Hướng dẫn thiết kế đê biển sản phẩm có nhiều tiến bộ về khoa học và công nghệ - Lê Xuân Doanh

Nội dung text: Hướng dẫn thiết kế đê biển sản phẩm có nhiều tiến bộ về khoa học và công nghệ - Lê Xuân Doanh

1. H¦íNG DÉN THIÕT KÕ §£ BIÓN S¶N PHÈM Cã NHIÒU TIÕN Bé VÒ KHOA HäC Vµ C¤NG NGHÖ PGS.TS Lê Xuân Roanh ThS. Lê Tuấn Hải Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Nước ta có đường bờ biển dài trên 3200KM trong đó hệ thống đê biển được xây dựng ở nhiều đoạn khác nhau, độ an toàn khác nhau. Hiện nay tài liệu 14TCN 130-2002 được xem là tiêu chuẩn chính làm cơ sở để thiết kế và thẩm định thiết kế. Trong quá trình áp dụng tài liệu này đã bộc lộ một số bất cập. Cuốn hướng dẫn thiết kế đê biển của chương trình KHCN xây dựng đê biển và công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển đã có những thay đổi rất lớn về quan điểm, phương pháp tính toán. Bài viết này giới thiệu những thành tựu công nghệ mới áp dụng trong tiêu chuẩn thiết kế như: chọn cấp công trình, tiêu chuẩn an toàn, chọn tuyến, lựa chọn kết cấu bảo vệ, tính toán tham số thiết kế, công nghệ xử lý nền đất yếu, tính toán ổn định 1. MỞ ĐẦU tỉnh thành ven biển nhằm nghiên cứu điều kiện Việt Nam có đường bờ biển dài trên 3200 biên thiết kế, cơ sở khoa học công nghệ và đề km, trên đó đã có nhiều đoạn được xây dựng xuất giải pháp bảo vệ đường bờ trước tình hình đường đê bảo vệ. Tuy vậy cũng còn nhiều đoạn biến đổi khí hậu, nước biển dâng một cách chủ chưa hình thành tuyến đê. Hàng năm có nhiều động, an toàn và kinh tế. Bài viết này giới thiệu trận bão đổ bộ vào khu vực ven biển, gây thiệt những điểm mới trong cuốn hướng dẫn thiết kế hại khá lớn đến tài sản của người dân vùng ven đê biển và công trình bảo vệ bờ biển trên cơ sở biển. Đê biển được xây dựng qua nhiều thời kỳ, của các kết quả nghiên cứu khoa học của 10 đề chất lượng khác nhau, sự an toàn của đê trước tài thực hiện trong thời gian gần 5 năm với sự bão lũ đang là vấn đề cần được xem xét. Mặt hỗ trợ rất lớn của chuyên gia dự án Hà Lan. khác trong nhiều năm gần đây, thời tiết khí hậu Nội dung hướng dẫn thiết kế đê biển được thay đổi nhiều, đặc biệt xu thế nước biển dâng. soạn thảo lần này khá công phu có sự tham gia Khi nước biển dâng cao lên, kết hợp với gió lớn của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước, trong bão- đó là điều kiện bất lợi đối với an toàn của các nhà quản lý trung ương và địa phương, của đê và công trình ven bờ. của các cán bộ chuyên môn về quy hoạch và Chúng ta đã có tài liệu hướng dẫn thiết kế đê quản lý tài nguyên biển, của nhiều nhà chuyên biển 14TCN 130-2002, ban hành năm 2002. môn làm trong lãnh vực thiết kế, thi công, quản Đây là tài liệu cơ bản giúp tư vấn thiết kế tính lý vận hành. Nội dung của tài liệu kỹ thuật này toán ổn định công trình bảo vệ đường bờ. Qua gồm: 9 chương, 4 phụ lục, trình bày rất công quá trình sử dụng tài liệu này đã bộc lộ những phu, thể hiện tính khoa học, hiện đại và rát bất cập. Chính vì vậy đã đến lúc chúng ta cần thuận tiện cho tư vấn áp dụng. nâng cấp, chỉnh sửa tài liệu hướng dẫn này để 2. NHỮNG ĐIỂM MỚI TRONG CUỐN giúp tư vấn thiết kế, cán bộ thẩm định và cơ SOẠN THẢO HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ ĐÊ quan phê duyệt có cách nhìn tổng quát và khoa BIỂN LẦN NÀY học hơn trong thiết kế công trình bảo vệ bờ 2.1 Phương pháp luận nghiên cứu biển. Phương pháp luận nghiên cứu của các đề tài Chương trình NCKH xây dựng đê biển và phục vụ cho viết hướng dẫn được thực hiện trên công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển giai tinh thần khoa học khách quan. Việc thiết kế kết đoạn I và II thực hiện từ 2007 đến 2011 cho 28 cấu được dựa theo lý thuyết độ tin cậy để lựa 62
2. chọn. Như vậy tất cả quá trình thiết kế được xác (a) Xác định tiêu chuẩn an toàn lập trên cơ sở lý thuyết tần suất lựa chọn, không Tiêu chuẩn an toàn (TCAT) được xác định ràng buộc điều kiện cứng trước đây. Ví dụ phần trên cơ sở kết quả tính toán bài toán tối ưu xét tính toán thiết kế phải dựa trên tiêu chuẩn an tới mức độ rủi ro về kinh tế, khả năng tổn thất toàn để xác định. Kích thước các kết cấu bảo vệ về con người của vùng được đê bảo vệ và khả đê được thiết kế theo các nghiên cứu khoa học năng đầu tư xây dựng. TCAT được thể hiện gần đây của thế giới, đặc biệt là của Hà Lan. bằng tần suất thời kỳ lặp lại (năm). Kết quả 2.2 Nội dung đổi mới trong hướng dẫn thiết được tóm tắt trong bảng sau. kế đê biển lần này Bảng 1: Tiêu chuẩn an toàn Tiêu chuẩn an toàn (TCAT) Vùng (chu kỳ lặp lại: năm) Vùng đô thị công nghiệp phát triển - Diện tích bảo vệ > 100.000 ha 125 - Dân số >200.000 người Vùng nông thôn có công, nông nghiệp phát triển : - Diện tích bảo vệ: 50.000  100.000 ha 100 - Dân số: 100.000  200.000 người Vùng nông thôn, nông nghiệp phát triển - Diện tích bảo vệ:10.000 -50.000 ha 50 - Dân số: 50.000 – 100.000 người Vùng nông thôn nông nghiệp phát triển trung bình: - Diện tích bảo vệ: 5.000 – 10.000 ha 30 - Dân số: 10.000 – 50.000 người Vùng nông thôn nông nghiệp ít phát triển: - Diện tích bảo vệ: < 5.000 ha 10<TCAT<30 - Dân số : < 10.000 người (b) Xác định cấp đê (c) Xác định tuyến đê Phân cấp trước đây về đê biển là 5 cấp, song Tuyến đê được xác định trên cơ sở của tính cấp cao nhất là đặc biệt. Soạn thảo lần này đề nghị toán an toàn và thỏa mãn điều kiện kinh tế. giữ 5 cấp song cấp được xếp từ cao xuống đến Hướng dẫn trước đây chỉ đề cập điều kiện cơ bản thấp như sau: cấp I, cấp II, cấp III, cấp IV và cấp chọn tuyến và chỉ có 1 tuyến. Trong hướng dẫn V với chu kỳ lặp lại tương ứng bảng 3 trên. lần này đưa ra tiêu chí chọn tuyến với nhiều điểm Bảng 2: Tiêu chí phân cấp đê khác biệt và có thể đê có 2 tuyến song song cho đoạn đê đặc biệt Trong trường hợp này chiều Cấp đê I II III IV V cao tuyến I có thể giảm đi, song phải thiết kế TCAT thêm hệ thống tiêu thoát lượng nước tràn qua (chu kỳ lặp 125 100 50 30 10<TCAT<30 tuyến thứ nhất, nằm trong phần trữ của tuyến I và lại: năm) II. Ngoải ra tuyến đê có thể kết hợp đường giao thông ven biển, tuyến đê qua vùng cồn cát, vùng Khi áp dụng bảng 2 nếu tuyến đê còn giữ vai đô thị, thân thiện môi trường, hành lang an toàn trò quan trọng về an ninh, quốc phòng và vị trí phù hợp phát triển kinh tế đất nước đều được đề quan trọng khác có thể tăng lên một cấp. cập trong hướng dẫn lần lần này. 63
3. (d) Thiết kế mặt cắt đê biển và chọn cao cơ sở phải bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật và kinh trình đỉnh đê tế. Các bộ phận cấu thành của mặt cắt ngang Mặt cắt và kết cấu đê biển được xác định trên được mô tả qua hình 2 dưới đây. Hình 1: Sơ đồ mặt cắt đê biển Về tổng thể, sơ đồ mặt cắt đê biển gồm các Cao trình đỉnh được xác định qua công thức sau: thành phần sau: (1) Bảo vệ ngoài chân kè, (2) * Trường hợp sóng không tràn Chân kè, (3) mái dưới phía biển, (4) Cơ đê phía Zđp = Ztkp + Rslp + a (1) biển, (5) Mái trên phía biển, (6) Đỉnh đê, (7) Trong đó: Mái trong, (8) Thiết bị thoát nước phía đồng, (9) Zđp - cao trình đỉnh đê thiết kế (m). Kênh tiêu nước phía đồng, (10) Thân đê, (11) Ztkp - cao trình mực nước thiết kế (MNTK), Nền đê và (12) Phần chuyển tiếp giữa các bộ là cao trình mực nước biển ứng với tần suất thiết phận của đê ( nếu có). kế (tổ hợp của tần suất mực nước triều và tần Việc xác định cao trình đỉnh đê được dựa suất nước dâng do bão gây ra) tra phụ lục A của theo quan điểm lý thuyết sóng tràn và không tài liệu hướng dẫn. tràn qua đỉnh. Khi tràn cần giới hạn lưu lượng Rslp - Độ cao lưu không của đỉnh đê trên cho phép đối kết cấu bảo vệ mái phía đồng và MNTK tính theo sóng leo thiết kế (m), xác định đỉnh đê để quyết định. theo điều kiên tính toán; RHslp/ m0 p 1,75  b  f  0 khi 0,5 < b0 < 1.8 (2) 1,6 RHslp/ m0 p   f (4,3 ) khi 1,8 < b0 < 8 10 (3) 0 Trong đó: Các thông số tính toán này được hướng dẫn Hm0p - Chiều cao sóng thiết kế tại chân công chi tiết trong phụ lục tính toán. Độc giả có thể trình (Hm0p = Hsp) (m) tra cứu và tính toán theo hướng dẫn. Hsp - Chiều cao sóng ứng với tần suất thiết kế; a - Trị số gia tăng độ cao, có kể đến điều 0 – Chỉ số tương tự sóng vỡ; kiện nước biển dâng.  - tính hệ số chiết giảm do sóng tới xiên * Trường hợp sóng tràn qua đỉnh đê. góc; Việc xác định cao trình đỉnh đê được dựa f - Hệ số chiết giảm do độ nhám trên mái dốc; theo mức độ tràn cho phép qua đỉnh và được b - hệ số chiết giảm khi có cơ đê. tính toán qua các công thức sau: 64
4. q 0,67 Rc p 1   .exp 4,3 khi b0 ≤ 2 (4) 3 tan b 0 H      gH m0 m0 0 b f v q Rc p 1 0,2.exp 2,3 khi 2 7 (6) 3  H 0,33 0,022.  gH m0 f m0 0 Trong đó: - Giải pháp thay thế lớp đất yếu khi chiều q: Lưu lượng tràn đơn vị (l/s/m); dày không lớn. Rc p : Độ lưu không đỉnh đê trên MNTK tính - Giải pháp thoát nước kẽ rỗng, tăng chỉ theo sóng tràn (m); xác định bằng phương tiêu cơ lý của đất nền: dùng bấc thấm kết hợp với băng cát đệm. pháp thử dần thông qua q và Rc p ; - Giải pháp gia cường sức chống cắt của  : Hệ số chiết giảm do tường đỉnh. v nền: Sử dụng vải địa kỹ thuật như là cốt trong H , H ,  ,  ,  và  - xem phần mo sp 0  f b thân đê, bè mảng nơi tiếp giáp tại mặt nền và trên. thân đê. Thiết kế theo tính toán trường hợp thứ hai: - Giải pháp tăng sức chịu tải của nền bằng sóng tràn là khái niệm hoàn toàn mới ở nước cọc cát. ta. Trong cuốn hướng dẫn 14TCN 130-2002 - Giải pháp đắp cố kết giai đoạn. tính toán chiều cao đê dựa trên tiêu chí chọn Những giải pháp này được trình bày trong cấp gió, mực nước triều thiết kế và không cho phụ lục E trong đó hướng dẫn chi tiết chỉ ra tràn. Thực tế trong khi bão nước tràn qua đỉnh tiêu chuẩn thiết kế, kiểm tra ổn định và công đê, gây xói lở mái phía đồng và cuối cùng đê nghệ thi công. vỡ. Như vậy quan niệm thiết kế trước đây đã 3. KẾT LUẬN không hoàn toàn phù hợp. Với chiều cao đỉnh Thiết kế đê biển an toàn, kinh tế, phù hợp đê của miền bắc trung bình 5,5m không thể với phát triển kinh tế đất nước trong khi đó coi là không tràn được. chức năng đảm nhận đa mục đích- đó là vấn (e) Xử lý nền đất yếu và công nghệ thi đề rất lớn trong cải tiến nội dung, phương công đê trên nền đất yếu pháp luận và tính toán thiết kế. Tất cả những Phần nhiều các tuyến đê biển được xây yêu cầu trên sẽ được đề cập trong soạn thảo dựng trên nền bồi tích, sức chịu tải của nền là lần này. Chúng ta chờ đón sản phẩm này vào yếu. Soạn thảo lần này đã đưa ra nhiều giải cuối năm 2011. pháp xử lý hữu hiệu. Sau đây là những giải pháp đề xuất trong hướng dẫn: Tài liệu tham khảo 1) Le Xuan Roanh (2007), Emergency closing sea-dike breaches due to storms, Proceeding - Vietnam- Japan Estuary Workshop, Hochiminh city 20st, August, 2007; 2) Le Xuan Roanh (2009), Seadike design-Practice and experiences in Vietnam (2009), APAC 2009 in Singapore, ISBN-13 978-981-4287-99-9(pbk). 65
5. 3) Le Xuan Roanh ( 2009), Những điểm khoa học chính của chương trình đê biển giai đoạn I; Báo cáo tổng kết KHCN 5 năm 2005-2009, ĐHTL. 4) Các báo cáo tiến độ của Văn phòng chương trình đê biển (từ 2007 đến 2010); 5) Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho chương trình củng cố, bảo vệ và nâng cấp đê biển, (Quyết định số 57/QĐ-BNN-KHCN ngày 08/01/2010 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn). Abstract SEADIKE DESIGN GUIDELINE - SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL ADVANTAGES Vietnam has more than 3200KM coastal line of which the quality and safety of dike are different from section to section. The sea dike design guideline 14TCN 130-2002 is basic document for design and review. In practice this document has been appeared some disadvantages. The Sea Dike Design Guideline based on the results of scientific research topics of science and technology program for sea dike and hydraulic works on the estuaries projects is already replaced the old one and it includs many new things such as choosing project classification, safety standards, selecting root, materials of dike, stability calculation, boundary conditions, etc. 66