nghiên cứu sự ổn định của công trình bảo vệ bờ biển do ảnh hưởng của tải trọng động

1

LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình
của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo, tác giả đã hoàn thành luận văn tốt
nghiệp với đề tài “Nghiên cứu sự ổn định của công trình bảo vệ bờ biển do ảnh
hưởng của tải trọng động”.
Tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến thầy hướng dẫn – PGS. TS
Nguyễn Hồng Nam đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt thời gian học tập và
nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.
Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các thầy cô giáo trong khoa Công trình
thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi và các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền đạt
kiến thức cho tôi. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban Giám Hiệu phòng Đào
tạo Đại học và sau Đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi đã giúp đỡ tôi trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Trung Tâm Nghiên
Cứu Động Lực Cửa Sông Ven Biển Và Hải Đảo – Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt
Nam nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện về thời gian và tinh thần giúp tôi hoàn
thành luận văn này.
Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế đồng thời đối
tượng nghiên cứu là một công trình bảo vệ bờ biển nơi mà diễn biến thủy động lực
phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến công trình nên nội dung của lu
ận văn này không
tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến
của các thầy cô giáo và của các quí vị quan tâm.
Hà Nội, tháng 2 năm 2012


2

MỤC LỤC

2TCHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH ĐÊ KÈ BIỂN2T 14
2T1.2. Các dạng phá hoại đối với bờ biển.2T 15
2T1.2.1.2. Tác động của mực nước thuỷ triều và hơi nước biển mặn2T 16
2T1.2.1.3. Tác động của dòng chảy ven bờ2T 17
2T1.2.1.4. Tác động của sóng2T 17
2T1.2.1.5. Các tác động hoá học2T 18
2T1.2.1.6. Các tác động của sinh vật2T 19
2T1.2.2.1. Tác động tiêu cực của hồ chứa và đập ngăn sông2T 20
2T1.2.2.2. Các tác động tiêu cực từ việc khai thác cát sỏi, khoáng sản2T 21
2T1.2.2.3. Các tác động tiêu cực do phá rừng ngập mặn và cây chắn cát ven
biển
2T 21
2T1.2.2.4. Các tác động tiêu cực do khai hoang lấn biển2T 21
2T1.2.2.5. Ảnh hưởng của hệ thống kênh và cống tiêu2T 22
2T1.2.2.6. Ảnh hưởng của các hoạt giao thông thuỷ2T 22
2T1.3.2. Các dạng công trình bảo vệ bờ biển.2T 26
2T1.3.2.1. Các dạng đê biển.2T 26
2T1.3.2.2. Công trình bảo vệ bờ biển bằng cách ngăn cát, giảm sóng2T 29
2T1.3.2.3. Công trình đê giảm sóng.2T 30
2T1.3.2.4. Hệ thống công trình phức hợp ngăn cát – giảm sóng2T 31
2T1.3.2.5. Công trình ngăn cát – giảm sóng dạng tường đứng2T 32
2T1.4. Các sự cố công trình thường gặp2T 34
2T1.5. Tình hình nghiên cứu ổn định công trình đê kè biển2T 39
2T1.5.1. Tình hình trong nước2T 39
2T1.5.2. Tình hình ngoài nước2T 40
2T1.6. Những thách thức đối với nghiên cứu địa kỹ thuật2T 40
2T1.7. Tóm tắt chương 12T 41
2TCHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH ĐÊ KÈ BIỂN
DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG
2T 42

3

2T2.1. Khái quát về tải trọng động tác dụng đối với công trình đê, kè biển (sóng
biển, động đất)
2T 42
2T2.1.1. Gió và áp lực gió2T 43
2T2.1.2. Các ngoại lực do tàu gây ra2T 44
2T2.1.3. Tải trọng sóng2T 45
2T2.1.4. Động đất và lực động đất2T 46
2T2.1.5. Tải trọng do dòng chảy2T 47
2T2.2. Nguyên nhân, cơ chế hình thành và hậu quả của tải trọng động2T 48
2T2.2.1. Sóng – Tải trọng sóng2T 48
2T2.2.1.1. Sóng – Các đặc trưng cơ bản và quá trình truyền sóng gây tải trọng2T
49
2T2.2.1.2. Tải trọng sóng trên đê mái nghiêng2T 55
2T2.2.1.3. Tải trọng sóng đối với tường ngầm cản sóng2T 57
2T2.2.1.4. Tải trọng sóng đối với tường cản sóng xa bờ2T 59
2T2.2.1.5. Tải trọng sóng đối với tường đứng liền bờ2T 63
2T2.2.1.6. Tải trọng sóng đối với mỏ hàn2T 64
2T2.2.2. Động đất – Tải trọng động đất2T 65
2T2.2.2.1. Sự hình thành của động đất2T 65
2T2.2.2.2. Các khái niệm cơ bản liên quan tới động đất.2T 68
2T2.2.2.3. Hậu quả của động đất2T 74
2T2.3. Trạng thái giới hạn của công trình2T 76
2T2.3.1. Định nghĩa công trình đạt trạng thái giới hạn2T 76
2T2.3.1.1. Tính toán theo trạng thái giới hạn 1.2T 76
2T2.3.1.2. Tính toán theo trạng thái giới hạn 22T 77
2T2.4. Các phương pháp phân tích ổn định công trình dưới tác dụng của tải trọng
động
2T 78

2T2.4.1. Phương pháp phân tích động đất2T 78
2T2.5. Giới thiệu một số phần mềm phân tích2T 80
2T2.6. Tóm tắt chương II2T 83
4

2TCHƯƠNG III. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH THỰC TẾ DƯỚI TÁC
DỤNG TẢI TRỌNG ĐỘNG
2T 84
2T3.1. Giới thiệu công trình đê biển2T 84
2T3.1.1. Vị trí địa lý2T 84
2T3.1.2. Đặc điểm địa hình. địa mạo2T 86
2T3.1.2.1. Đặc điểm địa hình chung2T 86
2T3.1.2.2. Đặc điểm địa hình khu vực xây dựng công trình2T 87
2T3.1.3. Đặc điểm địa chất2T 88
2T3.1.3.1. Địa chất thủy văn2T 88
2T3.1.3.2. Địa chất công trình2T 88
2T3.1.4. Đặc điểm khí tượng thủy văn2T 91
2T3.1.4.1. Đặc điểm khí tượng2T 91
2Ta. Mưa2T 91
2Tb. Nhiệt độ2T 91
2Tc. Độ ẩm2T 91
2Td. Nắng2T 92
2Te. Gió. bão2T 92
2T3.2. Số liệu đầu vào phục vụ tính toán2T 94
2T3.2.1. Số liệu về thủy - hải văn2T 94
2T3.2.1.1. Mực nước2T 94
2T3.2.1.2. Các đặc trưng sóng tính toán và tải trọng sóng2T 94
2T3.2.2. Số liệu về địa chất2T 97
2T3.2.3. Tải trọng động đất2T 99
2T3.3. Mô phỏng bài toán2T 99

2T3.3.1. Sơ đồ mô phỏng2T 99
2T3.3.2. Kịch bản/ phương án mô phỏng2T 99
2T3.3.3. Số liệu đầu vào2T 100
2T3.3.4. Mô hình vật liệu2T 100
2T3.4. Kết quả mô phỏng và thảo luận2T 100
2T3.5. Tóm tắt chương 32T 109
5

2TCHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH ĐÊ BIỂN DƯỚI ẢNH
HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT
2T 111
2T4.1. Khái quát chung2T 111
2T4.2. Các phương pháp đánh giá khả năng hóa lỏng2T 113
2T4.2.1. Dự đoán hóa lỏng sử dụng phân cấp và giá trị N2T 114
2T4.2.1.1. Đánh giá dựa trên phân cấp2T 114
2T4.2.1.2. Dự đoán hóa lỏng sử dụng giá trị N tương đương và gia tốc tương
đương.
2T 115
2T4.3. Nghiên cứu hiện tượng hóa lỏng đối với công trình thực tế2T 122
2T4.3.1. Sơ đồ mô phỏng2T 122
2T4.3.2. Kịch bản/ phương án mô phỏng2T 122
2T4.3.3. Số liệu đầu vào2T 122
2T4.3.4. Mô hình vật liệu2T 124
2T4.4. Kết quả mô phỏng và thảo luận2T 124
2T4.4. Các biện pháp chống hóa lỏng2T 130
2T4.4. Tóm tắt chương 42T 131
2TCHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ2T 132
2T5.1. Kết luận2T 132
2T5.2. Kiến nghị2T 133
2TTài liệu tham khảo2T 135

2TPhụ lục 1.Tính toán tham số sóng thiết kế phục vụ thiết lập hàm tải trọng sóng2T 136
2TPhụ lục 2. Thiết lập hàm tải trọng sóng tại đáy biển và mái công trình2T 144
2TPhụ lục 3. Hệ số ổn định trượt mái với phương án phân tích động đất cấp VIII
(a
R
max
R=0.3g)2T 148
DANH MỤC HÌNH VẼ
2TUHình 1.1. Hình ảnh một cơn bão đổ bộ từ Biển Đông vào miền Trung nước taU2T 16
2TUHình 1.2. Bong rộp bê tông và han rỉ cửa van do nước biển mặnU2T 17
2TUHình 1.3. Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển (Lương Phương Hậu và nnk,
“Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo”,NXB Xây dựng 2001, 87tr)
U2T 18
6

2TUHình 1.4. Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển (Lương Phương Hậu và nnk, “Công
trình bảo vệ bờ biển và hải đảo”,NXB Xây dựng 2001, 87tr)
U2T 18
2TUHình 1.5. Các con hà bám vào tường cống ở Hải HậuU2T 19
2TUHình 1.6. Xói lở bờ biển Hải Hậu-Nam ĐịnhU2T 20
2TUHình 1.7. Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT)
U2T 26
2TUHình 1.8. Mặt cắt ngang đê biển dạng tường đứng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT)
U2T 27
2TUHình 1.9. Mặt cắt ngang đê biển dạng hỗn hợp (một phần đứng, một phần nghiêng)U2T
28
2TUHình 1.10. Hệ thống mỏ hàn và đê cản sóng bảo vệ bờ biển (Nguồn: Tiêu chuẩn
14TCN130-2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT)

U2T 29
2TUHình 1.11. Cấu tạo đê giảm sóng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-2002“Hướng dẫn
thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT)
U2T 30
2TUHình 1.12. Hệ thống công trình phức hợp (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT)
U2T 31
2TUHình 1.13. Công trình cản sóng kiểu tường đứng (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT)
U2T 32
2TUHình 1.14. Công trình tường đứng kiểu cọc, cừ (Nguồn: Tiêu chuẩn 14TCN130-
2002“Hướng dẫn thiết kế đê biển” Bộ NN&PTNT)
U2T 33
2TUHình 1.15. Các sự cố công trình thường gặpU2T 34
2TUHình 1.16. Các sự cố công trình thường gặpU2T 35
2TUHình 1.17. Hư hỏng công trình đê biển do sụt mái phía đồng và xói chân đê phía
biển
U2T 36
2TUHình 1.18. Hư hỏng công trình do mất ổn định mái phía biển.U2T 36
2TUHình 2.1. Các đặc trưng cơ bản của sóngU2T 49
2TUHình 2.2. Biều đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất tác dụng lên mái dốc (14TCN130-
2002)
U2T 55
2TUHình 2.3. Đồ thị để xác định phản áp lực của sóngU2T 57
7

2TUHình 2.4. Các biểu đồ áp lực sóng lên một đoạn tường ngầm cản sóng 14TCN130-
2002
U2T 58
2TUHình 2.5. Các biểu đồ áp lực sóng lên tường cản sóng thành đứng 14TCN130-2002U2T

62
2TUHình 2.6. Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn sóng thẳng đứng khi sóng rút
14TCN130-2002
U2T 63
2TUHình 2.7. Các biểu đồ áp lực sóng tác động lên một mỏ hàn 14TCN130-2002U2T 65
2TUHình 3.1: Bản đồ vị trí vùng dự ánU2T 85
2TUHình 3.2: Sơ đồ vị trí công trình (ảnh chụp từ vệ tinh)U2T 86
2TUHình 3.3. Mặt cắt ngang điển hình – công trình đê biển Trà VinhU2T 90
2TUHình 3.4. Hàm áp lực sóng dưới đáy biển tại gốc tọa độ giả địnhU2T 95
2TUHình 3.5. Dạng biểu đồ phân tải trọng sóng lên đê biển mái nghiêng (14TCN 130-
2002)
U2T 95
2TUHình 3.6. Mặt cắt địa chất phục vụ phân tích ổn định công trình đê biển Trà VinhU2T . 98
2TUHình 3.7. Hệ số ổn định mái phía biển – PA0AU2T 101
2TUHình 3.8. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA0AU2T 101
2TUHình 3.7. Hệ số ổn định mái phía biển – PA0BU2T 101
2TUHình 3.8. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA0BU2T 101
2TUHình 3.9. Hệ số ổn định mái phía biển –PA1U2T 102
2TUHình 3.10. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA1U2T 102
2TUHình 3.11. Hệ số ổn định mái phía biển –PA2U2T 102
2TUHình 3.12. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA2U2T 102
2TUHình 3.13. Hệ số ổn định mái phía biển –PA3U2T 103
2TUHình 3.14. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA3U2T 103
2TUHình 3.15. Hệ số ổn định mái phía biển –PA4U2T 103
2TUHình 3.16. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA4U2T 103
2TUHình 3.17. Hệ số ổn định mái phía biển –PA5U2T 104
2TUHình 3.18. Hệ số ổn định mái phía đồng –PA5U2T 104
8

2TUHình 3.19. Hệ số ổn định trượt mái phía biển theo thời gian so sánh các phương ánU2T

106
2TUHình 3.20. Hệ số ổn định trượt mái phía đồng theo thời gian so sánh các phương ánU2T
107
2TUHình 3.21. Hệ số ổn định trượt mái phía biển và phía đồng so sánh các phương án
tính toán có động đất
U2T 108
2TUHình 4.1a. Phạm vi có thể hóa lỏng (Uc > 3.5)U2T 114
2TUHình 4.1b. Phạm vi có thể hóa lỏng (Uc < 3.5)U2T 115
2TUHình 4.3. Hệ số bù của giá trị N tương đương tương ứng với các hàm lượng cỡ hạt
nhỏ
U2T 118
2TUHình 4.4. Phương pháp hiệu chỉnh giá trị N bằng hàm lượng hạt nhỏ và chỉ số dẻoU2T
120
2TUHình 4.5. Bản ghi gia tốc động đất cấp VI (aURU
max
URU=0.0491g)U2T 123
2TUHình 4.6. Bản ghi gia tốc động đất cấp VIII (aURU
max
URU=0.3g)U2T 123
2TUHình 4.7. Các hàm tỷ số ứng suất cắt Hình 4.8. Hàm tỷ số áp l ực nước lỗ rỗng
dư
U2T 124
2TUHình 4.9. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA1)U2T 126
2TUHình 4.10. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA2)U2T 126
2TUHình 4.11. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA3)U2T 126
2TUHình 4.12. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA4)U2T 126
2TUHình 4.13. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA5)U2T 127
2TUHình 4.14. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA6)U2T 127
2TUHình 4.15. Vùng có khả năng hóa lỏng (PA7)U2T 127
2TUHình 4.16. Vị trí điểm trích rút kết quả áp lực kẽ rỗngU2T 128

2TUHình 4.17. Biến thiên áp lực kẽ rỗng tại điểm khảo sát (PA1, PA2, PA3)U2T 128
2TUHình 4.18. Biến thiên áp lực kẽ rỗng tại điểm khảo sát (PA4, PA6)U2T 129
2TUHình 4.19. Biến thiên áp lực kẽ rỗng tại điểm khảo sát (PA5, PA7)U2T 129
2TUBảng PL1. Kết quả tính sóng nước sâu theo phương pháp BretshneiderU2T 136
9

2TUHình PL1. Địa hình và lưới tính toán lớnU2T 2TU Hình PL2. Địa hình và lưới tính
toán chi tiết
U2T 141
2TUHình PL3. Kết quả trường sóng tính toán với tốc độ gió 24m/s – Lưới tính lớnU2T 142
2TUHình PL4. Kết quả trường sóng tính toán khu vực ven bờ - Lưới tính chi tiếtU2T 143
2TUHình PL5: Hàm áp lực sóng dưới đáy biển tại gốc tọa độ giả địnhU2T 146
2TUHình PL6. Dạng biểu đồ phân tải trọng sóng lên đê biển mái nghiêng (14TCN 130-
2002)
U2T 146
2TUHình PL7. Hệ số ổn định mái phía biển PA6U2T 148
2TUHình PL8. Hệ số ổn định mái phía đồng PA6U2T 148
2TUHình PL9. Hệ số ổn định mái phía biển PA7U2T 148
2TUHình PL10. Hệ số ổn định mái phía đồng PA7U2T 148


DANH MỤC BẢNG BIỂU
2TUBảng 1.1. Một số giải pháp bảo vệ bờ biểnU2T 23
2TUBảng 2.1. Hệ số kUR
t
R2T 56
2TUBảng 2.2. Hệ số PURU
tcl
UR2T 56
2TUBảng 2.3. Hệ số KURU

th
UR2T 59
2TUBảng 2.4. Hệ số KUR
W
R2T 59
2TUBảng 2.5. Hệ số kURU
Zd
UR2T 61
2TUBảng 2.6. Hệ số KUR
α
R2T 64
2TUBảng 3. Tính toán áp lực sóng lên mái phía biển công trình đê biển Trà VinhU2T 96
2TUBảng 3.1. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền kè (Công ty TNHH tư vấn công nghệ
kè bờ Minh Tác, 2009)
U2T 97
2TUBảng 3.2. Các kịch bản mô phỏng ổn định công trìnhU2T 99
2TUBảng 3.3. Kết quả tính toán hệ số ổn định và khả năng hóa lỏng nềnU2T 100
2TUBảng 4.1. Dự đoán và đánh giá việc hoá lỏng của lớp đất theo các phạm vi I tới IVU2T
121
10

2TUBảng 4.2. Các kịch bản mô phỏng hóa lỏng nền công trình đê biển Trà VinhU2T 122
2TUBảng PL2. Tính toán truyền sóng ngoài khơi vào khu vực công trìnhU2T 138
2TUBảng PL3. Kết quả tính toán sóng tại khu vực công trình theo phương pháp giải tích
như sau
U2T 140
2TUBảng PL4. Kết quả tính toán sóng sử dụng Mike 21SW (Mike DHI 2007, Đan
Mạch)
U2T 142
2TUBảng PL5. Tính toán áp lực sóng lên mái phía biển công trình đê biển Trà VinhU2T . 147

11

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Phân tích ổn định công trình là một yêu cầu bắt buộc, có ý nghĩa đặc biệt
trong thiết kế và xây dựng công trình, đặc biệt đối với các công trình xây dựng trên
nền đất yếu.
Các đồng bằng châu thổ và ven biển nước ta có diện tích khá lớn. Tại đó,
trầm tích bở rời tuổi đệ tứ chiếm diện tích đáng kể, nhiều nơi chiều dày lớn nên khả
năng tiềm ẩn về mất ổn định về cường độ và biến dạng là khá lớn.
Như vậy có thể thấy rằng rất nhiều công trình bờ biển nước ta đã và đang
được xây dựng trên nền đất yếu. Ngoài tác dụng của các tải trọng tĩnh thường
xuyên, các công trình này còn thường xuyên chịu ảnh hưởng của các tải trọng động
(thay đổi theo thời gian) như sóng, dòng chảy và mực nước Ngoài ra, ảnh hưởng
của động đất không thể bỏ qua khi thiết kế công trình đê, kè biển.

Hậu quả kép tàn khốc của trận động đất mạnh 9 độ Richter tại Nhật Bản
ngày 11 tháng 3 năm 2011 vừa qua là bài học cảnh tỉnh cho con người về tác hại
khủng khiếp của động đất và sóng thần đối với công trình đê, kè biển.
Tuy nhiên, ở nước ta, nghiên cứu sự ổn định công trình đê, kè biển dưới tác
dụng của tải trọng động hiện nay còn rất hạn chế.
Đáng chú ý rằng, một số công trình bảo vệ bờ biển hiện nay chưa là một
chỉnh thể đồng bộ, bền vững: bởi vì nhiều vị trí bờ biển chưa có kè bảo vệ nên nguy
cơ sạt mái phía biển rất lớn, một số vùng biển tiến dù đã có kè mái phía biển nhưng
chưa có biện pháp bảo vệ bãi nên khả năng mất ổn định chân kè khi bãi bị bào mòn
hạ thấp, mặt đê dễ xói lở, sình lầy khi mưa bão, sóng to, thân đê đắp bằng đất cát
pha (có nơi bằng cát) nên rất dễ xói mòn.
Các ảnh hưởng của sóng có thể kể đến đó là xói chân công trình, phá hoại
mái bảo vệ, tràn đỉnh gây xói phần trên và mái trong…
12

Các ảnh hưởng của động đất có thể là tác động xô ngang gây trượt – lật, hóa
lỏng đất đắp và nền, chuyển vị dư lớn, gây lún…nhất là đối với công trình bờ biển
được xây dựng trên nền đất cát rời bão hòa nước.
Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí
hậu. Một trong những ảnh hưởng được kể đến đó là vấn đề mực nước biển dâng.
Các kịch bản nước biển dâng cho Việt Nam được tính toán theo các kịch bản
phát thải khí nhà kính (Bảng 1).
Bảng 1. Dự báo mực nước biển dâng giai đoạn 2020-2100 (Nguồn: Kịch bản biến
đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam – Bộ TN&MT)
Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980 -1999
Kịch bản
Các mốc thời gian của thế kỷ 21
2020
2030
2040

2050
2060
2070
2080
2090
2100
Thấp
11
17
23
28
35
42
50
57
65
Trung bình
12
17
23
30
37
46
54
64
75
Cao
12
17
24

33
44
57
71
86
100
Hậu quả do mực nước biển dâng dễ nhận thấy nhất là nhiều vùng đất sẽ bị
ngập. Nhưng hậu quả của mực nước biển dâng không phải chỉ có ngập tĩnh. Động
lực biển vùng ven bờ và cửa sông, sóng vỡ khi tiếp cận bờ sẽ tác động mạnh hơn
lên đường bờ và cơ sở hạ tầng ven biển.
Ngoài ra phải kể đến yếu tố rất quan trọng mà ít được nhắc đến đối với
nghiên cứu công trình bờ biển ở nước ta, đó là áp lực tăng thêm của nước khi có
động đất, hiện tượng hóa lỏng nền do động đất gây mất ổn định, lún sụt công trình
nghiêm trọng.
2. Mục đích của Đề tài
Nghiên cứu sự ổn định của công trình đê, kè biển dưới tác dụng của tải trọng
động (sóng và động đất).
13

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Tải trọng sóng đối với đê biển mái nghiêng
- Phân tích ổn định công trình đê biển mái nghiêng dưới ảnh hưởng của tải
trọng sóng, động đất
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu liên quan
- Nghiên cứu lý thuyết động lực học ven biển
- Nghiên cứu lý thuyết động đất, hóa lỏng
- Nghiên cứu lý thuyết ổn định công trình dưới tác dụng của tải trọng động
- Mô phỏng số theo phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán ứng suất –
biến dạng, cố kết, ổn định của công trình kè biển chịu tải trọng động.

- Phân tích, đánh giá kết quả và rút ra nhận xét.








14

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH ĐÊ KÈ BIỂN
1.1. Khái quát chung.
Việt Nam có đường bờ biển dài trên 3200 km chạy suốt dọc theo chiều dài
đất nước từ Quảng Ninh đến Kiên Giang. Dọc bờ biển nước ta có một số trung tâm
đô thị lớn, có trên 100 điểm có thể xây dựng cảng, trong đó có nơi có thể xây dựng
cảng trung chuyển quốc tế; nhiều đảo có tiềm năng phát triển kinh tế cao. Nước ta
có hơn 125 bãi biển lớn, nhỏ có cảnh quan đẹp, trong đó có 20 bãi biển đủ tiêu
chuẩn quốc tế để phát triển các loại hình du lịch biển (hiện nay chúng ta mới chỉ
khai thác chừng 30 bãi biển vào mục đích nghỉ mát, du lịch). Trong tương lại, nước
ta sẽ có những trung tâm du lịch – nghỉ dưỡng biển lớn và hiện đại tầm cỡ quốc tế.
Vùng ven biển nước ta có dân cư khá đông đúc, nguồn lao động khá dồi dào
với 25 triệu dân, bằng 31% dân số cả nước và khoảng 13 triệu lao động (năm 2005).
Dự báo đến năm 2010 dân số vùng ven biển khoảng 27 triệu người, với khoảng 18
triệu lao động; năm 2020 dân số khoảng 30 triệu người với 19 triệu lao động.
Trên vùng ven biển đã hình thành 3 vùng kinh tế trọng điểm, gần 30 khu chế
xuất, khu công nghiệp, hệ thống hơn 80 cảng biến lớn nhỏ với tổng năng lực hoàng
hóa thông qua gần 100 triệu tấn/ năm. Vùng biển và ven biển có đóng góp lớn vào
xuất khẩu, thu ngoại tê.
Tại hội nghị lần thứ tư ban chấp hình trung ương đã thông qua chiến lược

biển Việt Nam đến năm 2020. Thời gian và các mục tiêu của chiến lược phù hợp
với mục tiêu cương lĩnh của Đảng và Nghị quyết Đại hội Đảng IX, X đã xác định:
đến năm 2020 đưa nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại.
Việc xây dựng và triển khai thực hiện Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020 có ý
nghĩa đặc biệt quan trọng đối với sự nghiệp xây dụng và bảo vệ Tổ quốc trong thời
kỳ mới
P0F
1
P.

1
Nghị quyết trung ương 4 khóa X “Về Chiến Lược Biển Việt Nam Đến Năm 2020”
15

Song hành với sự phát triển đó có thể thấy rằng việc đảm bảo an toàn và ổn
định cuộc sống của người dân sống trong khu vực ven biển, các vùng cửa sông cũng
như để phụ vụ cho việc phát triển kinh tế xã hội của đất nước thì việc bảo vệ bờ
biển trở thành yêu cầu cấp thiết.
Đặc biệt chú ý rằng địa hình tự nhiên của dải bờ biển nước ta tương đối thấp
và trũng, lại thường xuyên chịu tác động bởi các yếu tố bất lợi của sóng, thủy triều,
bão, nước dâng…nên tình hình xói lờ tuyến bờ biển và phá hoại hệ thống đê, kè
biễn diễn ra rất phức tạp.
Can thiệp của con người nhằm mục đích giảm thiểu những tác động bất lợi
từ phía biển và tránh tối đa những thiệt hai cho đường bờ và vùng bờ dưới những
tác động đó. Sự can thiệp trong phạm vi này có thể theo hai hướng tiếp cận khác
nhau: chủ động và bị động. Theo hướng chủ động, nghĩa là tác động trực tiếp vào
nguyên nhân hình thành các tác động bất lợi (hướng này thì quá khó). Hướng sau,
dùng các giải pháp hoặc kỹ thuật nào đó trang bị cho vùng bờ đảm bảo không xảy ra
hậu quả khi gặp các tác động bất lợi từ phía biển tương ứng với các mức độ bất lợi
khác nhau (hướng này hiện tại là chủ đạo), thông thường thực hiện bằng cách thiết

kế các giải pháp bảo vệ bờ dựa theo tần suất xuất hiện của tải trọng và các điều kiện
bất lợi. Hướng th
ứ ba có thể dễ dàng hình thành bằng việc kết hợp hai hướng trên.
1.2. Các dạng phá hoại đối với bờ biển.
Bờ biển tự nhiên và các công trình bảo vệ bờ biển chịu nhiều tác động có thể
dẫn đến bị hư hỏng và phá hoại. Hai dạng phá hoại chính gây ra hư hỏng và phá
hoại bờ biển có thể khái quát chung đó là dạng phá hoại do các tác động tự nhiên và
dạng phá hoại do tác động của con người.
1.2.1. Các dạng phá hoại bờ biển dưới tác động tự nhiên
Các tác động tự 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
16

1.2.1.1. Tác động của gió, bão
Gió là sản phẩm của các quá trình khí tượng. Các tác động của gió tạo ra có
thể bao gồm sóng, nước dâng, gió thổi làm bay cát khô và đưa cát từ ngoài bãi biển
tràn vào đất liền…
Các tác động của bão có thể bao gồm sự phá hỏng các kết cấu công trình
chắn gió, tác động gây sóng lớn làm biến đổi đường bờ, phá hoại các kết cấu bảo vệ
bờ biển.

Hình 1.1. Hình ảnh một cơn bão đổ bộ từ Biển Đông vào miền Trung nước ta
1.2.1.2. Tác động của mực nước thuỷ triều và hơi nước biển mặn
Tác động của mực nước thủy triều và hơi nước biển mặn có thể gây ra các
ảnh hưởng bào mòn kết cấu dưới tác dụng của dòng chảy, sóng, hay gây ra các hiện
tượng bào mòn bởi các hiện tượng hóa học, phản ứng điện hóa trao đổi ion. Các
hiện tượng kể đến thường xảy ra mạnh mẽ trong phạm vi mực nước biển dao dộng,
kết cấu 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 rộp với tốc độ

mạnh mẽ khi bị hơi nước biển mặn tác dụng.
17


a. Bong rộp bê tông

b. Han rỉ cửa van

Hình 1.2. Bong rộp bê tông và han rỉ cửa van do nước biển mặn
1.2.1.3. Tác động của dòng chảy ven bờ
Dòng chảy ven bờ sau khi sóng vỡ đóng vai trò chính để tải bùn cát đã được
sóng 'bứt' ra khỏi bờ và đáỵ 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 phụ thuộc vào thời gian. Dòng chảy
ven bờ có thể chuyển động theo phương song song với đường bờ, nhưng cũng có
thể chuyển động theo hướng từ phía bờ ra biển gọi là dòng chảy rút ra xa bờ. Hoạt
động của dòng chảy ven bờ có thể đưa đến điều kiện thuận lợi để gây bồi, hoặc
cũng có thể gây xói lở bờ, bãi và đáy biển.
1.2.1.4. 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
đáy biển.
Thông thường, có hai trạng thái sóng đặc trưng, đó là sóng bình thường và
sóng lớn.
18

Hình 1.3 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.

Hình 1.3. Sơ đồ sóng bình thường vỗ vào bờ biển (Lương Phương Hậu và nnk,
“Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo”,NXB Xây dựng 2001, 87tr)
Hình 1.4 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.

Hình 1.4. Sơ đồ sóng lớn gây xói lở bờ biển (Lương Phương Hậu và nnk, “Công
trình bảo vệ bờ biển và hải đảo”,NXB Xây dựng 2001, 87tr)
1.2.1.5. Các tác động hoá học
Hàm lượng muối hoà 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
19

10,5-10,9%, MgSOR
4
R chiếm 4,8%, CaSOR
4
R chiếm 3,4-3,6% và một số loại muối khác.
Các loại muối trên có thể gây ra các phản ứng hoá học với khoáng chất, các loại vật
liệu đá, bê tông, bê tông cốt thép, kết cấu thép Hậu quả là các loại vật liệu trên có
thể bị ăn mòn hoá học.
1.2.1.6. Các tác động của sinh vật
Trong môi trường nước biển có một số loài vi 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 ra cản
trở dòng chảy, mà còn tiết ra các chất thải làm thoái hoá bê tông.


Hình 1.5. 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.
20

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.
Hình 1.6 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 1.6. Xói lở bờ biển Hải Hậu-Nam Định
1.2.2. Các dạng phá hoại bờ biển dưới tác động của hoạt động nhân tạo
Các hoạt động xây dựng hồ chứa nước ở thượng nguồn, làm đập ngăn sông
khai hoang lấn biển, khai thác sa khoáng, vật liệu xây dựng, chặt phá rừng ngập
mặn v.v diễn ra khá nhiều nơi, mang tính chất phổ biến, không chỉ gây ra xói lở
bờ biển có cục bộ tính chất cục bộ, mà còn có thể gây ra xói lở nghiêm trọng với qui
mô lớn.
1.2.2.1. 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 bãi bồi phù sa ở các cửa sông. Lượng bùn cát ra biển bị giảm dẫn đến vận
21

tải bùn cát của các dòng ven bờ bị thiếu hụt mất cân bằng, gây nên xói lở bờ biển
với mức độ ngày càng gia tăng.
1.2.2.2. 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 tỉnh Bình Thuận từ lâu không bị xói
lở, nhưng từ năm 1983 trở lại đây, do khai thác cát đen và titan, bờ biển đã bị xói lở

mạnh. Ở Đồng Châu tỉnh Thái Bình do khai thác cát làm vật liệu xây dựng cũng đã
gây ra xói lở bờ biển. Điều này ảnh hưởng mạnh đến sự ổn định của công trình bảo
vệ bờ biển.
1.2.2.3. Các tác động tiêu cực do phá rừng ngập mặn và cây chắn cát ven biển
Rừng ngập mặn có vai trò đặc biệt để giảm vận tốc dòng chảy ven bờ, gây
bồi và chắn sóng để bảo vệ bờ biển. Cây cối ở các cồn cát ven biển 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 qủa của việc phá rừng ngập mặn và rừng chắn gió ven biển đã gây 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), Cẩn Trạch (Duyên Hải, thành phố Hồ Chí Minh), Nguyễn Huân (Đầm Dơi,
Minh Hải)
1.2.2.4. Các tác động tiêu cực do khai hoang lấn biển
Quai đê lấn biển thiếu cơ sở khọa học dễ 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 bị xói lở sau khi có các
công trình quai đê lấn biển. Theo kết quả phiếu điều tra bờ biển Thái Thụy, 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, thành phố Quy Nhơn bị xói lở sau khi
22

quai đê thứ hai và khoanh đìa nuôi hải sản. Bờ biển Xuân Hoà, Sông Cầu tỉnh Phú
Yên và Hiệp Trạch thuộc tỉnh Trà Vinh cũng bị xói lở sau khi quai đê lấn biển
1.2.2.5. Ảnh hưởng của hệ thống kênh và cống tiêu
Tác động tiêu cực của hệ thống kênh cống tiêu úng ra biển đối tuy không gây
xói lở qui mô lớn, nhưng cũng rất cần phải 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, Thanh 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
1.2.2.6. Ảnh hưởng của các hoạt giao thông thuỷ
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
1.3. Các kết cấu công trình bảo vệ bờ biển phổ biến
1.3.1. Một số giải pháp bảo vệ bờ biển
Giải pháp bảo vệ bờ biển bao gồm giải pháp công trình và phi công trình
Giải pháp công trình: Bao gồm những giải pháp 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: Bao gồm những giải pháp 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
23

giải pháp mang tính chất xã hội (như xây dựng luật pháp, chính sách, công tác tổ
chức, quản lý, tuyên truyền, giáo dục, vận động, thuyết phục nhân dân )
Bảng 1.1. Một số giải pháp bảo vệ bờ biển
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, bị
t kín các vùng
nước nông để cải tạo đất, nuôi thuỷ sả
n, 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
24

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.
8
Các đập ngăn mặn cửa
sông; đập tháo nướ
c và
chắn sóng cồn, đậ
p tràn
tháo nước ngưỡng thấp,
các cống ngầm lấy nước
biển và tiêu nước ra biển
phục vụ làm muố
i 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 Cầ
n 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
Bảo vệ mái dốc đê, bờ và bãi biển một cách thân
25

phận công trình bảo vệ
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 mạnh
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.