuyển bùn
cát dọc theo bờ biển. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp thì tác dụng vận
chuyển bùn cát của dòng triều thường nhỏ hơn rất nhiều so với tác dụng vận chuyển
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 11
bùn cát của dòng dọc bờ sinh ra khi sóng vỡ. Dòng triều thường chỉ được xét tới khi
cần nghiên cứu sự ổn định của đường bờ ở các cửa sông lớn hoặc các lạch triều.
Hầu hết bùn cát vận chuyển dọc bờ là do dòng chảy sóng vỡ sinh ra nên các
nghiên cứu hình thái bờ biển thường đi sâu tìm hiểu quy luật biến đổi của lượng vận
chuyển bùn cát dọc theo không gian và thời gian, cơ chế v
ận chuyển bùn cát và mối
liên quan giữa vận tốc dòng dọc bờ với lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ.

Sự vận chuyển bùn cát dọc bờ không phải là nguyên nhân gây ra sự xói lở
hay bồi tụ của bờ biển như nhiều người nghĩ mà chỉ là một trong những điều kiện để
gây nên sự xói lở hay bồi lấp. Sự mất cân bằng về vận chuyển bùn cát từ
khu vực
này sang khu vực khác dọc theo đường bờ biển chính là nguyên nhân cơ bản gây
nên hiện tượng xói lở hoặc bồi tụ bờ biển.
Để đánh giá sự ổn định của đường bờ thì cần phải có những tính toán cụ thể
về lượng vận chuyển bùn cát dọc theo hướng dọc bờ. Theo công thức thường được
sử dụng trong tính toán lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ thì lượng v
ận chuyển bùn
cát dọc theo bờ sẽ là hàm cua các tham số: chiều cao sóng (H
s
), Chu kỳ sóng (T),
hướng sóng tác dụng vào đường bờ (α), độ dốc của bãi biển (m), đường kính của
hạt bùn cát trên bãi biển (d
50
).
Tương đương với mỗi sự biến đổi về hướng của đường bờ biển cũng sẽ làm
thay đổi hướng sóng tác dụng vào đường bờ và do vậy làm thay đổi lượng bùn cát
bị vận chuyển dọc bờ. Kết quả là tại những vùng có sự biến đổi hướng của bờ biển
thì tại đó sẽ có hiện tượng bồi tụ hay xói lở bờ bi
ển.
Ngoài sự thay đổi hướng của đường bờ biển, sự thay đổi đường kính hạt bùn
cát, hay sự thay đổi chiều cao són do ảnh hưởng của độ sâu cũng là nguyên nhân
làm thay đổi lượng vận chuyển bùn cát dọc bờ, và mất cân bằng về vận chuyển bùn
cát theo hương ngang.
Vận chuyển bùn cát theo phương so với đường bờ:

Trong điều kiện tự nhiên, hiện tượng vận chuyển bùn cát dọc theo phương
vuông góc với đường bờ rất ít khi xẩy ra. Trong tự nhiên luôn hình thành một trạng

thái cân bằng động giữa hình dạng mặt cắt ngang bờ biển và các yếu tố động lực.
Một bãi biển ổn định trong điều kiện bình thường sẽ có sự tương quan chặt chẽ giữa
hình dạng mặt cắt ngang củ
a bãi với độ lớn trung bình của sóng và đường kính hạt
bùn cát trên bãi biển. Ngay khi sự tương quan này bị phá vỡ (do các nguyên nhân
ngoại sinh) thì hệ thống sẽ tự khôi phục về trạng thái cân bằng ban đầu.
Tuy nhiên, đối với những vùng chịu ảnh hưởng mạnh của chế độ mùa thì giá
trị trung bình của sóng giữa các mùa là khác nhau (ví dụ như mùa khô và mùa mưa,
mùa hè và mùa đông ) nên mặt cắt ngang của bãi ở trạng thái cân bằng sẽ thay đổi
2 lần trong n
ăm. Có thể nói sự thay đổi của mùa dẫn tới sự thay đổi của hình dạng
bãi (và điều này cũng dẫn tới chiều rộng của bãi biển phía mép nước cũng sẽ thay
đổi).
Sự trở lại trạng thái cân bằng động lực thường xẩy ra trong thời gian khi có
sóng lớn (khi có bão). Để tái tạo lại hình dạng mặt cắt ngang cân bằng, sóng lớn
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 12
trong bão sẽ xói cát từ phần phía trên của bãi biển và các đụn cát, sau đó vận
chuyển xuống phần bãi ở dưới mực nước biển.
Hiện tượng xói lở theo phương vuông góc với đường bờ nhìn chung không
phải là những xói lở nghiêm trọng vì thực chất bùn cát sẽ không bị mất đi mà chỉ
dịch chuyển theo mùa từ trên xuống hay từ dưới lên.
Các hình thức xói lở bờ biển:

- Xói lở mang tính mùa: Hiện tượng xói lở mang tính mùa thường là xói lở do
vận chuyển bùn cát theo phương vuông góc với đường bờ gây ra. Về mùa
đông, khi có sóng lớn và dòng chảy mạnh kết hợp với bão thì bùn cát bị vận
chuyển từ bờ biển xuống bãi nằm ở phía ngoài và ngập dưới mực nước biển.
Về mùa hè, khi sóng đều và nhỏ thì bùn cát lại được vận chuyển từ bãi lên
đến bờ biển. Như vậ

y về thực chất bùn cát không bị mất ra ngoài đoạn bờ
biển mà chỉ dịch chuyển vị trí của nó so với đường mép nước. Độ dốc của bờ
biển và phần bãi vì thế cũng biến đổi theo mùa. Về mùa đông, do yếu tố
động lực biển tăng lên (do sự gia tăng của chiều cao sóng) nên bãi biển trở
nên thoải và kéo dài để cân bằng với động năng của sóng. Về
mùa hè, khi
yếu tố động lực giảm thì bãi biển trở lại trạng thái cân bằng ban đầu, độ dốc
bãi tăng lên.
- Xói lở nghiêm trọng: Hiện tượng xói lở nghiêm trọng là hiện tượng xói lở do
sự vận chuyển bùn cát theo hướng dọc bờ gây ra. Dòng chảy dọc bờ hình
thành khi sóng tác dụng theo hướng xiên góc với đường bờ sẽ vận chuyển
bùn cát dọc theo bờ biển. Do sự biến đổ
i hướng của đường bờ, biến đổi về độ
sâu, độc dốc bãi, hoặc thành phần hạt bùn cát mà suất chuyển bùn cát dọc bờ
cũng sẽ biến đổi tương ứng. Bùn cát xói lở sẽ bị vận chuyển ra khỏi đoạn bờ
biển và không quay trở lại nữa. Như vậy có thể coi đây là hiện tượng xói lở
gây mất bùn cát và lượng bùn cát bị xói lở sẽ không khôi ph
ục lại được nữa.
Hiện tượng xói lở nghiêm trọng cũng xẩy ra khi nguồn cung cấp bùn cát ở
thượng lưu bị suy giảm (do xây dựng đập, làm các công trình chắn giữ vùn
cát ở thượng lưu).
1.1.3. Các tác động phá hoại bờ biển
Bờ biển tự nhiên và các công trình bảo vệ bờ biển chịu tác động có thể dẫn
đến bị hư hởng và phá hoại. Hai nguyên nhân chính gây ra hư hỏng và phá hoại bờ
biển là do tác động của tự nhiên và tác động của con người.
1.1.3.1. Các tác động tự nhiên
Các tác động tư nhiên bao gồm: Tác động của gió - bão, thuỷ triều, dòng
chảy ven bờ, sóng, dòng thấm, các vật nổi, lún, tác dụng hoá học và điện phân của
môi trường nước mặn, tác dụng của các sinh vật v.v
a/ Tác động của gió bão:

- Gió là sản phẩm của các quá trình khí tượng. Gió thổi trên mặt biển tạo ra
sóng và nước dâng;
- Gió thổi làm bay cát khô, đưa cát từ ngoài bãi bi
ển tràn vào đất liền như ở
bờ biển Quảng Bình, Quảng Trị;
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 13
- Bão tác động rất mạnh, có thể làm hư hỏng và phá hoại các kết cấu công
trình chắn gió, gây ra sóng lớn làm xói lở, phá hoại đường bờ và các kết cấu bảo vệ
nó.
b/ Tác động của mực nước thuỷ triều và hơi nước biển mặn:
Phạm vi dao động của mực nước thuỷ triều cũng là phạm vi chủ yếu mà
đường bờ có thể bị xói lở. Trong phạm vi này, mức độ xói l
ở phụ thuộc vào thời
gian duy trì mực nước thuỷ triều với các tác động trực tiếp của sóng và dòng chảy
vào vách bờ.
Mực nước thuỷ triều biến động cùng với các tác động của dòng chảy và sóng
vỗ đã bào mòn các vách đá, các hòn đảo nhỏ, các cột chống của trụ cầu và bến cảng
v.v
Trong phạm vi mực nước biển dao động, các cửa van, kết cấu thép bị han rỉ
v
ới mức độ mạnh hơn nhiều lần so với kết cấu đó nhứng ngập chìm trong nước
biển. Nguyên nhân của hiện tượng han rỉ mạnh không phải do tác dụng hoá học của
nước biển mặn, mà chủ yếu do quá trình phản ứng điện hoá trao đổi các ion Cl
-
, ion
SO
4
2-
diễn ra mạnh mẽ ở phần kết cấu thép bị nhúng ướt phơi khô lặp đi lặp lại

thường xuyên.
Các kết cấu thép, kết cấu bê tông trên khô cũng han rỉ, bong rốp với tốc độ
mạnh mẽ khi bị hơi nước biển mặn tác dụng.
c/ Tác động của dòng chảy ven bờ:
Như đã phân tích ở phần 1.1.2.3, dòng chảy ven bờ sau khi sóng vỡ đóng
một vai trò chính để t
ải bùn cát đã được sóng “bứt” ra khỏi bờ và đáy. Trạng thái và
các yếu tố đặc trưng động học và động lực học của dòng chảy ven bờ phụ thuộc vào
dòng chảy từ xa bờ và hướng sóng truyền tới, phụ thuộc vào địa hình đáy bãi và
phục thuộc vào thời gian. Dỏng chảy ven bờ có thể chuyển động theo phương song
song với đường bờ, nhưng cũng có thể chuyể
n động theo hướng từ phía bờ ra biển.
Hoạt động của dòng ven bờ có thể đưa đến điều kiện thuận lợi để gây bồi, hoặc
cũng có thể gây ra xói lở bờ bãi và đáy biển.
d/ Tác động của sóng:
Sóng biển gây ra các tác động mạnh có thể gây ra xói lở bờ, bãi và đáy biển,
cũng như có thể làm mất ổn định và phá vỡ các kết cấu công trình bảo vệ bờ
, bãi và
dáy biển.
Thông thường, có hai trạng thái sóng đặc trưng, đó là sóng bình thường và
sóng lớn.
Hình 1.12 là sơ đồ thể hiện 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.
Hình 1.13 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 và lấp xuống chân mái dốc c
ủa bãi biển; bờ
và bãi biển đang ở trạng thái mất ổn định.

Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 14

Hình 1.12. Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển

Hình 1.13. Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển
e/ Các tác động hoá học:
Hàm lượng muối hoà tan trong nước biển vào khoảng 34÷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 muốn
khác. Các loại muối này có thể gây ra cac phản ứng hoá học với khoáng chất, các
loại vật liệu đá, bê tông, bê tông cốt thép, kết cấu thép v.v Hậu quả là các loại vật
liệu trên có thể bị ăn mòn hoá học.
f/ Các tác động của sinh vật:
Trong môi trường nước biển có một số loại vi khuẩn, nấm bám vào bề mặt
vật liệu có thể làm mục g
ỗ, bê tông, ăn mòn kim loại.
Phổ biến nhất là các con hà bám vào các thành cống không những gây ra cản
trở dòng chảy, mà còn tiết ra các chất thải làm thoái hoá bê tông.
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 hoạ
i nào đó.
Nhưng xung lực của sóng có thể nhanh chóng phá hoại từng phần, thậm chí làm sụp
đổ bờ và các kết cấu công trình bảo vệ nó.
1.1.3.2. Tác động tiêu cực của các hoạt động nhân tạo đối với ổn định bờ biển
Các hoạt động xây dựng hồ chứa nước ở thượng nguồn, làm đập ngăn sống

khai hoang lấn biển, khai thác khoáng sản, vật liệu xây dựng, chặt phá rừng ng
ập
mặn v.v diễn ra khá nhiều nơi, mang tính chất phổ biến, không chỉ gây ra xói lở
bờ biển có tính chất cục bộ, mà còn có thể gây ra xói lở nghiêm trọng ở quy mô lớn.
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 15
a/ Tác động tiêu cực của hồ chứa và đập ngăn sông:
Việc xây dựng các hồ chứa nước ở thượng nguồn, các đập ngăn sông, làm
lắng đọng bùn cát trong hồ, dẫn đến làm giảm lượng bùn cát vận tải ra biển, do đó
làm giảm bồi phù sa ở các cửa sông. Lượng bùn cát ra biển bị giảm dẫn đến vận tải
bùn cát của các dòng ven bờ bị thiếu hụt mất cân bằng, gây nên xói lở b
ờ biến với
mức độ ngày càng gia tăng. Đây là nguyên nhân chủ yếu để dự báo về bức tranh xói
lở ngày càng nghiêm trọng hơn của bờ biển Việt Nam trong những thập kỷ tới.
b/ Các tác động tiêu cực từ việc khai thác cát sỏi, khoáng sản:
Khai thác cát sỏi, khoáng sản làm giảm lượng bùn cát cung cấp cho biển gây
nên xói lở bờ biển. Ví dụ, bờ biển Hàm Thuận - Bình Thuận từ lâu không bị xói lở,
như
ng từ năm 1983 trở lại đây, do khai thác cát đen và titan, bờ biền đã bị xói lở
mạnh. Ở Đồng Châu - Thái Bình cũng do khai thác cát làm vật liệu xây dựng cũng
đã gây ra xói lở bờ biển.
c/ Các tác động tiêu cực do phá rừng ngập mặn và cây chắn cát ven biển:
Rừng ngập mặn có vai trò đặc biệt giảm vận tốc dòng chảy ven biển, gây bồi
và chặn sóng để bảo vệ bờ biển. Cây cố
i ở các cồn cát ven biển ở các tỉnh miền
Trung để chắn gió và chắn cát giữ cho bờ cát ổn định, chống bồi lấp cát vào làng
mạc và đồng ruộng
Hậu quả của việc phá rừng ngập mặn và rừng chắn sóng gió ven biển đã gây
ra hiện tượng xói lở bờ biển các xã Hải Lĩnh (Tĩnh Gia - Thanh Hoá), Nghị Yên
(Nghi Lộc - Nghệ An), Thanh Trạch (Quảng Trạch - Quảng Bình), Bình Phú (Bình

Sơn - Quảng Nam), C
ẩn Trạch (Duyên Hải - TP Hồ Chí Minh), Nguyễn Huân (Đầm
Dơi - Minh Hải),
d/ Các tác động tiêu cực do khai hoang lấn biển:
Quai đê lấn biển thiếu cơ sở khoa học dẫn đến phá vỡ trạng thái cân bằng của
bờ biển tương ứng với lượng vận tải bùn cát của khu vực. Nhiều đoạn bờ trước khi
có công trình lấn biển đang ở trạng thái ổn định, trở nên b
ị xói lở sau khi có các
công trình quai đê lấn biển. Theo kết quả phiếu điều tra bờ biển Thái Thuỵ - Thái
Bình đang bị xói lở mạnh do ảnh hưởng của quai đê lấn biển của huyện Tiền Hải.
Bờ biển Giao Long, huyện Giao Thuỷ, tỉnh Nam Định bị xói lở do quai đê lấn biển
ở Bạch Long. Bờ biển Nhơn Bình, Nhơn Hải, TP. Quy Nhơn bị xói lở sau khi quai
đê th
ứ hai và khoanh để nuôi hải sản. Bờ biển Xuân Hoà, sông Cầu tỉnh Phú Yên và
Hiệp Trạch thuộc tỉnh Tra Vinh cũng bị xói lở sau khi quai đê lấn biển v.v
e/ Ảnh hưởng của hệ thống kênh và cống tiêu:
Tác động tiêu cực của hệ thống kênh và cống tiêu ứng ra biển tuy không gây
ra xói lở với quy mô lớn nhưng cũng cần phải được chú ý. Thực tiễn cho thấy, khi
mở cửa sông Hoàng và sông Lý (huyện Quảng Xương - Thanh Hoá)
đổ vào hạ lưu
sông Yên thì bờ biển Hải Châu (Tĩnh Gia - Thành Hoá) bờ biển bị xói lở mà trước
đó nhiều năm bờ biển này ổn định. Bờ biển Diễn Kim (Diễn Châu - Nghệ An) chỉ bị
xói lở từ sau khi có kênh đào Vách Bắc. Bờ biển Diễn Ngọc cũng chỉ bị xói lở từ
khi có thêm 2 kênh đào mới v.v
f/ Ảnh hưởng của các hoạt động giao thông thuỷ:
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 16
Các hoạt động giao thông thuỷ cũng gây ra nhiều tác động bất lợi đến bảo vệ
bờ biển như sóng do tàu thuyền khi chạy gây ra, va chạm của tàu thuyền vào các kết
cấu công trình ở bờ biển v.v

1.1.4. Giải pháp bảo vệ bờ biển
1.1.4.1. Sự cần thiết phải bảo vệ bờ biển
Nghị Quyết 03-NQTW ngày 6/5/1993 của Bộ Chính trị đã nêu ra phương
hướng, nhiệm vụ phát tri
ển kinh tế - xã hội vùng ven biển, trong đó đặc biệt quan
tâm đến “Xây dựng các địa bàn và trung tâm kinh tế biển” và “Đẩy mạnh các ngành
kinh tế biển”. Để thực hiện tốt các nội dung một trong những vấn đề cần được quan
tâm hàng đầu phải thực hiện đó là bảo vệ bờ, bãi và đáy biển, nhằm bảo vệ người và
đất đai, sản xuất và tài sản. Nội dung bảo vệ bào g
ồm:
- Ngăn nước biển triều cường, nước dâng khi bão;
- Phòng chống sóng, xói, lở, sạt trượt đất, bảo vệ đất đai;
- Phòng chống nhiễm mặn cho các vùng đất thấp ven biển;
- Phòng chống bồi lắng cửa sông và cản trở thoát lũ từ trong nội địa ra biển;
- Phục vụ lợi ích của các ngành kinh tế khác như: Giao thông thuỷ, thuỷ lợi,
thuỷ sản, du lịch, sản xuất muố
i, quốc phòng v.v
1.1.4.2. Những yêu cầu kỹ thuật đối với công trình bảo vệ bờ biển
Công trình bảo vệ bờ biển phải được đảm bảo hoạt động tốt như chức năng
và nhiệm vụ đã đề ra.
- Công trình ngăn nước biển như: đê biển, tường ngăn nước biển cần đủ cao
trình đỉnh để ngăn nước dâng và sóng biển tràn vào nội đị
a. Nếu cho phép xẩy ra
tràn nước, cần phải có biện pháp chống xói lở và đề phòng bị phá hoại, đồng thời
cần xác định mức độ thiệt hại do nước biển mặn tràn vào trong đất liền;
- Công trình bảo vệ bờ biển phải ổn định, không bị phá hoại dưới tác động
lớn của các yếu tố tự nhiên như: sóng, gió, địa chất nền yếu và phức tạp;
- Công trình bả
o vệ bờ biển phải bền vững không bị xâm thực trong môi
trường nước biển mặn, sự thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm, sinh vật v.v ;

- Công trình bảo vệ bờ biển không ngăn cản lũ và lũ quét từ nội địa ra biển;
- Công trình bảo vệ bờ biển cần đáp ứng yêu cầu của các ngành kinh tế liên
quan như: giao thông thuỷ, du lịch, thuỷ sản v.v
Trong thự
c tế, có một số trường hợp có sự mâu thuẫn lẫn nhau giữa các yêu
cầu nêu trên. Ví dụ: Đối với các bờ biển từ Quảng Bình đến Quảng Ngãi, có mẫu
thuẫn giữa đắp đê biển để ngăn nước dâng và sóng biển tràn vào nội địa với yêu cầu
đê biển không được cản trở tháo lũ quét từ nội địa ra biển; hoặc bảo vệ bờ biển
không bị
xói lở bằng hệ thống mỏ hàn có mâu thuẫn với yêu cầu giữ gìn bãi biển cát
để tôn tạo cảnh quan đẹp phục vụ du lịch v.v
Ngoài ra, một số yêu cầu khác cũng cần chú ý như: Đối với vùng bờ biển là
bãi tắm, vùng quai đê lấn biển, hoặc vùng đảo cần xây dựng công trình v.v thì
thường yêu cầu bãi biển thoải, nhưng đối với vùng bờ biển để xây dựng bến cảng
thì yêu c
ầu duy trì độ sâu lớn, bãi biển dốc, để đảm bảo luồng tàu ra vào cảng
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 17
1.1.4.3. Một số giải pháp bảo vệ
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.
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 ch

ức,
quản lý, tuyên truyền, giáo dục, vận động, thuyết phục nhân dân ).
Tóm tắt một số giải pháp bảo vệ bờ biển nêu trong bảng 1-1:
TT
Giải pháp bảo vệ bờ
biển
Chức năng
A Giải pháp công trình

1 Đê biển

Ngăn thuỷ triều, ngăn nước biển dâng, chắn sóng,
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 và nuôi trồng thuỷ sản
2 Kè biển Phòng chống sạt lở mái dốc, bảo vệ bờ và bãi biển
3 Đập mỏ hàn Phòng chống xói lở, gây bồi, ổn định bờ biển.
4 Đập phá sóng Chống lại tác động của sóng, giảm lưu tốc dòng
chảy, gây bồi, phòng chống xói bảo vệ các cảng,
luồng vận tải thuỷ và bờ biển.
5 Đập quây chặn dòng chảy Chặn các cửa sông, tạo ra các cửa khẩu cuối cùng
của lòng dẫn thuỷ triều, bịt kín các vùng nước
nông để cải tạo đất, nuôi thuỷ sản, rút ngắn chiều
dài bảo vệ bờ biển, tạo ra các hồ trữ nước ngọt, tạo
ra các vụng khai thác năng lượng thuỷ triều, tạo ra
các vụng tàu đậu, tránh bão, tạo ra các vụng để thi
công, làm đường bộ hoặc
đường sắt để nối liền các
khu vực, để sửa chữa các bãi biển có đê, chống
dòng chảy tràn, tạo ra các hồ nuôi cá, và cắt đoạn

sông cong.
6 Tường ngăn nước biển Ngăn nước biển, phòng chống triều cường và tác
động của sóng, giảm cao độ của đỉnh đê, ổn định bờ
biển.
7 Nạo vét, bồi lắng nhân tạo Phun đất cát phục vụ cải tạo đất, đắp đê, san lấp xây
dựng, bảo vệ đáy, bờ và bãi biển.
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 18
8 Các đập ngăn mặn cửa
sông; đập tháo nước và
chắn sóng cồn, đập tràn
tháo nước ngưỡng thấp, các
cống ngầm lấy nước biển
và tiêu nước ra biển phục
vụ làm muối và nuôi trồng
thuỷ sản
Phòng chống triều cường, sóng lớn khi bão biển,
nhiễm mặn cửa sông, thoát lũ và tiêu úng từ nội
đồng.
9 Công trình nuôi bãi Bơm cát định kỳ để nuôi bãi, phục vụ du lịch và ổn
định bờ biển.
10 Các công trình chuyên môn
khác liên quan đến bảo vệ
bờ, bãi và đáy biển
Chức năng chuyên môn của mỗi công trình: cống
tiêu, đập ngăn mặn tiêu thoát lũ ra biển, các đường
và cầu giao thông Cần chú ý các tác động bất lợi
của chúng đối với bảo vệ bờ biển, bãi và đáy biển.
11 Thảm cây, cỏ trên các bộ
phận công trình bảo vệ

Bảo vệ mái dốc đê, bờ và bãi biển một cách thân
thiện với môi trường tự nhiên.
B Giải pháp phi công trình

1 Rừng ngập mặn (rừng tự
nhiên hoặc nhân tạo ở bãi
biển)
Giảm tác động của sóng, gây bồi, phòng chống xói
lở, ổn định bờ và bãi biển.
2 Trồng cây trên đụn cát và
bờ biển
Phòng chống xói mòn, ngăn cát bay, cải tạo môi
trường sinh thái bền vững .
3 Luật pháp, chính sách, tổ
chức và quản lý
Bảo vệ bờ biển cũng là bảo vệ đất nước. Nhà nước,
Chính phủ, Chính quyền địa phương và nhân dân
đều có trách nhiệm thực hiện.
4 Tuyên truyền, giáo dục,
vận động, thuyết phục nhân
dân
Làm cho mọi người dân hiểu rõ và có trách nhiệm
góp phần bảo vệ và phát triển rừng ngập mặn, môi
trường biển, bảo vệ các công trình trên bờ biển.
Cần chú ý đến các đặc điểm và hiệu quả của giải pháp công trình và giải
pháp phi công trình. Cả hai giải pháp nêu trên đều quan trọng, không thể thay thế
cho nhau. Giải pháp phi công trình có ưu điểm nổi bật là gìn giữ và bảo vệ bờ biển
tự nhiên, cải biến điều kiện tự nhiên và xã hội của bờ biển mà không làm ảnh hưởng
đến phát triển sinh thái bền vững. Tuy nhiên, khi bờ biển chịu các tác động mạ
nh

của tự nhiên và bị xói lở, phá hoại nghiêm trọng thì phải dùng đến biện pháp công
trình mới có thể làm cho bờ biển ổn định trở lại được. Khi sử dụng biện pháp công
trình, cũng đồng thời phải hiểu rõ và đề phòng các tác động bất lợi, tiêu cực có thể
xảy ra đối với bảo vệ môi trường sinh thái và lợi ích của các ngành kinh tế khác có
liên quan.
1.1.5. Tiếp cận thiết kế thích hợp
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 20
(iv)- Kết quả yêu cầu là quan điểm về phong cảnh, giải trí và sinh thái phải
được thoả mãn ở mức có thể;
(v)- Giá thành xây dựng phải thấp nhất ở mức chấp nhận được;
(vi)- Những ràng buộc của pháp luật.
Giai đoạn rất quan trọng trong quy trình thiết kế đó là phương án lựa chọn,
cả hai, đó là trường hợp quan điểm thiết kế (lựa chọn giải pháp) c
ũng như trong
trường hợp thiết kế chi tiết (tối ưu hoá kết cấu thiết kế). Vấn đề xẩy ra ngay trọng
trong thiết kế là giá của công trình có thể bị ảnh hưởng. Chi tiết những điểm được
đề cập ở trên phụ thuộc vào hoàn cảnh vị trí cụ thể như loại địa hình (vùng trũng
hoặc không) và sự phát triển (giá trị tiết kiệm), thiết b
ị hiện có, nhân lực và vật
liệu, Các đê/tường cao để bảo vệ cho vùng trũng chống lại sự ngập lụt, trường hợp
tường thấp hơn thường có khả năng dùng cho các trường hợp khác. Giá thành xây
dựng và duy tu bảo dưỡng có tác động đến hệ số điều chỉnh trong việc xác định kết
cấu sử dụng. Điểm bắt đầu cho công tác thiết kế là kiể
m tra cẩn thận sự hợp tác với
người sử dụng hoặc người quản lý sau này của dự án.
Chức năng yêu cầu
- Ổn định đường bờ;
-Bảo vệ trên bờ;

- Ổn định cửa sông;
-Bảo vệ bến cảng.
Mục đích
-Chất lượng;
-Kỹ thuật khả thi;
- Kinh tế khả thi;
-Xã hội khả thi.
Tiêu chuẩn
Thiết kế
Quan niện
thiết kế
Thiết kế sơ
bộ
Thiết kế chi
tiết
Mô phỏng
Mô hình
cấp I
Mô hình
cấp II
Mô hình
cấp III
Đánh giá
Tiêu chuẩn
OK? Thiết kế lại
Chuyển b.
tiếp theo
Mực nước, triều. sóng, dòng chảy, đáy biển
Môi trường tự nhiên
Sai

đúng

Hình 1.15. Phương pháp luận và công cụ thiết kế
Chú ý: Ý nghĩa chính của mức thiết kế I, II và III trong hình 1.15 là khác nhau liên
quan tới thuật ngữ các mức thiết kế dùng phép xấp xỉ xác suất (Mức I: hệ số an toàn
tổng, Mức II: chỉ giá trị trung bình và độ lệch tiêu chuẩn cho các giá trị ngẫu nhiên,
Và Mức III: phân loại thực tế của giá trị ngẫu nhiên được sử dụng).
Phương pháp luận thiết kế này được trình bày d
ưới dạng biểu đồ hình 1.15,
gồm các mô hình giải thiết khác nhau (công cụ thiết kế) yêu cầu để đánh giá diễn
biến của công trình trong các bước thiết kế (Van der Weide, 1989, Pilarczyk, 1990).
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 21
Nói chung, có thể nói rằng quy trình thiết kế đã được sử dụng rất nhiều phương
pháp tiên tiến. Tuy nhiên, sự lựa chọn thực tế lại phụ thuộc vào sự phức tạp của
những vấn đề, quay mô của dự án và mức rủi ro chấp nhận được.
Tuy thuộc vào mục tiêu, giải thiết có thể thay đổi từ số liệu thô và quy tắc
kinh nghiệm (thường có thể áp dụng
ở mức I/thiết kế khái niệm), theo phương pháp
thiết kế kinh nghiệm đã được thừ nhận với hạn chế của nó (thường có thể áp dụng ở
mức II/thiết kế cơ sở), sự sao chép tinh vi của thực tế, sử dụng mô hình vật, kỹ thuật
tương tự hoặc mô hình số (thường có thể áp dụng ở mức III/thiết kế chi tiết). Dạng
phươ
ng pháp luận nên theo cả hai, trường hợp thiết kế ứng dụng cũng như là trường
hợp thiết kế kết cấu.
Tiếp cận thiết kế tối ưu
Thiết kế công trình nói chung hay thiết kế công trình bảo vệ nói riêng đều
phải đạt được hiệu quả và hiệu năng. Hiệu quả nghĩa là công trình đảm bảo yêu cầu
sử dụng và không ảnh hưở
ng đến môi trường. Hiệu năng là thời gian xây dựng công

trình ngắn nhất và giá thành thấp nhất.
Sự thiết kế kết hợp giữa hiệu quả và hiệu năng được gọi là “Bài toán tối ưu”.
Chi phí xây dựng này trở thành một nhân tố trong điều khoản tham chiếu bao gồm
cả những yêu cầu đối với công trình. Điều khoản tham chiếu phải được chuyển
thành nhữ
ng ý tưởng (phương án khả thi). Yêu cầu thực tế và ý tưởng thường không
đi đôi với nhau, để thoả mãn cả hai ta thường dùng phương pháp sai số. Những ý
tưởng khả thi được thiết kế và so sánh với một hệ số so sánh, đó là giá thành của
công trình. Nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải thoả mãn bốn yêu tố như trên hình
1.16.
Chi phí
xây dựng
Phù
hợp
Điều khoản
tham chiếu
Phù
hợp
Ý tưởng
thiết kế
Phù
hợp
Gía thành
công trình

Hình 1.16. Bài toán tối ưu
Quá trình thiết kế là một chu trình khép kín bởi nó không thể đi thẳng từ trái
sang phải (hình 1.16). Trong giai đoạn đầu tiên, nhà thiết kế bắt đầu công việc từ
những quan điểm chung của điều khoản tham chiếu với một số ý tưởng trong đầu
dựa trên kinh nghiệm bản thân hoặc những kinh nghiệm đã được đúc kết. Quá trình

thiết kế tổng hợp
được tính toán sơ bộ với bốn nhân tố như trên hình 1.16, sau đó
được hoàn chỉnh trong giai đoạn thiết kế sau này. Hiệu quả có thể được đánh giá về
mặt vai trò của công trình, môi trường và công nghệ xây dựng, còn hiệu năng được
thể hiện thông qua giá thành xây dựng và bảo dưỡng công trình. Như vậy sẽ có sự
chồng chéo và liên quan giữa các khía cạnh này. Tất cả đều có vai trò quan trọng
trong quá trình thiết kế, nhưng sự tậ
p trung (mức độ quan tâm) thay đổi dần theo
thời gian thực hiện được thể hiện như trên hình 1.17.
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 23
1.2. TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÊ BIỂN QUẢN NINH - QUẢNG NAM
1.2.1. Hiện trạng, nhiệm vụ và tiêu chuẩn thiết kế đê biển
1.2.1.1. Hiện trạng hệ thống đê biển
Hiện nay các tuyến đê biển, đê cửa sông từ Quảng Ninh đến Quảng Nam có
tổng chiều dài khoảng 1.454km, trong đó có khoảng 853km đê biển, còn lại là đê
cửa sông. Đê biển vùng đồng bằng Bắc Bộ
phần lớn được đắp từ đời nhà Trần, đê
biển Thanh Hoá, Nghệ An được hình thành từ những năm 1930, phần lớn đê biển và
đê cửa sông khu vực miền Trung được đắp trước và sau năm 1975. Các tuyến đê
biển ban đầu được đắp chủ yếu do nhân dân tự đắp để bảo vệ sản xuất, Nhà nước hỗ
trợ kinh phí để đắp một số tuyế
n đê biển quan trọng.
Các tuyến đê thường được đầu tư khôi phục, cải tạo, nâng cấp, tu bổ hàng
năm thông qua các dự án, hiện trạng các tuyến đê biển tại các khu vực có thể tóm tắt
chung như sau:
1. Đê biển các tỉnh Bắc Bộ: Các tỉnh từ Quảng Ninh đến Ninh Bình.
Vùng ven biển đồng bằng Bắc Bộ là nơi có địa hình thấp trũng, là một trung
tâm kinh tế củ

a cả nước - đặc biệt là sản xuất nông nghiệp, tập trung dân cư đông
đúc. Đây là vùng biển có biên độ thuỷ triều cao (khoảng 4 mét) và nước dâng do
bão cũng rất lớn. Để bảo vệ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, các tuyến đê biển,
đê cửa sông ở khu vực này đã được hình thành từ rất sớm và cơ bản được khép kín.
Tổng chiều dài các tuyến đê biển, đê c
ửa sông khoảng 484 km, trong đó có trên 350
km đê trực tiếp biển.
Đê biển Bắc Bộ có bề rộng mặt đê nhỏ khoảng từ 3,0m ÷ 4,0m, nhiều đoạn
đê có chiều rộng mặt đê < 2,0m như một số đoạn thuộc các tuyến đê Hà Nam, đê
Bắc cửa Lục, đê Hoàng Tân (tỉnh Quảng Ninh), đê biển số 5, số 6, số 7, số 8 (tỉnh
Thái Bình), đê Cát H
ải (Hải Phòng), mái phía biển 2/1 ÷ 3/1 (đối với đoạn đê đã
được nâng cấp từ 3/1 ÷ 4/1), mái phía đồng từ 1,5/1 ÷ 2/1 (đối với đoạn đã được
nâng cấp từ 2/1 ÷ 3/1), cao độ đỉnh đê dao động từ +3,5 ÷ +5,0, một số nơi sau khi
được đầu tư bởi dự án PAM 5325 có cao độ đỉnh đê (hoặc tường chắn sóng) là +5,5
như đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ (Nam Định), đê biể
n số I, II (Hải Phòng).
Chất lượng đất thân đê là đất thịt nhẹ, đất phù sa cửa sông. Hàm lượng cát
tăng đối với các tuyến xa dần cửa sông. Một số tuyến đoạn đê hoàn toàn bằng đất
cát như đê Hải Thịnh (Nam Định);
Mái đê cửa sông ven biển Bắc Bộ được bảo vệ phần lớn ở các tuyến bằng
trồng cỏ. Những đ
oạn chịu tác dụng trực tiếp của sóng, gió bảo vệ kè đa lát mái, kết
cấu kè đá đang sử dụng ở các địa phương là lớp đá hộc dày 30cm xếp khan trên một
lớp đá dăm dày 10cm, lát từ chân đê phía biển lên đến đỉnh đê. Trọng lượng mỗi
viên đá khoảng 10 ÷ 40kg. Một số nơi bãi biển bị bào mòn, ngoài lát mái đá làm kè
cần làm một số mỏ hàn d
ọc và ngang để bảo vệ bãi. Kè mỏ bằng đá hộc cao 1m,
mái hai phía 1/1 mặt rộng 1m dài 70m, xây dựng thành hệ thống như ở khu vực Văn
Chuyên đề 1: Những khái niệm về kỹ thuật công trình biển

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 24
Lý Hải Hậu (Nam Định);
Sau khi được đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua dự án PAM 5325 và quá
trình tu bổ hàng năm, các tuyến đê biển nhìn chung đảm bảo chống được mức nước
triều cao tần suất 5% có gió bão cấp 9. Tuy nhiên, tổng chiều dài các tuyến đê biển
rất lớn, dự án PAM mới chỉ tập trung khôi phục, nâng cấp các đoạn đê xung yếu.
Mặt khác, do tác động thường xuyên của mưa, bão, sóng lớn nên đế
n nay hệ thống
đê biển Bắc Bộ vẫn còn nhiều tồn tại, trong đó các tồn tại chính được tóm tắt như
sau:
- Nhiều đoạn thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ thuộc tỉnh Nam Định
đang đứng trước nguy cơ bị vỡ do bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp gây sạt lở
chân, mái kè bảo vệ mái đê biển, đe doạ trự
c tiếp đến an toàn của đê biển. Một số
đoạn trước đây có rừng cây chắn sóng nên mái đê phía biển chưa được bảo vệ, đến
nay rừng cây chắn sóng bị phá huỷ, đê trở thành trực tiếp chịu tác động của sóng,
thuỷ triều nên nếu không được bảo vệ sẽ có nguy cơ vỡ bất cứ lúc nào. Có đoạn
trước đây đê có 2 tuyến nên tuyế
n đê trong không được bảo vệ mái, đến nay tuyến
đê ngoài đã bị vỡ nên tuyến đê trong cấp thiết phải được củng cố, bảo vệ chống vỡ.
- Còn 257,5 km đê biển, đê cửa sông chưa đảm bảo cao trình thiết kế,
cao độ đỉnh đê khoảng từ +3,5 ÷ + 5,0m trong khi cao độ thiết kế là từ +5,0 ÷
+5,5m.
- Đa số các tuyến đê ban đầu được đắ
p có chiều rộng mặt đê ≤ 3,0m, đến nay
trừ các tuyến đê biển số I, II, III (chiều dài khoảng 46,913km) thuộc Hải Phòng
có chiều rộng mặt đê B = 5,0m, còn lại 152,5km đê có chiều rộng khoảng 4,0 ÷
4,5m, 150 km có chiều rộng 3,0 ÷ 4,0m và 125 km có chiều rộng <3,0m, cá biệt
có nơi chỉ rộng 1,6 ÷ 2,5m. Chiều rộng mặt đê nhỏ gây khó khăn cho việc giao
thông cũng như kiểm tra, ứ

ng cứu đê như các tuyến đê Hà Nam (tỉnh Quảng Ninh),
đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ (Nam Định), đê biển số 5, 6, 7, 8 (Thái Bình), v.v
- Trừ một số đoạn đê đã được cải tạo nâng cấp để kết hợp giao thông ở Hải
Phòng, hầu hết mặt đê chưa được gia cố cứng hoá nên khi mưa lớn hoặc trong
mùa mưa bão mặt đê thường bị
sạt lở, lầy lội, nhiều đoạn không thể đi lại được.
- Đến nay mới xây dựng được khoảng gần 90km kè bảo vệ mái/484km đê
biển, nên những nơi mái đê phía biển chưa có kè bảo vệ hoặc không còn cây chắn
sóng vẫn thường xuyên bị sạt lở hoặc có nguy cơ sạt lở đe doạ đến an toàn của đê
biển, đặc biệt là trong mùa m
ưa bão.
- Đất đắp đê chủ yếu là đất cát pha, có độ chua lớn không trồng cỏ được, có
tuyến được đắp chủ yếu bằng cát phủ lớp đất thịt như đê biển Hải Hậu, hầu hết
mái đê phía đồng chưa có biện pháp bảo vệ, nên thường xuyên bị xói, sạt khi
mưa, bão, đặc biệt tuyến đê biển Hải Hậu.
- Dải cây chắ
n sóng trước đê biển nhiều nơi chưa có, có nơi đã có nhưng do
công tác quản lý, bảo vệ còn bất cập nên bị phá hoại (như vụ phá rừng ngập mặn để