Đập mỏ hàn

1,903 views
1,762 views

Published on

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,903
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
478
Actions
Shares
0
Downloads
45
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Đập mỏ hàn

  1. 1. Trường Đại học Thủy Lợi Khoa Kỹ thuật biển Chương 13HỆ THỐNG MỎ HÀN Phạm Thu Hương
  2. 2. Nội dung• Khái niệm về hệ thống mỏ hàn• Những nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống mỏ hàn• Mối quan hệ và ứng xử của hệ thống mỏ hàn• Phân loại mỏ hàn• Cấu tạo mỏ hàn biển vật liệu đá• Thiết kế hệ thống mỏ hàn• Ví dụ thiết kế hệ thống mỏ hàn cho vùng Hải Hậu – Nam Định
  3. 3. Khái niệm về mỏ hàn• Mỏ hàn là loại công trình để chỉnh trị một đoạn sông hay một đoạn bờ biển• Chức năng: giảm lưu tốc dòng chảy giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ Tạo vùng nước tĩnh hoặc xoáy nhẹ để giữ bùn cát lại gây bồi cho vùng bờ, bãi bị xói Che chắn cho bờ khi sóng xiên truyền tới Giảm lực xung kích của sóng tác dụng vào bờ Hướng dòng chảy ven bờ đi lệch ra xa gây xói bờ
  4. 4. Hình dạng đường bờOCEAN Direction of Net Long-shore Transport Groyne Original Adjusted Shoreline shoreline OCEAN Direction of Net Long-shore Transport Groyne Groyne Adjusted Adjusted Original BEACH shoreline shoreline Shoreline Groyne BEACH Adjusted shoreline
  5. 5. Hệ thống mỏ hàn sông ở Hà Lan
  6. 6. Hệ thống mỏ hàn biển
  7. 7. The groyne field in Poole Bay, Southbourne, England
  8. 8. Nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống mỏ hàn• Các yếu tố ảnh hưởng: sóng, dòng chảy ven bờ, điều kiện địa kỹ thuật của nền móng, môi trường nước biển…• Sự tương tác giữa hệ thống mỏ hàn với vách bờ, bãi biển Xác định bằng quan trắc, mô hình vật lý và mô hình toán học.
  9. 9. Mối quan hệ và ứng xử của hệ thống mỏ hàn• Qui luật diễn biến bồi xói bên trong hệ thống mỏ hàn: thượng lưu bồi lắng, hạ lưu xói lở
  10. 10. • Hiện tượng chảy lượn, chảy xoáy, tách xa bờ khu vực giữa 2 mỏ hàn
  11. 11. • Bồi lắng và xói lở khu vực giữa các mỏ hàn θ = 30o – 55o θ = 90o
  12. 12. • Các tác động tiêu cực do hệ thống mỏ hàn gây ra Thiếu hụt hàm lượng cát vận chuyển về hạ du xói lở hạ lưu hệ thống mỏ hàn Giải pháp khắc phục: kết hợp nuôi bãi
  13. 13. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu: Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ • Ưu điểm: Không gây hố xói lớn ở đầu mỏ hàn, bồi lắng bùn cát phân bố tương đối đều trên mặt bằng; cho phép nước chảy xuyên qua. • Chỉ dùng ở vùng bãi nông.
  14. 14. Mỏ hàn cọc gỗ
  15. 15. Mỏ hàn màn chắn bằng gỗ• Mỏ hàn gỗ kiểu màn chắn không cho phép nước chảy xuyên qua thân mỏ hàn, có tác dụng che chắn, giảm tác động của sóng và dòng chảy cao hơn• Nhược điểm: mỏ hàn bằng gỗ là dễ bị mục; trong điều kiện chịu tác động của nhiệt độ, gió, mưa, môi trường nước biển dao động, vi sinh vật... tuổi thọ của kết cấu bằng vật liệu gỗ bị hạn chế, vì vậy phải dùng đến kỹ thuật xử lý gỗ trước khi đưa vào sử dụng.• sử dụng khi khu vực xây dựng không có nguồn cung cấp đá nhưng nguồn vật liệu gỗ dồi dào và giá thành rẻ hơn khi so sánh với các phương án khác
  16. 16. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu: Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng
  17. 17. Mỏ hàn đá đổ ở MỹMỏ hàn đá xếp ở Cần Giờ (TPHCM)
  18. 18. Mỏ hàn đá• Ưu điểm:- Nguồn cung cấp đá hộc rất dồi dào và phong phú.- có độ bền cao, chịu được môi trường nước biển mặn và các tác động mạnh của sóng, gió, nhiệt độ...- Kết cấu tổng thể của mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng lớn, rọ đá thuộc loại mềm dẻo, linh hoạt, cho phép chuyển dịch phù hợp với biến dạng nền mà không gây ra hư hỏng và phá hoại kết cấu mỏ hàn (do mỏ hàn biển thường đặt trên nền bồi tích, có nhiều lớp đất yếu, dễ bị lún, dễ bị xói lở) đặc điểm nổi bật, rất quan trọng của loại mỏ hàn này- Dễ sửa chữa, tôn cao, mở rộng- Tận dụng vật liệu đá sẵn có ở các địa phương giá thành xây dựng thấp
  19. 19. Mỏ hàn đá• Nhược điểm:- Với kết cấu đá rời, khi cá thể các viên đá bị sóng và dòng chảy tác động làm chuyển dịch ra khỏi mỏ hàn sẽ ảnh hưởng đến ổn định của các viên đá lân cận. Sự phá hoại của mỏ hàn có thể bắt đầu từ sự mất ổn định của các viên đá cá thể.- Khó khăn về khai thác, vận chuyển và phương tiện thi công cũng như giá thành cao khi dùng đá tảng kích thước lớn việc sử dụng đá tảng bị hạn chế- Đối với kết cấu rọ đá, độ bền và ổn định của khối đá trong rọ cũng như của cả khối đá của thân mỏ hàn phụ thuộc vào độ bền của lưới thép bọc của các rọ đá. (Nếu dùng các loại dây thép các bon thường tráng nhựa, hoặc mạ kẽm thì khả năng chống han rỉ trong môi trường nước biển mặn cũng chỉ có thời hạn nhất định. Còn nếu dùng dây thép không rỉ chịu được nước biển mặn thì giá thành xây dựng sẽ rất đắt)
  20. 20. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu: Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng Mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép
  21. 21. Mỏ hàn bê tông Mỏ hàn bê tông ở Hòa Duân – TT Huế• Ưu điểm: cho phép đúc tại chỗ các tấm và khối có kích thước lớn đủ mức đảm bảo ổn định dưới tác động lớn của sóng và dòng chảy• Nhược điểm: Khi làm mỏ hàn biển bằng bê tông, cần sử dụng các loại xi măng bền sun phát, hoặc phụ gia chống xâm thực bởi nước biển mặn, đảm bảo tuổi thọ của bê tông.
  22. 22. Mỏ hàn bê tông cốt thép Mỏ hàn bê tông cốt thép ở California – MỹKết cấu mỏ hàn bê tông cốt thép, kiểu bản chắn, không chonước chảy xuyên qua thuộc loại mỏ hàn kết cấu cứng, đượcdùng khi vùng xây dựng có sóng rất lớn và dòng chảy ven bờlưu tốc lớn, nguồn vật liệu đá hộc, đá tảng khan hiếm, có yêucầu cao về mỹ thuật cho cảnh quan và du lịch
  23. 23. Mỏ hàn bê tông cốt thép kiểu thùng chìmĐối với mỏ hàn biển loại lớn, có thể sử dụng các thùng chìmbằng bê tông cốt thép, bên trong xếp đá, bao đất, hoặc baocát, thi công theo phương pháp đánh chìm trong nước
  24. 24. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu: Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng Mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép Mỏ hàn sử dụng ống buy bê tông cốt thép, bên trong xếp đá hộc, túi đất hoặc túi cát.
  25. 25. Mỏ hàn ống buy bê tông cốt thépƯu điểm:- Ống buy trụ tròn, chứa đá hộc hoặc túi đất, túi cát, tạo thànhkết cấu khối lớn chiụ được tác động lớn của sóng và dòngchảy.- Phát huy khả năng chịu lực của vật liệu bền vững trongnước biển khi dùng xi măng bền sun phát.- Đối với đất nền loại cát, có thể thi công chôn ống buy theophương pháp hạ giếng chìm trong nước mà không cần đêquây hạ thấp giá thành xây dựng. Mỏ hàn ống buy bê tông cốt thép bên trong bỏ đá hộc ở Hà Tĩnh
  26. 26. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu: Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng Mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép Mỏ hàn sử dụng ống buy bê tông cốt thép, bên trong xếp đá hộc, túi đất hoặc túi cát. Mỏ hàn có lớp phủ ngoài bằng bê tông nhựa đường
  27. 27. Mỏ hàn phủ bê tông nhựa đường• Ưu điểm: bền trong môi trường nước biển, dễ sửa chữa, dễ thích ứng khi lõi trong bị biến dạng lún ở mức độ nhất định• Nhược điểm: giá thành cao. Mỏ hàn bê tông nhựa đường ở Hà Lan
  28. 28. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu: Mỏ hàn gỗ: cọc gỗ và màn chắn gỗ Mỏ hàn bằng đá hộc, đá tảng Mỏ hàn bằng bê tông, bê tông cốt thép Mỏ hàn sử dụng ống buy bê tông cốt thép, bên trong xếp đá hộc, túi đất hoặc túi cát. Mỏ hàn có lớp phủ ngoài bằng bê tông nhựa đường Mỏ hàn sử dụng cừ thép
  29. 29. Mỏ hàn cừ thép Mỏ hàn cừ thép kết hợp cọc và nẹp gỗ ở Mỹ Mỏ hàn màn cừ thép ở Mỹ
  30. 30. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu• Theo điều kiện cho phép nước chảy xuyên qua mỏ hàn Cho phép nước chảy xuyên qua: mỏ hàn cọc gỗ, cọc bê tông Hạn chế nước chảy xuyên qua: mỏ hàn đá đổ, đá xếp, rọ đá, đá tảng khối lớn, các khối và tấm bê tông… Không cho phép nước chảy xuyên qua: mỏ hàn kiểu tấm chắn, thùng chìm, ống buy…
  31. 31. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu• Theo điều kiện cho phép nước chảy xuyên qua mỏ hàn• Theo hình dạng mỏ hàn trên mặt bằng
  32. 32. Mỏ hàn chữ T - Nam Định
  33. 33. Phân loại mỏ hàn• Theo vật liệu• Theo điều kiện cho phép nước chảy xuyên qua mỏ hàn• Theo hình dạng mỏ hàn trên mặt bằng• Theo cao trình so với mặt nước: Mỏ hàn ngập dưới nước Mỏ hàn nhô trên mặt nước
  34. 34. Cấu tạo mỏ hàn biển dùng vật liệu đá• Các bộ phận của mỏ hàn: Gốc: Nơi mỏ hàn tiếp xúc với bờ cần lượn cong và nối tiếp vững chắc với vách bờ Thân: giữa gốc và mũi chiều dài đủ lớn để cản sóng và lái dòng ven bờ xa vách bờ Mũi (còn gọi là đầu): phần xa bờ nhất, chịu tác động lớn nhất của sóng và dòng chảy dễ bị hư hỏng, cần được bảo vệ kiên cố
  35. 35. Cấu tạo mỏ hàn biển dùng vật liệu đá• Các bộ phận của mỏ hàn• Kết cấu mỏ hàn vật liệu đá
  36. 36. Mặt cắt ngang mỏ hàn đá đổ, đá lát khan Mặt cắt ngang mỏ hàn kết hợp
  37. 37. Mỏ hàn đá đổ kết hợp đóng cọcMỏ hàn đá đổ
  38. 38. Thiết kế hệ thống mỏ hàn1. Vị trí hệ thống mỏ hàn:- Tại vị trí đương bờ biển chuyển hướng- Hạ lưu của đê chắn sóng cho cảng- Thượng lưu luồng giao thông thủy, nơi cửa sông bị bồi lắng- Nơi cần giảm xói nhưng vẫn đảm bảo kiểm soát được xói hạ lưu- Dọc theo bờ cửa sông, nơi thủy triều có cường độ mạnh- Tại nơi bờ biển bị xói Tránh thiết kế ở những vị trí:• Có biên độ triều lớn• Vận chuyển bùn cát ngang bờ chiếm ưu thế• Kết cấu quá dài hoặc không thấm• Dòng rút mạnh
  39. 39. Thiết kế hệ thống mỏ hàn2. Phương của mỏ hàn:- Mỏ hàn thường vuông góc với đường bờ- Bờ biển chịu một hướng sóng chính, mỏ hàn nên vuông góc với phương sóng vỡ (mỏ hàn xiên góc có thể giảm dòng rút)
  40. 40. Thiết kế hệ thống mỏ hàn3. Cao trình đỉnh gốc mỏ hàn: Zđp = Zp + Hs Zđp : Chiều cao đỉnh gốc mỏ hàn ứng với tần suất thiết kế p% Zp : Mực nước biển cao thiết kế ứng với tần suất thiết kế p% Hs : Chiều cao sóng thiết kế4. Chiều dài mỏ hàn: không được quá ngắn, xác định theo nguyên tắc vươn ra tới dải sóng vỡ. Mỏ hàn càng dài, xói hạ lưu càng lớn. Vì thế cần cân nhắc kỹ trong quá trình thiết kế.5. Khoảng cách giữa các mỏ hàn: (2 ÷ 3) chiều dài mỏ hàn
  41. 41. Thiết kế hệ thống mỏ hàn Một số lưu ý khi thiết kế hệ thống mỏ hàn:- Nên kết hợp mỏ hàn với nuôi bãi giảm xói hạ lưu- Chiều dài hệ thống mỏ hàn nên ngắn dần về phía hạ lưu, tạo thành góc khoảng 6o giảm xói hạ lưu- Có thể thiết kế mỏ hàn chữ T giảm dòng rút
  42. 42. 10 qui tắc khi thiết kế mỏ hàn1. Nếu vận chuyển bùn cát ngang bờ là chủ yếu cần xem xét bài toán thiết kế đập chắn sóng trước2. Giữ cân bằng tổng lượng bùn cát dọc bờ và ngang bờ3. Tránh gây xói lở vùng lân cận, cần có giải pháp thay thế trong thiết kế4. Chiều rộng bãi min, đủ bảo vệ khu vực nghiên cứu khỏi tác động của bão5. Khoảng cách các mỏ hàn = (2 – 3) chiều dài mỏ hàn6. Sử dụng các mô hình toán hiện đại để dự đoán sự thay đổi đường bờ khi thiết kế mỏ hàn (GENESIS)7. Sử dụng mô hình toán để xác định chiều rộng bãi khi có bão (SBEACH)8. Sử dụng hình thức chuyển cát và loại mỏ hàn cho phép thấm9. Xem xét phương án rút ngắn mỏ hàn cuối cùng để giảm tác động tới hạ lưu10. Công bố kết quả thành công cũng như thất bại sau khi xây dựng công trình
  43. 43. Ví dụ: Thiết kế hệ thống mỏ hàn kết hợp nuôi bãi cho vùng Hải Hậu – Nam Định• Đặc điểm tự nhiên vùng Nam Định:- Nam Định có đường bờ biển dài khoảng 72km, với 4 cửa sông: cửa Ba Lạt (sông Hồng), cửa Hà Lạn (sông Sô), cửa Lạch Giang (sông Ninh Cơ) và cửa Đáy (sông Đáy)- Hệ thống đê biển (dài khoảng 48km) chịu tác động mạnh mẽ của sóng , thủy triều và bão. Một phần hệ thống đê bị phá hoại nặng nề. Vì thế người ta đã xây dựng một hệ thống đê thứ 2 lùi vào phía đất liền khoảng 200m ở khu vực Hải Hậu.• Khu vực nghiên cứu: bờ biển dài 27,42 km từ Hải Đông đến Hải Thịnh (giữa 2 cửa sông Hà Lạn và Lạch Giang)
  44. 44. Mô hình toán UNIBESTMô hình toán UNIBEST gồm 2 phần:• UNIBEST-TC : mô hình tính vận chuyển bùn cát ngang bờ do tác động của sóng, gió và thủy triều gây nên sự biến đổi đường bờ.• UNIBEST-CL+: mô tả diễn biến đường bờ do chênh lệch gradient lượng bùn cát vận chuyển dọc bờ biển. UNIBEST-CL+ gồm có 2 modules: - LT module (Longshore Transport module): tính dòng chảy ven bờ do sóng và thủy triều gây ra và vận chuyển bùn cát dọc bờ cho đường bờ biển thẳng. - CL module (CoastLine module): mô tả sự biến đổi đường bờ do chênh lệch gradient lượng bùn cát dọc bờ. Sử dụng mô hình UNIBEST-CL+ để mô phỏng sự biến đổi đường bờ biển Hải Hậu – Nam Định
  45. 45. Điều kiện biên của bài toán• Khu vực nghiên cứu: đường bờ biển dài 24 km từ Hải Đông đến Hải Thịnh• Pháp tuyến của đường bờ biển tạo thành góc 132o so với hướng Bắc• Hướng sóng: - Phía cửa sông Ba Lạt, hướng sóng từ 90o – 224o - Phía cửa sông Lạch Giang, hướng sóng từ 44o – 180o (số liệu đo sóng quan trắc tại trạm Văn lý: hướng sóng dao động từ 44o – 224o)
  46. 46. Lựa chọn giải pháp• Lượng bùn cát mất đi 175 000 m3/ năm• Khu vực Hải Lý đến Hải Chính có tỷ lệ xói là 3.0 m/năm• Các vùng khác có tỷ lệ xói trung bình 1.0 m/năm Bài toán đặt ra: khu vực Hải Lý (2km) không còn xói lở, ở hạ lưu khu vực bảo vệ tỷ lệ xói < 1m /năm Giải pháp: Mỏ hàn kết hợp với nuôi bãi
  47. 47. • Hệ thống mỏ hàn: - Vị trí hệ thống mỏ hàn: 2km bờ biển tại Hải Lý - Chiều cao mỏ hàn - Chiều dài mỏ hàn: 60, 80, 100, 150, 200m - Khoảng cách giữa các mỏ hàn: 2, 2.5 và 3 lần chiều dài• Nuôi bãi: - Vị trí: ngay phía hạ lưu khu vực bảo vệ OCEAN - Phân bố đều Direction of Net Long-shore Transport Groyne Adjusted shoreline Original Shoreline Groyne Adjusted shoreline BEACH
  48. 48. Sự thay đổi đường bờsau khi có công trình
  49. 49. Kết quả tính toánNo No of Groyne Total length Structure Volume of Stone Volume of Sand groynes length (m) Volume (m3) (m3) (m) (m3)1 2 300 600 4500 5400 107.352 3 200 600 4500 5400 94.03 3 200 600 4500 5400 99.04 3 150 450 3375 4050 89.05 4 150 600 4500 5400 86.06 5 100 500 3750 4500 96.07 6 100 600 4500 5400 106.08 6 80 480 3600 4320 93.09 8 80 640 4800 5760 94.010 8 60 480 3600 4320 86.0
  50. 50. Phương án lựa chọn• Hệ thống 8 mỏ hàn• Chiều dài mỏ hàn: 60m• Khoảng cách giữa các mỏ hàn: 180m• Tổng khối lượng cát nuôi bãi: 86m3/năm
  51. 51. No No of Groyne Total length Groynes Max. erosion Volume of Life time groynes length (m) spacing rate at sand (years) (m) (m) lee side (Km3/m/ (m/year) yr) 1 2 300 600 750 13.50 107.35 24 2 3 200 600 400 11.43 94.0 17.2 3 3 200 600 500 12.48 99.0 19.5 4 3 150 450 450 10.45 89.0 15.5 5 4 150 600 450 10.25 86.0 15.5 6 5 100 500 300 9.86 96.0 16 7 6 100 600 250 9.96 106.0 16 8 6 80 480 240 8.80 93.0 15 9 8 80 640 200 9.40 94.0 15 10 8 60 480 180 7.98 86.0 15

×