Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng, Việt Nam

Chia sẻ: Pham Linh Dan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

103
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dọc theo bờ biển của tỉnh Sóc Trăng, Việt Nam, quá trình động lực của sự bồi tụ và xói mòn xảy ra ảnh hưởng bởi sự tương tác giữa:  chế độ xả của đồng bằng sông Cửu Long,  chế độ thủy triều của Biển Đông và  Chế độ thời tiết gió mùa của khu vực Đông Nam Á. Xói mòn và bồi tụ ven biển là những quá trình phức tạp tùy thuộc vào ảnh hưởng khác nhau. Các yếu tố chính là việc vận chuyển trầm tích dưới ảnh hưởng của dòng chảy và sóng, động lực tổng thể của các bãi...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng, Việt Nam

Tháng 08/2011 CZM Sóc Trăng, Việt Nam Thiết kế Đê phá sóng
Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng, Việt Nam Thiết kế chi tiết của đê chắn sóng 47 trang và 14 tài liệu kèm theo Dự án: Quản lý Tài nguyên thiên nhiên ven biển tỉnh Sóc Trăng, Việt Nam, 134 Trần Hưng Đạo, Tp. Sóc Trăng , Việt Nam Khách hàng: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbHDag Hammarskjöld- Weg 1-5 65760 Eschborn, Đức Thiết kế: von Lieberman GmbH Ruhrstraße 57 22761 Hamburg, Đức Điện thoại: 040 / 500 993-0 Fax: 040 / 500 993-33 Người liên hệ: Dipl.-Ing. Thorsten Albers (Chuyên gia kỹ thuật sông và ven biển) Mã số dự án: 13713-01 Hamburg, 2011/04/08 2
MỤC LỤC 1. GIỚI THIỆU ............................................................................................................... 8 1.1 Bối cảnh .............................................................................................................. 8 1.2 Phạm vi công việc ............................................................................................... 9 2. ĐIỀU KIỆN BIÊN ..................................................................................................... 10 2.1 Sóng ................................................................................................................. 10 2.2 Vận tốc dòng chảy ............................................................................................ 11 2.3 Gió .................................................................................................................... 11 2.4 Đất .................................................................................................................... 11 3. THIẾT KẾ SƠ BỘ .................................................................................................... 12 4. ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU CỦA TRE .............................................................................. 14 4.1 Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 15 4.2 Đặc tính của vật liệu .......................................................................................... 15 4.3 Đặc tính phá hủy ............................................................................................... 16 5 THIẾT KẾ TĨNH ĐỊNH .............................................................................................. 17 5.1 Tải trọng do sóng và dòng chảy gây ra ............................................................. 17 5.1.1 Cọc đơn ..................................................................................................... 17 5.1.2 Tường cọc (hệ nhóm cọc) .......................................................................... 17 5.2 Sóng vỡ ............................................................................................................ 19 5.3 Tác động ........................................................................................................... 19 5.4 Trọng lượng người............................................................................................ 20 5.5 Tải trọng gió ...................................................................................................... 20 6 THIẾT KẾ ĐỊA KỸ THUẬT VÀ BẰNG CHỨNG VỀ AN TOÀN ................................ 20 6.1 Lực dọc trục ...................................................................................................... 21 6.2 Lực ngang ......................................................................................................... 22 7 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ......................................................................................... 27 7.1 Bản đồ vị trí và mô tả ........................................................................................ 27 7.2 Mặt trước, mặt cắt ngang và mặt bằng ............................................................. 28 7.3 Thông tin chi tiết ................................................................................................ 28 8 TIẾN ĐỘ XÂY DỰNG .............................................................................................. 29 8.1 Công tác chuẩn bị và thiết bị hiện trường .......................................................... 29 8.2 Xây dựng .......................................................................................................... 30 8.3 Trình tự thi công ................................................................................................ 32 8.4 Hệ thống thoát nước ......................................................................................... 33 9 SỐ LIỆU................................................................................................................... 34 10 GIÁM SÁT XÂY DỰNG ........................................................................................... 35 10.1 Thí nghiệm kéo kiểm tra .................................................................................... 36 11 TRIỂN VỌNG ........................................................................................................... 37 3
12 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 39 13 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 41 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Mô phỏng sóng tại Vĩnh Tân trong thời gian gió mùa Tây Nam và Đông Bắc..... 10 Bảng 2. So sánh các kết quả thí nghiệm ........................................................................ 15 Bảng 3. Tham số của vật liệu áp dụng trong thiết kế ....................................................... 15 Bảng 4. Tính toán Mmax , zM, max σ, và zσ cho các trường hợp tải trọng khác nhau ......... 25 Bảng 5. Ước tính số luợng vật liệu cho đê phá sóng và hàng rào tre………25……………..34 5
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Phân bố đường kính hạt bùn cát đáy tại Vĩnh Tân ............................................. 12 Hình 2. Sự kết hợp đê chắn sóng tre và hàng rào tre kiến nghị ...................................... 13 Hình 3. Nhìn mặt bên các hàng rào tre và đê chắn sóng tre (sơ đồ); hướng nhìn: Đông Bắc .................................................................................................................................. 14 Hình 4. Tính toán mặt cắt ngang của một cọc tre ........................................................... 16 Hình 5. Các lực do sóng không vỡ tác dụng lên tường đứng ......................................... 18 Hình 6. Minh họa phương pháp phản ứng lực nền bao gồm hệ thống tĩnh, đường cong, áp lực đất ngang và mô men uốn .................................................................................... 23 Hình 7. Phân phối mô men sinh ra cặp lực ..................................................................... 25 Hình 8. Mối buộc (cột) được thực hiện với dây mây (DUNKELBERG, 2000) ................. 29 Hình 9. Thanh gỗ tròn nhọn có tay cầm chuẩn bị thi công (trái), búa đầu để đóng cọc đứng ............................................................................................................................... 30 Hình 10. Đóng cọc đứng sử dụng máy hướng cọc hoặc gầu máy đào ........................... 31 Hình 11. Cần thép hỗ trợ đóng cọc thẳng đứng với áp lực nước ................................. 31 Hình 12. Hệ thống thoát nước trong khu vực chính ........................................................ 33 Hình 13. Mặt cắt ngang của mương chính và mương nhỏ ............................................. 34 Hình 14. Sơ đồ thiết lập thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo (với 2 loại trụ tùy chọn) ........... 36 Hình 15. Dây đai căng bao gồm cả cờ lê vành đai (trái), máy đo trọng lượng dạng cần cẩu (bên phải) ........................................................................................................................ 37 6
DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Sơ đồ bố trí Phụ lục 2: Sơ đồ vị trí (không có bản đồ nền) Phụ lục 3: Mốc không chế Phụ lục 4: Kè chắn sóng/hàng rào bảo vệ bờ bằng tre, mặt cắt A-A Phụ lục 5: Kè chắn sóng/hàng rào bảo vệ bờ bằng tre, mặtcắt B-B Phụ lục 6: Kè chắn sóng/hàng rào bảo vệ bờ bằng tre, mặt cắt C-C và D-D Phụ lục 7: Hàng rào bảo vệ bằng tre, đê ngầm, mặt cắt E-E Phụ lục 8: Hàng rào bảo vệ bằng tre, đê ngầm, mặt cắt F-F Phụ lục 9: Hàng rào bảo vệ bằng tre, đê ngầm, mặt cắt G-G và H-H Phụ lục 10: Liên kết mỏ hàn/đê ngầm tre, mặt cắt I Phụ lục 11: Hàng rào bảo vệ mỏ hàn tre, liên kết với tấm lót mái, mặt cắt J Phụ lục 12: Hàng rào tre bảo vệ bờ, mặt cắt ngang K-K Phụ lục 13: Kè chắn sóng/hàng rào bảo vệ bờ bằng tre, chi tiết 1 và 2 Phụ lục 14: Kè chắn sóng/hàng rào bảo vệ bờ bằng tre, chi tiết 3 và 4 7
1. GIỚI THIỆU 1.1 Bối cảnh Dọc theo bờ biển của tỉnh Sóc Trăng, Việt Nam, quá trình động lực của sự bồi tụ và xói mòn xảy ra ảnh hưởng bởi sự tương tác giữa:  chế độ xả của đồng bằng sông Cửu Long,  chế độ thủy triều của Biển Đông và  Chế độ thời tiết gió mùa của khu vực Đông Nam Á. Xói mòn và bồi tụ ven biển là những quá trình phức tạp tùy thuộc vào ảnh hưởng khác nhau. Các yếu tố chính là việc vận chuyển trầm tích dưới ảnh hưởng của dòng chảy và sóng, động lực tổng thể của các bãi biển trong một vùng ven biển và các tác động do con người gây ra. Do đặc tính có hướng, vận chuyển bùn cát ở bờ biển có thể được chia thành:  Vận chuyển bùn cát trên mặt cắt ngang (vận chuyển vào-/ra biển )  Vận chuyển bùn cát dọc bờ Vận chuyển bùn cát trên mặt cắt ngang gây ra thay đổi hình thái ngắn hạn của trầm tích, ví dụ như trong các cơn bão. Vận chuyển bùn cát dọc bờ tạo ra sự thay đổi dài hạn của mặt cắt bờ biển. Trong một số lĩnh vực, chẳng hạn như khu vực tập trung của xã Vĩnh Tân, xói lở nghiêm trọng đe dọa đến sự an toàn của đê và do đó là đe dọa người dân và đất nông nghiệp nằm phía sau đê. Động lực học hình thái trong khu vực tập trung của Vĩnh Tân đã được điều tra và phân tích trong một nghiên cứu thực hiện bởi Đại học Công nghệ Hamburg trong năm 2009 và 2010 (LBERS & VON Lieberman, 2011). Trong sự hợp tác với Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi miền Nam (SIWRR) dữ liệu có sẵn liên quan đến bờ biển của tỉnh Sóc Trăng đã được nghiên cứu và phân tích. Mặc dù dữ liệu về độ sâu, mực nước, lưu lượng của sông và vận chuyển bùn cát trong sông đã có, dữ liệu cần thiết về vị trí xói lở, đặc biệt là về trường sóng lại không có. Vì vậy, các đợt đo đạc được thực hiện để bù vào và xây dựng nền tảng cho các biện pháp bảo vệ bờ biển tinh vi và hiệu quả. Trong ba đợt đo đạc thực tế, thông tin về dòng chảy, sóng, nồng độ bùn cát và độ sâu đã được khảo sát. Các đợt khảo sát này đã bao hàm các mùa khác nhau là mùa gió Đông Bắc và mùa gió Tây Nam. Kết quả đo sóng cho thấy một sự phụ thuộc rõ ràng của sóng vào mùa gió . Dòng chảy đo đạc được cho thấy thành phần dọc bờ gây ra bởi chuyển động của sóng thủy triều dọc theo bờ biển phía Nam Việt Nam. Dòng chảy này tăng lên bởi gió mùa Đông Bắc. Các cơ sở dữ liệu có sẵn và tạo ra đã được sử dụng để thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình toán số. Sự thay đổi đường bờ biển đã được tính toán xem xét dựa trên các 8
biện pháp bảo vệ khác nhau. Bên cạnh kỹ thuật thông thường, một cách tiếp cận khác bằng cách sử dụng vật liệu địa phương đã được điều tra. Dọc theo bờ biển phía Đông Nam của Việt Nam, xói lở và bồi lắng tự nhiên thay đổi khác nhau giữa các vùng. Đoạn bờ biển nhô ra bị ảnh hưởng bởi dòng chảy lũ dọc bờ, dòng thủy triều trực tiếp xa bờ khi triều rút và sóng. Giai Đoạn có các hoạt động sóng tăng lên sẽ làm tăng tỷ lệ xói mòn, trong khi thời gian với các hoạt động làn sóng giảm thậm chí có thể dẫn đến bồi lắng. Trong thời gian gió mùa Đông Bắc bùn cát cung cấp từ sông Mekong ít, dòng mạnh hơn và sóng cao hơn làm gia tăng sóng xói lở. Ở những nơi mà mũi đất phát triển quá mức bị biến mất xói lở nghiêm trọng có thể gây nguy hiểm cho sự ổn định của đê, ngay cả sau những giai đoạn bồi tạm thời. 1.2 Phạm vi công việc Tất cả các giải pháp công trình bảo vệ bảo vệ bờ biển, ngoại trừ giải pháp nuôi bãi đều gây ra xói lở hạ lưu công trình. Các giải pháp công trình cứng chỉ nên áp dụng nếu đời sống dân cư hoặc các cơ sở hạ tầng có giá trị bị đe dọa. Nói chung, biện pháp nuôi bãi bổ sung là cần thiết để giảm tác động tiêu cực của các công trình đã xây dựng. Công trình bảo vệ bờ biển phải được thiết kế cẩn thận để bảo đảm hiệu quả yêu cầu và giảm thiểu được xói lở hạ lưu công trình. Những giải pháp gần gũi với thiên nhiên rất có giá trị. Trong nghiên cứu các mô hình dòng chảy và xói lở khác nhau, các phương án bố trí và thiết kế công trình chống xói lở đã được nghiên cứu bằng mô hình toán và mô hình vật lý. Ngoài việc áp dụng đê chắn sóng thông thường, phương pháp tiếp cận bằng cách sử dụng vật liệu địa phương đã được khảo cứu. Kết luận, kiến nghị các biện pháp chống xói lở đã được đưa ra dựa trên kết quả mô hình, đo đạc thực địa và phân tích giá thành công trình. Việc áp dụng vật liệu địa phương như tre có nhiều thuận lợi dựa trên độ bền của tre, sự sẵn có, và giá thành của tre. Với một đê chắn sóng làm bằng tre, độ truyền sóng mong muốn có thể thể đạt được. Do đó, việc xây dựng đê chắn sóng tre được khuyến khích. Hơn nữa, chi phí của giải pháp này là thấp, so với các phương án khác. Tất cả những công trình xây dựng được thiết kế trong báo cáo này (đê phá sóng, hàng rào dọc bờ và hàng rào vuông góc với bờ) nên được làm bằng tre. Trước khi các giải pháp đề nghị và đồng ý được xây dựng, một kế hoạch thực tế phải được đưa ra. Tài liệu này cung cấp các kế hoạch chi tiết xây dựng bao gồm tất cả các vị trí, kích thước và xây dựng chi tiết theo hình thức bản đồ vị trí, mặt cắt ngang và mặt bằng. Tất cả các xác minh tĩnh và địa kỹ thuật đã được thực hiện. Đối với giai đoạn thi công, vài biện pháp để quản lý chất lượng, ví dụ như thí nghiệm xác định các lực bẻ gãy của cọc tre và xác định sự hợp lý của việc đóng cọc tre được đề xuất. Tài liệu này cung cấp các chi tiết kỹ thuật sản phẩm cho công trình xây dựng. Khối lượng và các tính toán chi phí trong giá thành chào hàng phải được xác minh dựa trên các giá thành ở địa phương. Trong thời gian giám sát thi công xây dựng, việc kiểm tra cường độ của các cọc tre phải được thực hiện ra để định lượng các lực phá hủy (gãy) của cọc đơn 9
và của nhóm cọc. Độ sâu đóng của cọc cũng như các vật liệu xây dựng phải được kiểm soát . Một tài liệu chi tiết của giai đoạn thi công công trình là cần thiết. Việc xây dựng đê chắn sóng bằng tre và hàng rào tre ở Vĩnh Tân là phục vụ cho một dự án thí điểm để chống xói lở và phục hồi rừng ngập mặn trong các điểm xói lở, nó cũng sẽ được sử dụng để thu thập kiến thức cho việc áp dụng và tối ưu hóa trong tương lai thông qua các tài liệu chi tiết và giám sát. 2. ĐIỀU KIỆN BIÊN ALBERS & VON LIEBERMAN (2011) đã có mô tả chi tiết của khu vực điều tra, chế độ thủy văn và thủy động lực của khu vực. Ở đây, chỉ có một số tải trọng liên quan được tóm tắt. Các giá trị được đưa ra từ dữ liệu và chuỗi số liệu theo thời gian đã có, số liệu đo đạc thực địa và từ mô hình toán số. Để biết thêm chi tiết hay xem ALBERS & VON LIEBERMAN (2011). 2.1 Sóng Mô hình sóng đã được hiệu chỉnh và kiểm định bằng cách sử dụng dữ liệu gió, dữ liệu từ trạm đo đã có và dữ liệu từ các đợt đo thực địa. Các kịch bản khác nhau đã được mô phỏng. Trong một kịch bản, điều kiện bão trong thời gian gió mùa Tây Nam đã được mô phỏng với vận tốc gió cao nhất là 16 m / s. Trong kịch bản đó sóng có nghĩa có chiều cao 0,58 m được dự báo ở Vĩnh Tân. Hướng sóng trung bình tại Vĩnh Tân là từ phía Nam - Tây Nam trong điều kiện bão đó. Một mô mô phỏng sóng khác trong mùa gió Đông Bắc với vận tốc gió lớn nhất là 25 m/s. Đối với bờ biển Vĩnh Tân chiều cao sóng có nghĩa là 0,63 m đã được tính toán. Mặc dù vận tốc gió cao hơn trong kịch bản gió mùa Tây Nam, chiều cao sóng có nghĩa không lớn hơn, bởi vì Vĩnh Tân nằm trong bóng sóng của đồng bằng sông Cửu Long với bãi cát của nó. Các thông số sóng cho các kịch bản khác nhau được tóm tắt trong Bảng 1. Bảng 1. Mô phỏng sóng tại Vĩnh Tân trong thời gian gió mùa Tây Nam và Đông Bắc Mô phỏng Hướng gió [o] Kịch bản Vận tốc gió Chu kỳ đỉnh Chiều cao sóng có Tp (s) nghĩa Hs (m) 1a SW 16.28 6.04 0.58 1b WSW 18.90 6.04 0.58 1c W 15.75 9.70 0.54 2a NNE 20.53 5.50 0.52 2b NE 25.24 5.50 0.63 10
Đối với thiết kế đê chắn sóng có chiều cao sóng có nghĩa khoảng 0,65 m và chu kỳ đỉnh sóng 5,5 s có thể được lấy làm cơ sở. Sóng có thể tiếp cận từ góc độ khác nhau. Chiều cao sóng tối đa được tính toán dựa trên lý thuyết LONGUET-HIGGINS (cf. EAK, 2002) giả định một sự kiện với 1000 sóng. Chiều cao sóng tối đa chỉ có thể đạt được với độ sâu nước tương ứng, có tính tới sóng vỡ. 2.2 Vận tốc dòng chảy Vận tốc dòng chảy trong khu vực điều tra chủ yếu là chịu ảnh hưởng của thủy triều. Biên độ thủy triều là 3,50 m, dẫn đến độ sâu của nước lên đến 1,50 m vào lúc thủy triều cao tại vị trí của đê chắn sóng dự kiến. Các kết quả của cả đo đạc thực địa và mô hình toán số đã được sử dụng để xác định các thông số dòng chảy. Trong mùa gió Đông Bắc gió của tháng 1 năm 2010 một trạm đo AWAC ghi nhận vận tốc dòng chảy từ 0,10 m/s và 0,60 m/s trong lúc triều cường. Các đỉnh vận tốc trong thời gian thủy triều xuống ít rõ ràng hơn, từ 0,10 m/s và 0,40 m/s. Các khảo sát bằng máy ADCP di động cho thấy dòng chảy hướng ra biển khi thủy triều lên xuống khoảng 0,40 m/s và dòng chảy dọc bờ trong thời gian thủy triều lên khoảng 1,00 m/s, trong khi giá trị lớn nhất được đo ở phía ngoài khơi. Mô hình thủy động lực học đã tính toán vận tốc dòng chảy giữa 0,20 và 0,50 m/s trong khu vực gần bờ. Vì vậy, các kết quả tính toán từ mô hình và đo dòng chảy ở trong khu vực trọng điểm cho thấy một mối tương quan tốt. Đối với thiết kế đê chắn sóng, vận tốc dòng chảy 0,50 m/s được giả định. 2.3 Gió Một trường hợp tải trọng có thể cho thiết kế của đê chắn sóng bằng tre, trong khi vận tốc gió cao xảy ra khi nước thấp và tiếp xúc đầy đủ của đê chắn sóng. Đối với trường hợp này một cơn gió thiết kế vận tốc 25 m/s theo kịch bản 2b (xem mục 2.1) dựa trên bộ dữ liệu có sẵn được giả định. 2.4 Đất Các mẫu vật liệu đáy được phân tích trong phòng thí nghiệm địa kỹ thuật. Hình 1 cho thấy sự phân bố kích thước hạt của hai mẫu đáy tại bờ biển Vĩnh Tân. Đường kính hạt trung 11
bình là 0,0065 mm. Vật liệu đáy là bùn sét. Các mẫu vật liệu đáy khác trong vùng nghiên cứu trọng điểm là loại bùn và vật liệu sét có đường kính hạt trung bình (D50) từ 0,003 và 0,007 mm. Dựa vào kinh nghiệm và các mẫu trong khu vực điều tra, độ dày của lớp đất mềm khoảng 0,80 m. Dưới lớp đó là lớp cát có độ cố kết cao hơn. Do xói mòn hoặc bồi đắp, độ dày của lớp đất yếu có thể thay đổi trong phạm vi của dm. Trước khi xây dựng cao trình đáy và độ dày của lớp đất yếu nên được xác định tại các vị trí có liên quan. Hình 1. Phân bố đường kính hạt bùn cát đáy tại Vĩnh Tân 3. THIẾT KẾ SƠ BỘ Mục đích của các giải pháp công trình là để giảm xói mòn và tăng sự bồi tụ. Tác động tiêu cực như xói mòn ở hạ du công trình phải có thể tránh được càng nhiều càng tốt. Tại đoạn đê đang bị đe dọa ở khu vực trọng điểm một đoạn khoảng 200 m phải được bảo vệ. Dựa trên các mô phỏng khác nhau các cách bố trí khác nhau của đê chắn sóng đã được thử nghiệm (Albers & VON Lieberman, 2011). 12
Việc xây dựng các đê chắn sóng luôn luôn dẫn đến xói mòn ở hạ du công trình. Hiệu ứng xói hạ du này được giảm thiểu nếu đê chắn sóng được xây dựng với chiều dài 100 m trong khoảng cách 50 m đến bờ biển lý tưởng. Hệ số truyền sóng nên được khoảng 0,50. Với một đê chắn sóng làm bằng tre hệ số truyền sóng như vậy có thể đạt được. Kết quả của các mô hình vật lý tương ứng có thể được tìm thấy trong A LBERS & VON LIEBERMAN (2011). Việc áp dụng vật liệu địa phương như tre có nhiều thuận lợi dựa trên độ bền của tre, sự sẵn có và giá thành của tre. Do đó, việc xây dựng hàng rào tre được khuyến khích. Hơn nữa, chi phí của giải pháp này là thấp, so với các giải pháp khác. Nếu khoảng trống giữa bãi bị xói lở và đoạn đê đang bị đe dọa được đóng lại, năng lượng sóng sẽ bị tiêu tán trên bãi mới phát triển và đoạn đê đó sẽ được bảo vệ. Xóa bỏ khoảng trống này sẽ tạo ra một tình trạng gần với thiên nhiên, không có xói mòn đáng kể ở hạ lưu công trình. Do đó, việc bố trí các ô hàng rào tre tại đê được đề nghị kết hợp với đê chắn sóng bằng tre song song với bờ biển. Hình 2 cho thấy sự bố trí phu hợp. Giám sát công trình hợp lý sẽ cung cấp thông tin chi tiết về hiệu quả của cả hai biện pháp. Chiều dài của các hàng rào tre chỉ ra trong hình 2 cho biết thêm lên đến khoảng 400 m. Chiều dài của đê chắn sóng tre là 100 m. Hình 3 cho thấy các sơ đồ hình chiếu cạnh của hàng rào tre và đê chắn sóng bằng tre. Hình 2. Sự kết hợp đê chắn sóng tre và hàng rào tre kiến nghị 13
Hình 3. Nhìn mặt bên các hàng rào tre và đê chắn sóng tre (sơ đồ); hướng nhìn: Đông Bắc Khoảng trống ở giữa hai hàng cọc tre được nhét đầy với bó cành cây. Bó cành cây phải làm giảm dòng chảy và tiêu tan năng lượng sóng và phải được thấm đủ để cho các hạt bùn cát đi vào trong hàng rào. 4. ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU CỦA TRE Người ta biết rằng các tính chất cơ học của gỗ đặc bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu và đất đai, vị trí, tuổi tác, thời gian chặt hạ, độ ẩm, vv. Hơn nữa, có những khác biệt đáng kể dọc theo chiều dài của thân hoặc mặt cắt ngang của nó. Độ bền của gỗ cũng phụ thuộc vào hướng của các lực tác dụng (song song hoặc vuông góc với hướng của các sợi). Sự khác nhau về độ bền của tre với kết cấu một hình trụ rỗng với chiều dày khác nhau của vỏ thân tre và độ dày các màng nút vuông góc với thân tre (đốt) lại càng khác xa nhau. Một hình ảnh chính xác của các giá trị độ bền này chỉ có thể thu được thông qua dữ liệu thu được từ dãy tre và cây tre. Trước khi thiết kế chi tiết đê chắn sóng, trong khuôn khổ của tài liệu tham khảo, một số nguồn được biên soạn và so sánh. 14
4.1 Tài liệu tham khảo Để đánh giá và so sánh các đặc điểm cơ lý của tre, tuổi, nguồn gốc của tre, tuổi, độ ẩm và đường kính của tre có tầm quan trọng lớn. So sánh kết quả của cuộc điều tra khác nhau về các tính chất của tre, một dao động nhất định của các kết quả có thể được nhận thấy, mặc dù tất cả các cuộc thử nghiệm đã được tiến hành với cùng một loài tre (guadua angustifolia). Trong tài liệu tham khảo kết quả của nghiên cứu khác nhau có thể được tìm thấy trong: • A TROPS, 1969 • HIDALGO, 1974 • J ANSSEN, 1981 • JANSSEN, 1990 • L INDEMANN & STEFFENS, 2000 • A ICHER, 2000 • DUNKELBERG, 2000 4.2 Đặc tính của vật liệu Kết quả của các nghiên cứu khác nhau khác nhau trong một phạm vi nhất định. Bảng 2 cho thấy các thông số vật liệu có liên quan của kết quả nghiên cứu được công bố khác nhau. Bảng 2. So sánh các kết quả thí nghiệm KN/cm2 Độ bền kéo Độ bền nén Mô đun biến Độ bền uốn dạng Lindemann & 14,8-38,4 6,2-9,3 2.000 7,6-27,6 Steffens (2000) Aicher (2000) - 5,6 1,840 7,4-10 Hidalgo (1974) 19,19 3,93 2,150 - Janssen (1981) - 1,760 14,48 Trong khuôn khổ của thiết kế của đê chắn sóng tre, không có ý định thử nghiệm vật liệu chi tiết. Các giá trị áp dụng trong quá trình thiết kế là giả định (xem Bảng 3). Bảng 3. Tham số của vật liệu áp dụng trong thiết kế (kN/cm2) Tham số Mô đun đàn hồi 1.800 Độ bền kéo 15,0 Độ bền nén 3,9 Độ bền uốn 7,6 15
Trong bản thiết kế, kích thước hiển thị trong hình 4 là giả định. Đường kính tính toán là 0,075 m được xem xét từ độ lệch của đường kính 0,08 m. Hình 4. Tính toán mặt cắt ngang của một cọc tre Diện tích phù hợp của mặt cắt ngang tính toán là: Mô men bậc 2 tính toán được là: 4.3 Đặc tính phá hủy Đặc tính phá hủy thông thường khác nhau đáng kể từ đặc tính gãy của tre. Sự hư hỏng của các sợi tre dẫn đến sư phá hủy của mặt cắt ngang. Vết nứt trên tre là không trùng hướng với các sợi và năng lượng của tác động tiêu tan. Sự phát triển của các vết nứt theo chiều dọc là cản trở bởi các nút (mắt đốt) của tre, dẫn đến tăng độ dẻo dai gãy của tre. Lực tác động mạnh vượt trội sức chịu đựng của tre không gây ra gãy đột ngột . Điều này là rất quan trọng cho việc thiết kế và kiểm tra độ bền kéo. 16
5 THIẾT KẾ TĨNH ĐỊNH Thiết kế cọc tre chắn sóng và hàng rào tre được thực hiện dựa trên phương pháp tiếp cận thiết kế có sẵn. Lực phá hoại là ước tính dựa trên tài liệu thích hợp (xem mục 4). Ngoài ra, trong giai đoạn xây dựng lực phá hủy một số cọc tre cần được xác định bằng thực nghiệm để xác nhận các giá trị giả định. Việc đóng cọc xuống đất một cách hợp lý là cần thiết. 5.1 Tải trọng do sóng và dòng chảy gây ra 5.1.1 Cọc đơn Hàng cọc tre đầu chị tác động trực tiếp của dòng chảy và sóng. Việc tính toán tải trọng gây ra bở sóng và dòng chảy được thực hiện dựa vào phương pháp cộng tác dụng cho bởi Morison, O'Brian, Johnson và Schaaf (MOJS). Lực do dòng chảy và lực gia tốc của dòng thủy triều và sóng là kết quả từ công thức sau đây (EAK năm 2002): ftotal = Tổng hợp của lực của dòng chảy và gia tốc gây ra [kN/m] fD = Lực tác động của dòng chảy trên cọc [kN/m] fM = Tăng tốc lực trên cọc [kN / m] CD = Hệ số sức kháng của dòng chảy [-] CM = Hệ số sức kháng quán tính [-] ρW = Mật độ của nước [t/m³] D = Đường kính của cọc [m] u= Thành phần ngang của vận tốc dòng chảy / vận tốc qũy đạo [m/s] du/dt = Thành phần ngang của dòng chảy / gia tốc quỹ đạo [m/s ²] Tổng tải trọng trên cọc được xác định bằng cách giải tích phân của các lực đường tính toán. Các bộ phận khác nhau của tải trọng sóng bị lệch pha. Các pha khác nhau của sóng đã được xem xét. Dựa trên các thí nghiệm trên mô hình vật lý hệ số CD và hệ số CM được xác định bởi CERC (1984) cho các số Reynolds khác nhau : CD = 0,75 CM = 1,8 Dòng chảy thủy triều 17
Sóng 1. Trường hợp tải trọng: Vận tốc quỹ đạo lớn nhất 2. Trường hợp tải trọng: Gia tốc quỹ đạo lớn nhất 3. Trường hợp tải trọng: tổng hợp Tải trọng thiết kế từ thủy triều và trường hợp tải đầu tiên của tải trọng sóng thêm vào lên đến 0,03 kN / m. Đối với một cọc tre của chiều dài 1,30 m, lực gây ra là 0,04 kN. 5.1.2 Tường cọc (hệ nhóm cọc) Hàng cọc tre phía sau bị tác dụng bởi lực gây ra bởi dòng chảy thủy triều theo phương ngang truyền qua bó cành cây. Việc tính toán kết quả của các lực gây ra được thực hiện với Hệ thống Thiết kế và Phân tích Kỹ thuật bờ biển (CEDAS) dựa trên phương pháp tiếp cận của Miche-Rundgren và Sainflou. Kết quả tính toán được tóm tắt trong Hình 5. Trường hợp: Lực sóng không vỡ tại các tường đứng Độ sâu từ SWL (mực nước 1,30 m biển) Chiều cao sóng khi có sự cố 0,65 m Chu kỳ sóng 5,50 Hệ số phản xạ sóng 0,50 Cotang của góc dốc gần bờ 1.000 Hệ số phá hủy 0,78 Miche-Rundgren Sainflou Vị trí của sóng ở tường Đỉnh Chân Đỉnh Chân Đơn vị Chiều cao sóng ở trên đáy 2,28 1,31 2,28 1,31 m Lực tích phân 22,91 7,44 19,02 2,95 KN/m Mô men tích phân 17,11 3,17 13,99 0,81 KNm/m Ghi chú: Kết quả từ Sainflou được kiến nghị sử dụng cho trường hợp này Hình 5. Các lực do sóng không vỡ tác dụng lên tường đứng Áp dụng phương pháp của Sainflou, kết quả tích phân lực ngang là 20 kN trên một m chiều rộng. Lực lớn nhất xảy ra tại đỉnh của sóng. Với khoảng cách 0,10 m giữa các cọc tre, lực ngang cho mỗi cọc tre là 2kN. 18
5.2 Sóng vỡ Sóng vỡ có thể tạo ra ứng suất nén lên cọc ở hàng cọc trước phía trên mực nước tĩnh. Những lần “đập” hoặc “vỗ” này xảy ra trong thời gian rất ngắn (ở thang của mili giây) và do đó không quan trọng trong thiết kế. Đối với các lực cục bộ trên diện tích của mực nước tĩnh các lực “vỗ” này cần phải được xem xét. Lực vỗ được tính toán là: FS= Lực vỗ [kN] Cs = 2π = Hệ số vỗ[-] ρW = Mật độ của nước [t / m³] D = Đường kính của cọc [m] λ= 0,5 = Hệ số uốn [-] ɳb= Mực nước lớn nhất của sóng vỡ bên trên mực nước tĩnh (xấp xỉ 0,7 Hs )[m] umax = Thành phần ngang của vận tốc quỹ đạo lớn nhất [m/s] Cấu trúc của các bó cành cây hấp thụ năng lượng từ sóng vỗ. Do đó, ảnh hưởng của sóng vỗ vào bó cành cây được bỏ qua. 5.3 Tác động Lực bất thường có thể là kết quả của tác động của các vật nổi hay vật trôi ra từ tau chim . Tiêu chuẩn quốc tế chứng nhận các tường bảo vệ lũ di động giả thiết tác động của một vật 300 kg được sự chấp thuận cho hệ thống. Giá trị này cũng được coi là đủ cho việc thiết kế tĩnh định của các công trình xây dựng bằng tre có tính đến điều kiện biên như độ sâu của nước và hoàn cảnh bên ngoài. Kết quả tối đa của tác động: Vận tốc tối đa của các vật nổi là 0,3 m/s (xem. 2.2) được giả thiết. Cấu trúc linh hoạt của công trình cho phép giả định thời gian sống của tác động là 2 giây. 19
5.4 Trọng lượng người Việc xem xét các hình thức phá hoại được bao gồm trong 5.3. Ngoài ra trọng lượng người đàn ông là 1 kN như là một tải thẳng đứng được giả định đối với từng cọc tre dựa trên tiêu chuẩn Đức (DIN 1055, Phần 3). 5.5 Tải trọng gió Tại bờ biển Bắc Hải, thân cây dài và mảnh được sử dụng để đánh dấu trên kênh giao thông thủy ở Biển Wadden. Các trường hợp được báo cáo, trong đó các thân cây không thành công trong điều kiện bão và nước thấp. Mặc dù những thân cây này tiếp xúc với gió nhiều do chiều dài của nó trên mặt đất, trường hợp này là hình ảnh như ở đây. Các hàng cọc tre phía trước chịu tác động trực tiếp của áp lực gió động. Lực trên một cọc tre đơn cho kết quả: If the bamboo fence is regarded as a permeable wall, the rear row of bamboo piles is loaded by the dynamic pressure based on German Standards (DIN 1055, Part 4) resulting to: Nếu các hàng rào tre được coi như một bức tường thấm, hàng cọc tre phía sau phải chịu bởi các áp lực động dựa trên tiêu chuẩn Đức (DIN 1055, Phần 4) dẫn đến: Các giá trị cf. và q được ước tính dựa trên các tiêu chuẩn của Đức. Kết quả phải được chia cho số lượng cọc cho mỗi mét để tính được lực trên một cọc trên một m chiều cao. Sự khác biệt để tính toán cho một cọc trên đây là các kết quả từ ảnh hưởng của bó cành cây. Với một khoảng cách 0,10 m giữa các cọc thẳng đứng, lực trên một cọc đơn là khoảng 0,04 kN. 6 THIẾT KẾ ĐỊA KỸ THUẬT VÀ BẰNG CHỨNG VỀ AN TOÀN Trong kỹ thuật xây dựng với cọc đường kính nhỏ thường được thiết kế như cọc với tải trọng hướng tâm. Các cọc của đê chắn sóng tre cũng được thiết kế để hấp thụ động lượng. Vì vậy, tải trọng ngang được chuyển xuống mặt đất bởi một ngàm đàn hồi của cọc. Như vậy, hệ thống tĩnh là một cọc kháng uốn được hỗ trợ bởi đất xung quanh. Trong thực tế phương pháp phản ứng lực nền là được chấp nhận. Người ta cho rằng áp lực 20