Phương pháp luận thiết kế công trình

PHƯƠNG PHÁP LUẬN
THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH
(Ứng dụng cho công trình bảo vệ bờ và
hệ thống phòng chống lũ)


TS. Mai Văn Công
Trường Đại học Thủy lợi








Delft 2004 Hà Nội 2006




TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
BỘ MÔN KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH BIỂN



PHƯƠNG PHÁP LUẬN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH
(Ứng dụng cho công trình bảo vệ bờ và hệ thống phòng chống lũ)

TS. Mai Văn Công
Trường Đại học Thủy lợi

(in lần thứ nhất)
















Mã hiệu giáo trình: HWRU/CE-D01-04

i
Mục lục
Lời cảm ơn vii
1. TỔNG QUAN 1
1.1 Khái niệm chung về thuật ngữ thiết kế 1
1.2 Khái niệm thiết kế ứng dụng trong lĩnh vực công trình thủy 2
1.3 Kết cấu giáo trình 3
2. PHƯƠNG PHÁP LUẬN THIẾT KẾ 5
2.1 Thực tế thiết kế 5
2.2 Mô tả chi tiết vùng dự án 5
2.2.1 Mối liên quan với khách hàng (chủ đầu tư) 5
2.2.2 Kết quả mang tính duy nhất 6
2.2.3 Tuổi thọ công trình dài 6
2.2.4 Đặc tính “thủ công” 6
2.2.5 Liên quan số lượng lớn các bên tham gia 6
2.2.6 Thực hiện công việc dưới các mức độ quy mô khác nhau 6
2.2.7 Tính tự do trong thiết kế bị hạn chế 6
2.2.8 Sản phẩm tại một địa điểm cụ thể 7
2.2.9 Công nghệ 7
2.2.10 Chi phí cho công tác thiết kế/thiết kế phí 7
2.2.11 Tính chuyên nghiệp/ độ lành nghề 7
2.3 Chu trình thiết kế 7
2.4 Các giai đoạn thiết kế 9
2.5 Các nỗ lực kết hợp trong thiết kế 10
2.6 Các khía cạnh khác liên quan đến thiết kế 11
2.7 Thiết kể tổng thể 14
2.8 Các bước đặc trưng trong thiết kế 14
2.8.1 Thiết kế ý tưởng 14
2.8.2 Thiết kế sơ bộ 15
2.8.3 Thiết kế chi tiết 15

2.8.4 Thi công công trình 15

ii
2.8.5 Vận hành và bảo dưỡng công trình 15
3. CHI TIẾT QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ 17
3.1 Nhận biết vấn đề 17
3.2 Xác định các điều kiện biên và ràng buộc trong thiết kế 17
3.2.1 Chính sách quy hoạch, phân tích chính sách 18
3.2.2 Rủi ro chập nhận được 19
3.3 Phân tích chức năng 23
3.4 Đề xuất các phương án so sánh 25
3.4.1 Đánh giá tác động môi trường 25
3.4.2 Khả năng sẵn có và những đặc tính của vật liệu 26
3.4.3 Các quá trình thủy lực và địa kỹ thuật 27
3.4.4 Các phương án thiết kế công trình 27
3.4.5 Những vấn đề thi công 28
3.4.6 Những vấn đề quản lý bảo dưỡng 29
3.5 Đánh giá, so sánh và lựa chọn giải pháp 30
3.5.1 Phân tích đa tiêu chí (MCE) 31
3.5.2 Phân tích chi phí-lợi nhuận (BCA) 32
3.6 Thiết kế cuối cùng và thiêt kế chi tiết 33
3.6.1 Các điều kiện trạng thái giới hạn 34
3.7 Đánh giá các chi phí 36
3.7.1 Tính toán những chi phí sửa chữa 38
3.7.2 Những chi phí tương đối trong xây dựng đập phá sóng bằng vật liệu đá 39
3.8 Đảm bảo chất lượng
40
3.9 Kiểm soát chất lượng 42
4. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ 45
4.1 Nhìn nhận thế nào về công tác bảo vệ bờ 45

4.1.1 Khi nào cần phải bảo vệ bờ 45
4.1.2 Thiết kế các giải pháp bảo vệ bờ 47
4.1.3 Khoa học và thực nghiệm 48
4.2 Giải qu
yết vấn đề bảo vệ bờ như thế nào? 49

iii
4.2.1 Các yếu tố liên quan gây nên hiện tượng xói lở 49
4.2.2 Hư hỏng và sơ đồ cây sự cố 51
4.2.3 Tải trọng và cường độ 54
4.3 Các phương pháp bảo vệ bờ phổ dụng 58
4.4 Những cân nhắc cần thiết trong thiết kế 64
4.4.1 Những cân nhắc chung trong thiết kế 64
4.4.2 Phương pháp luận và công cụ 66
4.5 Tóm tắt quy trình thiết kế công trình biển 69
4.5.1 Nhận biết vấn đề và đề xuất phương án 70
4.5.2 Lựa chọn phương án 72
4.6 Các nguyên tắc kiểm nghiệm trong quá trình thiết kế 72
4.7 Nghiên cứu thực tế: Đánh giá các giải pháp bảo vệ bờ tại Nam Định 73
4.7.1 Đặt vấn đề cho trường hợp bờ biển Nam Định 73
4.7.2 Các biện pháp phòng chống 75
4.7.3 Đánh giá các giải pháp và lựa chọn 81
5. CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐÁ CÓ VỐN ĐẦU TƯ THẤP 86
5.1 Giới thiệu chung về công trình sử dụng vật liệu đá có vốn đầu tư thấp 86
5.1.1 Khái quát chung 86
5.1.2 Cơ sở xây dựng các công sử dụng vật liệu đá có giá thành thấp 87
5.2 Luận cứ chung trong việc ứng dụng các công trình đá có vốn đầu tư thấp 91
5.2.1. Giảm bớt vật liệu 91
5.2.2. Tính thích nghi 92
5.2.3. Xây dựng hiệu quả hơn 94

5.2.4. Tận dụng vật liệu đá có giá thành hạ 95
5.2.5. Hạn chế tối thiểu công tác đào đất 95
5.3. Thiết kế và đánh giá 96
5.3.1. Những yêu cầu trong quá trình hoạt động của công trình và sơ đồ tổng thể 96
5.3.2. Sự hư hỏng của công trình và tính thích nghi 97
5.3.3. Các tác động môi trường 97
5.3.4. Về mặt an toàn xây dựng 98
5.4. Hiểu biết về vấn đề chi phí 98

iv
5.4.1. Thiết kế và đánh giá 99
5.4.2 Lớp đá bảo vệ mặt ngoài 100
5.4.3 Xem xét về công tác thi công 102
5.4.3.2 Thi công lớp đá bảo vệ mặt ngoài 103
5.4.3.3 Thời gian thi công 105
5.4.4 Giám sát, bảo dưỡng và tu sửa 105
5.4.5 Chi phí toàn chương trình 106
5.5 Thiết kế và thiết kế chi tiết nhằm đạt được chi phí thấp hơn 106
5.5.1 Chọn kích thước đá bảo vệ mặt ngoài phù hợp 106
5.5.2 Chi tiết về nền móng và chân công trình 116
5.5.3 Quan trắc, giám sát và duy tu các công trình đá giá thành thấp 118
6. PHƯƠNG PHÁP LUẬN THIẾT KẾ ĐÊ, KÈ BIỂN 122
6.1 Tổng quan 122
6.2 Nguyên lý thiết kế 123
6.3 Phương pháp luận thiết kế 126
6.3.1 Các tương tác và điều kiện biên 127
6.3.2 Thiết kế hình học cho đê biển và kè lát mái 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO 154

Danh mục hình minh họa
Hình 1-1 Mô hình hộp đen mô tả định nghĩa của quá trình thiết kế ______________________________2
Hình 1-2 Sơ đồ quá trình thiết kế ứng dụng cho công trình thủy ________________________________3
Hình 2-1 Chu trình thiết kế _____________________________________________________________8
Hình 2-2 Các chu trình cho các mức độ chi tiết khác nhau ___________________________________10
Hình 2-3 Quan hệ giữa giai đoạn thiết kế, mức độ chi tiết thiết kế và cấp độ hệ thống ______________11
Hình 2-4 Các khía cạnh và giai đoạn thiết kế ______________________________________________14
Hình 2-5 Lược đồ thiết kế tổng thể ______________________________________________________14
Hình 3-1 Mức độ rủi ro tại các nước phương Tây __________________________________________21
Hình 3-2 Quan hệ giữa các vấn đề thi công trong thiết kế công trình đá _________________________29
Hình 3-3 Ví dụ về tối ưu hóa chi phí đầu tư công trình (CUR/CIRIA 154, 1991) ___________________38
Hình 3-4 Phân bố các chi phí xây dựng của đập phá sóng hỗn hợp (CUR/CIRIA 154, 1991) _________40
Hình 3-5 Vòng kiểm soát chất lượng đối với công trình sử dụng vật liệu đá ______________________41
Hình 3-6 Sơ đồ nguyên lý hệ thông quản lý chất lượng ______________________________________43
Hình 4-1 Câu hỏi đặt ra: bảo vệ hay không bảo vệ__________________________________________45

v
Hình 4-2 Nguyên tắc xây dựng trong khu vực xói lở_________________________________________46
Hình 4-3 Ví dụ về các hình thức công trình bảo vệ bờ, chống xói lở ____________________________47
Hình 4-4 Sơ đồ hóa quá trình thiết kế tối ưu_______________________________________________47
Hình 4-5 Những vấn đề cần tập trung trong quá trình thiết kế ________________________________48
Hình 4-7 Trạng thái dòng chảy và hình dạng sóng __________________________________________50
Hình 4-8 Nguyên nhân hư hỏng công trình và hậu quả của nó_________________________________51
Hình 4-9 Lưu ý trong thiết kế các kết cấu bảo vệ ___________________________________________51
Hình 4-10 Sự mâu thuẫn giữa các yêu cầu về chức năng nhiệm vụ công trình_____________________52
Hình 4-11 Các cơ chế phá hoại có thể xảy ra với kè bảo vệ bờ ________________________________53
Hình 4-12 Ví dụ về sơ đồ cây sự cố đối với kè bảo vệ bờ _____________________________________54
Hình 4-13 Quan hệ giữa tải trọng và độ bền của kết cấu thép (vật liệu đàn dẻo) và công trình sử dụng
vật liệu rời (đá) _____________________________________________________________________54

Hình 4-14 Dịch chuyển và ổn định ______________________________________________________56
Hình 4-15 Tăng cường độ hoặc giảm tải trọng _____________________________________________56
Hình 4-16 Độ bền phụ thuộc thời gian vận hành và mức độ bảo dưỡng__________________________58
Hình 4-17 Phân loại sự thay đổi hình thái do xây dựng các công trình __________________________60
Hình 4-18 Phân loại chung các công trình bờ biển (SPM, 1984) _______________________________61
Hình 4-19 Phân loại công trình bờ biển theo Van der Weide (1989) ____________________________62
Hình 4-20 Phân loại công trình đá sử dụng thông số ổn định H
s
/
Δ
D (Van der Meer, 1988) __________63
Hình 4-21 Các vùng chịu tải của công trình biển ___________________________________________65
Hình 4-22 Phương pháp thiết kế và công cụ _______________________________________________67
Hình 4-23 Tầng lọc hạt địa kỹ thuật _____________________________________________________68
Hình 4-25 Phương pháp tiếp cận tổng thể trong thiết kế công trình (CUR169, 1995) _______________70
Hình 4-26 Ví dụ về quá trình nhận biết vấn đề (Pilarczyk, 2003) _______________________________71
Hình 4-27 Thủ tục mẫu khi quyết định biện pháp kiểm soát xói lở (Verhagen H.J., 1999)____________76
Hình 4-28 Hình dạng đường bờ tổng quát khi sử dụng đập mỏ hàn _____________________________77
Hình 4-29 Tác động của đập mỏ hàn đến vận chuyển bùn cát dọc bờ ___________________________79
Hình 4-30 Đập chắn sóng xa bờ và phản ứng của vùng bờ ___________________________________80
Hình 5-1 Mặt cắt thiết kế lý thuyết đập chắn sóng truyền thống [theo SPM, 1984] ________________88
Hình 5-2 Mặt cắt đập mỏ hàn đá đổ truyền thống (theo CUR/CIRIA 154,1991)___________________88
Hình 5-3 Mặt cắt đại diện đập chắn sóng tại Elmer (theo Holland & Coughlan, 1994) _____________89
Hình 5-4 Mặt cắt đập phá sóng ngầm, đỉnh thấp (theo Chasten và nnk., 1993). ___________________89
Hình 5-5 Mặt cắt đập mỏ hàn đá đổ đơn giản hoá tại Mudeford Sandbank, Anh___________________90
Hình 5-6 Ví dụ về đập chắn sóng bằng đá đổ hình đuôi cá____________________________________92
Hình 5-7 Mặt cắt điển hình của đập chắn sóng tại Westshore, Vương quốc Anh ___________________93
Hình 5-8 Đập mỏ hàn đá và lớp đá được bổ sung trên đỉnh đập _______________________________94
Hình 5-9 Sự kế thừa về chức năng đối với các công trình bảo vệ bờ biển kết hợp chống lũ___________96
Hình 5-10 Chiều cao sóng ý nghĩa ở vùng nước nông có độ dốc đáy biển không đổi (CUR/CIRIA 154,

1991) ____________________________________________________________________________107

Hình 5-11 Ví dụ về việc thi công xếp đặt có lựa chọn các khối đá ở chân đập chắn sóng. __________112
Hình 5-12 Cấu tạo mặt cắt dọc, ngang đập mỏ hàn nối liền bờ._______________________________113
Hình 5-13 So sánh các phương pháp xác định ổn định đối với lớp đá bảo vệ mặt ngoài và các tấm bê-
tông (theo McConnell & Allsop 1999) __________________________________________________115

Hình 5-14 Ví dụ về chi tiết chân công trình của đập chắn sóng _______________________________116
Hình 5-15 Chi tiết chân công trình bằng đá đổ tự ổn định ___________________________________117
Hình 5-16 (a) Các cọc gỗ và (b) các khối bê-tông nhằm tăng cường ổn định cho chân công trình tại
Barton and Highcliffe _______________________________________________________________118


vi
Hình 6-1 Các cơ chế hư hỏng có thể xảy ra đối với đê biển __________________________________124
Hình 6-2 Cây sự cố đơn giản hoá đối với đê biển (Pilarczyk, 1998). ___________________________125
Hình 6-3 Tổng quan về việc xác định các điều kiện biên thuỷ lực (Theo Pilarczyk, 1998)___________129
Hình 6-5 Cách tiếp cận hệ thống-các hàm chuyển đổi (Pilarczyk, 1990) ________________________132
Hình 6-6 Xác định cao trình đỉnh đê ____________________________________________________135
Hình 6-7 Công thức tổng quát cho chiều cao sóng leo với các ảnh hưởng khác nhau (theo CUR 169) 137
Hình 6-8 Ví dụ về xác định cao trình đê biển, với H
s
= 4.7 m (giới hạn độ sâu), T
P
=

8.5 s, hệ số chiết
giảm do ảnh hưởng của cơ
γ
b

= 0.7 đối với cot
α
= 4 và B = 4 H
S
________________________138
Hình 6-9 Xác định lưu lươnfg sóng chảy tràn qua đỉnh đê (CUR 169)__________________________139
Hình 6-10 Các số liệu thực đo làm cơ sở cho công thức Van der Meer _________________________148
Hình 6-11 Cơ chế xói gần chân công trình có mái dốc (Sumer & Fredsoe 2001) _________________149
Hình 6-12 Sơ đồ chiều sâu hố xói tính toán McDonugal ____________________________________150
Hình 6-13 Chiều sâu hó xói lớn nhất theo Xie, 1981. _______________________________________150
Hình 6-14 Chiều sâu hó xói lớn nhất theo Sumer và Fredsøe, 2001. ___________________________151
Hình 6-15 Xác định khu vực chịu tác động _______________________________________________152


Danh mục bảng biểu
Bảng 2.1 Các khía cạnh liên quan thiết kế và các điều kiện ràng buộc __________________________13
Bảng 3-1 Các loại tổn thất ____________________________________________________________20
Bảng 3-2 Các chức năng của các công trình đá ____________________________________________24
Bảng 3-3 Các chức năng của các hạng mục công trình điển hình ______________________________24
Bảng 3-4 Ví dụ một bảng cho điểm theo phương pháp MCE_________________________________32
Bảng 3-5 Điều chỉnh trọng số cho MCE __________________________________________________32
Bảng 3-6 Ví dụ về một BCA____________________________________________________________33
Bảng 3-7 Chi phí cố định và biến đổi trong công tác thi công vật liệu đá ________________________38
Bảng 3-8 Quá trình tham gia của các bên đối với công trình đá _______________________________43
Bảng 4-1 Phân tích đa tiêu chí (sơ bộ) ___________________________________________________84
Bảng 5-1 Các phương pháp vận chuyển _________________________________________________102
Bảng 5-2 Các đặc trưng chiều cao sóng không thứ nguyên __________________________________108
Bảng 5-3 Kích thước vật liệu thay đổi theo độ sâu mực nước_________________________________113
Bảng 5-4 Các cấp hoạt động của công trình _____________________________________________119
Bảng 6.1 Hệ số chiết giảm sóng leo do nhám

γ
cho các loại lớp phủ khác nhau (theo Pilarczyk, 1998) 137
Bảng 6-2 Hệ số nâng cấp ổn định cho các hệ thống khác nhau (Pilarczyk, 1990) _________________143


vii
Lời cảm ơn
Giáo trình “Phương pháp luận thiết kế công trình” được thực hiện trong khuôn khổ dự án hợp
tác HWRU-CE, “Nâng cao năng lực đào tạo ngành kỹ thuật bờ biển trường Đại học Thủy
Lợi”. Dự án được thực hiện dưới sự tài trợ của Đại Sứ Quán Vương quốc Hà Lan tại Việt
Nam với sự tham gia cộng tác của các đối tác phía Delft, Hà Lan bao gồm: Trường Đại học
Công nghệ Delft (TUDellft), Viện Thủy lực Delft (Delft Hydraulics), Viện đào tạo Quốc tế
các vấn đề về nước (UNESCO-IHE Delft) và Bộ Giao thông Công chính và Công trình công
cộng Hà Lan.
Giáo trình này được chuẩn bị và thực hiện theo hai giai đoạn: Giai đoạn I, biên soạn bản
Tiếng Anh, tại Trường Đại học Công nghệ Delft (2004); Giai đoạn 2, biên dịch bản Tiếng
Việt, tại Trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội (2005).
Trong quá trình thực hiện giai đoạn I tác giả nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ nhiệt tình của các
tổ chức, cá nhân phía đối tác Delft, Hà Lan. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ir. Hans Noppen
và GS. Kee D’Angremond, khoa Xây dựng, TU-Delft về sự cộng tác và góp ý nhiệt tình trong
các vấn đề chuyên môn. Tác giả xin cảm ơn Ir. Michel Tonneijck, cố vấn trưởng dự án
HWRU-CE, cùng ban lãnh đạo và nhân viên Phòng hợp tác quan hệ Quốc tế CICAT, TU-
Delft đã tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện biên soạn giáo trình bản Tiếng Anh
tại Hà Lan.
Trong quá trình thực hiện biên dịch bản Tiếng Việt, tác giả nhận được nhiều sự đóng góp quý
báu mang tính xây dựng của các cán bộ giảng viên khoa Kỹ thuật Biển, trường Đại học Thủy
Lợi trong việc hiệu chỉnh và hoàn thiện giáo trình. Tác giả xin đặc biệt cảm ơn PGS. TS. Lê
Xuân Roanh, ThS. Phạm Thu Hương, ThS. Nguyễn Thị Thúy Điểm và ThS. Nguyễn Quang
Chiến về những đóng góp cụ thể mang tính xây dựng cao trong quá trình hiệu chỉnh và hoàn
thiện giáo trình này.

Giáo trình này được in lần thứ nhất làm tài liệu học tập và tham khảo chính thức cho sinh
viên ngành Kỹ thuật Biển, chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Tác giả xin chân thành
đón nhận những ý kiến góp ý của độc giả và đồng nghiệp để giáo trình đựơc hoàn thiện hơn
trong các lần in sau.
Tác giả

Mai Văn Công



MỤC LỤC
Lời cảm ơn vii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Khái niệm chung về thuật ngữ thiết kế 1
1.2 Khái niệm thiết kế ứng dụng trong lĩnh vực công trình thủy 2
1.2.1 Các giai đoạn quy định trong thiết kế 3
1.3 Kết cấu giáo trình 3
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN THIẾT KẾ 5
2.1 Thực tế thiết kế 5
2.2 Mô tả chi tiết vùng dự án 5
2.2.1 Mối liên quan với khách hàng (chủ đầu tư) 5
2.2.2 Kết quả mang tính duy nhất 6
2.2.3 Tuổi thọ công trình dài 6
2.2.4 Đặc tính “thủ công” 6
2.2.5 Liên quan số lượng lớn các bên tham gia 6
2.2.6 Thực hiện công việc dưới các mức độ quy mô khác nhau 6
2.2.7 Tính tự do trong thiết kế bị hạn chế 6
2.2.8 Sản phẩm tại một địa điểm cụ thể 7
2.2.9 Công nghệ 7
2.2.10 Chi phí cho công tác thiết kế/thiết kế phí 7

2.2.11 Tính chuyên nghiệp/ thiết kế lành nghề 7
2.3 Chu trình thiết kế 7
2.4 Các giai đoạn thiết kế 9
2.5 Các nỗ lực kết hợp trong thiết kế 10
2.6 Các khía cạnh khác liên quan đến thiết kế 11
2.7 Thiết kể tổng thể 14
2.8 Các bước đặc trưng trong thiết kế 14
2.8.1 Thiết kế ý tưởng 14
2.8.2 Thiết kế sơ bộ 15
2.8.3 Thiết kế chi tiết 15


2.8.4 Thi công công trình 15
2.8.5 Vận hành và bảo dưỡng công trình 15
CHƯƠNG 3: CHI TIẾT QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ 17
3.1 Nhận biết vấn đề 17
3.2 Xác định các điều kiện biên và ràng buộc trong thiết kế 17
3.2.1 Chính sách quy hoạch, phân tích chính sách 18
3.2.2 Rủi ro chập nhận được 19
a. Rủi ro theo quan điểm cá nhân 21
b. Rủi ro theo quan điểm xã hội (mang tính cộng đồng) 22
3.3 Phân tích chức năng 23
3.4 Đề xuất các phương án so sánh 25
3.4.1 Đánh giá tác động môi trường 25
3.4.2 Khả năng sẵn có và những đặc tính của vật liệu 26
3.4.3 Các quá trình thủy lực và địa kỹ thuật 27
3.4.4 Các phương án thiết kế công trình 27
3.4.5 Những cân nhắc liên quan đến công tác thi công 28
3.4.6 Những vấn đề quản lý bảo dưỡng 29
3.5 Đánh giá, so sánh và lựa chọn giải pháp 30

3.5.1 Phân tích đa tiêu chí (MCE) 31
3.5.2 Phân tích chi phí-lợi nhuận (BCA) 32
3.6 Thiết kế cuối cùng và thiêt kế chi
tiết 33
3.6.1 Các điều kiện trạng thái giới hạn 34
Trường hợp tính toán theo điều kiện cực trị. 34
Trường hợp tính theo các điều kiện bình thường 34
3.7 Đánh giá các chi phí 36
3.7.1 Tính toán những chi phí sửa chữa 38
3.7.2 Những chi phí tương đối trong xây dựng đập phá sóng bằng vật liệu đá 39
3.8 Đảm bảo chất lượng
40
3.9 Kiểm soát chất lượng 42
CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ 45


4.1 Nhìn nhận thế nào về công tác bảo vệ bờ 45
4.1.1 Khi nào cần phải bảo vệ bờ 45
4.1.2 Thiết kế các giải pháp bảo vệ bờ 47
4.1.3 Khoa học và thực nghiệm 48
4.2 Giải quyết vấn đề bảo vệ bờ như thế nào? 49
4.2.1 Các yếu tố liên quan gây nên hiện tượng xói lở 49
4.2.2 Hư hỏng và sơ đồ cây sự cố 51
4.2.3 Tải trọng và cường độ 54
4.3 Các phương pháp bảo vệ bờ phổ dụng 58
4.4 Những cân nhắc cần thiết trong thiết kế 64
4.4.1 Những cân nhắc chung trong thiết kế 64
4.4.1.1 Chức năng 64
4.4.1.2 Điều kiện tự nhiên 64
4.4.1.3 Công nghệ tiên tiến 66

4.4.1.4 Phương pháp thi công 66
4.4.1.5 Vận hành và duy tu 66
4.4.2 Phương pháp luận và công cụ 66
4.5 Tóm tắt quy trình thiết kế công trình biển 69
4.5.1 Nhận biết vấn đề và đề xuất phương án 70
4.5.2 Lựa chọn phương án 72
4.6 Các nguyên tắc kiểm nghiệm trong quá trình thiết kế 72
4.7 Nghiên cứu thực tế: Đánh giá các giải pháp bảo vệ bờ tại Nam Định 73
4.7.1 Đặt vấn đề cho trường hợp bờ biển Nam Định 73
4.7.2 Các biện pháp phòng chống 75
4.7.2.1 Phương án “Không” 75
4.7.2.2 Nuôi dưỡng bãi 76
4.7.2.3 Đập mỏ hàn 77
4.7.2.4 Đập chắn sóng xa bờ 79
4.7.2.5 Kè lát mái 80
4.7.3 Đánh giá các giải pháp và lựa chọn 81
CHƯƠNG 5: CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐÁ CÓ VỐN ĐẦU TƯ
THẤP 86



5.1 Giới thiệu chung về công trình sử dụng vật liệu đá có vốn đầu tư thấp 86
5.1.1 Khái quát chung 86
5.1.2 Cơ sở xây dựng các công sử dụng vật liệu đá có giá thành thấp 87
5.2 Luận cứ chung trong việc ứng dụng các công trình đá có vốn đầu tư thấp 91
5.2.1. Giảm bớt vật liệu 91
5.2.2. Tính thích nghi 92
5.2.3. Xây dựng hiệu quả hơn 94
5.2.4. Tận dụng vật liệu đá có giá thành hạ 95
5.2.5. Hạn chế tối thiểu công tác đào đất 95

5.3. Thiết kế và đánh giá 96
5.3.1. Những yêu cầu trong quá trình hoạt động của công trình và sơ đồ tổng thể 96
5.3.2. Sự hư hỏng của công trình và tính thích nghi 97
5.3.3. Các tác động môi trường 97
5.3.4. Về mặt an toàn xây dựng 98
5.4. Hiểu biết về vấn đề chi phí 98
5.4.1. Thiết kế và đánh giá 99
5.4.2 Lớp đá bảo vệ mặt ngoài 100
5.4.3 Xem xét về công tác thi công 102
5.4.3.2 Thi công lớp đá bảo vệ mặt ngoài 103
5.4.3.3 Thời gian thi công 105
5.4.4 Giám sát, bảo dưỡng và tu sửa 105
5.4.5 Chi phí toàn chương trình 106
5.5 Thiết kế và thiết kế chi tiết nhằm đạt được chi phí thấp hơn 106
5.5.1 Chọn kích thước đá bảo vệ mặt ngoài phù hợp 106
5.5.2 Chi tiết về nền móng và chân công trình 116
5.5.3 Quan trắc, giám sát và duy tu các công trình đá giá thành thấp 118
CHƯƠNG 6: PHƯƠNG PHÁP LUẬN THIẾT KẾ ĐÊ, KÈ BIỂN 122
6.1 Tổng quan 122
6.2 Nguyên lý thiết kế 123
6.3 Phương pháp luận thiết kế 126
6.3.1 Các tương tác và điều kiện biên 127


6.3.1.1 Các điều kiện biên 127
6.3.1.2 Các vùng tải trong đối với đê biển 131
6.3.1.3 Khái niệm tải trọng – sức chịu tải và tương tác công trình 131
6.3.2 Thiết kế hình học cho đê biển và kè lát mái 133
6.3.2.1 Chiều cao sóng leo và lưu lượng nước tràn đỉnh 135
6.3.2.2 Bảo vệ mái dốc 139

6.3.2.3 Tối ưu hoá ổn định mái dốc và những xem xét có tính thực tiễn trong thiết kế lớp bảo vệ mái dốc
144

6.3.2.4 Xói và bảo vệ chân công trình 146
TÀI LIỆU THAM KHẢO 154
Chương 1- Tổng quan về môn học
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Khái niệm chung về thuật ngữ thiết kế
Từ lâu đời con người đã biết đến khái niệm “thiết kế” khi những người sáng tạo và
năng động biết vận dụng khái niệm này để sáng tác, phác họa và trình bày ý tưởng về
các sản phẩm hay mô tả quá trình thực hiện công việc mà họ dự định sẽ thực hiện.
Ngày nay, thuật ngữ thiết kế được biết đến như một ngành khoa học và được gọi tắt là
ngành “khoa học thiết kế”. Những ví dụ thưc tế về việc vận dụng khái niệm th
iết kế đó
là một ai đó đưa ra ý tưởng đầu tiên cho việc xây dựng một ngôi nhà, trường học, nhà
thờ hay một chiếc cối xay gió. Sau đó người ta tiến hành triển khai ý tưởng thành hiện
thực bằng việc xây dựng các đối tượng nêu trên. Cho dù những người đưa ra ý tưởng
ban đầu họ có thể là các nghệ sĩ hay các thợ thủ cô
ng, thì từ thời đó, người ta đã biết
cách giải quyết vấn đề (đưa ý tưởng vào thực tế) một cách thành công đối với công
việc của họ.
Trong các ngành công nghiệp sản xuất, từ 150 năm trước khái niệm thiết kế đã được
coi là một khâu quan trọng khởi đầu cho mọi quá trình sản xuất. Thiết kế đã được coi
là một phần công việc riêng biệt (Hubka và nnk, 1992). Điều này đã diễn ra tr
ong cuộc
cách mạng công nghiệp song song với việc hình thành các nhóm lao động phục vụ cho
các tổ chức công nghiệp thời bấy giờ.
Mỗi đối tượng (sản phẩm, dự án hay quá trình) cần xây dựng và phát triển ý tưởng
trước khi chúng được tạo ra trên thực tế. Những người đưa ra ý tưởng được gọi là nhà

thiết kế.
Các nhà thiết kế đã làm gì? Họ đã tìm ra và mô tả một công trình m
à công trình này có
thể thực hiện được và nó sẽ phát huy một chức năng nhất định nào đó. Theo quan điểm
này, thiết kế một ngôi nhà là việc mô tả và diễn tả sao cho nó có thể xây dựng được và
nó phải đảm bảo chức năng bảo vệ con người. Tuy nhiên sự tồn tại của ngôi nhà sẽ
phát sinh kèm theo nhiều quá trình, chức năng khác, có thể là một vài chức năng hữu
dụng hoặc vô dụng.
Có t
hể tóm tắt rằng nhiệm vụ của công việc thiết kế là bao gồm việc hình dung và mô
tả một công trình hay một đối tương sao cho khi triển khai trên thực tế nó sẽ đem lại
cho ta các đặc tính mong muốn (đặc điểm thuộc tính riêng, các chức năng riêng). Nó
cũng có thể được diễn tả thông qua ngôn ngữ quá trình như: thiết kế là quá trình truyền
tải thông tin bao gồm những yêu cầu cụ thể, nhu cầu hay mong muốn cụ thể và các
điều kiện ràng buộc bằng việc mô tả đối tượng sao cho đảm bảo đủ những thông tin
yêu cầu đó.
Các yêu cầu ở đây bao gồm những mong muốn của khách hành, các giai
đoạn và yêu cầu về vòng đời của đối tượng và các giai đoạn trung gian mà đối tượng
phải trải qua.
Quá trình thiết kế có thể được mô tả tổng quát theo sơ đồ trên Hình 1-1.
Chương 1- Tổng quan về môn học
2


Hình 1-1 Mô hình hộp đen mô tả định nghĩa của quá trình thiết kế

1.2 Khái niệm thiết kế ứng dụng trong lĩnh vực công trình thủy
Công trình thủy bao gồm hệ thống các công trình đầu mối của các dự án thủy lợi, thủy
điện (đập dâng, tràn, cống, hệ thống kênh dẫn…); hệ thông công trình phòng chống lũ
( đê, đập), các công trình trên sông, hệ thống công trình bảo vệ bờ biển và công trình

ngoài khơi…Đặc điểm chung nhất của các công trình này là nó thường được xây dựng
nhằm phục vụ cộng đồng, đem lai lợi ích cho cộng đồng bằng việc can thiệp/ tác động
vào các quá trình tự nhiên để giảm bớt các ảnh hưởng có hại từ c
ác quá trình đó. Với
các đặc điểm chung đó, việc thiết kế các công trình này cũng có những đặc thù riêng
và thường là một quá trình phức tạp. Các thông tin đầu vào của quá trình thiết kế là
điều kiện biên tự nhiên và các nhu cầu, các yêu cầu về chức năng nhiệm vụ mong
muốn của khu vực hưởng lợi. Bên cạnh đó nó còn chịu ảnh hưởng của nhiều điều kiện
hạn chế và điều kiện ràng buộc khác như vấn đề ảnh hưởng môi trường,
sự tranh dành,
vi phạm lợi ích của các bên có liên quan, vấn đề về cơ chế, thể chế, vấn đề về vốn đầu
tư và khả năng thực thi công trình…Vì lý do đó, để áp dụng một cách nguyên tắc quá
trình thiết kế nêu trong phần 1.1 cho công tác thiết kế công trình thủy thì sơ đồ trên
cần đư
ợc bổ sung thêm các yếu tố đặc thù. Quá trình thiết kế công trình thủy được
trình bày một cách tổng quát như minh họa trên Hình 1-2.
Công tác thiết kế/
Quá trình thiết kế
Truyền tải thông tin
Thông tin
giai đoạn 1
Thông tin
giai đoạn 2

Các yêu cầu
Các ràng buộc

Mô tả hệ thống
Hồ sơ thiết kế
Chương 1- Tổng quan về môn học

3

Hình 1-2 Sơ đồ quá trình thiết kế ứng dụng cho công trình thủy

Chi tiết về khái niệm thiết kế và vận dụng cụ thể khái niệm này trong thiết kế công
trình thủy nói chung và công trình biển nói riêng sẽ được trình bày tại các chương
riêng biệt với các ví dụ thực tế sinh động.
1.2.1 Các giai đoạn quy định tr
ong thiết kế
Dự án đầu tư xây dựng công trình có thể gồm một hoặc nhiều loại công trình với một
hoặc nhiều cấp công trình khác nhau tuỳ theo quy mô, tính chất của công trình xây
dựng, việc thiết kế xây dựng công trình có thể được thực hiện theo một bước, hai bước
hoặc ba bước như sau:
a) Thiết kế một bước là thiết kế bản vẽ thi công áp dụng đối với công trình chỉ lập Bá
o
cáo kinh tế - kỹ thuật xây dựng công trình;
b) Thiết kế hai bước bao gồm bước thiết kế cơ sở và thiết kế bản vẽ thi công áp dụng
đối với công trình quy định phải lập dự án trừ các công trình được quy định tại điểm a
và c của khoản này;
c) Thiết kế ba bước bao gồm bước thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi
công áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án và có quy m
ô là cấp đặc biệt,
cấp I và công trình cấp II có kỹ thuật phức tạp do người quyết định đầu tư quyết định.
Trường hợp thực hiện thiết kế hai bước hoặc ba bước thì các bước thiết kế tiếp theo
phải phù hợp với bước thiết kế trước đã được phê duyệt.
1.3 Kết cấu giáo trình
Giáo trình này được biên soạn với mục đính làm tài liệu phục vụ giảng dạy và học tập
cho sinh viên trong khuôn khổ nội dung môn học “Phương pháp luận thiết kế” do bộ
Chương 1- Tổng quan về môn học
4

môn Kỹ thuật Công trình biển, khoa Kỹ thuật biển, Trường đại học Thủy lợi phụ trách.
Tài liệu bao gồm 6 chương. Nội dung các chương được tóm tắt như sau:
Chương 1 ngắn gọn nêu lên định nghĩa và khái niệm chung về thiết kế và vận dụng nó
đối với chuyên ngành công trình thủy.
Chương 2 trình bày chi tiết về phương pháp và quá trình thiết kế chung trong kỹ thuật
xây dựng công trình. Bao gồm các thông tin về chu trình thiết kế, các giai đoạn t
hực
hiện trong thiết kế, yếu tố cần quan tâm đề cập trong thiết kế, thiết kế tổng hợp và các
bước thiết kế đặc trưng.
Quá trình thiết kế riêng biệt đặc trưng cho công trình thủy được đề cập chi tiết trong
Chương 3.
Chương 4 cung cấp tóm tắt phương pháp luận trong thiết kế công trình biển và các cân
nhắc cần thiết trong quá trình thực hiện thiết kế cũng như việc lựa chọn giải pháp bảo
vệ bờ hợp lý cho các đối tượng, vùng cần được bảo vệ trước các tác động khác nha
u
của quá trình tự thủy động lực học tự nhiên.
Chương 5 giới thiệu về phương pháp thiết kế đặc thù cho công trình biển sử dụng vật
liệu đá có vốn đầu tư thấp. Những công trình này thường được ứng dụng cho công tác
bảo vệ chống xói lở bờ biển hay điều khiển biến đổi hì
nh thái đường bờ.
Cuối cùng, Chương 6 trình bày về phương pháp luận và những cân nhắc cần thiết
trong thiết kế đê kè biển. Hình loại công trình này với nhiệm vụ chính là phòng chống
lũ từ phía biển, kết hợp một phần trong công tác bảo vệ bờ và hạn chế xói lở đường bờ,
hiện được ứng dụng phổ biến dọc bờ biển nước ta.
Câu hỏi cuối chương
Câu 1: Trình bà
y khái niệm rộng về thuật ngữ thiết kế? Khái niệm thiết kế được tồn tại
từ khi nào?
Câu 2: Trong quá trình thiết kế áp dụng chung cho công trình xây dựng, thủy lợi cần
cân nhắc các yếu tố chính nào?

(Hết chương 1)
Chương 2- Phương pháp luận thiết kế
5
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN THIẾT KẾ
2.1 Thực tế thiết kế
Trong thực tế thiết kế và xây dựng các công trình người ta thường đề cập đến các giai
đoạn hình thành dự án liên quan, bao gồm: Hình thành ý tưởng (tiền khả thi), nghiên
cứu khả thi, thiết kế kỹ thuật nói chung, thi công công trình, vận hành công trình và, có
thể cả, rỡ bỏ công trình. Cần nhấn mạnh rằng không nhất thiết trong thực tế phải hoàn
toàn thực hiện các giai đoạn và quá trình nêu trên. Quá trình thiết kế có thể được xem
như bao gồm đặc tính lặp, tuần hoàn, tuy nhiên nó không phải là sự qua
y lại tình trạng
ban đầu của một dự án. Các thuật ngữ dùng chỉ các giai đoạn thiết kế không phải là
duy nhất và phổ dụng. Bên cạnh thuật ngữ hình thành ý tưởng (sáng tạo) người ta có
thể dùng "định hướng thiết kế", nghiên cứu khả thi có thể được thay thế bằng cụm
"thăm dò, khảo sát", vv.
Bên cạnh đó, một điều hiển nhiên rằng mỗi dự án sẽ cần đến một khoản chi phí đầu tư
và chủ đầu tư (khác
h hàng) luôn muốn đầu tư một lượng tồi thiểu. Hệ quả là cần phải
có những lợi lộc nhất định từ việc xây dựng dự án để đổi lại việc bỏ ra một lượng vốn
đầu tư. Những lợi lộc đó được xem xét như là giá trị của một dự án. Một vấn đề mấu
chốt hiện nay là giá trị hay lợi nhuận của dự án phải tương đồng với vồn đầu tư cho
việc xây dựng dự án. Sự cân bằng này cần đư
ợc đề cập trên quan điểm về kinh tế, xã
hội vá sinh thái, trong đó:
Giá trị cần được xác định dựa trên khả năng đáp ứng về chức năng, nhiệm vụ (yêu cần
v
à mong muốn), và môi trường (điều kiện tự nhiên và mối quan hệ giữa các bên tham
gia);
Chi phí được xác định bao gồm các khía cạnh liên quan đến bảo tồn, các xem xét về

mặt kỹ thuật, các phương pháp thi công và bảo dưỡng công trình.
Trong chương này, năm khía cạnh liên quan đến thiết kế sẽ được sử dụng một cách
trình tự như là các điểm mấu chốt trong phần nghệ thuật thiết kế.
Cuối cùng, khối lượng lớn công tác thiết kế cần dành c
ho các giai đoạn phụ trợ trong
quá trình xây dựng và triển khai dự án như: công tác chuẩn bị, thực thi, lắp đặt và hoàn
thiện, công tác duy tu bảo dưỡng và có thể cả rỡ bỏ công trình cũng cần phải đựợc
thực hiện. Ngoài ra, cần phải kể đến các thay đổi điều chỉnh so với thiết kế hiện tại
hoặc thiết kế các công trình phụ trợ tạm thời phục vụ cho quá trình thi công.
2.2 Mô tả chi tiết vùng dự án
Để hiểu rõ các đặc trưng cụ thể cũng như những khó khăn thường gặp phải liên quan
đến thiết kế xây dựng công trình thủy, trước khi tiến hành quy hoạch và xây dựng một
dự án, trước hết cần phải tìm hiểu rộng về các vấn đề liên quan đến vùng dự án của
hình loại công trình này.
2.2.1 Mối liên quan với khá
ch hàng (chủ đầu tư)
Trong kỹ thuật xây dựng nói chung và kỹ thuật công trình thủy nói riêng, các công
việc thường mang tính phục vụ cho các nhu cầu cụ thể của khách hàng (chủ đầu tư dự
án). Điều này phụ thuộc nhiều vào mối quan hệ giữa chủ đầu tư với các nhà thiết
kế/nhà thầu, mà các mối liên hệ này được xác lập bằng các văn bản quy định đối với
từng dự án sẽ được thiết kế và xâ
y dựng.
Chương 2- Phương pháp luận thiết kế
6
2.2.2 Kết quả mang tính duy nhất
Mặc dù có rất nhiều các kiểu sản phẩm khác nhau trong ngành kỹ thuật xây dựng như
công trình thép, cầu, cống đường xá hay các công trình phá sóng, nhưng việc tìm giải
pháp hợp lý cho một mục đích cụ thể tại một địa điểm cụ thể dường như chỉ mang tính
duy nhất.
2.2.3 Tuổi thọ công trình dài

Nếu so sánh với các lĩnh vực khác thì tuổi thọ mo
ng muốn cho công trình xây dựng là
khá dài, thường từ 50 năm đến hàng trăm năm.
2.2.4 Đặc tính “t
hủ công”
Sử dụng vật liệu đá trong công trình xây dựng nói chung và công trình bờ biển nói
riêng đã có một bề dày lịch sử. Hệ quả hiển nhiên là rất nhiều kinh nghiệm và thực tiễn
đã được đúc kết thông qua sự trải nghiệm đầy khó khăn đó. Nhưng nhìn chung, kỹ
thuật xây dựng hoàn toàn không thuộc vào lĩnh vực công nghệ cao mà thường được
hiểu là một quá trình đúc kết kinh nghiệm, hiểu biết và phát triển công nghệ dựa trên

nền tảng sẵn có bên cạnh sự phát triển của các lĩnh vực khác có liên quan.
2.2.5 Liên quan số lượng lớn c
ác bên tham gia
Trong vòng đời của dự án, người ta có thể phân loại được số lượng lớn các nhân tố
khác nhau liên quan đến hầu hết các giai đoạn của dự án. Trong rất nhiều trường hợp
người xây dựng không phải người sử dụng. Thông thường sự quan tâm của các nhà
chức trách với các cấp độ khác nhau và các nhóm liên quan khác nhau đòi hỏi sự tham
gia mạnh mẽ hơn.
2.2.6 Thực hiện công việc dưới các mức độ quy mô khác nhau
Các yêu cầu, các mong muốn, các vấn đề và việc tìm ra giải pháp thường ứng dụng
qua ba cấp độ tư duy và vận dụng khác nha
u:
• Cấp độ vĩ mô: điều tiết mực nước cho vùng đồng bằng hoặc cho vùng chậm lũ;
mặt bằng bố trí cảng; quy hoạch phương án bảo vệ vùng bờ cho một tỉnh, một
quốc gia.
• Cấp độ trung gian: một cái cống, đoạn đê, một con đập phá sóng…
• Cấp độ vi m
ô: cấu kiện/ viên đá bảo vệ mặt ngoài, cấu kiện bê tông, các cọc gia
cố nền…

Nhìn chung người thiết kế cần liên quan đến cả ba cấp độ nêu trên. Trong thực tế
người ta có thể coi hệ thống công trình được thiết với cấp độ cao nhất (cấp độ vĩ mô).
Sau đó là đến các thành phần công trình (cấp độ trung gian) và cuối cùng là các thành
phần con của công trình (cấp độ vi mô).
2.2.7 Tính tự do trong thiết kế bị hạn chế
Công trình thủy là sự can thiệp của con người vào tự nhiên do đó nó thường gây ra các

tác động không mong muốn, ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên. Khi đó nhà thiết kế
cũng như nhà thầu cần phải chú tâm hơn đến việc giảm các tác động trên hoặc làm tự
nhiên hóa các tác động không mong muốn hơn là việc chú ý phát triển sáng tạo các
chức năng của công trình. Như vậy mức độ tự do trong thiết kế bị hạn chế đá
ng kể và
hầu hết các dự án đều gặp rắc rối liên quan đến vần đề môi trường tự nhiên.
Chương 2- Phương pháp luận thiết kế
7
2.2.8 Sản phẩm tại một địa điểm cụ thể
Công trình biển thường được xây dựng tại một địa điểm với điều kiện biên tự nhiên
mở (ngoài trời). Điều này có nghĩa rằng phải quan tâm đến các điều kiện về ký hầu
thời tiết, thủy lực, địa kỹ thuật cũng như môi trường. Như vậy cần phải chú ý nhiều
đến phương pháp thực thi công trình.
2.2.9 Công nghệ
Một vất đề trong kỹ th
uật xây dựng thường được giả quyết bằng những kiến thức và
công nghệ sẵn có. Dường như hiếm có cơ hội cho các sáng tạo mang tính kỹ thuật,
phát triển sản phẩm và thay đổi quá trình.
2.2.10 Chi phí cho công tác thiết kế/thiết kế phí
Hầu hết các công trình biển như đập phá sóng, c
ông trình bảo vệ bờ …vv có các đặc
tính riêng biệt, do đó việc vận dụng các thiết kế đã có cho thiết kế mới thường không
phù hợp. Tương ứng với điều này là tiền dành cho công tác thiết kế thường không

nhiều so với khối lượng công việc người thiết kế phải thực hiện.
Thiết kế phí trong xây dựng dâ
n dụng nói chung thường từ 5-10% tổng giá thành công
trình trong khi đó thiết kế phí trong các ngành hàng không, công nghiệp ô tô thường từ
50- đến 100 lần tổng giá thành của một sản phẩm. Điều này hoàn toàn dễ hiểu bởi số
tiền đó chủ đầu tư sẽ dễ dàng thu hồi được bằng việc bán ra hàng trăm hay hàng nghìn
sản phẩm, tuy vậy kết quả thiết kế này không thể đem so sánh với thiết kế bên ngành
xây dựng. Hậu quả là các kỹ sư xây dựng phần lớn tập trung vào các hạng mục qua
n
trọng thiết yếu.
2.2.11 Tính chuyên nghiệp/ thiết kế lành nghề
Một xu thế đáng chú ý trong xây dựng dâ
n dụng hiện nay là những nhà thiết kế ngày
càng phải có trách nhiệm nhiều hơn và liên quan nhiều hơn đến dự án trong suốt vòng
đời của nó. Trước đây hầu hết các nhà thiết kế và thi công chỉ muốn tham gia vào các
thành phần hạng mục để có thể giảm nguy cơ rủi ro, nhưng ngày nay họ phải đảm
nhận khối lượng và phạm vi lớn hơn trong tổng dự án. Điều nà
y hiển nhiên sẽ đem lại
nhiều rắc rối hơn cho người thiết kế và đòi hỏi người thiết kế phải đảm bảo tốt tính tin
cậy nghề nghiệp (mức độ lành nghề).
2.3 Chu trình thiết kế
Trong quá trình hình thành phương án thiết kế, việc mô tả chi tiêt và phác họa nhằm
thỏa mãn các yêu cầu và mong muốn của chủ đầu tư là cầ thiết. Điều này giúp cho việc
xác định chính xác được mục đích thiết kế, tránh được những tính năng thừa không
cần thiết của giải pháp thiết kế. Đây là một quá trình sáng tạo trong đó các quyết định
được đưa ra dựa trên những cân nhắc trước bởi một chu trình lặp đi lặp lại. Chu trình
này bao gồm
: bàn thảo, xem xét, quyết định, kiểm tra, điều chỉnh và phản hồi. Quá
trình này có nhiệm vụ chính là biến những yêu cầu và mong muốn của chủ đầu tư
thành các giải pháp, bao gồm nhiều chu trình lặp của quá trình thiết kế như minh họa

trên Hình 2-1. Qua thăm dò các biên giới hạn của mô hình này cho thấy người thiết kế
vẫn có thể đưa ra nhũng lời giải nằm ngoài phạm v
i của các giải pháp. Bằng việc kiểm
chứng và đánh giá về khả năng thỏa mãn các yêu cầu và mong muốn họ có thể trở lại
với những phương án giáp pháp thích hợp.
Chương 2- Phương pháp luận thiết kế
8

Hình 2-1 Chu trình thiết kế
Chu trình thiết kế thường bao gồm các bước sau:
• Phân tích: trong bước này mực đích của quá trình thiết kế được xác định và các
điều kiện ban đầu được tìm hiểu phục vụ cho các bước tiếp theo. Ví dụ như các
phân tích về các quá trình quan trọng nhất trong khu vực nghiên cứu; về các
chức năng mong muốn; và về các quan hệ qua lại cần được thực hiện trong giai
đoạn này.
Trong giai đoạn này cần đưa ra các câu trả lời cho các câu hỏi sau:
- Các yê
u cầu nào cần đảm bảo về môi trường có liên quan đền các chức
năng công trình do con người đặt ra?;
- Giải pháp quy hoạch nào tại vị trí nào thì đáp ứng được các yêu cầu đó?
- Vị trí nào sẽ là lựa chọn tốt nhất (tuyến công trình)?
Các phương pháp để khảo sát thực địa bao gồm, ví dụ như:
- Phân tích cỡ hạt
- Phân tích mặt bằng (lựa chọn địa điểm)
- Các phương pháp khảo sát địa hình khu vực
• Tổng hợp, trong bước
này các phương án giải pháp có thể cần được phát triển.
Các phương pháp có thể áp dụng như: Não công, liệt kê theo nhóm, hình thái
học, tối ưu hóa sơ bộ …
• Mô phỏng, nghiên cứu về đặc tính và hiệu quả của các phương án giải pháp có

thể, diễn tả kết quả phân tích các phương án theo lợi ích và chi phí. Trong giai
Chương 2- Phương pháp luận thiết kế
9
đoan này mô hình vật lý và mô hình toán là những công cụ hữu hiệu thường sử
dụng.
• Đánh giá, đưa ra thứ tự sắp xếp của các phương án giải pháp. Các phân tích chi
phí lợi ích đa mục tiêu (MCE) cần thực hiện trong giai đoạn này.
• Ra quyết định, phân tích xem liệu các tham số về chi phí, lợi ích hay tỉ lệ giũa
chi phí và lợi nhuận của phương án tốt nhất có thỏa mãn các mong muốn hay
không.
Thực tế cho thấy rằng đây là một bước rất đặc biệt trong tất cả các bước vì ở những
bước trước ngưới thiết kế chủ động thực hiện và có quyền đưa ra quyết định của riêng

mình, nhưng trong bước này chủ đầu tư là người đưa ra quyết định. Điều này xem như
là logic vì nhà đầu tư chịu trách nhiệm trang trải các khoản chi phí, vì vậy họ có quyền
quyết định.
Trong giai đoạn này người thiết kế có vai trò trợ giúp, tư vấn cho nhà đầu
tư trong việc lựa chọn, nhưng hầu như trong thực tế họ lại là người đưa ra phán quyết
manh tích quyết định.
Trên sơ đồ chu trình thiết kế ta nhận thấy nó gồm nhiều các chu trình con. Nếu các
cổng điền kiện chưa được thỏa mãn thì chu trình cần tiếp tục cho tới khi nào đạt được
kết quả mon
g muốn. Thường xảy ra theo ba khẳ năng sau:
• Từ giai đoạn tổng hợp, các phương án có thể được hình thành. Trong trường
hợp này sự hình thành một phương án giải pháp thay thế có thể thực hiện dễ
dàng hơn với tinhd hội tụ của giải pháp cao hơn vì có thể lợi dụng được nhiều
thông tin từ các chu trình trước.
• Trong bước phân tích, các càng nhiều thông tin cơ sở kết quả phâ
n tích càng tốt.
Trong giai đoạn này, có nhiều cơ hội hơn cho việc thực hiện các phân tích tốt

hơn
• Kết hợp giữa bước phân tích và tổng hợp, càng nhiều thông tin về điều kiện ban
đầu, càng dễ dàng tìm thực hiện khác bước tiếp theo.
2.4 Các giai đoạn thiết kế
Giả sử rằng bằng việc ứng dụng chu trình thiết kế người thiết kế có thể ngay lập tức
đưa ra được giải pháp lựa chọn. Tuy nhiên cũng cần lưu ý một số điểm sau:
• Chu trình đầu tiên đưa ra cái nhìn tổng thể về mục đích của hệ thống công trình:
Đó là những gì nhằm đạt được mục tiêu thỏa mãn các yêu cầu và mong muồn
đặt ra, ví dụ mong muốn tương lai về một hệ thống đê phòng chống lũ an toàn;
• Chu trình thứ hai đưa ra các kết quả m
ang tính định tính về các chức năng: mô
tả rõ ràng những gì có thể đạt được trên phương diện đảm bảo thỏa mãn các yêu
cầu và mong muốn cụ thể, định tính mức độ đạt được mục tiêu của các phương
án đưa ra. Ví dụ phương án đê thiết kế tránh được sóng chảy tràn vơi những con
sóng có chiều cao H
s
<3.5 m.
• Chu trình thứ ba đưa ra hình dạng, các đặc điểm của công trình hay hệ thống:
Ví dụ đập chắn sóng sẽ làm theo hình loại nào?
• Chu trình thư tư trình bày về các yêu cầu chỉ dẫn kỹ thuật, công trình cần được
xây dựng như thế nào, vật liệu nào sẽ dùng, kích thước cụ thể la bao nhiêu, sai
số cho phép trong thi công là bao nhiêu? vv.