Một số giải pháp kết cấu trong xây dựng đê lấn biển áp dụng cho tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công

                           PGS.TS Trần Đình Hòa, ThS. Trần Minh Thái, KS. Ngô Thế Hưng,

                   KS. Vũ Tiến Thư, KS. Bùi Cao Cường, ThS. Vũ Quốc Công

                    Viện Thủy công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

TÓM TẮT

              Biến đổi khí hậu và nước biển dâng, tình trạng xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt, úng ngập,…đã và đang là vấn đề cấp bách đe dọa nhiều nơi, nhiều vùng lãnh thổ trên thế giới. Việt Nam là một trong những nước được đánh giá là chịu ảnh hưởng nặng nền nhất của biến đổi khí hậu – nước biển dâng. Việc nghiên cứu xây dựng các công trình đê lấn biển nhằm chủ động phòng chống và giảm nhẹ các tác hại của nước biển dâng là rất quan trọng và cần thiết đối với nhiều vùng, miền ở Việt Nam. Tuy nhiên, giải pháp xây dựng đê biển như thế nào để vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vừa phù hợp với điều kiện thực tế mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao là những vấn đề cần phải được xem xét nghiên cứu một cách kỹ lưỡng. Bài báo xin giới thiệu một số giải pháp kết cấu đê lấn biển được nghiên cứu áp dụng cho ý tưởng xây dựng tuyến đê biển từ Vũng Tàu đến Gò Công và có thể áp dụng cho các dự án khác với điều kiện tương tự

.
ABSTRACT

            Climate change and sea level rise, salt intrusion, fresh water shortage, inundation, etc. are being urgent problems threatening many areas and territories in the world. Vietnam is one of the countries which are considered the most severely affected by climate change - sea level rise. The study of dike constructions for sea encroaching in order to actively prevent and mitigate the impacts of sea level rise is very important and necessary for many areas and regions in Vietnam. However, which dike construction solution that both ensures the technical requirements, and appropriates to the actual conditions bringing high technical economic efficiency is the problem need to be carefully considered and studied. The article introduces a number of encroaching dike structure solutions studied and applied to the idea of constructing sea dikes from Vung Tau to Go Cong and can be applied to other projects under similar conditions.

I.                  GIỚI THIỆU CHUNG

I.1. Vị trí công trình:

Tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công có điểm bắt đầu từ Gò Công (Tiền Giang) và kết thúc tại vị trí gần với Vũng Tàu (cách Vũng Tàu 5km). Tổng chiều dài tuyến đê khoảng 28Km, chiều sâu trung bình khoảng 6,5km. Đây là một dự án tổng thể, đa mục tiêu, nó bao gồm nhiều hạng mục công trình như: Hệ thống đê biển, các công trình cống kiểm soát triều, hệ thống Âu thuyền, hệ thống cầu giao thông trên đê v.v…Mỗi hạng mục công trình đảm nhiệm một chức năng, nhiệm vụ riêng biệt, nhưng luôn đảm bảo sự thống nhất chung về mặt tổng thể cho toàn bộ công trình.

Hình 1: Vị trí tuyến đê biển nhìn từ Google Earth

I.2. Một số đặc điểm chính của tuyến công trình:

Công trình đê lấn biển nói chung và công trình đê biến tuyến Vũng Tàu – Gò Công nói riêng có đặc điểm chung lớn nhất là đều được xây dựng mới trên nền đất yếu. Với đặc điểm cơ bản đó sẽ dẫn tới một số đặc điểm cơ bản khác về mặt kỹ thuật cần phải hết sức quan tâm khi nghiên cứu đề xuất, tính toán kết cấu công trình cũng như giải pháp thi công. Đó là:

- Nền móng xây dựng công trình yếu và mới.

- Phần lớn chiều dài tuyến đê chịu sự tác động của sóng, gió từ cả hai phía (ngoài biển vào và trong bờ ra) với tải trọng lớn hơn và phức tạp hơn rất nhiều so với các tuyến đê biển thông thường.

- Chiều cao của đê lớn (tính từ nền đê lên đến đỉnh đê).

- Điều kiện thi công, vật liệu thi công công trình gặp nhiều khó khăn.

II. MỘT SỐ GIẢI PHÁP KẾT CẤU XÂY DỰNG ĐÊ LẤN BIỂN

II.1. Giải pháp 1: Đê có lõi bằng vật liệu tại chỗ kết hợp gia cố nền và mái:

a. Cấu tạo và điều kiện áp dụng:

Thân đê được cấu tạo bởi rọ đá kết hợp với đá hộc đổ trong nước, cát bơm từ lòng hồ lên được tận dụng làm lõi đê. Mái đê được thiết kế với m=3-:-5 và có thể bố trí cơ đê theo từng độ sâu thích hợp. Phần mái đê phía biển được bảo vệ trước tác động của sóng biển bằng các kết cấu Tetrapods trọng lượng 8-:-10 tấn hoặc cấu kiện Accropode.

Trong một số trường hợp có thể gia cố nền đê bằng cọc xi măng đất, cọc cát hoặc thay lớp đất nền v.v…để tăng sức chịu tải của đất nền

Đỉnh đê có chiều rộng từ 30-:-50m tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu kết hợp làm đường giao thông đi lại. Trên đỉnh đê phía biển bố trí tường chắn sóng, hệ thống lan can bảo vệ và một số hệ thống phụ trợ khác.

                                                     Hình 2: Cắt ngang kết cấu đê biển dạng 1
- Điều kiện áp dụng: Với phương án này có thể áp dụng cho các khu vực có địa chất nền không cần tốt lắm, phù hợp với hầu hết các loại đất nền. Tuy nhiên, cũng chỉ nên áp dụng khi độ sâu cột nước < 20m.

          
b. Ưu nhược điểm:

* Ưu điểm:

- Tận dụng được vật liệu có sẵn, khả năng ổn định tổng thể vững chắc, thích hợp với hầu hết các loại đất nền.

- Tiêu hao năng lượng sóng tốt, sóng phản xạ ít.

-  Công nghệ thi công đơn giản, có thể kết hợp hiện đại và thủ công.

* Nhược điểm:

+ Khối lượng vật liệu dùng để đắp đê là rất lớn. Trong điều kiện cột nước sâu thì phương án này không phù hợp.

+ Tốc độ thi công chậm hơn so với các phương án tường đứng ở cùng độ sâu, trong quá trình thi công phải tính toán đến vấn đề lún và cố kết theo thời gian.

+ Giá thành công trình cao.

II.2. Giải pháp 2: Đê biển bằng tường cừ kết hợp với cọc xiên:

a. Cấu tạo và điều kiện áp dụng:

Hệ thống cọc ly tâm BTCT đường kính từ 100-:-120cm được đóng sát nhau tạo thành một tường cừ có tác dụng ngăn chặn sự xâm nhập của thủy triều. Để đảm bảo và tăng cường sự ổn định của tường cừ có thể sử dụng hệ thống cọc xiên bằng cọc ống thép hoặc cọc bê tông dự ứng lực đóng cách nhau từ 5-:-10m tùy thuộc vào việc tính toán các thông số đầu vào.

Mặt đê kết hợp làm cầu công tác trong quá trình vận hành, chiều rộng khoảng từ 3-:-5m; có cấu tạo bằng các dầm bê tông cốt thép đúc sẵn và được lắp ghép sau khi đã thi công xong hệ thống cọc thân đê.

Dưới chân hàng cọc cừ được gia cố bằng vật liệu đá hộc đổ trong nước kết hợp với cấu kiện Tetrapods, vừa có tác dụng ổn định cho thân đê, vừa có tác dụng chống xói cho toàn bộ hệ thống công trình.

                
                                           

                                                           Hình 3b: Mặt bằng cấu tạo hàng cọc

- Điều kiện áp dụng: Thường áp dụng trong trường hợp tuyến đê chỉ sử dụng cho mục đích thủy lợi, ngăn triều, không kết hợp giao thông trên đê.

b. Ưu nhược điểm:

         Với phương án này thì thi công đơn giản hơn, thời gian thi công nhanh và giá thành công trình thấp hơn so với các phương án khác.

Tuy nhiên, với phương án này đòi hỏi thiết bị thi công phải chuyên dụng và kỹ thuật thi công phức tạp hơn. Đồng thời, bề rộng mặt đê và khả năng chịu lực đứng của phương án này hạn chế, do đó chỉ thích hợp khi không đòi hỏi kết hợp với giao thông đi lại trên mặt đê. Một vấn đề nữa là khi chênh lệch cột nước trong và ngoài đê lớn thì phương án này cũng không phải là sự lựa chọn phù hợp nhất.

II.3. Giải pháp 3: Đê bằng hệ thống các xà lan bê tông cốt thép nối tiếp nhau

a. Cấu tạo và điều kiện áp dụng:

+ Cấu tạo: Tuyến đê biển được cấu tạo từ các đơn nguyên Xà lan ghép lại với nhau, các đơn nguyên này có kích thước BxH khoảng 25x50m được thi công tại các bãi đúc đã bố trí sẵn, sau đó được di chuyển và hạ chìm tại vị trí công trình trước khi được bơm đầy cát để giữ ổn định trượt.

+ Trước khi hạ chìm các xà lan, nền công trình được xử lý đảm bảo ổn định về mặt chịu lực đồng thời phải đảm bảo tương đối bằng phẳng. Trong trường hợp cần thiết, nền đê có thể được gia cố bằng cọc xi măng đất, cọc cát hay một số giải pháp thông thường khác để tăng khả năng chịu tải của đất nền.

+Để đảm bảo ổn định và làm giảm các ảnh hưởng của sóng biển, mái đê được gia cốbằng đá hộc đổ trong nước và cấu kiện Tetrapods có trọng lượng từ 8-:-10 tấn.

           
                                                   

Hình 4: Mặt cắt ngang đê biển dạng 3

            - Điều kiện áp dụng: Giải pháp này thường dùng cho các vị trí đê có cột nước sâu, chênh lệch cột nước lớn và đòi hỏi có kết hợp với giao thông đi lại trên mặt đê. Đặc biệt giải pháp này có thể ứng dụng trong xây dựng cảng biển và đê chắn sóng.

b. Ưu nhược điểm:

            Ưu điểm: Kết cấu công trình ổn định vững chắc, thời gian thi công nhanh và chủ động, có thể mở rộng mặt đê để kết hợp với giao thông.

Nhược điểm: Kỹ thuật thi công phức tạp hơn và giá thành công trình cao hơn

II.4. Giải pháp 4: Đê biển có cấu tạo bằng hệ thống tường ô vây

a. Cấu tạo và điều kiện áp dụng:

           + Cấu tạo: Đê biển được hình thành bởi nhiều ô vây ghép lại với nhau tạo thành một bức tường ngăn nước. Đường kính của một ô vây trong khoảng từ 20-:-30m tùy thuộc vào việc tính toán ổn định và công năng sử dụng của hệ thống. Ô vây có cấu tạo bởi các thanh cừ được đóng ken xít với nhau tạo thành một vòng tròn khép kín, chiều dài của các thanh cừ đảm bảo cắm sâu vào lớp đất có tính chất cơ lý tốt, khả năng chịu lực cao. Phần khung ô vây từ mực nước thấp nhất trở nên được đổ 1 lớp bê tông cốt thép có bề dày khoảng 50cm tạo thành một lớp vỏ bọc.

            Trong phạm vi ô vây, sau khi nạo bỏ lớp đất xấu bên trên được điền đầy bằng vật liệu thay thế, lớp trên cùng có thể đổ bằng đá hộc và làm mặt cấp phối để phục vụ cho giao thông đi lại.

            Ở đoạn tiếp xúc giữa các ô vây được thi công khép kín và đổ bù bằng vật liệu chèn đảm bảo độ kín nước cho toàn bộ công trình.

            Phía trước và sau của tường ô vây được gia cố bằng thảm đá kết hợp với các cấu kiện chắn sóng như Tetrapods hay Accropode v.v…

            + Điều kiện áp dụng: Giải pháp này thường được áp dụng để làm đê chắn sóng cho cảng biển.

      
                                                         Hình 5: Kết cấu đê biển dạng tường ô vây
b. Ưu nhược điểm:

            + Ưu điểm: Kết cấu công trình vững chắc, sử dụng ít vật liệu đắp, thời gian thi công nhanh, giảm thiểu được diện tích mặt bằng thi công.

              + Nhược điểm: Kỹ thuật thi công phức tạp, giá thành công trình cao.

II.5. Giải pháp 5: Đê biển có cấu tạo mái nghiêng kết hợp với tường cừ

a. Cấu tạo và điều kiện áp dụng:

+ Giải pháp kết cấu cho phương án này là mái đê phía biển có cấu tạo bằng một hàng cọc cừ bê tông cốt thép dự ứng lực cường độ cao đóng đến độ sâu thiết kế. Hệ thống cọc xiên có tác dụng tăng khả năng chịu lực cho thân đê.  Mái đê phía hồ được đắp bằng cát bơm từ lòng hồ lên với hệ số mái m = 3,0-:-5,0 sau đó thả đá hộc kết hợp với thảm đá để giữ ổn định mái.

+ Chân mái đê trước và sau công trình được gia cố bằng đá hộc thả trong nước.

+ Nền đê tại các vị trí có địa chất mềm yếu được gia cố bằng hệ thống cọc cát D40cm, chiều dài L=10m.

          

       Hình 6: Mặt cắt ngang đê biển dạng 5

+ Điều kiện áp dụng: thường áp dụng cho thi công đê biển tại các vị trí có cột nước nông (h < 20m)

b. Ưu nhược điểm:

Ưu điểm: Áp dụng được cho cả những khu vực có nền địa chất mềm yếu. Tận dụng được lượng cát bơm từ lòng hồ để làm lõi đê. Đảm bảo sự ổn định của mái đê phía biển, giảm được chiều rộng chân đê. Đặc biệt một số vị trí còn có thể kết hợp làm cảng biển hoặc bến neo đậu tàu thuyền

Nhược điểm: Kỹ thuật thi công phức tạp hơn, đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dụng, thời gian thi công và ổn định công trình lâu hơn.

II.6. Giải pháp 6: Đê biển có cấu tạo bằng hệ thống xà lan tạo chân

a. Cấu tạo và điều kiện áp dụng:

            - Cấu tạo: Các xà lan được đúc sẵn và di chuyển đến vị trí công trình, sau khi hạ chìm nối tiếp với nhau tiến hành bơm đầy vật liệu vào thân xà lan tạo thành một hệ thống chân đê vững chắc. Tùy thuộc vào tính chất và yêu cầu về thi công mà chiều cao của các xà lan tạo chân có thể bằng hoặc cao hơn mực nước biển tính toán khi thi công công trình. Lõi đê có cấu tạo bằng vật liệu địa phương đổ trong nước. Mặt đê có chiều rộng từ 20-30m và có thể kết hợp làm đường giao thông bộ.

            + Tại các vị trí có địa chất mềm yếu, nền công trình được tính toán gia cố bằng hệ thống cọc xi măng đất hoặc cọc cát

             - Điều kiện áp dụng: Giải pháp này được áp dụng thi công đê biển trong điều kiện cột nước sâu, yêu cầu về chiều rộng đỉnh đê nhỏ, công trình có tính chất vĩnh cửu.
               
                                                       Hình 7: Mặt cắt ngang đê phương án 6

b. Ưu nhược điểm:

            + Ưu điểm: Phương án này có ưu điểm là thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh hơn do có hệ thống xà lan tạo chân, giảm thiểu được khối lượng vật liệu tạo lõi đê và công trình có tính chất kiên cố.

+ Nhược điểm: Việc thi công hạ chìm các xà lan chân đê đòi hỏi kỹ thuật thi công phức tạp và phải có độ chính xác cao.

II.7. Đánh giá chung:

          Trong khuôn khổ bài báo này, các tác giả mới chỉ dừng lại ở mức độ trình bày, giới thiệu các kết quả nghiên cứu bước đầu mang tính nguyên lý kết cấu. Các kết quả phân tích, đánh giá một cách đầy đủ về kinh tế, kỹ thuật, cũng như các kết quả nghiên cứu sâu hơn về tải trọng tác dụng lên kết cấu, các phương pháp tính toán, các giải pháp thi công cho từng giải pháp v.v…sẽ được trình bày trong các bài báo, hội thảo khoa học khác.

II.               KẾT LUẬN

Cùng với thế giới, Việt Nam đã và đang thực hiện chiến lược quốc gia nhằm đối phó và thích ứng với các kịch bản của biến đổi khí hậu trong tương lai. Việc xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công và các hạng mục côing trình phụ trợ khác như cống kiểm soát triều, âu thuyền, cầu giao thông, v.v… không những sẽ tạo nên một hệ thống công trình phòng chống, bảo vệ vùng nội địa khỏi bị lũ lụt và thiên tai khác từ phía biển mà còn hình thành nên một khu vực rộng lớn đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và du lịch sinh thái.

Với tính chất quan trọng và cấp thiết của hệ thống đê biển, cùng với những nghiên cứu khác (hiệu quả kinh tế - xã hội, môi trường sinh thái,.v.v…), việc nghiên cứu, đề xuất, lựa chọn các giải pháp xây dựng công trình đê lấn biển là một trong những nhiệm vụ cấp bách có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

Tài liệu tham khảo

1.                Trần Đình Hòa và nnc, Báo cáo chuyên đề, đề tài cấp Nhà nước:“ Nghiên cứu kết cấu công trình và giải pháp xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công”, Hà Nội năm 2011, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.

2.                ThS. Phạm Thế Vinh, NCS. Nguyễn Phú Quỳnh, TS. Đỗ Tiến Lanh, GS.TSKH. Nguyễn Ân Niên (12/2010) “Tính toán tiêu nước thành phố Hồ Chí Minh có kể đến biến đổi khí hậu.” Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. http://vawr.org.vn

3.      Saemangeum Business Project Team. Saemangeum, place of future, chance and promise! The City of Neo Civitas, Saemangeum. Korea Rural Corporation. www.iseamangeum.co.kr

4.      New Orleans Surge Barrier, US army corps of Engineers


                                                                                                                                     

Ngô Thế Hưng

Theo thuycong.ac.vn

 

 

SHARE SHARE SHARE