Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình và giải pháp thi công công trình bảo vệ bờ biển xóm rớ tỉnh phú yên

1

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại khoa sau đại học trường Đại học
Thủy Lợi Hà Nội. Được sự dạy bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo các trong
trường, sự cộng tác của các cơ quan chuyên môn và các bạn bè cộng sự với sự nỗ
lực phấn đấu của bản thân tác giả đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, chun
ngành Cơng trình với nội dung: “Nghiên cứu lựa chọn hình thức cơng trình và
giải pháp thi cơng cơng trình bảo vệ bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú n”
Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cán bộ hướng dẫn khoa học là thầy
giáo GS.TS Lê Kim Truyền – người đã giành nhiều thời gian chỉ bảo, hướng dẫn để
tơi có thể hồn thành được luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Cơng trình, Khoa Kỹ
thuật Biển đã truyền đạt nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại
trường Đại học Thủy Lợi.
Cuối cùng tác giả xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã tạo
điều kiện giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian thực hiện luận văn.
Do cịn hạn chế về trình độ chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế chưa
nhiều nên trong q trình thực hiện luận văn khơng tránh khỏi những sai sót. Tác
giả rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cơ giáo và sự góp ý chân thành
của các bạn bè đồng nghiệp để tác giả có thể hồn thiện hơn kiến thức của mình.
Hà Nội, ngày 05 tháng 11 năm 2015
Tác giả

Phạm Phú Đạt


2

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Phạm Phú Đạt

Học viên lớp: 21C11
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Những nội dung và kết
quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình khoa học nào.
Tác giả

Phạm Phú Đạt


3

MỤC LỤC


4

DANH MỤC HÌNH VẼ


5

DANH MỤC BẢNG


6

MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Bờ biển nước ta có chiều dài hơn 3200 km, dọc theo chiều dài bờ biển tập
trung những khu công nghiệp lớn như: Khu kinh tế Nghi Sơn – Thanh Hóa, khu

kinh tế Vũng Áng – Hà Tĩnh, khu kinh tế Dung Quất – Qng Ngãi … Ngồi ra cịn
có các khu dân cư và khu du lịch như: Vịnh Hạ Long – Quảng Ninh, Sầm Sơn –
Thanh Hóa, Nha Trang - Khánh Hịa … Các khu cơng nghiệp và khu du lịch trên có
ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển kinh tế xã hội của nước ta.
Theo chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020, mục tiêu phát triển biển được
Nghị quyết Đảng ta nêu rõ: Đến năm 2020, phấn đấu đưa nước ta trở thành quốc gia
mạnh về biển, làm giàu từ biển, bảo đảm vững chắc chủ quyền, quyền chủ quyền
quốc gia trên biển, đảo, góp phần quan trọng trong sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện
đại hóa, làm cho đất nước giàu, mạnh.
Mặt khác do biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang làm cho bờ biển có xu
thế bị xói lở vì thế cơng tác gia cố bảo vệ bờ biển là hết sức quan trọng, cần thiết và
đảm bảo an toàn cho sự phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng.
Những năm gần đây, xóm Rớ ở phường Phú Đơng (TP. Tuy Hịa - Phú n)
ln trong tình trạng bị nước biển xâm thực, ảnh hưởng rất lớn đến đời sống người
dân. Nhiều gia đình phải bỏ đi nơi khác, số cịn lại thì sống trong cảnh thấp thỏm lo
sợ.
Theo người dân, khoảng 5 ÷ 7 năm trước, khu dân cư xóm Rớ nằm cách bờ
biển gần 200 mét, nay chỉ còn cách hơn 30m. Mặc dù đã có kè chống xói lở bờ biển
nhưng từ năm 2003 đến nay hệ thống kè này vẫn bị xâm thực do thường xuyên xuất
hiện triều cường cao hàng chục mét và diễn biến ngày càng phức tạp gây sạt lở trở
lại, ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của nhân dân trong vùng.
Hiện nay Ban quản lý dự án thủy lợi và phòng chống thiên tai tỉnh Phú Yên
phối hợp với UBND TP.Tuy Hòa đã thực hiện việc định vị, cắm mốc biển báo khu
vực đang bị sạt lở, khẩn trương di dời các hộ dân trong khu vực đã và đang tiếp tục
bị sạt lở, uy hiếp bởi triều cường để đảm bảo an toàn cho người dân.


7

Trước thực trạng đã nêu, đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn hình thức cơng trình

và giải pháp thi cơng cơng trình bảo vệ bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú n” là cấp thiết.
1.2 Mục đích của đề tài
Nghiên cứu lựa chọn hình thức cơng trình và giải pháp thi cơng cơng trình bảo vệ
bờ biển xóm Rớ tỉnh Phú n.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng: bờ biển Tuy Hòa tỉnh Phú Yên
Phạm vi nghiên cứu: Giai đoạn lập dự án
1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Cách tiếp cận:
Từ kết quả nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, mức độ xói lở vùng bờ và
đặc điểm thủy hải văn của khu vực từ đó tính tốn kiểm tra đưa ra hình thức cơng
trình bảo vệ bờ và lựa chọn thời gian, giải pháp thi công hợp lý.
Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp thống kê, khảo sát đánh giá hiện trạng.
- Phương pháp điều tra đo đạc, quan sát thực tế, điều tra hiện trường...
- Phương pháp so sánh lựa chọn tối ưu.
- Phương pháp phân tích tổ hợp.
- Phương pháp chuyên gia, tranh thủ ý kiến của các nhà khoa học, các nhà quản lý
có kinh nghiệm.
1.5 Cấu trúc luận văn
Nội dung chính gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC VÀ KẾT CẤU
CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ BIỂN XÓM
RỚ TỈNH PHÚ YÊN


8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN
1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung và sự tác động của nó đến cơng trình
1.1.1 Đặc điểm sóng biển miền Trung
Vùng thềm lục địa miền Trung từ vĩ tuyến 11 0 đến 180 Bắc (Từ Thanh Hóa đến
Khánh Hịa). Vùng biển miền Trung có địa hình phức tạp, bề mặt gồ ghề, tương đối
dốc và sâu. Sơng ngịi ngắn và dốc nên mực nước giữa các mùa chênh lệch nhau rất
lớn dẫn đến lượng phù sa bồi đắp cho đường bờ không thường xuyên. Địa chất khu
vực chủ yếu là cát và một phần đá xen kẽ nhô ra biển nhưng mang tính khơng đều,
có nơi vẫn tồn tại những chỗ đất yếu. Do địa chất khá phức tạp nên khi xây dựng
các cơng trình bảo vệ bờ ở đây cần phải thận trọng và thăm dò khảo sát địa chất
cơng trình theo đúng quy định.
Khu vực miền Trung nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt
trong năm là: Mùa hè nóng ẩm và mùa đông khô lạnh. Mùa đông chịu ảnh hưởng
của gió mùa Đơng Bắc lạnh và khơ kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Mùa
hè có nắng nóng, nhiệt độ cao với sự ảnh hưởng chủ yếu là gió mùa Tây Nam. Mưa
ở đây cũng hình thành 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa kéo dài từ tháng 6 đến tháng 11 và
mùa khô là từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau.
Thủy triều khu vực miền Trung có tính chất hỗn hợp thiên về nhật triều, trong tháng
thủy triều ở đây có hầu hết các loại nhật triều, bán nhật triều và hỗn hợp. Trong các
vùng biển thì chế độ sóng và dịng chảy phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ gió ở vùng
đó do vậy theo các mùa khác nhau thì chế độ sóng và dịng chảy cũng khác nhau.
Vào thời kỳ gió mùa Đơng Bắc, đường bờ chịu tác động trực tiếp của sóng hướng
Đơng Bắc. Thời kỳ gió mùa Tây Nam thì sóng hướng Đơng Nam sẽ chiếm ưu thế.
1.1.2 Phân loại sóng và sự tác động của nó lên cơng trình
Sóng biển là yếu tố hải văn chủ yếu tác động trực tiếp đến cơng trình bảo vệ bờ. Các
yếu tố sóng biển như: chiều cao, chiều dài, chu kỳ … là những đặc trưng quan trọng
ảnh hưởng trực tiếp đến công trình bảo vệ bờ. Ta có thể căn cứ đặc điểm của sóng
mà phân ra các loại như sau:
- Nguyên nhân hình thành (sóng gió, sóng triều, sóng động đất …)

9

- Tính chất lực tác dụng (sóng mao dẫn và sóng trọng lực)
- Tính chất của chuyển động (sóng đi tới, sóng trùng hợp trong đó có sóng trùng
hợp tồn phần là sóng đứng và sóng trùng hợp một phần, sóng giao thoa, sóng khúc
xạ, sóng nhiễu xạ, sóng phản xạ, sóng vỡ, sóng xây-sơ)
- Độ sâu nước (sóng nước sâu và sóng nước cạn)
- Chiều sài sóng (Sóng dài với chu kỳ lớn và sóng ngắn với chu kỳ bé)
- Thời điểm tác dụng (sóng cưỡng bức và sóng lừng)
- Vị trí so với mặt nước (sóng mặt và sóng nội)
- Tính chất đường mặt sóng (sóng 2 chiều và sóng 3 chiều, sóng đều và sóng khơng
đều, sóng dao động bé và sóng dao động lớn)
Trong số các loại sóng trên thì sóng gió được coi là đối tượng chính cần xem xét
trong thiết kế xây dựng cơng trình biển, đặc biệt là sóng do gió bão (sóng bão) và
sóng lừng (sóng nằm ngồi trường gió)
Sóng gió thường là sóng khơng đều, ngắn, có tính ngẫu nhiên. Sự hình thành
sóng từ gió phụ thuộc vào tốc độ gió, thời gian gió thổi và đà gió tức chiều dài gió
tác dụng lên mặt nước. Các yếu tố của sóng gió ln biến đổi theo thời gian và
khơng gian. Hướng sóng cũng ln biến đổi nhưng hướng chính thì ln phù hợp
với chiều gió. Khi tới vùng nước nơng, năng lượng sóng chuyển thành dịng chảy
dọc bờ và gây nên hiện tượng vận chuyển bùn cát ven bờ.
Sóng bão được hình thành trong vùng có bão và chúng thường rất phức tạp.
Tại một thời điểm, có rất nhiều chiều cao sóng khác nhau, sóng dường như xuất
hiện đột ngột và biến mất đột ngột. Sở dĩ mà sóng bão phức tạp như vậy là do bão
không chỉ đơn giản tạo nên một loại sóng mà là tạo nên tồn bộ phổ sóng với một
dải các giá trị chu kỳ và chiều cao sóng khác nhau. Tuy vậy, khi sóng di chuyển ra
khỏi vùng có bão thì chúng lại trở nên đều đặn và phát triển thành sóng lừng, (swell
wave), đây là các sóng có chiều cao và khoảng cách giữa các đỉnh sóng đồng đều
nhau. Ở trạng thái đều đặn này, một con sóng có thể nối tiếp các con sóng đơn khác

trên một quãng đường dài đáng kể khi chúng lan truyền qua đại dương. Sóng lừng
có vai trị truyền năng lượng qua đại dương tới bờ biển, tại đó các sóng bị vỡ do ảnh


10

hưởng của ma sát đáy và giải phóng năng lượng mà nó mang theo trong vùng sóng
vỡ.
Sóng thần là sóng do động đất tạo ra, được đặc trưng bởi bước sóng rất dài
(hàng trăm km) và chu kỳ sóng tính bằng phút chứ khơng phải tính bằng giây.
Thơng thường những loại sóng này là do động đất ở những độ sâu lớn (>1km) và di
chuyển một quãng đường rất dài mà sự giảm chiều cao sóng khơng đáng kể. Sóng
thần cũng như động đất rất khó dự báo trước. Về mặt nguyên tắc, nó cũng cần được
xem xét đến trong thiết kế mặc dù tiêu chuẩn an toàn trong trường hợp này sẽ
không cho lời giải kinh tế.
1.1.3 Hiện trạng và xu thế xói lở bờ biển miền Trung
Q trình bồi xói đường bờ ở khu vực miền Trung diễn biến theo các mùa khác
nhau nhưng xu thế xói là chiếm ưu thế. Do địa hình địa mạo khúc khuỷu, răng cưa
nhiều vũng vịnh và bán đảo đá gốc nên hiện tượng xói lở chủ yếu là ở các vùng cửa
sơng với quy mơ nhỏ, cường độ xói từ yếu đến trung bình.
Vùng biển ở đây ít được che chắn và lại chịu ảnh hưởng của bão lũ nhiều nhất cho
nên q trình xói lở bờ biển ở khu vực này xảy ra rất mạnh mẽ. Trong những năm
gần đây, các hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra ngày càng dữ dội, gia tăng cả về
tần suất lần cường độ. Ngoài ra việc khai thác bùn cát của con người trên các lưu
vực sông tăng mạnh, việc xây dựng các đập thủy điện và hồ chứa ở thượng nguồn
dẫn đến lượng bùn cát bồi đắp cho bờ biển bị thiếu hụt. Hệ quả là hiện tượng xói lở
bờ biển ngày càng trở nên mãnh liệt gây nhiều thiệt hại về kinh tế và ảnh hưởng lớn
đến đời sống của các khu dân cư ven biển.
Q trình xói lở đang diễn ra trên hầu hết bờ biển với mức độ (cường độ và tốc độ)
khác nhau. Q trình xói lở đang diễn ra tại hầu hết các kiểu cấu tạo bờ: nền đá gốc,

sỏi cát, bùn sét, bùn, cát … song chủ yếu là bờ cát. Đáng chú ý là một số đoạn bờ đã
có các cơng trình chỉnh trị (như đê, kè, trồng cây …) vẫn tiếp tục bị xói. Số đoạn bị
xói có xu thế tăng rõ rệt trong thời gian từ năm 1930 trở lại đây.
1.2 Đặc điểm cơng trình bảo vệ bờ biển
Bờ biển là địa bàn, là căn cứ địa của tất cả các hoạt động khai thác tài
nguyên biển, canh giữ và bảo vệ lãnh thổ, lãnh hải của đất nước. Việc quy hoạch để


11

hình thành từng bước các trung tâm kinh tế biển theo hướng phát triển tổng hợp
phải gắn liền với việc bảo vệ bờ biển.
Cơng trình bảo vệ bờ biển được thực hiện với những phương pháp và kết cấu
rất đa dạng, có thể phân ra 2 loại hình chủ yếu là: Giải pháp phi cơng trình và giải
pháp cơng trình.
1.2.1. Giải pháp phi cơng trình – giải pháp “mềm”
1.2.1.1 Trồng rừng ngập mặn
Có tác dụng chống xói lở, giữ bùn cát đặc biệt là khả năng giảm năng lượng của
sóng cao. Do đó có thể hạn chế xói lở bờ biển và bảo vệ được các cơng trình phía
trong dẫn tới việc đường bờ dần tiến tới ổn định. Đây là giải pháp “thân thiện” với
mơi trường, có tác dụng hiệu quả và mang tính chất “bền vững” nhất.
Tuy nhiên chỉ thích hợp khi trồng tại khu vực bờ biển thoải hoặc có bãi, chiều cao
sóng và biên độ triều nhỏ.

Hình 1.1 Rừng cây ngập mặn
1.2.1.2 Ni bãi
Đây là một giải pháp đang được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới và tương đối
tốt với các khu vực bờ biển đang có hiện tượng xói lở. Biện pháp này khá linh động
và phù hợp với chiến lược bảo vệ mơi trường. Bù đắp lượng cát bị xói lở bãi biển từ
các nguồn cát ở trong đất liền hoặc ngoài biển.Vốn đầu tư ban đầu không lớn, thời

12

gian thi công nhanh, giải pháp kỹ thuật đơn giản và có kết quả ngay, khơng gây ảnh
hưởng tới khu vực lân cận, tới cảnh quan môi trường, rất phù hợp với các bãi biển
du lịch.
Tuy nhiên kích thước vật liệu dùng để nuôi dưỡng bãi sẽ làm thay đổi q trình vận
chuyển tự nhiên của dịng ven bờ. Q trình này cần được lặp lại thường xun nên
nếu tính trong một thời đoạn dài thì phương pháp này cũng khá tốn kém. Hơn nữa,
phương pháp này thường được kết hợp với giải pháp cơng trình khác như đập mỏ
hàn cho nên kinh phí lại trở thành cao. Phương pháp cũng chưa được ứng dụng rộng
rãi trên phạm vi cả nước.

Hình 1.2 Ni bãi từ tàu nạo vét bơm thổi cát và nuôi bãi trực tiếp bằng hệ thống
đường ống tại bờ biển
1.2.1.3 Trồng cây trên cồn cát dọc bờ
Có tác dụng hạn chế cát bay, cát nhảy, xói lở, tăng bồi tụ đất ven biển, hạn chế xâm
nhập mặn, ngăn cản các chất thải rắn trôi ra biển, bảo vệ đê điều, đồng ruộng, nơi
sống của người dân ven biển trước sự tàn phá của gió bão, sóng thần và nước biển
dâng …
Tuy nhiên các dải đất cát, cồn cát ven biển phần lớn là những vùng đất khô hạn
nghèo dinh dưỡng, thiếu nước tưới, khí hậu khắc nghiệt … Vì vậy có rất ít loại cây
chịu được với điều kiện khắc nghiệt trên nên phải có các giải pháp kĩ thuật, chế độ
chăm sóc và bảo vệ phù hợp.


13

Hình 1.3 Rừng cây trên cồn cát dọc bờ

1.2.2 Giải pháp cơng trình – giải pháp “cứng”
Đây là giải pháp xây dựng các cơng trình bảo vệ (gần bờ hoặc xa bờ) nhằm
mục đích bảo vệ khu vực phía bên trong cơng trình. Giải pháp này phù hợp trong
điều kiện việc đầu tư xây dựng các cơng trình bảo vệ bờ có chi phí thấp hơn nguồn
lợi thu được từ khu vực đó hoặc là những vị trí có vai trị quan trọng về an ninh –
quốc phịng, vùng đơng dân cư.
Giải pháp cơng trình có tác động trực tiếp tới các tác nhân gây ra tai biến và
hạn chế thiệt hại cho một khu vực cụ thể một cách toàn diện nhất. Tuy nhiên, giải
pháp này thường tốn kém, đơi khi có thể gây ra các tác động xấu cho khu vực khác.
Do đó, nhất thiết phải có tính toán chi tiết trước khi lựa chọn phương án cụ thể.
Thông thường người sử dụng kết hợp nhiều biện pháp khác nhau để khắc phục
những điểm yếu của mỗi biện pháp.
1.2.2.1 Đê biển
Có tác dụng ngăn chặn nước biển xâm nhập vào các vùng thấp trong đất liền khi
xuất hiện bão, nước dâng, triều cường. Lấn biển, mở mang vùng đất mới tạo điều
kiện cho phát triển dân sinh kinh tế của khu vực. Đây là giải pháp chính để bảo vệ
bờ và đã được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam (từ Quảng Ninh đến Quảng Nam).
Tuy nhiên đê biển khơng có tác dụng chống xói lở đường bờ trong trường hợp xói
lở gây ra bởi dịng ven.


14

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo mặt cắt ngang của đê biển
1.2.2.2 Gia cố bờ (kè biển)
Có tác dụng chống lại sự phá hoại của các yếu tố biển làm sạt lở đường bờ và tạo
cảnh quan môi trường.
Tuy nhiên cũng như đê biển thì cơng trình gia cố bờ (kè biển) khơng ngăn cản được
xói lở thường xun, về lâu dài dòng ven này sẽ gây hư hại chân cơng trình gây mất
ổn định và trượt mái cho nên phải sử dụng kết hợp với giải pháp ngăn chặn sự vận

chuyển bùn cát của dòng ven bờ để đạt hiệu quả tối ưu.

Hình 1.5 Mặt cắt ngang điển hình kè biển
1.2.2.3 Hệ thống đập mỏ hàn (Đập đinh)
Có tác dụng chống xâm thực bãi biển do mất cân bằng tải cát của dịng chảy dọc bờ,
gây bồi phía thượng lưu đập mỏ hàn, tôn tạo bãi và chống bồi lấp cửa sơng. Chi phí
đầu tư ban đầu và chi phí sửa chữa ở mức trung bình và đang được áp dụng nhiều
tại Việt Nam.


15

Tuy nhiên theo quy luật cân bằng bùn cát, phần hạ lưu của cơng trình này thường bị
xói nên cần phải kết hợp với các giải pháp bảo vệ khác như ni bãi hay cơng trình
đê kè để bảo vệ vùng hạ lưu.

Hình 1.6 Hệ thống đê mỏ hàn chắn cát
1.2.2.4 Đê chắn sóng bờ (đê ngầm)
Có tác dụng làm tiêu hao một phần năng lượng sóng trước khi sóng tác dụng lên
đường bờ, làm giảm tốc độ dòng vận chuyển bùn cát dọc bờ dẫn đến gây bồi tạo
bãi.
Tuy nhiên kinh phí xây dựng ban đầu tốn kém, chi phí sửa chữa cao, phía hạ lưu
đập chắn song thường bị xói lở mạnh, gây ảnh hưởng tới cảnh quan môi trường đặc
biệt là du lịch. Mặt khác, thiết kế khá phức tạp và điều kiện thi cơng rất khó khăn.
Hiện tại đang được thử nghiệm và chưa đưa vào ứng dụng rộng rãi ở nước ta.

Hình 1.7 Hệ thống đê chắn sóng dọc bờ
1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam
Biển và đại dương chiếm một diện tích khá lớn trên bề mặt trái đất (khoảng 75%)
chứa nhiều tài nguyên vô cùng phong phú nhưng chưa được khai thác nhiều, trong

khi đó nguồn tài nguyên trên phần lục địa đã được khai thác gần như cạn kiệt.


16

Trước tình hình đó, nhiều nước ven biển trên thế giới đã đua nhau tiến công ra biển
nhằm khai thác sử dụng tiềm năng phong phú của biển để phát triển nền kinh tế
nước mình. Để khai thác sử dụng nguồn tài nguyên biển phục vụ cho kinh tế xã hội
thì cần phải có cơ sở hạ tầng kỹ thuật trên biển, trong đó các cơng trình bảo vệ bờ
chiếm một phần rất quan trọng. Các loại cơng trình biển được xây dựng trong điều
kiện tự nhiên vô cùng phức tạp, sóng to gió lớn, địa hình biến đổi khơng ngừng theo
thời gian và khơng gian, địa chất có nhiều biến đổi theo vùng và mang tính đột biến.
Hệ thống cơng trình bảo vệ bờ được xây dựng nhằm bảo vệ đường bờ tránh khỏi
những tác động của lũ lụt và thiên tai từ biển. Vì tính chất quan trọng đó mà những
nghiên cứu về cơng trình bảo vệ bờ ở trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia có biển
đã có một lịch sử phát triển rất lâu đời. Tuy nhiên tùy thuộc vào các điều kiện tự
nhiên và trình độ phát triển của mỗi quốc gia mà các hệ thống cơng trình bảo vệ bờ
phát triển ở những mức độ khác nhau.
1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ngày nay ở các nước như Hà Lan, Mỹ, Nhật … với sự phát triển của khoa học công
nghệ, vật liệu mới và máy móc thi cơng hiện đại đã xây dựng được các hệ thống
cơng trình kiên cố nhằm chống lại những ảnh hưởng từ biển với tần suất hiếm.
Trước đây quan điểm thiết kế đê biển truyền thống ở các nước châu Âu là hạn chế
tối đa sóng tràn qua do vậy cao trình đỉnh đê rất cao nhưng rủi ro khi xảy ra sự cố
thì hậu quả là rất lớn.
Trong những năm gần đây, tư duy và phương pháp luận thiết kế đê biển ở các nước
phát triển đã và đang có sự biến chuyển rõ rệt. Giải pháp kết cấu, chức năng và điều
kiện làm việc của đê biển được đưa ra xem xét một cách chỉnh thể hơn theo quan
điểm hệ thống, bền vững và hài hịa với mơi trường.
Về cấu tạo hình học và kết cấu: Khi xây dựng hoặc nâng cấp đê lên rất cao để chống

(khơng cho phép) sóng tràn qua thì dẫn đến cơng trình rất đồ sộ, gây ảnh hưởng đến
cảnh quan của vùng bờ. Tuy nhiên vẫn có thể bị hư hỏng do áp lực sóng lớn dẫn tới
thiệt hại khơn lường. Thay vào đó ta có thể xây dựng để chịu được sóng tràn qua đê,
nhưng khơng thể bị vỡ. Tất nhiên khi chấp nhận sóng tràn cũng có nghĩa là chấp


17

nhận một số thiệt hại nhất định ở vùng phía sau được bảo vệ, tuy nhiên so với
trường hợp vỡ đê thì thiệt hại trong trường hợp này là khơng đáng kể. Đặc biệt là
nếu như một khoảng không gian nhất định phía sau ta quy hoạch thành vùng đệm đa
chức năng để thích nghi với điều kiện bị ngập ở một mức độ và tần suất nhất định.
Đây chính là cách tiếp cận theo quan điểm hệ thống, lợi dụng tổng hợp, và bền
vững vùng bảo vệ bờ ComCoast (Combining Functions in Coastal Defence Zone,
xem www.ComCoast.org) của liên minh Châu Âu (Hình 1.5). Như vậy thay vì một
con đê biển như một dải chắn nhỏ thì chúng ta sử dụng cả một vùng bảo vệ ven biển
mà có thể sử dụng tổng hợp.

Hình 1.8 Đê biển chịu sóng tràn ORD
Bên cạnh các giải pháp về mặt kết cấu chống sóng tràn thì cấu tạo hình dạng mặt cắt
ngang đê đóng vai trị quan trọng đối với đê an tồn cao trong việc đảm bảo ổn định
đê, tăng cường khả năng chống xói do dịng chảy (sóng tràn), và đặc biệt là kiến tạo
khơng gian cho các mục đích lợi dụng tổng hợp của đê và vùng đệm phía sau đê
Song song với gia cố chống sóng tràn cho mái đê phía trong thì các giải pháp cho
mái kè phía biển nhằm đảm bảo an toàn của đê biển dưới tác động của sóng bão
cũng rất quan trọng. Hàng loạt các dạng kết cấu mái kè phía biển có khả năng ổn
định trong điều kiện sóng lớn nhưng thân thiện với môi trường sinh thái đã được
nghiên cứu áp dụng với sự đẩy mạnh ứng dụng kết hợp công nghệ vật liệu địa kỹ
thuật tổng hợp. Xu thế chung hiện nay các dạng cấu kiện khối phủ không liên kết có
dạng hình cột trụ đang được áp dụng rộng rãi cho mái kè. Ưu điểm nổi bật đã được

chứng minh của dạng cấu kiện này là có hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao hơn so với


18

các dạng kết cấu truyền thống khác như liên kết mảng hoặc tấm mỏng thể hiện qua
các mặt như mức độ ổn định cao, tính năng bảo vệ linh động với biến dạng nền, dễ
thi công và bảo dưỡng, và khả năng thân thiện tốt với môi trường.
Về điều kiện làm việc và tương tác giữa tải trọng với công trình: Đây chính là
những giải pháp nhằm giảm thiểu các tác động của tải trọng lên cơng trình, đặc biệt
là của sóng. Có thể phân chia các giải pháp này thành hai nhóm chính: một là tơn
tạo, giữ bãi thềm trước đê và giải pháp cơng trình nhằm giảm sóng hoặc cải thiện
điều kiện tương tác sóng và cơng trình.
Nhóm giải pháp thứ nhất, chủ yếu tập trung vào giảm thiểu các tác động của sóng
trong điều kiện bình thường, có thể là các giải pháp mềm thân thiện với mơi trường
như ni dưỡng bãi (chống xói giữ bãi đê, chân đê), trồng rừng ngập mặn (giảm
sóng tăng bồi lắng), hoặc giải pháp cứng như áp dụng hệ thống kè mỏ hàn, hoặc đê
chắn sóng xa bờ để giữ bãi. Tuy vậy các giải pháp này không thể áp dụng rộng rãi
mà còn phụ thuộc điều kiện cụ thể ở từng vùng.
Nhóm giải pháp thứ hai, các biện cơng trình được áp dụng với mục đích giảm sóng
từ xa (làm sóng vỡ một phần trước khi tới cơng trình) hoặc cản sóng trên bờ nhằm
thay đổi tính chất tương tác giữa sóng với cơng trình theo hướng giảm tác động bất
lợi lên cơng trình. Hình 1.6 và hình 1.7 lần lượt minh họa các giải pháp giảm sóng
xa bờ và trên bờ thuộc nhóm giải pháp thứ hai nhằm cải thiện điều kiện làm việc,
nâng cao mức độ an toàn của đê biển.

Hình 1.9 Dải ngầm giảm sóng xa bờ


19

Hình 1.10 Giải pháp cản sóng phù hợp với cảnh quan trên mái đê biển ở Norderney
(biển Bắc, nước Đức)
Như vậy có thể thấy rằng trong những năm gần đây phương pháp luận thiết kế và
xây dựng đê biển trên thế giới đã có nhiều chuyển biến rõ rệt. Đê biển đang được
xây dựng theo xu thế chống đỡ với tải trọng một cách mềm dẻo và linh động hơn,
do đó đem lại sự an tồn, bền vững, thân thiện với mơi trường và đặc biệt là có thể
lợi dụng tổng hợp.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Đê biển Việt Nam được hình thành từ rất sớm nhằm bảo vệ sản xuất nông nghiệp và
nuôi trồng thủy hải sản. Các tuyến đê biển được tạo thành từ những vùng đất rộng
lớn cơ bản kép kín cùng với đê sơng, hằng năm các tuyến đê biển vẫn được củng cố
nâng cấp. Mặc dù có lịch sử lâu đời về xây dựng đê biển nhưng phương pháp luận
và cơ sở khoa học cho thiết kế đê biển ở nước ta còn lạc hậu, chưa bắt kịp với
những tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới. Bên cạnh đó phương pháp và cơng
nghệ thi cơng đê biển cịn chậm tiến bộ, ít cơ giới hóa.
Hiện nay các cơng trình bảo vệ bờ biển điển hình như ở Hải Phịng (Đồ Sơn, Cát
Hải), Nam Định (Hải Hậu, Nghĩa Hưng), Thái Bình (Thái Thụy, Tiền Hải), Thanh
Hóa (Hậu Lộc, Hoằng Hóa) … đang bị phá hủy từng ngày với nhiều nguyên nhân.


20

Nguyên nhân chủ quan như thiết kế chưa đưa ra các giải pháp tối ưu tính tốn đầy
đủ các yếu tố bất lợi đến cơng trình (địa hình, địa chất, các yếu tố tác dụng lên cơng
trình … ), thi công chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra (độ chặt đầm
nén đất, chất lượng bê tông … ). Nguyên nhân khách quan như các diễn biến bất
thường của thời tiết kèm theo những yếu tố cực đoan (nước biển dâng, bão … )
Gần đây, các tiến bộ mới trong kỹ thuật thiết kế và xây dựng đê biển ở trên thế giới
đã được nghiên cứu áp dụng với điều kiện cụ thể của nước ta. Trong đó đặc biệt là

khái niệm sóng tràn lần đầu tiên được xem xét là một tải trọng quan trọng nhất
trong tính tốn thiết kế đê biển và đã được đưa vào Hướng dẫn thiết kế đê biển mới
thay cho tiêu chuẩn ngành 14TCN-130-2002. Các thí nghiệm sóng tràn qua đê biển
trên mơ hình vật lý máng sóng ở Trường ĐH Thủy Lợi đã chứng tỏ việc áp dụng
các phương pháp tính tốn sóng tràn tiên tiến đang được áp dụng phổ biến hiện nay
trên thế giới như TAW (2002) cho điều kiện ở Việt Nam là hoàn toàn phù hợp. Bên
cạnh đó, được sự giúp đỡ của các chuyên gia Hà Lan trong khuôn khổ dự án phối
hợp nâng cao năng lực đào tạo ngành Kỹ thuật Biển ở Trường Đại học Thủy Lợi,
lần đầu tiên một máy xả sóng đã được chế tạo tại Việt Nam với mục tiêu thử
nghiệm đánh giá khả năng chịu sóng tràn của đê biển nước ta.
Gần đây việc nghiên cứu áp dụng một số công nghệ vật liệu mới như Consolid, kết
cấu neo địa kỹ thuật ... nhằm gia tăng ổn định của đê biển hiện có cũng đã được đề
cập đến ở một số đề tài nghiên cứu cấp bộ và nhà nước. Mặc dù vậy khái niệm đê
an toàn cao thân thiện với mơi trường vẫn cịn khá mới mẻ ở nước ta và chưa có
cơng trình nghiên cứu áp dụng.
Như vậy có thể thấy rằng tuy là muộn nhưng việc áp dụng và cập nhật các tiến bộ
khoa học kỹ thuật trên thế giới vào công tác xây dựng đê biển ở nước ta đã có
những bước tiến đáng kể. Tuy nhiên cần phải đẩy mạnh hơn nữa những cơng trình
nghiên cứu khoa học để áp dụng một cách hiệu quả các thành tựu này vào trong
điều kiện thực tiễn đặc thù của nước ta.


21

Kết luận chương 1
Cơng trình bảo vệ bờ biển có tầm quan trọng to lớn và ảnh hưởng trực tiếp
đến kinh tế - xã hội, quốc phòng an ninh của đất nước. Với hình thức kết cấu đa
dạng, làm việc trong môi trường rất phức tạp, luôn phải chịu những tác động mạnh
của mơi trường biển như sóng gió, thủy triều … những tác động đó là một q trình
thường xun liên tục, ngồi ra cịn các yếu tố khác tác động lên cơng trình như tác

động xâm thực ăn mịn, lực do sóng của tàu thuyền gây ra … Đó chính là các tác
nhân chính gây hư hỏng cơng trình và biến dạng đường bờ. Việc nghiên cứu, nắm
rõ bản chất của các yếu tố tác dụng lên đường bờ sẽ giúp ta đưa ra được phương án
bảo vệ bờ đạt hiệu quả nhất từ đó đề ra phương án tổ chức và công nghệ thi công
hợp lý.
Bờ biển Việt Nam nói chung và bờ biển miền Trung khu vực Phú Yên nói
riêng là những khu kinh tế có vị trí quan trọng đối với phát triển kinh tế xã hội nước
ta. Hiện nay một số nơi có xu hướng xói lở đường bờ gây ảnh hưởng lớn đến sự
phát triển kinh tế xã hội của vùng. Đặc điểm tự nhiên của vùng bờ biển miền Trung
có ảnh hưởng đến các giải pháp bảo vệ bờ. Có rất nhiều giải pháp bảo vệ bờ biển
như các giải pháp “mềm”, giải pháp cơng trình “cứng”. Lựa chọn giải pháp nào cho
phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội là những nội dung cần nghiên cứu để
đảm bảo cơng trình làm việc ổn định lâu dài, đáp ứng được yêu cầu hiện tại cũng
như trong thời gian sắp tới của khu vực.


22

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC VÀ KẾT CẤU
CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ BIỂN
2.1 u cầu và xác định lực tác dụng vào cơng trình bảo vệ bờ
2.1.1 Tính tốn xác định mực nước triều thiết kế
Mực nước triều cao thiết kế thông thường được xác định theo phương pháp tính
tốn tần suất mực nước triều cao nhất năm. Mỗi năm đo được hơn 700 số liệu ứng
với đỉnh triều vùng bán nhật triều và hơn 360 ở vùng nhật triều. Tập hợp các số liệu
đỉnh triều trong một năm đó có coi một cách gần đúng là một liệt các biến số ngẫu
nhiên. Số hạng lớn nhất trong liệt đó là mực nước triều cao nhất năm. Nếu có n năm
số liệu mực nước triều, sẽ có n số hạng lớn nhất. Vì các số hạng mực nước lớn nhất
là cực trị, phân bố xấc suất của nó là phân bố cực trị. Trong liệt n trị số mực nước
triều cao nhất năm, gọi tần suất xuất hiện của mực nước bằng hoặc cao hơn một trị

số nào đó là P(%), chu kỳ lặp (cũng gọi là hoàn kỳ, hay số năm xuất hiện trở lại) là
T(năm) là:
(2-1)
Mực nước có T = 50 năm (), thì , có nghĩa là mực nước bằng hoặc lớn hơn có khả
năng xuất hiện hàng năm là 2%, xác xuất không xuất hiện hàng năm là (1 - P%)
Giả thiết thiết kế đê biển cho thời hạn sử dụng N năm thì trong niên hạn sử dụng
của nó, xác suất xuất hiện mực nước nhỏ hơn là:
(2-2)
F là suất an tồn. Cịn trong thời gian sử dụng, suất nguy hiểm có thể gặp là:
(2-3)
Nếu thời gian sử dụng N = 50 năm ta có thể tính ra, suất an tồn để đê biển khơng
gặp mực nước (50 năm xuất hiện 1 lần) chỉ có 36,4%, cịn suất nguy hiểm là
63,6%.
2.1.2 Tính tốn các yếu tố sóng do gió
2.1.2.1 Tính tốn các số liệu về gió dùng để tính sóng


23

- Tốc độ gió
Tốc độ gió dùng để tính tốn sóng là đo tốc độ gió lấy trung bình trong 10 phút tự
ghi của máy đo gió ở độ cao 10m trên mặt nước.
(2-4)
Trong đó:
– Tốc độ gió thực đo, lấy trung bình trong 10 phút và với tần suất quy định
– Hệ số tính lại tốc độ gió đo được bằng máy đo gió
(2-5)
– Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước
+ Khi đo trên bãi cát bằng phẳng
+ Khi đo trên các loại địa hình A, B, C trị số lấy theo Bảng 2.1

– Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m trên mặt nước, xác định
theo Bảng 2.2
Bảng 2.1 Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước
Tốc độ gió
(m/s)
10
15
20
25
30
35
40

Giá trị của ở các loại địa hình
A
1,10
1,10
1,09
1,09
1,09
1,09
1,08

B
1,30
1,28
1,26
1,25
1,24
1,22

1,21

C
1,47
1,44
1,42
1,39
1,38
1,36
1,34


24

Ghi chú:
- Dạng địa hình A ứng với các địa hình trống trải (bờ biển, hồ bờ trống trải,
đồng cỏ, đồng cỏ có rừng thưa hay rừng non).
- Dạng địa hình B ứng với á vùng thành phố, kể cả ngoại ơ, các vùng rừng
rậm và các địa hình tương ứng có các vật chướng ngại phân bố đều khắp, với chiều
cao các chướng ngại cao hơn 10m so với mặt đất.
- Dạng địa hình C ứng với các khu thành phố với các nhà cao hơn 25m.
Bảng 2.2 Hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10m
Khoảng cách giữa máy
đo gió và mặt nước

Khoảng cách giữa máy
đo gió và mặt nước

5

6

7

8

9

10

11

12

1,14

1,11

1,07

1,04

1,02

1,00

0,98

0,97

13

14

16

17

18

19

20

0,96

0,95

0,93

0,92

0,91

0,90

0,89

15
0,94

- Đà gió
Đà gió được xác định tùy theo tình hình thực tế ở địa điểm dự báo
+ Nếu địa điểm dự báo là vùng nước hẹp, đà gió D được xác định theo phương pháp
đồ giải “đà gió tương đương” Hình 2.1
(2-6)
- Trước hết, từ vị trí dự báo vẽ một đường thẳng theo hướng gió chính (tia xạ
chính). Đường này có i = 0, α = 0º.
- Tiếp theo, trong phạm vi ± 45º ở hai phía tia xạ, cứ cách 7,5º vẽ một tia xạ, góc
của chúng = 7,5i. khoảng cách tia xạ từ điểm tính tốn đến bờ đối diện là . Đà gió
tương đương là trị số trung bình hình chiếu của tất cả các trị số lên tia xạ chính.


25

Hình 2.1: Xác định đà gió tương đương
- Đối với vùng khơng có yếu tố địa hình hạn chế, giá trị trung bình của đà gió D(m)
đối với một tốc độ gió tính tốn W(m/s) cho trước, được xác định theo cơng thức:

D = 5.1011

ϑ
w

(2-7)

Trong đó:∂ là hệ số nhớt động học của khơng khí, lấy bằng
- Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22TCN-222-95 được xác định theo Bảng 2.3
Bảng 2.3 Giá trị lớn nhất của đà gió Dmax theo 22TCN-222-95
W (m/s)

20

25

30

40

50

Dmax (km)

1.600

1.200

600

200

100

Chú ý:
Tốc độ gió tính tốn khi đà gió nhỏ hơn 100km được phép xác định theo số liệu
quan trắc thực tế đối với tốc độ gió cực đại hàng năm, khơng xét đến độ dài thời
gian có gió.