Nghiên cứu cơ chế xói lở do sóng tràn qua đập phá sóng đang thi công và giải pháp bảo vệ - Ứng dụng tính toán cho công trình cảng Hòn La - Quảng Bình

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện với sự nỗ lực của bản
thân tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài "Nghiên cứu cơ chế xói lở
do sóng tràn qua đập phá sóng đang thi công và giải pháp bảo vệ - Ứng dụng tính
toán cho công trình cảng Hòn La – Quảng Bình" với mong muốn đóng góp một
phần nhỏ của mình vào công tác nghiên cứu, đánh giá, tính toán về sóng và biện
pháp thi công, khắc phục sự cố đê chắn sóng cảng Hòn La – Quảng Bình. Để hoàn
thành luận văn này, ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ lớn lao của
các thầy cô, bạn bè và gia đình.
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo PGS.TS. Lê Xuân Roanh- người đã dành
nhiều thời gian hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Phòng đào tạo ĐH&
SĐH, các thầy cô giáo Bộ
môn Công trình, các thầy cô khoa Kỹ thuật Biển của
Trường Đại học Thuỷ lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời
gian tôi học đại học.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Nhà xuất bản, các tổ chức, cá nhân cho
phép sử dụng tài liệu đã công bố.
Do trình độ và thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những tồn
tại, hạn ch
ế, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và trao đổi chân
thành của các thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 8 năm 2014

Tác giả luận văn

Mạc Văn Phong

LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: Khoa Công Trình – Trường Đại học Thủy Lợi
Tên tác giả: Mạc Văn Phong
Học viên cao học lớp: 20C21
Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Xuân Roanh
Tên đề tài Luận văn: “Nghiên cứu cơ chế xói lở do sóng tràn qua đập phá
sóng đang thi công và giải pháp bảo vệ - Ứng dụng tính toán cho công trình cảng
Hòn La - Quảng Bình ”.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin, tài
liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gố
c. Kết quả nêu trong luận văn
là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN



Mạc Văn Phong



MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH CẢNG, CÁC
NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐÊ CHẮN
SÓNG 3
1.1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH ĐÊ PHÁ SÓNG BẢO VỆ CẢNG 3
1.1.1: Cảng biển và công trình bảo vệ cảng 3
1.1.2. Cửa cảng và luồng tầu ra vào cảng 4

1.1.3. Chức năng, vai trò của đê phá sóng đối với công trình cảng 5
1.1.4. Phân cấp, phân loại đê chắn sóng 6
1.2. CÁC HÌNH THỨC VÀ DẠ
NG ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN CỨU
VÀ ÁP DỤNG 8
1.2.1. Đê chắn sóng mái nghiêng 8
1.2.2. Đê chắn sóng trọng lực tường đứng 10
1.2.3. Đê chắn sóng hỗn hợp 10
1.3.MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
THI CÔNG ĐÊ CHẮN SÓNG 12
1.3.1. Thời điểm và hình thức hư hỏng đê chắn sóng 12
1.3.2. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng 13
1.3.2.1. Hư hỏng đối với đ
ê chắn sóng tường đứng 13
1.3.2.2. Hư hỏng đối với đê chắn sóng mái nghiêng 13
CHƯƠNG II: KẾT CẤU CỦA ĐÊ CHẮN SÓNG VÀ BIỆN PHÁP THI
CÔNG 18
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG 18
2.2. KẾT CẤU MẶT CẮT NGANG ĐÊ CHẮN SÓNG 19
2.2.1. Đê chắn sóng mái nghiêng 19
2.2.2. Đê chắn sóng trọng lực tường đứng 22
2.2.3. Đê chắn sóng hỗn hợp 28
2.2.4. Đê chắn sóng bằng cừ, cọc 29

2.2.5. Đê chắn sóng có kết cấu đặc biệt 30
2.3. BỐ TRÍ VẬT LIỆU DỌC THEO TUYẾN ĐÊ CHẮN SÓNG 31
2.3.1. Bố trí vật liệu dọc đê chắn sóng tường đứng 31
2.3.2. Bố trí vật liệu dọc đê chắn sóng mái nghiêng 32
2.3.3. Bố trí vật liệu dọc đê chắn sóng hỗn hợp 32
2.3.4. Chọn cao trình đỉnh đê phá sóng doc theo tuyến 33

2.4. CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐÊ CHẮN SÓNG 34
2.4.1 Thi công đê chắn sóng dùng đá đổ b
ảo vệ cục bê tông 34
2.4.1.1. Thi công lớp đệm đá dưới nước 34
2.4.1.2. Thi công bè chìm cành cây 38
2.4.1.3. Thi công đê chắn sóng bằng các khối bê tông 39
2.4.2. Thi công đê dạng thùng chìm 44
2.4.2.1. Công nghệ chế tạo thùng chìm 45
2.4.2.2. Vận chuyển thùng chìm dưới nước 49
2.4.2.3. Lắp đặt thùng chìm 50
2.4.3. Những sự cố thường gặp trong thi công đê chắn sóng 52
2.4.3.1. Những sự cố thường gặp trong thi công đê chắn sóng do sự chủ quan của
con người 52
2.4.3.2. Những sự cố khách quan 53
2.5. KẾ
T LUẬN CHƯƠNG 54
CHƯƠNG III: CƠ CHẾ PHÁ HOẠI CỦA ĐÊ CHẮN SÓNG KHI CÓ
SÓNG TRÀN QUA 55
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG 55
3.2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VẬT LIỆU KHI CÓ SÓNG TRÀN QUA 55
3.2.1. Sóng tràn qua đê chắn sóng 55
3.2.2. Xác định trọng lượng các khối phủ mái 58
3.2.2.1 Các thông số ổn định 58
3.2.2.2. Độ phá hỏng của lớp gia cố 59
3.2.2.3. Các công thức xác định kích thước hoặc khối lượng khối phủ 59

3.2.3. Ổn định của khối bê tông đỉnh chống trượt và lật 65
3.2.3.1. ổn định trượt của khối bê tông đỉnh được kiểm tra với điều kiện 65
3.2.3.2. Ổn định lật được kiểm tra theo điều kiện 66
3.3. LỰA CHỌN VẬT LIỆU THÍCH HỢP KHI CÓ VẬN TỐC DÒNG CHẢY

KHÁC NHAU 67
3.3.1. Cơ chế phá hoại chính khi sóng tràn qua đê 67
3.3.2. Vận tốc dòng chảy tràn trên đỉnh đê khi bị sóng tràn qua 67
3.3.3. L
ựa chọn vật liệu thích hợp 68
3.3.3.1. Bề rộng đê chắn sóng 68
3.3.3.2. Chiều dày lớp phủ và lớp lót 68
3.3.3.3. Giới hạn chân của lớp phủ chính 69
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 70
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CẢNG HÒN LA QUẢNG
BÌNH 71
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH ĐÊ CHẮN SÓNG CẢNG HÒN LA
71
4.1.1. Sơ lược về công trình 71
4.1.2. Quy mô, đặc điểm, hạng mục công trình dự kiến hoàn thành 71
4.1.3. Hiện trạng tuyế
n đê trước sự cố 74
4.1.4. Hiện trạng công trình sau sự cố 75
4.2. TÍNH TOÁN KIỂM TRA QUÁ TRÌNH XÓI LỞ VẬT LIỆU THÂN ĐÊ VÀ
ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ 76
4.2.1. Tính toán kiểm tra chiều cao sóng tại thời điểm xảy ra sư cố 76
4.2.1.1 Giới thiệu phần mềm Mike 21 76
4.2.1.2.Phạm vi ứng dụng của MIKE 21 SW 77
4.2.1.3.Chiều cao sóng tại thời điểm xảy ra sự cố 78
4.2.2. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực củ
a kết cấu đê nối hai đảo 80
4.2.2.1. Tính toán lưu lượng nước tràn qua đỉnh đê 80
4.2.2.2. Phân tích dòng chảy tràn trên đỉnh đê 82

4.2.2.3. Tính toán lực xô ngang cục bê tông 86

4.2.3. Phân tích nguyên nhân 88
4.2.3.1. Nguyên nhân do sóng tác động và dòng chảy tràn trên mặt đê xây dựng
dở giang 88
4.2.3.2. Phân tích phá hoại ở mái đê phía biển – hỏng lớp gia cố gây trượt hoặc
lôi các viên đá bảo vệ mái 90
4.2.3.3. Phá hoại ở mái đê phía cảng (phía trong) 91
4.2.3.4. Tính toán xác định kích thức vật liệu khi xuất hiện chiều cao sóng khác
nhau xảy ra trong thi công 92
4.2.3.5. Tính kiểm tra lỗ thủng qua thân đê 94
4.2.3.6. Kiểm tra độ ổn định của vật liệu trên mái 96
4.3. ĐỀ XU
ẤT GIẢI PHÁP VỀ KẾT CẤU VẬT LIỆU 98
4.3.1. Đối với vật liệu dùng làm lõi đê 98
4.3.2. Lớp phủ mái đê 98
4.3.3. Khối chắn sóng tường đỉnh 100
4.4. GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT VÀ TRÌNH TỰ THI CÔNG ĐÊ 101
4.4.1. Thi công các cấu kiện bê tông đúc sẵn phá sóng 101
4.4.2. Thi công lõi đê 101
4.4.3. Thi công thân đê và lớp phủ bảo vệ phá sóng mái đê 102
4.4.4. Thi công khối bê tông đỉnh tường, bê tông mặt đường 102
4.4.5. Biện pháp khắc phục sự cố vỡ
đê cảng Hòn La 103
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105
1. Những kết quả đạt được của luận văn 105
2. Những tồn tại 106
3. Kiến nghị 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
PHỤ LỤC 108
Phụ lục 1: Vị trí vịnh Hòn La trên biển Đông 109
Phụ lục 2: Phạm vi mô hình nghiên cứu sóng 109

Phụ lục 3: Địa hình và lưới tính toán (regional model) 110
Phụ lục 4: Phân bố chiều cao sóng khi chưa có công trình (hướng E) 110
Phụ lục 5: Phân bố chu kỳ sóng khi chưa có công trình (hướng E) 111
Phụ lục 6: Bình đồ khúc xạ sóng khi chưa có công trình (hướng E) 111
Phụ lục 7: Phân bố hướng sóng khi chưa có công trình (hướng E) 112
Phụ lục 8: Phân bố chiều cao sóng khi có công trình (hướng NE) 112
Phụ lục 9: Phân bố chu kỳ sóng khi có công trình ( hướng NE ) 113
Phụ lục 10: Bình đồ khúc xạ sóng khi có công trình (hướng NE) 113
Phụ lục 11: Phân bố hướng sóng khi có công trình (hướng NE) 114




DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1- 1. Khu nước - bể cảng của một cảng biển đặc trưng. 3
Hình 1-2. Hai tuyến đê chắn sóng liền bờ 4
Hình 1- 3. Sơ đồ luồng tầu vào cửa cảng 5
Hình 1- 4. Cách bố trí các tuyến đê chắn và cửa cảng 6
Hình 1-5 Mô hình cảng hai tuyến đê chắn sóng liền bờ 6
Hình 1-6: Đê chắn sóng dạng hổn hợp (Nguồn internet) 11
Hình vẽ 1-7. Đê hỗn h
ợp tường đứng trên mái nghiêng 11
Hình vẽ 1-8. Đê hỗn hợp mái nghiêng bên ngoài tường đứng 12
Hình 1-9: Một số kiểu phá hoại thường gặp với đê chắn sóng dạng tường đứng 13
Hình 1-10: Các kiểu phá hoại thường gặp với đê chắn sóng mái nghiêng 14
Hình 2-1. Chân khay nước nông 19
Hình 2-2. Chân khay nước sâu 19
Hình 2- 3. Thân đê mái nghiêng bằng đá 20
Hình 2- 4. Đê mái nghiêng bằng khối hộp 21

Hình 2- 5. Đê mái nghiêng bằng khối Tetrapod 21
Hình 2- 6. Các kh
ối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng 22
Hình 2-7. Kết cấu đệm đá. 24
Hình 2-8. Kết cấu phần trên 24
Hình 2-9. Kết cấu khối rỗng 26
Hình 2-10. Một kết cấu Cyclopit điển hình. 26
Hình 2-11. Một kết cấu thùng chìm điển hình. 27
Hình 2-12. Một số kết cấu đê chuồng gỗ. 28
Hình 2-13 : Đê chắn sóng bằng cọc cừ 29
Hình 2-14: Đê chắn sóng dạng cọc bê tông cốt thép 30
Hình 2-15 Đê chắn sóng dạng cọc cừ thép 30
Hình 2-16. Mặt cắt dọc đê chắn sóng 32
Hình 2-17. Dùng sà lan tự động đổ đá lớp đệm 35
Hình 2-18 Thi công đê chắn sóng dùng cần cẩu nổi 35
Hình 2-19. Dùng ô tô tự đổ đi lên cầu phao đổ đá lớp đệm 36
Hình 2-20. Thả đá xuôi dòng 37
Hình 2-21. Thiết bị đầm rung dưới nước đầm chặt lớp đệm 37
Hình 2-22 : Thi công bè chìm trên cạn 38

Hình 2-23.Thi công bè chìm và hạ chúng xuống nước 38
Hình 2-24.Thả đá cố định bè 39
Hình 2-25. Bãi khối xếp nằm trong bán kính hoạt động của cần cẩu nổi 40
Hình 2- 26. Ván khuôn thép đục cục Tetrapod 41
Hình 2-27. Dùng giá long môn di động trên cần trục di chuyển khối xếp 41
Hình 2-28. Giá công xôn chuyển khối xếp 42
Hình 2-29. Dùng cần cẩu xếp dần từ bờ ra ngoài 43
Hình 2-30. Dùng cần cẩu nổi thả khối bê tông 43
Hình 2 - 31: Phương pháp lắp đặt kh
ối terrapod trên mái nghiêng 44

Hình 2 - 32. Đê chắn sóng bằng thùng chìm có các vách ngăn. 45
Hình 2 - 33. Mặt cắt ngang bến cảng Cái Lân. 45
Hình 2 - 34. Đúc và hạ thủy thùng chìm bằng đường triền. 46
Hình 2 - 35. Xe giá bằng tự cân bằng 48
Hình 2 - 36. Bố trí tời kéo đưa thùng chìm xuống nước 49
Hình 2 - 37. Khống chế lắp đặt khi thùng chìm kế tiếp nhau 50
Hình 2 - 38. Lắp đặt thùng chìm 51
Hình 2 - 39: Đê chắn sóng Hòn La bị cơn bão số 8 phá hủy khi đang thi công 53
Hình 3-1 Sóng tràn điển hình 56
Hình 3-2 Truy
ền sóng qua đê chắn sóng vách đứng 56
Hình 3-3 Truyền sóng điển hình 57
Hình 3- 4. Đồ thị xác định đường kính viên đá 61
Hình 3- 5. Đồ thị xác định đường kính viên đá khi S = 2 ÷ 2,5 62
Hình 3-7 Trạng thái cân bằng theo Iribarren (sóng rút) 63
Hình 3- 8. Sơ đồ xác định lực tác dụng lên khối bê tông đỉnh 66
Hình 3- 9. Sơ đồ tính toán ổn định khối bê tông đỉnh 66
Hình 4 – 1: Vị trí tuyến đập 1 và 2 72
Hình 4 - 2: Mặt cắt ngang đại diện đê chắn sóng 74
Hình 4 - 3: Hiện trạng tuyến đường đã đắp đến cao độ +2.5m 74
Hình 4 - 4: Đường đi bão Sơn Tinh (28-10-2012) 75
Hình 4 - 5: Mặt đê phía cảng bị phá hủy tiệm tiến của cửa xói thân đê 76
Hình 4 - 6: Vị trí các điểm trích rút chiều cao sóng 79
Hình 4 - 7: Hình dạng phân vùng dòng chảy tràn trên đê 83
Hình 4 - 9: Chiều cao lớp nước và vận tốc dòng chảy tràn tại khu B 85
Hình 4 - 10: Sơ đồ tính áp lực sóng 87


Hình 4 -11: Sơ đồ tính toán lực tác động lên cục bê tông dị hình 87
Hình 4 - 12: Cơ chế phá hoại đê điển hình của đê biển - Cơ chế 1, 2ª đã xảy ra và

ảnh hưởng đến ổn định của thân đê 88
Hình 4 - 13: Phân bố và độ lớn của dòng chảy tại tuyến công trình - cao trình đỉnh +2,5m
89
Hình 4 - 14: Đoạn đê bị phá hoại xói tận đáy nền và các cục bê tông dị hình một số

còn sót lại trên nền đê 89
Hình 4 - 15: Toàn cảnh tuyến đê trước khi xảy ra sự cố 90
Hình 4 - 16: Chênh lệch cột nước trong cơn sóng – Nguồn lực đủ lớn đẩy xô các
cục bê tông dị hình về phía cảng 90
Hình 4 - 17: Mặt cắt ban đầu đê chưa bị biến dạng do bào mòn vật liệu 91
Hình 4 - 18: Dòng chảy tràn đã làm dịch chuyển đá về chân dốc và tạo thành hình
thang lệch 91
Hình 4-19: Quan hệ chiề
u cao sóng và lưu lượng tràn đơn vị trên đỉnh đê 93
Hình 4-20: Quan hệ chiều cao sóng ( seri 1- m), vận tốc dòng chảy tràn ( seri 2-
m/s), và đường kính hòn đá (seri 3- m) 94
Hình 4 - 21: Lưu tốc lớn nhất tại mặt cắt 1 là 2,98 (m/s), mực nước cao nhất là
3,95m 95
Hình 4 - 22: Mô phỏng vị trí lỗ thủng 96



DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1 Phân loại đá trong thân đê mái nghiêng 20
Bảng 2.2. trọng lượng khối xếp theo chiều cao sóng 25
Bảng 3-1. Giá trị của a,b 60
Bảng 3-2. Xác định lượng đá Dba 63
Bảng 3-3 Hệ số cho công thức Iribarren 64
Bảng 3-4. Giá trị KDvới sóng H = H1/10; độ phá hỏng 0 ÷ 5% 65
Bảng 3-5. Giá trị KΔ và P 69

Bảng 4.1 : Kết quả tính toán kiểm tra trị số sóng tại 14 điểm trên công trình 79
Bảng 4.2: Bảng thống kê chi
ều cao sóng ứng với đường kính viên đá tương đương
93
Bảng 4.3: Mực nước và lưu tốc tại 4 điểm trích xuất 95
Bảng 4.4: Thông số sóng, dòng tại 4 điểm của lòng dẫn 96


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
q

:Lưu lượng đơn vị (m3/m/s)
s
i
H

:Chiều cao hiệu quả của sóng tới
s
t
H

:Chiều cao hiệu quả của sóng truyền qua
c
R

:Chiều cao lưu không đỉnh so với mực nước tĩnh (SWL)
D :Đường kính viên đá
B :Chiều rộng đỉnh đê
0 p
s

:Độ dốc sóng
S
ρ

v
W
ρ

:khối lượng riêng của vật liệu làm khối và nước
P :Độ rỗng
V :Thể tích khối gia cố
h :Độ sâu nước
M :Khối lượng viên đá
m :Hệ số mái dốc
W :Trọng lượng khối phủ
α

:Góc của sườn dốc
f :Hệ số ma sát
H

:Độ cao sóng
g

:Gia tốc trọng trường
FG
M

:Mômen chống lật do trọng lượng bản thân

FU
M

:Mômen lật do lực nâng
FH
M

:Mômen lật do lực ngang của sóng
Ru,2%
:Chiều cao sóng leo.
γ
β

:Hệ số chiết giảm do sóng tới xiên góc
γ
b

:Hệ số chiết giảm khi do đê
γ
f

:Hệ số chiết giảm do độ nhám trên mái dốc
1
MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đất nước ta với hơn 3260 km bờ biển là một thuận lợi rất lớn cho phát triển
kinh tế, song Biển cũng hàm chứa nhiều nguy cơ – đặc biệt nguy cơ xói mòn, xâm
thực, sóng thần, bão lũ do thiên tai tác động nghiêm trọng tới đời sống nhân dân,
tới phát triển kinh tế, an ninh quốc phòng.
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của

đất nước, hệ thống đê
biển, đê chắn sóng, tường kè biển đã được đầu tư xây dựng mới, cải tạo với nhiều
dạng kết cấu khác nhau để phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế, an ninh quốc
phòng và bước đầu đem lại hiệu quả nhất định. Trong quá trình xây dựng đặc điểm
chung của các công trình đó là thường xuyên gặp sự cố do thiên nhiên gây ra như

bão, lũ, xói mòn, xâm thực hoặc do khi có công trình làm thay đổi dòng chảy gây ra
xói lở nghiêm trọng làm ảnh hưởng xấu đến công trình. Các sự cố không chỉ xảy ra
khi công trình đã hoàn thành mà còn xảy ra trong cả quá trình thi công. Trong thực
tế đã có nhiều công trình trong quá trình thi công gặp phải những sự cố như sóng
tràn, xói lở gây ra nhiều thiệt hại cho nền kinh tế.
Đề tài “ Nghiên cứu cơ chế xói lở do sóng tràn qua đập phá sóng đang thi
công và giải pháp bảo vệ - Ứng dụng tính toán cho công trình c
ảng Hòn La
Quảng Bình ” là vấn đề mang tính thực tiễn, khoa học rất lớn, góp phần giải quyết
và khắc phục sự cố do sóng tràn qua đê chắn sóng trong quá trình thi công ở nước
ta.
II.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Nghiên cứu cơ chế xỏi lở do sóng tràn qua mái của đập phá sóng.
Nghiên cứu kết cấu mặt cắt ngang và bố trí vật liệu dọc theo tuyến của đập phá
sóng hợp lý.
Nghiên c
ứu biện pháp khắc phục sự cố vỡ đê chắn sóng cảng Hòn La.
Những chú ý trong khi thi công đập khi gặp sóng tràn qua đỉnh.
III.CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Phân tích, tổng hợp và kế thừa các thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu xói lở
và vận chuyển bùn cát của dòng chảy;
2
Sử dụng phần mềm MIKE21 và Delft 3D để kiểm tra các thông số thủy lực,
sử dụng công thức để tính lưu lượng tràn qua đỉnh đê và công cụ máy tính để tìm lời

giải hợp lý.
VI. MỘT SỐ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN
Đề xuất một số dạng kết cấu đê chắn sóng mang tính tối ưu và bố trí vật liệu
dọc theo tuyến đập.
Biện pháp khắ
c phục cụ thể cho sự cố vỡ đê chắn sóng cảng Hòn La.
Chú ý trong thi công khi gặp sóng tràn qua đỉnh đập.
V.CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục, tài liệu tham khảo luận văn gồm có 4
chương:
Chương 1:
Giới thiệu chung về công trình cảng, các nhân tố ảnh hưởng đến
quá trình thi công đê chắn sóng
Chương 2:
Kết cấu của đê chắn sóng và công nghệ thi công
Chương 3:
Cơ chế phá hoại của đê chắn sóng khi bị sóng tràn qua
Chương 4
: Ứng dụng tính toán cho đê chắn sóng cảng Hòn La – Quảng Bình








3
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH CẢNG, CÁC NHÂN
TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐÊ CHẮN SÓNG

1.1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH ĐÊ CHẮN SÓNG BẢO VỆ CẢNG
1.1.1: Cảng biển và công trình bảo vệ cảng
Cảng biển là một đầu mối giao thông, được kết hợp các công trình xây dựng
và thiết bị đảm bảo cho tàu đậu an toàn, đồng thời cho phép bốc dỡ hàng hoá nhanh
và thuận tiện.
Về mặt tác
động, nó chịu các yếu tố tự nhiên của động lực biển như sóng, bão,
thuỷ triều, hải lưu, nước dâng, chuyển động của bùn cát ven bờ, nước ngầm, động
đất - sóng thần Các yếu tố này so với các yếu tố tác động vào cảng sông thì mạnh
và nguy hiểm gấp nhiều lần. Về mặt quy mô hiện đại thì cảng biển vượt trội so với
cảng sông và cảng hồ, không những v
ề lượng hàng hoá, kích cỡ tầu, trang thiết bị
bốc xếp mà về tất cả các khía cạnh khác có liên quan đến cảng.
§ª ch¾n sãng
1
2
5
Kªnh dÉn
1
0
Cöa s«ng
2
3
0
1
4
3
1 - Vïng ngoμi bÓ c¶ng
(Vïng ngoμi cöa)
2 - BÓ c¶ng

3 - Vïng cöa s«ng

Hình 1- 1. Khu nước - bể cảng của một cảng biển đặc trưng.
Thông thường chỉ có vùng 1 và vùng 2, trường hợp cảng biển không tiếp cận
với cửa sông thì khuyết vùng 3.
Phân loại theo vị trí thì cảng biển được phân loại thành: cảng đảo tự nhiên,
cảng đảo nhân tạo, cảng ngoài biển hở, cảng vịnh, cảng cửa sông
Khi xây dựng cảng người ta phải chọn những vị trí nước sâu thu
ận tiện cho tàu
bè vào cảng vận chuyển hàng đồng thời phải tận dụng được điều kiện tự nhiên để
4
giảm chi phí xây dựng các hạng mục khác như đê chắn sóng, hay giảm tối thiểu
lượng bùn cát bồi lắng vào cảng
Phân loại theo tác động của sóng thì cảng biển chia làm hai loại: có đê chắn
sóng và không có đê chắn sóng. Trừ các cảng ở cửa sông và trong các vịnh kín thì
đại đa số các cảng biển trên thế giới nhất là cảng nước sâu đều có các công trình đê
chắn sóng, đê ngăn cát nhằm vươn xa ra biển.
T
ất cả các bể cảng có đê chắn sóng bảo vệ gọi là bể cảng nhân tạo. Các tuyến
đê được chọn chủ yếu phụ thuộc vào hướng sóng tác dụng, sự vận chuyển của bùn
cát, phụ thuộc vào địa hình tự nhiên của khu đất và khu nước, sao cho tận dụng tối
đa được điều kiện địa hình để giảm chi phí xây dựng cảng. Trên hình 1-2 & 1-3 là
ví dụ chọn các tuyến đê chắn sóng.
5
2
1
6
4
2
3

Hình 1-2. Hai tuyến đê chắn sóng liền bờ.
1 - Vũng cảng 2 - Đê chắn sóng 3 - Tường bảo vệ
4 - Khu đất 5 - Lạch vào cảng 6 - Khu neo tàu ngoài cảng
1.1.2. Cửa cảng và luồng tầu ra vào cảng
Luồng tầu là một tuyến đường thủy có chiều sâu và chiều rộng đủ để cho phép
chạy tầu êm thuận, một luồng tầu tốt thường có đủ các điều kiện như, tuyến luồng
tầu gần như thẳng, chiều rộng và chiều sâu đủ lớn, khi chịu tác động của các điều
kiện khí tượng, kể cả gió và dòng triều vẫn đảm bảo chạy tầu an toàn. Luồng tầu
không được song song với bờ vì tạo ra diện tích hứng gió và sóng tối đa, làm tàu dễ
bị chệch hướng khó điều khiển.
5
T
u
y
Õ
n

®
ª

c
h
Ý
n
h
Bê
T
u
y

Õ
n

®
ª

p
h
ô
BÓ c¶ng
H−
í
n
g

t
μ
u

v
μo
H
−
í
n
g

s
ã
n

g
Cöa c¶ng

Hình 1- 3. Sơ đồ luồng tầu vào cửa cảng.
Cửa cảng là nơi tầu ra vào cảng đây là gianh giới giữa khu nước lặng ở trong
cảng và khu sóng to ở ngoài cảng. Một bể cảng thương mại thường chỉ bố trí một
cửa cảng, bất đắc dĩ mới bố trí hai cửa trong các trường hợp sau:
- Quân cảng, bắt buộc phải có cửa thứ hai để tháo lui lúc nguy cấp.
- Thương cảng khi chỉ xây dựng có duy nhất một tuyến
đê đảo, mỗi cửa nằm ở
một đầu của tuyến đê.
Chiều rộng cửa cảng là chiều rộng ứng với chiều sâu có thể chạy tầu đối với
từng loại cảng là khác nhau. Đối với cảng cá chiều rộng B = 50÷70m, đối với cảng
biển nội địa B = 100÷150m, đối với cảng biển có tầu viễn dương B = 200÷300m.
1.1.3. Chức năng, vai trò c
ủa đê chắn sóng đối với công trình cảng
Chức năng của các công trình bảo vệ cảng nói chung và đê chắn sóng nói
riêng bao gồm bảo đảm độ lặng trong khu nước của cảng, duy trì chiều sâu nước,
ngăn ngừa xói bãi biển, ngăn lượng bùn cát bồi lắng vào cảng, khống chế mực nước
ở phía sau đê dâng lên khi có sóng bão, và làm giảm
sóng thần tràn vào cảng, bảo vệ các công trình cảng và khu đất khỏi bị sóng
gió, sóng bão và sóng thần.
Khi thiết kế cảng phải tính toán sao cho luồng lạch ra vào cảng của tàu là ngắn
nhất, tốc độ phát triển ngưỡng cạn vô cùng chậm hoặc bằng không, hệ thống báo
hiệu hàng hải đơn giản. Bể cảng tối ưu nhất là có diện tích hữu hiệu nhất. Muốn thế
cần dựa vào tuyến đê và hướng sóng giải các bài toán nhiễu xạ trong bể cảng bằng
mô hình toán học hoặc mô hình v
ật lý hoặc đồng thời cả hai.
6
a) Bïn c¸t vμo nhiÒu

b) Bïn c¸t vμo Ýt

Hình 1- 4. Cách bố trí các tuyến đê chắn và cửa cảng.
Đê chắn sóng cần phải bao được một vùng nước đủ rộng để cho tầu bốc xếp
hàng và leo đậu. Cửa cảng phải đủ rộng sao để cho luồng tầu chạy được dễ dàng.
Tuy nhiên khi cửa cảng rộng thì lại không tạo được độ lặng cần thiết trong khu
nước của cảng. Vì vậy khi bố trí tuyến đê ch
ắn sóng phải xem xét tất cả các yếu tố
sóng, gió, dòng vận chuyển bùn cát, chiều sâu nước và các điều kiện địa chất công
trình (Trích Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn sóng, TS. Đào Văn Tuấn
(2005) Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. Trang 1-1 ÷ 1-3)

Hình 1-5 Mô hình cảng hai tuyến đê chắn sóng liền bờ
1.1.4. Phân cấp, phân loại đê chắn sóng
Có nhiều cách để phân loại đê chắn sóng, sau đây là một số cách phân loại
thường dùng.
7
1.1.4.1. Phân cấp công trình đê chắn sóng
Cấp công trình đê chắn sóng bảo vệ cảng được xác định theo chiều cao sóng
tính toán của tần suất h1% tại chân công trình, chỗ có độ sâu lớn nhất dọc theo
tuyến đê chính (tại đầu đê sát cửa cảng):
- Cấp I, nếu h1% ≥ 7,0m là công trình đê vĩnh cửu;
- Cấp II, nếu h1% < 7,0m là công trình đê vĩnh cửu;
- Cấp III, nếu h1% < 5,0m cho đê vĩnh cửu và tất cả các đ
ê tạm.
Chỉ được phép tăng một cấp công trình đê chắn sóng so với quy định trên cho
các trường hợp sau:
Có ý nghĩa đặc biệt quan trọng (chủ quyền quốc gia, an ninh quốc phòng, xây
dựng kinh tế biển ).
Xây dựng trong điều kiện tự nhiên rất bất lợi (nền đất rất yếu, thi công gấp

trong điều kiện tự nhiên khắc nghiệt ).
Lần đầu tiên ứng dụng mộ
t loại kết cấu mới, vật liệu mới.
Ngoài cách phân cấp trên, đê chắn sóng còn được phân cấp theo độ sâu:
- Cấp I khi độ sâu H ≥ 20m;
- Cấp II khi độ sâu H < 20m.
1.1.4.2. Phân loại theo mặt bằng đê chắn sóng
Theo mặt bằng vạch các tuyến đê có thể phân loại thành:
- Đê nhô: Là tuyến đê một đầu cắm vào bờ, còn một đầu kia vươn ra xa biển
tới cửa cảng, đây là loại thườ
ng gặp và một bể cảng gồm hai đê nhô bao bọc.
- Đê đảo: là tuyến đê chắn sóng cả hai đầu đều không gắn với bờ. Nếu một bể
cảng chỉ có một tuyến đê đảo thì thường áp dụng cho vịnh với ba phía là bờ
- Đê hỗn hợp: hệ thống các tuyến đê của bể gồm cả đê nhô và đê đảo.
1.1.4.3. Phân loại đ
ê chắn sóng theo tương quan với mực nước
Theo quan điểm này đê chắn sóng được phân thành hai loại: đê ngập và đê
không ngập.
- Đê ngập (Đê chìm) có cao trình đỉnh đê thấp hơn cao trình mực nước thi
công, thậm chí còn thấp hơn cả mực nước thấp thiết kế. Loại kết cấu này xây dựng
khi bể cảng dùng làm bãi tắm hoặc chỉ ngăn cát, phù sa.
8
- Đê không ngập có cao trình đỉnh đê luôn cao hơn mực nước cao thiết kế. đối
với cảng thương mại, cảng khách, cảng thuỷ sản chỉ nên thiết kế đê không ngập.
1.4.4.4. Phân loại đê chắn sóng theo công dụng
Theo công dụng đê chắn sóng được phân thành các loại:
+ Đê dùng để chắn sóng;
+ Đê ngăn cát;
+ Đê chắn sóng - ngăn cát;
+ Đê hướng dòng;

1.1.4.5. Phân loại đê theo hình dạng mặ
t cắt ngang
Cách phân loại này là chính xác nhất vì nó phản ánh được các đặc trưng cơ
bản của kết cấu, không những về cấu tạo mà cả về phương pháp tính toán, các giải
pháp thi công. Dựa trên góc độ này kết cấu đê được phân thành:
+ Đê tường đứng trọng lực;
+ Đê chắn sóng mái nghiêng;
+ Đê chắn sóng bắng cừ, cọc;
+ Kết cấu đê hỗn hợp (nửa đứng, nửa nghiêng);
+
Đê thuỷ khí và các loại kết cấu đặc biệt khác.
(Trích Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn sóng, TS. Đào Văn Tuấn (2005)
Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. Trang 1-9 ÷ 1-11)
1.2. CÁC HÌNH THỨC VÀ DẠNG ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN
CỨU VÀ ÁP DỤNG
Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đê chắn sóng đã được nghiên cứu và áp
dụng rộng rãi để bảo vệ cho khu vực sau đ
ê tránh được các tác động của sóng. Dưới
đây là những hình thức đê chắn sóng thông dụng đã được nghiên cứu, áp dụng rộng
rãi ở Việt Nam và trên thế giới.
1.2.1. Đê chắn sóng mái nghiêng
Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng sớm nhất và được áp dụng rộng rãi
nhất. Đê chắn sóng mái nghiêng có thể được xây dựng bằng đá hoặc bằng khối bê
tông hoặc bằng cả đá và khối bê tông kế
t hợp. Đê được sử dụng ở những nơi có địa
chất không cần tốt lắm, độ sâu không quá 20m.
9
Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng rộng rãi nhằm tận dụng được các
vật liệu sẵn có, tại chỗ: đá, bêtông v.v Ngoài ra đê chắn sóng mái nghiêng còn ứng
dụng nhiều khối bêtông có hình thù kì dị nhằm tiêu hao năng lượng sóng và liên kết

với nhau. Đê mái nghiêng có các ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm:
- Tận dụng được vật liệu địa phương;
- Tiêu hao năng lượng sóng tốt, sóng phản x
ạ ít, nhất là khi mái nghiêng có độ
nhám cao;
- Nếu xảy ra mất ổn định cục bộ thì thế ổn định tổng thể vẫn khá vững chắc vì
là các vật liệu rời. Do đó đê mái nghiêng thích hợp với hầu hết các loại nền đất.
- Cao trình đỉnh đê mái nghiêng thấp hơn so với đê tường đứng;
- Công tác điều tra cơ bản nền đất ít tốn kém hơn (lỗ khoan thưa và nông);
- Công nghệ thi công đơn giản có thể kết hợp hiện đại và thủ công.
Nhược điểm:
- Tốn vật liệu gấp hai, ba lần so với đê chắn sóng tường đứng khi ở cùng một
độ sâu;
- Không thể sử dụng mép ngoài để neo cập tàu;
- Đoạn gần cửa cảng giảm bề rộng hữu ích;
- Khi muốn làm đường giao thông trên mặt đê phải dùng các khối bê tông đỉnh.
- Tốc
độ thi công chậm so với tường đứng ở cùng độ sâu.
Mặc dù có các nhược điểm trên, đê chắn sóng mái nghiêng vẫn là giải pháp
kết cấu thông dụng cho nhiều nước trên thế giới. Ở Việt nam, kết cấu đê chắn sóng
mái nghiêng có mặt tại mọi bể cảng đã thi công và đang thiết kế: Phú quý, Bạch
long vĩ, Phan thiết, Vũng áng, Chân mây, Dung quất, Liên chiểu
Dựa vào đặc điểm vật li
ệu và đặc thù cấu tạo, kết cấu đê chắn sóng mái
nghiêng được phân loại thành:
- Đê mái nghiêng bằng đá.
- Đê mái nghiêng với khối bêtông gia cố hình hộp.
- Đê mái nghiêng với các khối bêtông phức hình.
(Tham khảo TS. Đào Văn Tuấn (2005) Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn

sóng, Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. Trang 4-1)
10
1.2.2. Đê chắn sóng trọng lực tường đứng
Trong quá trình thiết kế thi công cho thấy công trình đê chắn sóng kiểu tường
đứng kinh tế hơn công trình đá đổ mái nghiêng do có hình dáng gọn nhẹ, giảm được
khối lượng các vật liệu xây dựng như đá và bê tông. Điều kiện cơ bản nhất để áp
dụng công trình kiểu tường đứng trọng lực là nền móng phải tốt. Đất nền lý t
ưởng
nhất cho công trình này là nền đá. Tuy nhiên với loại đất có khả năng chịu tải tương
đối tốt thì cũng có thể làm nền móng cho công trình trọng lực nhưng phải có biện
pháp gia cố chống xói lở ở đáy.
Mặt khác, một trong những yếu tố hạn chế khả năng thi công đê chắn sóng
trên nền đất rời là do ứng suất dưới lớp đệm đá trong móng công trình tương đố
i lớn
so với khả năng chịu tải của đất. Như vậy, công trình đê chắn sóng loại tường đứng
có thể được xác định theo các điều kiện sau:
-Trên nền đất đá mọi độ sâu.
-Trên nền đất rời với các điều kiện sau:
+ Với độ sâu lớn hơn 1,5÷2,5 lần chiều cao sóng tính toán thì đất nền trước
công trình phải được gia cố tại các v
ị trí được dự kiến sẽ bị xói;
+ Với độ sâu không quá 20÷28m (khi đó áp lực của công trình lên nền đất ở
giới hạn cho phép).
1.2.3. Đê chắn sóng hỗn hợp
Là đê chắn sóng kết hợp giữa hai kết cấu đập mái nghiêng và tường đứng. Đê
chắn sóng hỗn hợp được xây dựng ở độ sâu lớn hơn 20m. Hoặc trong trường hợp
cần làm giảm áp lực sóng lên tườ
ng đứng. Đê hỗn hợp khắc phụ nhược điểm và
phát huy ưu điểm của đê trọng lực và mái nghiêng. Đê mái nghiêng tốn nhiều vật
liệu nhưng có thể xây dựng trên nhiều loại nền đất, đê trọng lực tốn ít vật liệu nhưng

yêu cầu nền đất tốt.
11

Hình 1-6: Đê chắn sóng dạng hổn hợp (Nguồn internet)
Đê hỗn hợp bao gồm tường đứng trên mái nghiêng, trong đó phần mái
nghiêng chiếm quá nửa độ sâu đóng vai trò như lớp đệm khổng lồ. Phần tường đứng
trên có cấu tạo hoàn toàn như đê tường đứng bình thường.

Hình vẽ 1-7. Đê hỗn hợp tường đứng trên mái nghiêng.
- Trong trường hợp muốn giảm áp lực sóng lên tường đứng ngườ
i ta làm mái
nghiêng bên ngoài tường đứng.
biÓn
c¶ng
12

Hình vẽ 1-8. Đê hỗn hợp mái nghiêng bên ngoài tường đứng.
Ngoài ba loại đê chắn sóng cớ bản trên thì còn một số loại đê chắn sóng khác
như đê chắn sóng bằng cọc và cừ, đập đinh, đê chắn sóng hấp thụ khối sóng thẳng
đứng, đê chắn sóng thùng chìm hấp thụ sóng
1.3.MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
THI CÔNG ĐÊ CHẮN SÓNG
Đê chắn sóng là một gi
ải pháp công trình nhằm tiêu tán, phản xạ một phần
năng lượng sóng biển. Với đê chắn sóng ở các cảng, nó có nhiệm vụ tạo ra một khu
nước tương đối yên tĩnh, phù hợp với yêu cầu khai thác cảng, đảm bảo an toàn cho
việc neo cập tàu thuyền để làm hàng hoặc phục vụ neo trú tàu thuyền khi biển động.
Các tác động chính của môi trường lên đê chắn sóng gồm: áp lực thủy tĩnh, áp lực
sóng, va
đập của tàu thuyền, tác động của dòng chảy, thiết bị đi lại, động đất, sóng

thần và một số tác động khác v v. Một trong các tác động quan trọng lên kết cấu
này trong suốt quá trình hoạt động của công trình là tác động của sóng biển.
Các loại lực tác động do sóng biển gây ra có thể là: áp lực sóng đứng, áp lực
sóng nhiễu xạ, áp lực sóng vỡ, áp lực sóng đổ, áp lực sóng leo, áp lực đẩy nổi…Tùy
theo hình dạng và hình th
ức kết cấu, vị trí công trình mà các lực tác dụng do sóng
tạo ra có thể khác nhau. Đối với các loại đê chắn sóng với các dạng mặt cắt khác
nhau, vấn đề hư hỏng cũng không giống nhau.
1.3.1. Thời điểm và hình thức hư hỏng đê chắn sóng
Thời điểm hư hỏng

c¶ng
biÓn
13
Các sự cố hư hỏng công trình ven biển xảy ra ở 2 thời điểm:
Hư hỏng khi đang thi công trình dở dang công trình. Tại thời điểm này công
trình chưa hoàn thành chưa đạt tần suất thiết kế mà sảy ra các thông số sóng, gió đạt
tần suất thiết kế công trình sẽ bị hư hỏng.
Hư hỏng sau khi công trình đã hoàn thành. Khi các thông số sóng, gió, động
đất vượt tần suất thiết kế sẽ
gây hư hỏng cho công trình.
Hư hỏng có thể xảy ra đối với một điểm, một đoạn hoặc toàn bộ công trình ở
một bộ phận, nhiều bộ phận hoặc tất cả các bộ phận.
1.3.2. Cơ chế hư hỏng đê chắn sóng
1.3.2.1. Hư hỏng đối với đê chắn sóng tường đứng

Hình 1-9: Một số kiểu phá hoại thường gặp với đê chắn sóng dạng tường đứng
- Kết cấu tường đứng của đê chắn sóng có thể bị trượt do trọng lượng bản
thân thiết kế không đủ, ma sát của lớp tiếp giáp không tốt.
- Phần dưới của đê chắn sóng bị lún, không đủ ổn định để đỡ thân đê.

- Lật phần tường đứ
ng trên đê, trọng lượng thiết kế không đủ, nền đê bị lún.
- Xói chân đê do phần bảo vệ không tốt.
- Phá hoại nền do địa chất không tốt, chưa có biện pháp công trình phù hợp
xử lý gia cố nền. (Tham khảo Công trình bảo vệ bờ biển và đê chắn sóng, TS.
Đào Văn Tuấn (2005) Khoa công trình thủy, Trường đại học Hàng Hải. Trang 3-1)
1.3.2.2. Hư hỏng đối với đê chắn sóng mái nghiêng
a).Hư hỏng thường gặp nhất chính là mất ổn định khối gia cố bảo vệ mái (có các
hình thức gia cố mái khác nhau)