CHƯƠNG 8 ỨNG DỤNG PPTKNN ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ
8.2 Các vấn đề tồn tại 95
Nguyên nhân chính gây ra hư hỏng đê kè biển là do tác động của bão và sóng lớn thường là vượt quá điều kiện thiết kế. Hơn nữa, sóng và xói lở bờ biển xảy ra nghiêm trọng tại khu vực trước chân đê cũng là một nguyên nhân đáng kể dẫn đến hư hỏng thường xuyên của kết cấu bảo vệ chân và mái ngoài đê. Các vấn đề cụ thể được liệt kê như sau:
Xói lở bờ biển xảy ra mạnh dưới cả hai hình thức: ảnh hưởng của quá trình vận chuyển bùn cát dọc bờ và các phản ứng phụ của các giải pháp công trình; ảnh hưởng của quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ trong điều kiện thời tiết bất lợi (gió mùa, bão...). Theo số liệu thống kê và các nghiên cứu gần đây, tốc độ xói bãi vào khoảng 10-20m/năm và hạ thấp độ sâu bãi trung bình 0,3-0,6m/năm tại các bãi trước đê. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng biển tiến, mất đất vùng bờ nhanh chóng nếu không có các biện pháp bảo vệ hữu hiệu và kịp thời.
Trong 100 năm qua, dưới tác dụng của điều kiện biên phía biển như sóng lớn và bão quá trình xói bãi diễn ra liên tục, nhiều lần xảy ra vỡ đê và phải lùi tuyến bảo vệ làm mất tổng cộng khoảng 3000m bãi. Tổng diện tích đất bị mất khoảng 15000 ha (gần bằng huyện Hải Hậu hiện nay) (Theo[9]).
Bão lớn với gió từ cấp 9 đến 12 gây nhiều thiệt hại về người và tài sản. Trong khoảng thời gian 20 năm từ 1976 đến 1995, bão đã lấy đi 4.028 ngôi nhà, chìm 6 tàu đánh cá, làm 25 người chết và 34 người bị thương.
Vỡ đê dẫn đến nước biển tràn vào gây ra lũ lụt và nhiễm mặn trên diện rộng, mất đất canh tác nông nghiệp. Theo các các số liệu thống kê cho thấy có 38.273 ha đất canh tác bị nhiễm mặn, mất mùa dẫn đến thiệt hại gần 80.000 tấn hoa màu. Các ruộng muối, hồ nuôi tôm bị thiệt hại nặng nề.
Sóng lớn đi đôi với thuỷ triều dâng gây thiệt hại hàng năm cho đê biển Nam Định. Từ năm 1976 đến năm 1995 có khoảng 934.000m3 đất và 30.400 m3 đá của đê biển bị cuốn đi. Do đó chi phí bảo trì là rất lớn (hàng triệu Euro).
Các công trình bảo vệ bờ bị hư hỏng và phá hủy, đê, kè lát mái và kết cấu chân kè biển. Có nhiều kiểu sự cố xuất hiện tại những đoạn đê và kè đã bị hư hỏng.
Hệ thống đê biển Nam Định được thiết kế và xây dựng với hai nhiệm vụ chính là phòng chống lũ phía biển và bảo vệ vùng đất bên trong không bị xói lở.
Trong mọi tình huống cần phải có đê biển để bảo vệ vùng bờ trũng nằm ngay sau đê có chiều rộng từ 3 đến 10 km. Bằng chứng là các đê biển này đã tồn tại
HWRU-CE project - TUDelft 96 96 hằng ngàn năm nay. Tuy nhiên, hầu hết hệ thống đê trước đây đều được xây dựng chủ yếu dựa theo kinh nghiệm của địa phương (chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của nhân dân trong vùng) và theo các phương pháp thiết kế đã lỗi thời.
Theo thời gian, hệ thống đê này không còn đáp ứng được trước các điều kiện biên thực tế.
Dưới đây là một số hình ảnh mô tả thực trạng đường bờ và công trình bảo vệ bờ biển tại Hải Hậu trong vài năm gần đây. Các hình ảnh phản ánh rõ tính nghiêm trọng và gây ấn tượng đối với các vấn đề đang xảy ra cho vùng bờ Nam Định.
Hình 8.2 Một đoạn đê bị hư hỏng(Hải Hậu 1998).
Hình 8.3 Đặc trưng mặt cắt ngang còn lại của một đoạn đê sau khi bị vỡ (Văn Lý 1995).
Hình 8.4a Làng Hải Triều năm 1995 Hình 8.4b Viết tích làng Hải Triều năm 2001
8.3 Hiện trạng đê kè biển Nam Định
Theo VCZVA (1996), độ dốc mái ngoài của đê Nam Định thường được thiết kế theo tỉ lệ 1:3 đến 1:4; cao trình đỉnh đê khoảng 5 đến 5,5 m so với cao độ lục địa. Thân đê được cấu tạo bằng vật liệu địa phương sẵn có, lõi cát và cát pha, mái ngoài bọc đất sét pha, đất thịt. Mái ngoài đê được bảo vệ bằng kè đá đổ hoặc đã xếp trên tầng lọc hạt.
Một số đoạn đê mới xây dựng sử dụng kè lát khan bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn kiểu lập phương hoặc tự chèn, TSC-178. Hệ thống bảo vệ có hai tuyến bảo vệ chính, tuyến ngoài và tuyến trong. Hình 8.5 & 8.6 mô tả mặt bằng hệ thống và các mặt cắt ngang đại điện của đê.
Hình 8.5 Phác thảo hệ thống đê kép-hai tuyến bảo vệ - tại bờ biển Hải Hậu Nam Định.
Hệ thống đê biển Nam Định chia thành ba đoạn chính riêng biệt, ngăn cách bởi các cửa sông và theo ba huyện vùng biển (tính theo chiều dài đê biển):Xuân Thuỷ (32 km), Hải Hậu (33 km) và Nghĩa Hưng (26 km).
HWRU-CE project - TUDelft 98 98 Mặt cắt thiết kế:
- Mực nước thuỷ triều thiết kế MSL+ 2,29m (tần suất vượt quá 5%); chiều cao nước dâng do bão +1,0m; Mực nước thiết kế MSL + 3,29 m.
- Khoảng tự an toàn đỉnh đê : 0,21m;
- Cao trình đỉnh đê + 5,50m (tính toán với sóng leo trên mái dốc 1:4);
- Độ dốc mái đê phía biển 1:4, độ dốc mai trong đê (phía đất liền) 1:2;
- Chiều rộng đỉnh 4÷5m;
Mái đê được bảo vệ bằng kè theo hai dạng:
- Dưới MSL +3,5m chiều dày 45cm (tính theo công thức Hudson đối với kè đá đổ tự do); kích thước cấu kiện thiết kế 0,50 x 0,50 x 0,45, trọng lượng trung bình xấp xỉ 250kg.
- Trên MSL +3,5 m chiều dày kè 0,3m
- Tầng lọc: chiều dày lớp sỏi là 25 và lớp cát 15 cm, đặt trên lớp sét pha dày 70÷50cm.
500
+5.5m +3.29(+MSL)-DWL
1
-0.50 m
2
3
Hình 8.6 Mặt cắt ngang điển hình đê kè biển Nam Định.
Mục đính yêu cầu:
Ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên để đánh giá độ an toàn đê Nam Định với các số liệu cho như trên. Đánh giá cho đoạn đê điển hình tập trung vào các cơ chế phá hoại chủ yếu liên quan đến:
o Các vấn đề liên quan đến biên thuỷ động học o Các vấn đề liên quan đến biên địa kỹ thuật
o Các vấn đề liên quan đến bài toán kết cấu công trình
Các tính toán phân tích đối với đê biển Nam Định trong ví dụ này áp dụng theo phương pháp tính toán cấp độ II.