nghiªn cøu vÒ c«ng tr×nh nu«i b∙i nh©n t¹o
®Ó t«n t¹o b∙i biÓn
ThS. NguyÔn ViÕt thanh
GS. ts. l−¬ng ph−¬ng hËu
Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i
Tr−êng §¹i häc X©y dùng
Tãm t¾t: Trªn thÕ giíi còng nh− ë n−íc ta ®· vμ ®ang nghiªn cøu c¸c c«ng tr×nh b¶o vÖ bê biÓn ®Ó gi¶m nhÑ thiÖt h¹i thiªn tai g©y ra mét c¸ch cã hiÖu qu¶ nhÊt. HiÖu qu¶ mμ c«ng tr×nh h−íng ®Õn ph¶i xÐt toμn diÖn vÒ kü thuËt, kinh tÕ vμ m«i tr−êng. Ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng lμ dïng c¸c c«ng tr×nh cã kÕt cÊu khèi lín b»ng bª t«ng, bª t«ng cèt thÐp, ®¸ héc,… ®Ó khèng chÕ c¸c biÕn ®éng bê biÓn. C¸c thËp niªn gÇn ®©y, ng−êi ta ®· vμ ®ang h−íng ®Õn ph−¬ng ¸n b¶o vÖ bê biÓn d−íi d¹ng c«ng tr×nh mÒm, cã tÝnh chÊt th©n thiÖn víi m«i tr−êng vμ ®êi sèng con ng−êi. Bμi b¸o nμy giíi thiÖu vÒ thiÕt kÕ c«ng tr×nh nu«i b·i nh©n t¹o ®Ó chèng s¹t lë bê biÓn, t«n t¹o c¸c b·i t¾m.
CT 2
Summary: In the world and also in Vietnam we have been studying shore protection project to reduce the most disastrous damage. The effectiveness of project has to consider technology, economy and environment. The traditional method is to use the structures made of concrete, reinfored concrete, and stone… to protect shore from morphology dynamic. In the near decades, we have been directing toward shore protection project as soft structure, which friendly with environment and people living. This article introduce about beach nourishment design to protect shore from erosion, and regenerate beach.
I. Giíi thiÖu chung
C«ng tr×nh nu«i b·i nh©n t¹o (CTNBNT) lµ lo¹i c«ng tr×nh dïng ph−¬ng ph¸p nh©n t¹o ®em c¸t tõ n¬i kh¸c ®Õn bï lÊp vµo sè c¸t bÞ cuèn ®i ë ®o¹n bê cÇn b¶o vÖ, phôc håi tr¹ng th¸i tù nhiªn cña c¶nh quan. C«ng tr×nh ®−îc sö dông ®Çu tiªn t¹i ®¶o Coney cña Mü n¨m 1922. KÓ tõ ®ã cã rÊt nhiÒu CTNBNT tõ nhá ®Õn lín ®· ®−îc x©y dùng ë nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi vµ ®· thu ®−îc c¬ b¶n nh÷ng kinh nghiÖm phong phó vÒ CTNBNT. ViÖc thiÕt kÕ, x©y dùng c¸c CTNBNT ngµy cµng thu ®−îc nhiÒu thµnh c«ng lín ë §an M¹ch, Hµ Lan, vµ nhÊt lµ NhËt B¶n.
ë ViÖt Nam, CTNBNT s¬ khai lµ nh÷ng thö nghiÖm vÒ t«n t¹o b·i t¾m ë B·i Ch¸y, TuÇn Ch©u, C¸t Bµ,... nh−ng ch−a øng dông cho tr−êng hîp chèng s¹t lë bê biÓn.
II. Tr×nh tù thiÕt kÕ
Kh¸i qu¸t chung qu¸ tr×nh cña c«ng tr×nh NBNT tõ lóc b¾t ®Çu ®Ò ta ý t−ëng ®Õn qu¸ tr×nh thùc hiÖn t¸i nu«i b·i trong t−¬ng lai ®−îc USACE (1995) ®Ò xuÊt thÓ hiÖn trªn h×nh 1.
HiÖu qu¶ cña c«ng tr×nh ®em l¹i cho ®Þa ph−¬ng
Môc tiªu cña dù ¸n vµ C¸c tiªu chuÈn thùc thi
Ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ ®Ó lùa chän c¸c ph−¬ng ¸n
Xem xÐt vÊn ®Ò kinh tÕ cña dù ¸n
Xem xÐt, ®¸nh gi¸ vÊn ®Ò vÒ m«i tr−êng
Xem xÐt vÊn ®Ò kinh tÕ cña ®Þa ph−¬ng/nhµ n−íc
Lùa chän ph−¬ng ¸n tèi −u
ThiÕt kÕ cuèi cïng vµ tiÕn hµnh x©y dùng
CT 2
Theo dâi, gi¸m s¸t, duy tu b¶o d−ìng vµ t¸i nu«i b∙i
H×nh 1. C¸c b−íc thiÕt kÕ c«ng tr×nh NBNT
III. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña c«ng tr×nh NBNT
(cid:99) §é s©u kÕt thóc;
(cid:100) H×nh d¹ng mÆt c¾t ngang;
(cid:101) Cao ®é vµ m¸i dèc ®ôn c¸t;
(cid:102) Cao ®é, chiÒu réng, m¸i dèc thÒm c¬ b·i;
(cid:103) M¸i dèc c«ng tr×nh nu«i b·i;
(cid:104) Khèi l−îng vËt liÖu nu«i b·i.
Mét c«ng tr×nh NBNT gåm c¸c th«ng sè c¬ b¶n cÇn x¸c ®Þnh nh− d−íi ®©y:
6
Cao ®é ®ôn c¸t
4
§−êng ®Þa h×nh tù nhiªn MÆt c¾t thiÕt kÕ MÆt c¾t thiÕt kÕ + nu«i b·i t¨ng c−êng
Cao ®é thÒm c¬
2
m
Mùc n−íc
0
-2
-4
-6
0
100
200
300
400
500
600
H×nh 2. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña mét c«ng tr×nh NBNT
IV. C¬ së thiÕt kÕ h×nh d¹ng mÆt c¾t ngang c«ng tr×nh nu«i b·i
C¬ së x¸c ®Þnh ®é s©u kÕt thóc
H
C«ng thøc Hallermeier (1978, 1981) tÝnh to¸n ®é s©u kÕt thóc nh− sau:
=
−
D
H28,2
C
e
CT 2
2 e 2 gT e
⎛ ⎜ 5,68 ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
(1)
trong ®ã: He - chiÒu cao sãng h÷u hiÖu (m);
Te - chu kú sãng h÷u hiÖu (s);
g - gia tèc träng tr−êng (m/s2).
C¬ së ®Ó x¸c ®Þnh h×nh d¹ng mÆt c¾t ngang
H×nh d¹ng cña mÆt c¾t thiÕt kÕ lµ c¬ së ®Ó tÝnh to¸n l−îng vËt liÖu nu«i b·i yªu cÇu vµ lµ d÷ liÖu ®Çu vµo m« h×nh ®Ó ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ kÝch th−íc cña thÒm c¬ b·i vµ ®ôn c¸t. Víi môc ®Ých ®¹t ®−îc ®ôn c¸t vµ thÒm c¬ b·i thiÕt kÕ, vËt liÖu nu«i b·i ph¶i b¶o ®¶m thÝch hîp víi toµn bé b·i ®Õn phÝa ngoµi ®é s©u kÕt thóc.
C¬ së tÝnh to¸n khèi l−îng vËt liÖu nu«i b·i cÇn thiÕt trªn mÆt c¾t ngang
Khèi l−îng vËt liÖu nu«i b·i lµ khèi l−îng c¸t cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®−îc mÆt c¾t ngang nh− mong muèn cña ng−êi thiÕt kÕ.
Mèi quan hÖ gi÷a viÖc sö dông vËt liÖu víi c¸c ®Æc tr−ng ®−êng kÝnh h¹t kh¸c nhau, ®−îc thÓ hiÖn trong 3 lo¹i mÆt c¾t nu«i b·i (h×nh 3) do Dean ®Ò xuÊt n¨m 1991:
+ MÆt c¾t giao nhau
+ MÆt c¾t kh«ng giao nhau
+ MÆt c¾t ngËp
2/3
2/3
N
N
1
t¾cMÆt
giao
nhau
W
<
+
A D
A A
C
F
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
2/3
2/3
N
N
>
1
ng«kht¾cMÆt
giao
nhau
W
+
A D
A A
C
F
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
W
B
DC
Dean (1991) ®−a ra tiªu chuÈn ®Ó ph©n biÖt mÆt c¾t giao nhau hay kh«ng giao nhau theo bÊt ®¼ng thøc sau:
a) MÆt c¾t giao nhau
W
B
DC
b) MÆt c¾t kh«ng giao nhau
CT 2
B
DC
c) MÆt c¾t ngËp
H×nh 3. Ba lo¹i mÆt c¾t c«ng tr×nh nu«i b·i c¬ b¶n
T−¬ng øng víi mçi lo¹i mÆt c¾t trªn ta x¸c ®Þnh ®−îc khèi l−îng nu«i b·i t−¬ng øng. Khèi l−îng tÝnh to¸n øng víi c¸c c«ng thøc trªn lµ khèi l−îng c¸t nu«i b·i trªn 1 mÐt dµi c«ng tr×nh. Khèi l−îng nu«i b·i cña c¶ c«ng tr×nh b»ng khèi l−îng trªn 1 mÐt dµi nh©n víi chiÒu dµi c«ng tr×nh.
V. Lùa chän vËt liÖu nu«i b·i
B»ng c¸c nghiªn cøu t¹i hiÖn tr−êng USACE (1995) cho thÊy:
- Víi vËt liÖu tù nhiªn cña b·i cã D50 > 0.2 mm, vËt liÖu nu«i b·i cã D50 trong kho¶ng ± 0.02 mm, so víi D50 vËt liÖu tù nhiªn ®−îc xem xÐt lµ phï hîp;
- Víi vËt liÖu tù nhiªn cã D50 = 0.15 ÷ 0.2 mm, vËt liÖu nu«i b·i cã thÓ ®−îc coi lµ phï hîp nÕu D50 trong kho¶ng ± 0.01 mm so víi vËt liÖu tù nhiªn.
- Víi vËt liÖu tù nhiªn cã D50 < 0.15 mm, vËt liÖu ®−îc ®Ò nghÞ sö dông Ýt nhÊt b»ng vËt liÖu tù nhiªn.
VI. §¸nh gi¸ tuæi thä cña c«ng tr×nh nu«i b·i
Tuæi thä c«ng tr×nh NBNT lµ ®¹i l−îng ®−îc x¸c ®Þnh bëi møc ®é cña khèi l−îng vËt liÖu nu«i b·i ®−a vµo ®Ó thÕ chç khèi l−îng bïn c¸t thiÕu hôt cña mÆt c¾t tr−íc ®ã vµ tû lÖ vËt liÖu nu«i b·i ph©n t¸n ra ngoµi hai biªn cña ph¹m vi c«ng tr×nh theo h−íng däc bê biÓn, nghÜa lµ mÊt m¸t do ph©n t¸n ra khái ph¹m vi c«ng tr×nh. Sù truyÒn sãng t¹o ra vËn chuyÓn bïn c¸t däc bê lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra ph©n t¸n ra ngoµi ph¹m vi c«ng tr×nh. Tuæi thä c«ng tr×nh ®−îc lÊy gi¸ trÞ nhá nhÊt trong 3 ph−¬ng ph¸p d−íi ®©y.
ε t
−= 1
(7)
§¸nh gi¸ tuæi thä c«ng tr×nh theo chiÒu dμi c«ng tr×nh nu«i b·i
( ) tp
π
a
trong ®ã: a - mét nöa chiÒu dµi c«ng tr×nh nu«i b·i;
t - thêi gian.
gb
=ε
(8)
1 +
ρ ρ−ρ
2 CKH b 8
1 − n1
d
d
s
B
c
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ ⎞ ⎜⎜ ⎟ ⎠ ⎝
⎛ ⎜ ⎜ ⎝
⎞ ⎛ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠
ë ®©y: dB - chiÒu cao c¬ b·i trªn mùc n−íc tÜnh;
CT 2
dc - ®é s©u kÕt thóc;
Hb - chiÒu cao sãng vì;
Cgb - vËn tèc nhãm sãng t¹i ®−êng sãng vì;
K - hÖ sè tû lÖ theo kinh nghiÖm;
n - hÖ sè rçng cña bïn c¸t;
ρ
,
- träng l−îng riªng cña h¹t bïn c¸t vµ cña n−íc.
sρ
Dean vµ Yoo (1992) ®Ò xuÊt c«ng thøc sau ®©y ®Ó tÝnh to¸n chiÒu cao sãng h÷u hiÖu:
C
§¸nh gi¸ tuæi thä c«ng tr×nh theo ®iÒu kiÖn sãng
) 2.1n go
(
HK
(
) 4.2n
SS
1 N
C
N ∑ = 1n
n *
⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠
H
=
(9)
eff
C
(
⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ) 2.1n go
1 N
C
N ∑ = 1n
n *
⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝
trong ®ã: KS - hÖ sè gi÷a tû lÖ chiÒu cao sãng cã ý nghÜa ë vïng n−íc s©u víi chiÒu cao sãng h÷u hiÖu ë vïng n−íc s©u (KS = 0,735);
n
SH - chiÒu cao sãng cã ý nghÜa trong sè n con sãng quan tr¾c ®−îc;
n
*C - tèc ®é sãng vì; n - sè con sãng quan tr¾c ®−îc.
BiÓu thøc x¸c ®Þnh thêi gian øng víi bïn c¸t nu«i b·i cßn l¹i p%:
2
−
l
t
=
<
0.1
víi
(10)
p
ε t a
n4m-m- 2 l
−
ε
=
−
m
=l
; n = (1 - p)2;
trong ®ã:
2
Δ
( ) 1pE2 Δ y
E 0y
0
π
a
§¸nh gi¸ tuæi thä c«ng tr×nh theo ®iÒu kiÖn xãi c¬ së cña khu vùc c«ng tr×nh
Bê biÓn C¶nh D−¬ng - Qu¶ng B×nh trong nh÷ng n¨m qua ®· x¶y ra hiÖn t−îng xãi lë kh¸ nghiªm träng. CTNBNT dïng ®Ó æn ®Þnh bê biÓn C¶nh D−¬ng lµ mét gi¶i ph¸p cã tÝnh chÊt th©n thiÖn víi m«i tr−êng.
VII. øng dông tÝnh to¸n cho CTNBNT ë C¶nh D−¬ng - Qu¶ng B×nh
- L−îng bïn c¸t båi ®¾p V = 732.324 m3, víi lo¹i bïn c¸t cã ®−êng kÝnh trung b×nh
D50 = 0,30 mm.
CT 2
- Khu vùc båi ®¾p cã chiÒu dµi 1.400 m, chiÒu réng 323 m, chiÒu réng thÒm b·i 60,0 m,
cao tr×nh thÒm b·i +2,0 m (HÖ cao ®é HN-72);
- Tuæi thä c«ng tr×nh øng víi khèi l−îng båi ®¾p cßn l¹i p(t) = 50% nÕu kh«ng duy tu h»ng
n¨m lµ t50% = 9,12 n¨m.
C¨n cø vµo c¸c sè liÖu kh¶o s¸t lùa chän c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña c«ng tr×nh nh− sau:
C«ng tr×nh NBNT lµ mét gi¶i ph¸p c«ng tr×nh th©n thiÖn víi m«i tr−êng ®ang ®−îc thÕ giíi ®¸nh gi¸ cao hiÖu qu¶ tæng thÓ cña nã. Tuy vËy, ®©y lµ lo¹i c«ng tr×nh thô ®éng, ®ßi hái ph¶i duy tu b¶o d−ìng th−êng xuyªn nªn cßn chÞu sù h¹n chÕ sö dông ë nh÷ng n¬i ch−a cã ®iÒu kiÖn kinh tÕ vµ c«ng nghÖ cao nh− ë n−íc ta.
Tµi liÖu tham kh¶o [1]. NguyÔn ViÕt Thanh (2006). ”Nghiªn cøu vÒ mÆt c¾t c©n b»ng b·i biÓn vµ gi¶i ph¸p nu«i b·i nh©n t¹o ®Ó æn ®Þnh bê biÓn”, LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt. [2]. U.S Army Corps of Engineers (USACE). ”EM1100-2-1100 Coastal Engineering Manual”(cid:161)
VIII. KÕt luËn vμ kiÕn nghÞ
