Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S Vũ Minh Anh và các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Biển, sự nỗ lực của bản thân. Đến nay, em đã hoàn thành toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp được giao với đề tài: “Thiết kế xây dựng công trình đê biển Giao Thủy”. Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp, đã đúc kết đem lại cho em nhiều kiến thức quý báu để phục vụ cho công việc sau này. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế, nhất là kiến thức thực tế trên công trường nên đồ án còn nhiều thiếu sót. Việc lập đề cương các chương, phân tích tài liệu để tính toán, vận dụng kiến thức lý thuyết, vận dụng suy luận thực tế, lựa chọn phương án tối ưu và trình bày một cách trọn vẹn còn hạn chế. Tuy vậy đồ án vẫn được thực hiện đảm bảo các phần việc cơ bản nên không làm mất đi tính tổng thể của công trỡnh. Cỏc mục cơ bản và trọng yếu giúp em nắm được những nội dung cơ bản trong việc thiết kế tổ chức thi công một công thuỷ lợi hoàn chỉnh. Em kính mong các thầy cô giáo chỉ bảo thêm cho em, để em có thể bổ sung cho mình những phần còn thiếu sót để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Ngoài ra những câu hỏi mà thầy cô đặt cho em trong quá trình bảo vệ đồ án tốt nghiệp sẽ giúp em nâng cao được sự hiểu biết tổng thể của một kỹ sư thuỷ lợi. Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trường đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo Th.S Vũ Minh Anh đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cơ bản, kiến thức chuyên môn, các kinh nghiệm thực tế để giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Hà nội, ngày 02 tháng 12 năm 2011 Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển LỜI MỞ ĐẦU Giao Thủy là một huyện của tỉnh Nam Định có khu nghỉ mát gồm nhiều bãi biển có phong cảnh đẹp ở miền bắc Việt Nam.Hoạt động sản xuất kinh doanh chủ yếu của vùng là đánh bắt, nuôi trồng, chế biến thuỷ hải sản kết hợp với thu mua và buôn bán mặt hàng này với cỏc vựng khỏc. Những năm gần đây với sự phát triển của cơ chế thị trường cùng với chính sách mở cửa, các hoạt động kinh tế trờn vựng cũng đã hình thành nhiều nhà máy, xí nghiệp, các trung tâm giao dịch có tốc độ phát triển kinh tế tăng trưởng mạnh. Cùng với đó là sự phát triển cua du lịch tại Đồ Sơn đã làm thay đổi bộ mặt kinh tế của vùng. Đoạn đê dự án thuộc địa phận huyện Xã Giao Phong - Huyện Giao Thủy - Tỉnh Nam Định. Với hiện trạng tuyến đê cũ kết cấu rời rạc mang tính chất tạm thời nên nhiều đoạn đã bị hỏng đe dọa đến sự an toàn của dân cư bên trong. Chính vì vậy cần có biện pháp bảo vệ bờ nhằm đảm bảo cho sự phát triển kinh tế xã hội cũng như sự an toàn của người dân. Đồ án này dựa trên điều kiện thực tế của vùng để tính toán thiết kế, xây dựng tuyến đê mới nhằm đáp ứng nhu câu cấp bách hiện nay. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu + Nghiờn cứu các đặc điểm địa lý tự nhiên Giao Thủy bao gồm các mặt: vị trí địa lý, địa hình, địa mạo, khí tượng, khí hậu, thủy hải văn và hiện trạng kinh tế xã hội của khu vực để nêu bật lờn tớnh cấp thiết của đề tài. + Đánh giá hiện trạng tuyến đê biển Giao Thủy. + Thiết kế tuyến đê biển từ km 22 đến km 24+500 + Thu thập tài liệu phục vụ cho việc tính toán thiết kế đê bao gồm: tài liệu về hải văn như: mực nước triều lớn nhất, mực nước dâng do bão, vận tốc và hướng cỏc dũng ven bờ, các tài liệu về súng… tại khu vực nghiên cứu. Tài liệu về gió bao gồm: hướng gió, tốc độ giú…. Tài liệu về dân sinh kinh tế… + Ứng dụng các tiêu chuẩn thiết kế đê (14TCN 130 – 2002) và Dự thảo Hướng dẫn thiết kế đê biển. Trong việc tính toán xác định các thông số thiết kế của đê biển Đồ Sơn. Bao gồm: xác định cao trình mặt đê, chiều rộng mặt đê, kích thước cấu kiện lỏt mỏi đờ… Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 2 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển + Giới thiệu phương pháp tính toán xác định thông số đê biển bằng phần mềm Wadibe, và so sánh kết quả tính toán với phương pháp sử dụng các công thức kinh nghiệm theo Tiêu chuẩn thiết kế đê (14TCN 130 – 2002).và Dự thảo hướng dẫn thiết kế đê biển. + Lựa chọn phương án thiết kế Nội dung đồ án Với mục tiêu thực hiện đồ án như trên, ngoài phần mở đầu và kết luận đồ án được xây dựng gồm 6 chương như sau: Chương 1: Giới thiệu chung về vùng biển GIAO THỦY- NAM ĐỊNH Chương 2: Tớnh toán thủy hải văn thiết kế cho phương án chọn. Chương 3: Thiết kế giải pháp bảo về bờ theo phương án chọn. Chương 4: Thi công đê biển. Chương 5: Lập tiến độ và mặt bằng thi công. Chương 6: Dự toán xây dựng công trình. Chương 7: Kết luận. Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 3 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Vị trí địa lí Đê biển (đoạn từ K22 đến K24+500) nằm trong hệ thống đê biển Giao Thuỷ, thuộc địa phận xã Giao Phong và xã Bạch Long - Huyện Giao Thuỷ - Tỉnh Nam Định. Giao Thuỷ là một huyện ven biển nằm ở cực đông của tỉnh Nam Định, phía Nam và Đông Nam tiếp giáp với biển Đông Việt Nam với chiều dài 32km bờ biển . Phía Tây Bắc giáp với huyện Xuân Trường, phía Tây Nam giáp với huyên Hải Hậu, ranh giới với hai huyện này là con sông Sũ phõn lưu của sông Hồng với chiều dài 18,7 km . Phía Bắc và Đông Bắc tiếp giáp với tỉnh Thái Bình mà ranh giới là sông Hồng (chính Bắc là huyện Kiến Xương, Đông Bắc là huyện Tiền Hải). Cực Đông là cửa Ba Lạt của sông Hồng, cực Nam là thị trấn Quất Lâm. Tổng diện tích tự nhiên của Giao Thuỷ là 232,1 km 2 chiếm 14,1% diện tích tỉnh Nam Định. Hình 1.1: Khu vực nghiên cứu vùng dự án. Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển Hình 1.2 : Bình đồ khu vực dự án 1.2 Tình hình dân sinh kinh tế Huyện Giao Thuỷ có diện tích là 232,1 km 2 , với số dân toàn huyện năm 2010 là 189.660 người Thu nhập chính của nhân dân trong vùng chủ yếu dựa vào nghề đánh bắt trên biển, canh tác nông nghiệp và kinh doanh dịch vụ du lịch. Do sống ở vùng ven biển nên cuộc sống của người dân luôn luôn phải chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió bão biển, khó khăn cho việc trồng trọt và chăn nuôi nên cuộc sống của nhân dân gặp nhiều khó khăn. 1.3 Điều kiện khí hậu, thuỷ văn và đặc trưng dòng chảy 1.3.1 Đặc điểm khí hậu, thuỷ văn Khí hậu trong một năm của khu vực biển tỉnh Nam Định nói chung và ven bờ biển Giao Thuỷ được chia thành 2 mùa rõ rệt: Mùa mưa (hè) từ tháng V đến tháng X Mùa khô (đông) từ tháng XI đến tháng IV Các yếu tố khí hậu như sau: • Mưa Nằm trong vựng cú lượng mưa lớn của đồng bằng Bắc Bộ, lượng mưa phân bố không đều trong năm. - Lượng mưa trung bình nhiều năm là: 1.777mm - Lượng mưa năm lớn nhất là: 3.330mm (1982) Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 5 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển - Lượng mưa năm nhỏ nhất là: 1.128mm (1988) Về mùa mưa: Lượng mưa chiếm 80 – 85% tổng lượng mưa cả năm, thường tập trung vào cỏc thỏng VII, VIII, IX cùng thời gian xuất hiện nhiều cơn bão lớn và triều cường làm cho mực nước trong nội đồng và ngoài sông, biển đều dâng cao gây bất lợi cho việc tưới, tiêu và không đảm bảo an toàn cho đê biển, đờ sụng, đặc biệt khi cú bóo đổ bộ vào thường có mưa rất to trong đồng gây ngập úng ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống của người dân trong vùng, làm xói lở nhiều đoạn đê biển, tạo điều kiện cho sóng có thể gây vỡ đê. Bảng 1.1: Lượng mưa từ năm 1960 đến 1998 tại trạm khí tượng Văn Lý Trị số Tháng VII Tháng VIII Tháng IX X1 X3 X5 X1 X3 X5 X1 X3 X5 X t.bỡnh 67,9 102 125 114 156 183 116 182 213 X max 173 316 382 346 374 442 377 542 572 Đơn vị: mm Bảng 1.2: Lượng mưa lớn nhất ngày cỏc thỏng VII, VIII, IX theo tần suất P = 10% Loại Đặc trưng Tháng VII Tháng VIII Tháng IX Ký hiệu Đơn vị X1 X3 X5 X1 X3 X5 X1 X3 X5 Đặc trưng thiết kế X mm 67,9 102 125 114 156 183 116 182 213 Cv 0,80 0,80 0,80 0,69 0,64 0,63 0,77 0,71 0,67 Cs/Cv 2 2 2 2,5 2,5 3,0 2,5 2,5 2,5 Tần suất X10% mm 139 210 321 218 287 331 185,6 383 411 Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 6 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển Bảng 1.3: Mô hình mưa thiết kế tần suất P = 10% cỏc thỏng VII, VIII, IX Ngày Tháng 1 2 3 4 5 VII (Từ 22 - 26/VII/1980) 76,8 139 29,3 41,7 34,2 VII (Từ 7 - 11/VIII/1979) 24,4 38,9 218 30,1 10,6 IX ( Từ 9 - 13/IX/1996) 95,5 6,3 21,9 102,2 185,6 Đơn vị: mm • Gió Hoa gió tổng hợp nhiều năm tại trạm Văn Lý – Nam Định: Hướng gió thổi vào vùng dự án thịnh hành theo 2 mùa: - Mùa hè từ tháng V đến tháng X chủ yếu là gió Đông Nam, tốc độ trung bình v= 4m/s, tốc độ lớn nhất xuất hiện khi cú bóo khoảng 40m/s (cơn bão số 4 ngày 13/9/1985 và cơn bão số 5 ngày 27/9/2005 có tốc độ 50m/s). Gió Đông Nam mang nhiều hơi nước từ biển vào thường gây mưa lớn cho khu vực ven biển. - Mùa đông: Từ tháng XI đến tháng IV năm sau chủ yếu là gió Đông Bắc khô hanh, tốc độ trung bình 3,75m/s. (Có những đợt gió Đông Bắc đạt tốc độ 15 – 20 m/s). Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 7 n s w e ne sesw nw >15 (m/s) 10.0-15.0 (m/s) 5.0-9.0 (m/s) 1.0-4.0 (m/s) LÆng ký hiÖu Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển Ngoài 2 hướng gió thịnh hành theo mùa ở trên, vùng ven biển mùa hè còn có gió Đất, gió Biển với chu kỳ 1 ngày đêm. Giữa 2 mùa có gió chuyển tiếp hướng Tây Nam ảnh hưởng lớn cho đê biển Nam Định nói chung và tuyến đê Giao Thuỷ nói riêng. Đối với bờ biến Nam Định gió không chỉ có tác dụng trực tiếp làm bay cát từ ngoài bói, trờn mặt đê vào trong đồng mà nú cũn gián tiếp gây xói lở bãi biển, đê biển bằng cách tạo ra sóng lớn, dòng chảy ven bờ là những yếu tố trực tiếp gây ra xói lở bờ, sạt lở mỏi đờ. Giú trong giụng bóo có thể bốc đi một khối lượng đáng kể cát ở bờ biển, song tác động chớnh gõy xói lở bãi, vỡ đê là do các hậu quả của bão đó là súng bóo và dòng chảy trong bão tạo ra. • Độ ẩm Theo tài liệu trạm Văn Lý - Độ ẩm trung bình năm 86% - Độ ẩm lớn nhất 91% (Tháng III) Ngày cao nhất 100% - Độ ẩm nhỏ nhất 81% (Tháng IX) Ngày thấp nhất 18% • Bốc hơi - Lượng bốc hơi bình quân năm là 808 mm - Lượng bốc hơi năm nhỏ nhất là 608,7 mm - Lượng bốc hơi năm lớn nhất là 1.077,9 mm - Lượng bốc hơi tháng trung bình là 67,4 mm Tháng nhỏ nhất 31 mm (tháng III) Tháng lớn nhất 96 mm (tháng VII) Bảng 1.4: Diễn biến bốc hơi ngày đêm cỏc thỏng trong năm tại trạm Văn Lý Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Bốc hơi 53 35 31 40 72 89 96 94 84 85 71 58 808 Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 8 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển • Nhiệt độ - Nhiệt độ trung bình trong năm 23,4 0 C - Nhiệt độ tháng lớn nhất 29,2 0 C (Tháng VII) - Nhiệt độ tháng nhỏ nhất 16,7 0 C (Tháng I) Bảng 1.5: Nhiệt độ cỏc thỏng trong năm Thán g 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 cả năm T 0 C 16, 7 17, 1 19, 7 23, 3 26, 9 28, 9 29, 2 28, 4 27, 1 24, 5 21, 3 18, 0 23,4 1.3.2 Đặc điểm Hải Văn • Chế độ thuỷ triều Thuỷ triều vùng biển Giao Thuỷ tỉnh Nam Định mang đặc tính chung của vùng biển Vịnh Bắc Bộ là chế độ nhật triều, trong 1 ngày có 1 lần nước lên và 1 lần nước xuống, diễn ra hầu hết các ngày trong tháng (một tháng trung bình có 2 chu kỳ con nước, mỗi chu kỳ 14 ngày). Biên độ thuỷ triều giao động từ 1 – 2 m có khi từ 3 – 3,5 m. Khi tính toán thiết kế đê biển và các cống dưới đê biển Nam Định đều được sử dụng tài liệu từ trạm Hòn Dấu (Hải Phòng) chuyển về tới các vị trí cần tính toán. Theo kết quả tính toán của Viện nghiên cứu khoa học Thuỷ Lợi cho thấy mối tương quan giữa trạm Hòn Dấu và vùng biển Nam Định có hệ số tương quan như sau: Hệ số tương quan K = 0,93 Hệ số đỉnh triều K đỉnh triều = 0,89 Hệ số chân triều K chân triều = 0,87 Theo bảng thuỷ triều của tổng cục khí tượng thuỷ văn: Hệ số thuỷ triều của Văn Lý so với Hòn Dấu có K = 0,95. Như vậy giữa số liệu thực đo tại Văn Lý so với số liệu dự báo của trạm Hòn Dấu là sai số không đáng kể đối với những ngày triều cường. Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 9 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển Trong thiết kế đê biển cần quan tâm đến mực nước triều, cụ thể phải xác định được mực nước triều lớn nhất từ đó tính toán kết hợp với các yếu tố khác về sóng và nước dâng do bão gây ra để xác định ra cao trình, mặt cắt đờ, kố biển. Vì vậy phải sử dụng số liệu nước của trạm Hòn Dấu để tính toán cho các dự án đê biển Nam Định. Mực nước cao nhất tại bờ biển Nam Định ứng với các mức đảm bảo tần suất P= 1%, 5%, 10% như bảng sau: Bảng 1.6: Mực nước cao nhất ứng với các mức đảm bảo tần xuất Mức bảo đảm P = 1% P = 5% P = 10% Mực nước cao nhất 2,42 2,29 2,21 Bảng 1.7: Số liệu thực đo 22 năm (1970 – 1991) các trạm cửa sông Nam Định Trạm đo Đỉnh Triều Lớn nhất Trung bình Nhỏ nhất Cồn Nhất (Sông Hồng) 1,64 1,32 0,99 Trực Phương (Sông Ninh Cơ) 1,79 1,35 1,06 Như Tõn (Sụng Đỏy) 1,45 1,29 0,93 Đơn vị: m • Nước dâng Bờ biển Nam Định nằm ở khoảng giữa bờ biển vịnh Bắc Bộ. Vì vậy bất cứ cơn bão nào đổ bộ vào Vịnh Bắc Bộ đều trực tiếp gây ra nước dâng cho bờ biển Nam Định. Mặt khác trong thời kỳ chuyển tiếp khí hậu trong tháng IX, X hàng năm, gió chuyển dần từ hướng Tây Nam sang Đông Bắc. Vì vậy những cơn bão muộn đổ bộ vào miền Trung, miền Nam đều gây nước dâng và sóng lừng ảnh hưởng tới bờ biển Nam Định. Do bãi biển Giao Thuỷ thấp (+0,50) – (-1,00) nên nước dâng đều tác động trực tiếp đến đê. Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 10 [...]... mực nước thiết kế ( MNTK ) Hình 2.1 Các thành phần mực nước thiết kế Sinh viên : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B Đồ án tốt nghiệp kỹ sư 24 Ngành: Kỹ thuật Biển MNTK = MNTB + Atrmax + Hnd (2.1) Trong đó: ∗ MNTK: Mực nước thiết kế (m) ∗ MNTB: Mực nước trung bình tại khu vực xây dựng công trình (m) ∗ Atrmax: Biên độ triều lớn nhất tại khu vực xây dựng công trình (m) ∗ Hnd(P%): Mực nước dâng ứng với tần suất thiết. .. : Hoàng Trọng Thể Lớp: 49B 23 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành: Kỹ thuật Biển 2.1.2 Phân cấp công trình - Đê biển được phân làm 5 cấp: cấp I, cấp II, cấp III, cấp IV và cấp V - Cấp đê phụ thuộc vào tiêu chuẩn an toàn trong vùng được đê bảo vệ, thể hiện ở Bảng 2.2: Tiêu chí phân cấp đê( Nguồn [1] Cấp đê I TCAT (chu kỳ lặp lại: năm) II 150 100 III 50 IV 30 V 10 . Kỹ thuật Biển, sự nỗ lực của bản thân. Đến nay, em đã hoàn thành toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp được giao với đề tài: Thiết kế xây dựng công trình đê biển Giao Thủy . Qua quá trình làm đồ án. tiêu chuẩn thiết kế đê (14TCN 130 – 2002) và Dự thảo Hướng dẫn thiết kế đê biển. Trong việc tính toán xác định các thông số thiết kế của đê biển Đồ Sơn. Bao gồm: xác định cao trình mặt đê, chiều. tuyến đê biển Giao Thủy. + Thiết kế tuyến đê biển từ km 22 đến km 24+500 + Thu thập tài liệu phục vụ cho việc tính toán thiết kế đê bao gồm: tài liệu về hải văn như: mực nước triều lớn nhất, mực nước