Thạc Sĩ Nghiên cứu giải pháp xây dựng đê biển Vũng Tàu – Gò Công bằng tổ hợp xà lan bê tông cốt thép với vật

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
PHẦN MỞ ĐẦU .1
I. Tính cấp thiết của đề tài 1
II. Mục đích của đề tài: .5
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : 5
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 5
IV. Kết quả đạt được của luận văn: .6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .7
1.1. Tổng quan các dạng công trình đê biển trên thế giới
[3]
7
1.1.1. Đê biển Hà Lan . 7
1.1.2. Dự án đê biển Saemangeum – Hàn Quốc . 10
1.1.3. Đê biển bảo vệ thành phố St. Peterburg – Nga . 12
1.1.4. Công trình New Orleans - Mỹ . 14
1.1.5. Đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên . 16
1.1.6. Các công trình sử dụng kết cấu nổi 17
1.2. Tổng quan các dạng công trình đê biển trong nước 21
1.3. Kết luận chương 1 23
1.4. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn .24
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU ĐÊ BIỂN TRÊN
TUYẾN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG .25
2.1. Vị trí và quy mô dự án .25
2.1.1. Vị trí công trình dự kiến . 25
2.1.2. Quy mô của dự án . 25
2.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của dự án .26
2.3. Điều kiện tự nhiên của vùng dự án .27
2.3.1. Đặc điểm về thủy văn thủy lực 27
2.3.2. Đặc điểm về sóng gió . 28
2.3.3. Đặc điểm về bão . 29
2.3.4. Đặc điểm về thủy triều 30
2.3.5. Đặc điểm về địa hình 31
2.3.6. Đặc điểm về địa chất 31
2.3.7. Một số đặc điểm chính của tuyến công trình 33
2.4. Một số giải pháp kết cấu đê biển có thể áp dụng cho xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu -
Gò Công
[3]
33
2.4.1. Giải pháp 1: Đê biển có cấu tạo lõi bằng vật liệu tại chỗ kết hợp gia cố nền . 34
2.4.2. Giải pháp 2: Đê biển có cấu tạo mái nghiêng kết hợp với tường cừ . 35
2.4.3. Giải pháp 3: Đê biển có cấu tạo bằng các xà lan bê tông cốt thép nối tiếp nhau 36
2.4.4. Giải pháp 4: Đê biển có cấu tạo bằng hệ thống tường ô vây . 38
2.4.5. Giải pháp 5: Đê biển có cấu tạo bằng tổ hợp xà lan tạo chân với vật liệu tại chỗ 39
2.5. Lựa chọn giải pháp kết cấu 40
2.5.1. Công nghệ xà lan bê tông cốt thép . 40
2.5.2. Lựa chọn 42
2.6. Kết luận chương 2 43
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH ĐÊ .44
3.1. Nguyên tắc thiết kế .44
3.1.1. Tổng thể tuyến đê . 44
3.1.2. Kết cấu xà lan 44
3.1.3. Ổn định đê . 44
3.2. Các thông số thiết kế 45
3.3. Xác định các thông số cơ bản của đê 45
3.3.1. Cấp đê thiết kế . 45
3.3.2. Cao trình đỉnh đê . 46
3.3.3. Chiều rộng mặt đê . 47
3.4. Kết cấu xà lan 47
3.4.1. Các kích thước cơ bản của xà lan 48
3.4.2. Xác định các thông số cơ bản của xà lan . 48
3.4.3. Kiểm tra ổn định nổi của xà lan . 51
3.5. Kiểm tra ổn định tổng thể của đê 55
3.5.1. Ổn định thấm . 55
3.5.2. Kiểm tra khả năng chịu tải của nền, lựa chọn giải pháp gia cố 59
3.5.3. Ổn định trượt lật của xà lan 67
3.5.4. Ổn định kết cấu xà lan 68
3.5.5. Ổn định tổng thể của mặt cắt đê . 70
3.6. Bố trí giải pháp kết cấu mặt cắt ngang đê 75
3.6.1. Đỉnh đê 76
3.6.2. Thân đê 76
3.6.3. Chân đê 76
3.7. Kết luận chương 3 78
CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH 79
4.1. Thi công nền đê 79
4.1.1. Thi công gia cố nền bằng cọc xi măng đất 79
4.1.2. Nạo vét hố móng . 79
4.1.3. Thi công làm phẳng nền . 80
4.2. Chế tạo và hạ thủy xà lan .81
4.2.1. Lựa chọn vị trí chế tạo 81
4.2.2. Phương án chế tạo xà lan 81
4.2.3. Hạ thủy (làm nổi) xà lan . 84
4.2.4. Di chuyển xà lan đến vị trí công trình . 85
4.2.5. Định vị xà lan vào vị trí 85
4.2.6. Đánh đắm xà lan vào vị trí . 87
4.3. Liên kết các xà lan với nhau và với nền .87
4.3.1. Liên kết xà lan với nền . 88
4.3.2. Đổ vật liệu lấp đầy các khoang xà lan . 88
4.3.3. Liên kết giữa các xà lan với nhau 88
4.4. Thi công khối gia cố chân đê .89
4.4.1. Thi công khối đá đổ chân đê 89
4.4.2. Thi công lớp gia cố mái đê . 90
4.5. Kết luận chương 4 91
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO .95
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 97


HÌNH MINH HỌA
Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam .1
Quy hoạch chống ngập úng khu vực TP. Hồ Chí Minh 2
Vị trí tuyến đê biển đề xuất (từ Google Earth) 3
Hình 1.3: Bản đồ đê biển ở Hà Lan .8
Hình 1.4: Mặt cắt ngang đê qua các thời kỳ 9
Hình 1.5: Tổng thể đê biển Afsluitdijk – Hà Lan 9
Hình 1.6: Mặt cắt ngang đê Afsluitdijk .10
Hình 1.7: Đê biển Saemangeum 11
Hình 1.8: Mặt cắt ngang đê Saemangeum .11
Hình 1.9: Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg - Nga 12
Hình 1.10: Mặt cắt ngang đê St.Peterburg 13
Hình 1.11: Một số hạng mục công trình đê biển St. Peterburg .13
Hình 1.12: Vị trí của dự án New Orleans Surge Barrier .14
Hình 1.13: Mặt cắt ngang New Orleans 15
Hình 1.14: Đê Nam Pho – Bắc Triều Tiên 16
Hình 1.15: Hạng mục chính của đê biển Nam Pho .17
Hình 1.16: Đê chắn sóng Algeciras .17
Hình 1.17: Cắt ngang tuyến đê chắn sóng bằng xà lan .18
Hình 1.18: Đê chắn sóng tại Barcelona .18
Hình 1.19: Mặt cắt ngang đê chắn sóng tại Barcelona 19
Hình 1.20: Đê chắn sóng xà lan tại cảng Gijón .20
Hình 1.21: Mặt cắt ngang đê phía Bắc cảng Gjón 20
Hình 1.22: Kết cấu điển hình của đê biển ở Việt Nam .21
Hình 1.23: Một số công trình đê biển ở Hải Phòng, Nam Định 22
Hình 1.24: Một số công trình đê biển ở Trà Vinh, Kiên Giang 23
Hình 2.1: Vị trí dự kiến vùng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công 25
Hình 2.2: Đường quá trình mực nước giờ trong 15 ngày triều tại vị trí công trình
trước và sau khi có đê biển Vũng Tàu – Gò Công 28
Hình 2.3: Hướng gió tại khu vực Vũng Tàu – Gò Công .29
Hình 2.4: Mực nước quan trắc tại Vũng Tàu tháng 01/2005 30
Hình 2.5: Mực nước và tần suất xuất hiện tại gần Vũng Tàu .30
Hình 2.6: Cắt dọc địa hình tại vị trí tuyến đê chính 31
Hình 2.7: Bình đồ vị trí hố khoan trên tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công .32
Hình 2.8: Cắt ngang kết cấu đê biển dạng mái nghiêng 34
Hình 2.9: Mặt cắt ngang đê biển mái nghiêng kết hợp tường cừ 35
Hình 2.10: Cấu tạo đê biển bằng các xà lan đơn nối tiếp nhau .37
Hình 2.11: Kết cấu đê biển dạng tường ô vây .38
Hình 2.12: Mặt cắt ngang đê bằng tổ hợp xà lan tạo chân 39
Hình 2.13: Kết cấu đê cảng Cái Lân- Quảng Ninh .41
Hình 2.14: Cảng Tiên Sa và mặt cắt ngang đê chắn sóng bằng xà lan BTCT 41
Hình 3.1: Mặt bằng kết cấu xà lan .50
Hình 3.2: Mặt đứng kết cấu xà lan 50
Hình 3.3: Kết cấu không gian xà lan .51
Hình 3.4: Sơ đồ kiểm tra chiều cao mạn khô F của xà lan 52
Hình 3.5: Diễn biến tâm nổi và tâm ổn định khi nghiêng .53
Hình 3.6: Mô hình bài toán thấm 57
Hình 3.7: Dòng thấm dưới nền đê - THTT .57
Hình 3.8: Dòng thấm dưới nền đê - THKT .58
Hình 3.9: Gradient XY trong nền - THTT 58
Hình 3.10: Gradient XY trong nền - THKT 58
Hình 3.11: Gradien cửa ra - THTT 59
Hình 3.12: Gradien cửa ra - THKT .59
Hình 3.13: Cách xác định K lx 69
Hình 3.14: Mô hình tính toán tổng thể đê trong Plaxis .71
Hình 3.15: Biến dạng tổng thể của mặt cắt đê khi chưa có xe 72
Hình 3.16: Biến dạng đứng của mặt cắt đê khi chưa có xe .72
Hình 3.17: Biến dạng ngang của mặt cắt đê khi chưa có xe .72
Hình 3.18: Biến dạng tổng thể của mặt cắt đê khi có xe .73
Hình 3.19: Biến dạng đứng của mặt cắt đê khi có xe 73
Hình 3.20: Biến dạng ngang của mặt cắt đê khi có xe 73
Hình 3.21: Ứng suất tổng trong nền của mặt cắt đê khi có xe 74
Hình 3.22: Ứng suất hiệu quả trong nền của mặt cắt đê khi có xe 74
Hình 3.23: Các điểm biến dạng dẻo trong nền của mặt cắt đê khi có xe 74
Hình 3.24: Hệ số ổn định của mặt cắt đê khi có xe .75
Hình 3.25: Mặt cắt đê điển hình thiết kế .77
Hình 3.26: Mặt bằng điển hình tuyến đê thiết kế 78
Hình 4.1: Đào hố móng xà lan bằng xáng cạp trên hệ phao nổi .80
Hình 4.2: Hố móng chế tạo xà lan .82
Hình 4.3: Ụ nổi chế tạo xà lan .82
Hình 4.4: Đường triền thi công .84
Hình 4.5: Phương án làm nổi xà lan 84
Hình 4.6: Di chuyển xà lan đến vị trí công trình .85
Hình 4.7: Định vị xà lan vào vị trí .86
Hình 4.8: Bố trí tổng thể hệ thống định vị xà lan 87
Hình 4.9: Mặt bằng kết cấu khớp nối 89
Hình 4.10: Chi tiết kết cấu khớp nối .89
Hình 4.11: Thi công kết cấu gia cố chân đê 90
Hình 4.12: Cấu kiện phá sóng chân đê 91
Hình 4.13: Cần cẩu lắp đặt kết hợp với thợ lặn hỗ trợ dưới nước .91


BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Đường mực nước lớn nhất dọc sông Sài Gòn theo một số kịch bản .27
Bảng 2.2. Chiều cao sóng và chu kỳ sóng theo tần suất lặp lại .29
Bảng 2.3. Tốc độ gió gần khu vực Vũng Tàu tương ứng với chu kỳ lặp lại .30
Bảng 2.4. Mực nước đỉnh triều tại các trạm thủy văn ứng với tần suất xuất hiện.31
Bảng 2.5. Thông số cơ lý của lớp đất 32
Bảng 3.1. Tổ hợp mực nước tính toán và kiểm tra thấm .55
Bảng 3.2. Kết quả tính toán thấm 59
Bảng 3.3. Thông số địa chất lớp nền .66
Bảng 3.4. Đặc trưng cơ lý của các lớp đất nền 71
Bảng 3.5. Đặc trưng cơ lý của kết cấu xà lan 71
1
PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu đang là một trong những thách thức mà con người trên trái
đất phải đương đầu, ảnh hưởng tới tất cả các vấn đề xã hội, tới tất cả các quốc gia
như: tác động tới yếu tố tự nhiên, môi trường, phát triển kinh tế (trong đó nông –
lâm nghiệp ảnh hưởng nhiều nhất), đời sống – xã hội
Những năm gần đây vấn đề biến đổi khí hậu và nước biển dâng đã và đang
gây ra xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt, vấn đề úng ngập, thoát lũ đối với nước ta,
đặc biệt là vùng Đồng Tháp Mười (ĐTM) và thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM)
với xu hướng ngày càng gia tăng và càng trở lên tiêu cực hơn. Đặc biệt là khu vực
Tp.HCM khi mưa cực đoan trên lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn kết hợp triều
cường – nước biển dâng đang làm gia tăng tình trạng ngập lụt cho thành phố.


(a) Ngập lụt do triều cường (b) Lúa chết do nhiễm mặn

(c) Thiếu nguồn nước ngọt (d) Diện tích đất liền bị thu hẹp
Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam
2
Để giải quyết tình trạng ngập úng do triều và lũ ở Tp.HCM, Bộ Nông nghiệp
và Phát triển nông thôn (NN&PTNT) đã trình Chính phủ phê duyệt quy hoạch
(Quyết định số 1547/QĐ – TTg ngày 28/10/2008) với việc xây dựng hệ thống đê
bao dài 187 km, 12 cống lớn, 22 cống có khẩu độ từ 7,5m đến 60m và 70 cống có
khẩu độ từ 2m đến 5m. Giai đoạn I bảo vệ vùng I (bờ hữu sông Sài Gòn, Nhà Bè,
Vàm Cỏ, Vàm Cỏ Đông) diện tích 140.000ha; giai đoạn I của dự án đã thực hiện
được hơn hai năm.

Quy hoạch chống ngập úng khu vực TP. Hồ Chí Minh
Song song với việc thực hiện dự án chống ngập thì cũng có nhiều đề tài,
chương trình hay dự án khác đã và đang được triển khai nhưng nhìn chung vẫn chưa
cải thiện được tình hình khu vực. Đặc biệt là Tp.HCM vẫn bị ngập mỗi khi có mưa
lớn hay thủy triều lên cao (mới đây nhất ngày 20/10/2013 triều cường đã đạt đỉnh
3
+1,68 tại trạm Phú An trên sông Sài Gòn; vượt mốc lịch sử). Điều này đòi hỏi cần
phải có một giải pháp mang tính tổng thể hơn.
Với mong muốn giải quyết vấn đề ngập lụt ở phạm vi rộng hơn và căn bản
hơn cho 1 triệu ha vùng trũng thấp của khu vực không chỉ Tp.HCM mà còn vùng
ĐTM, Bộ NN&PTNT đã kiến nghị nghiên cứu giải pháp xây dựng công trình tuyến
đê biển từ Vũng Tàu đến Gò Công.
Đây là công trình kỳ vọng sẽ giải quyết được các vấn đề về lũ, xâm nhập mặn,
nước biển dâng một cách tổng thể cho Tp.HCM và các vùng phụ cận. Đồng thời
sẽ khắc phục được các vấn đề còn tồn tại của các dự án đã và đang được thực hiện
như hạn chế giải phóng mặt bằng, đẩy nhanh tiến độ thi công, thuận lợi trong công
tác quản lý, có thể ứng dụng nhiều giải pháp xây dựng hiện đại và quan trọng hơn
nữa đây sẽ là công trình lợi dụng tổng hợp và đa mục tiêu. Công trình sẽ hình thành
khu vực rộng lớn được bảo vệ, làm tiền đề để phát triển kinh tế xã hội của khu vực.

Vị trí tuyến đê biển đề xuất (từ Google Earth)
Tuyến đê biển xuất phát từ Gò Công đến gần Vũng Tàu (cách Vũng Tàu 5
km), nối tiếp với tuyến đê nhỏ đi vào rừng Cần Giờ. Chiều dài tuyến đê chính dài
28km và cống kiểm soát triều, thoát lũ rộng 2000mư2500m, cao trình ngưỡng -
4
10,0m và các âu thuyền, sau đó kết nối với Vũng Tàu bằng cầu giao thông, dưới cầu
các loại tàu bè đi lại bình thường vào khu vực vịnh Gành Rái. Tuyến đê phụ dài
13km nối từ đầu cầu phía đê chính đi vào Cần Giờ chiều sâu bình quân gần 4,5m.
Theo phương án này sẽ tạo được hồ chứa có diện tích mặt nước 40.000ha, dung tích
2,5 tỷ m
3
. Ngoài ra cần xây dựng một cống kiểm soát triều, thoát lũ rộng 200m, cao
trình ngưỡng -12,0m và âu thuyền trên sông Lòng Tàu.
Tuy nhiên, đây là một vấn đề lớn, cả về tính chất, quy mô công trình và các tác
động khác, có kỹ thuật rất phức tạp mang tính liên ngành. Chính vì vậy, Chính phủ
đã có chủ trương thực hiện ý tưởng một cách thận trọng bằng các bước đi cụ thể.
Bước đi đầu tiên là thực hiện đề án “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn
cho việc xây dựng tuyến đê biển đa mục tiêu Vùng Tàu - Gò Công“, bao gồm 6 đề
tài với các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể. Đề tài: ”Nghiên cứu kết cấu và các giải
pháp xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công” mang mã số ĐTĐL.2011-G/40
là một trong những đề tài thuộc đề án.
Dự án đê biển Vũng Tàu - Gò Công 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. 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. Đây là vấn đề kỹ thuật phức tạp,
trong khi đó mặc dù hệ thống đê biển của nước ta đã được xây dựng và hình thành
từ rất sớm nhưng công nghệ xây dựng nói chung và xây dựng mới đê biển nói riêng
tại Việt Nam còn lạc hậu rất nhiều so với các quốc gia trên thế giới, các công trình
đê biển và công trình ngăn sông còn nặng về hình thức kết cấu, mang tính truyền
thống nên hiệu quả lợi dụng tổng hợp và tính thẩm mỹ chưa cao.
Vì vậy việc nghiên cứu một cách kỹ lưỡng giải pháp kết cấu và biện pháp thi
công xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công nhằm đảm bảo hài hòa giữa lợi
ích và môi trường sinh thái, phù hợp với điều kiện của Việt Nam là hết sức cần
thiết.
5
Đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp xây dựng đê biển Vũng Tàu – Gò
Công bằng tổ hợp xà lan bê tông cốt thép với vật liệu tại chỗ” sẽ tập trung nghiên
cứu giải pháp kết cấu và thi công cho hạng mục đê biển theo phương án sử dụng tổ
hợp xà lan bằng bê tông cốt thép tạo ổn định cho đê là một trong những giải pháp đê
được đề xuất nghiên cưu. Trên cơ sở nghiên cứu kế thừa các công nghệ xây dựng đã
và đang phát triển trên thế giới cũng như trong nước để đề xuất giải pháp về kết cấu
và phương pháp thi công.
II. Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương án và tính toán kết cấu, đề xuất giải
pháp thi công tổ hợp xà lan tạo chân cho hạng mục đê biển Vũng Tàu - Gò Công.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :
- Đối tương nghiên cứu: Kết cấu và giải pháp thi công hạng mục đê biển tuyến
Vũng Tàu – Gò Công
- Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn:

Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đê biển trong nước và trên
thế giới;

Nghiên cứu tổng quan về công nghệ xà lan;

Phân tích điều kiện xây dựng và các yêu cầu kỹ thuật của đê biển
Vũng Tàu – Gò Công;

Phân tích, đề xuất giải pháp kết cấu tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò
Công tổ hợp xà lan bê tông cốt thép;

Đề xuất phương pháp tính toán đối với kết cấu đê biển bằng tổ hợp xà
lan bê tông cốt thép tạo chân;

Đề xuất giải pháp thi công tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công bằng
tổ hợp xà lan tạo chân.
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Cách tiếp cận:
Tiếp cận bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân
khoa học hay các phương tiện thông tin đại chúng; qua các kết quả nghiên cứu công
6
trình ngăn sông, lấn biển trên thế giới cũng như trong nước đã có kết hợp tìm hiểu,
thu thập, và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, đo đạc khảo sát thực tế hiện
trạng những vị trí đề xuất xây dựng công trình, từ đó đề ra phương án cụ thể phù
hợp với tình hình điều kiện cụ thể của nước ta.
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu.
+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm
ứng dụng.
+ Phương pháp chuyên gia.
+ Phương pháp phân tích, tổng hợp.
IV. Kết quả đạt được của luận văn:

Tổng quan về các hình loại công trình đê biển;

Đề xuất một số giải pháp kết cấu công trình đê biển có thể ứng dụng để xây
dựng trên tuyến Vũng Tàu - Gò Công.

Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu cho phương án chọn.

Phương pháp tính toán kết cấu cho phương án lựa chọn.

Đề xuất giải pháp thi công đê biển theo phương án lựa chọn.