NCS. Nguyễn Quang Lương – Bộ môn Kỹ thuật Công trình Biển

(1) Giới thiệu chung

Ở những năm gần đây, trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng hiện nay tư duy và phương pháp luận thiết kế đê biển ở các nước phát triển đã và đang có sự  biến chuyển rõ rệt. Giải pháp kết cấu, chức năng và điều kiện làm việc của đê biển được đưa ra xem xét một cách chỉnh thể hơn theo quan điểm hệ thống, lợi dụng tổng hợp, bền vững và hài hòa với môi trường. Một số hệ thống đê sông ở Nhật Bản đã được nâng cấp và xây dựng thành các đê có độ an toàn cao, lợi dụng tổng hợp và thân thiện với môi trường. Khái niệm đê an toàn cao được người Nhật áp dụng là “đê sông với bề rộng đủ lớn để ngăn chặn được sự cố vỡ đê và hậu quả của nó”. Về thực chất là mở rộng chân đê và làm mái đê phía trong rất thoải để tạo ra một vùng bảo vệ rộng thay vì một con đê như là một dải chắn hẹp (xem minh họa trên Hình 1). Chân đê phía trong có thể mở rộng ra tới 20 đến 30 lần chiều cao đê (tương đương hệ số mái dốc 1/30 đến 1/20). Đê sông an toàn cao làm giảm nguy cơ vỡ đê và mất ổn định mái trong do dòng thấm. Ngay cả khi bị nước lũ tràn qua thì dòng chảy cũng bị chậm lại dọc theo mái đê, giảm khả năng gây xói và vỡ đê. Với mặt cắt ngang rộng và mái thoải thì cơ sở hạ tầng và đường giao thông phục vụ dân sinh có thể kết hợp xây dựng trên đỉnh đê và dọc theo mái trong của đê. Tuy nhiên thân đê và nền đê phải được gia cố và xử lý tốt để có đảm bảo ổn định ngay cả trong điều kiện bị nước lũ tràn qua. Như vậy dạng mặt cắt ngang đê sông an toàn cao ở Nhật Bản hoàn toàn có thể nghiên cứu và ứng dụng cho thích hợp cho đê biển an toàn cao ở Việt Nam.

Hình 1 - Đê an toàn cao ở Edogawa – Tokyo, Nhật Bản

(2) Định nghĩa

Đê (đê biển/đê sông) có độ an toàn cao hay Đê siêu bền (Super Dikes) được định nghĩa là:

• Là một dạng đê chịu sóng tràn có mức độ an toàn cao, không thể vỡ dưới tác dụng của sóng và nước dâng do bão;

Đáp ứng với mức độ an toàn cao các yêu cầu bảo vệ bờ biển trước tác động của bão nước biển dâng theo yêu cầu thiết kế và ngăn sự xâm nhập của nước biển một cách chủ động để phục vụ các yêu cầu về phát triển kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng của khu vực.

• Mặt cắt ngang đủ rộng để có các không gian cho mục tiêu lợi dụng tổng hợp như xây dựng các cơ sở hạ tầng trên đê, nơi lánh nạn;

Tạo cảnh quan sinh thái, điều kiện môi trường tốt và “thân thiện” với môi trường, cùng với các công trình kiến trúc xung quanh tạo thành một tổng thể thống nhất hoàn thiện.

Đê biển an toàn cao cũng như những công trình đê biển khác, nó là tấm lá chắn, là tuyến phòng thủ bảo vệ khu vực dân cư phía trong chống lại các tác động xấu nhất từ biển ảnh hưởng đến. Tuy nhiên khác với các đê biển khác, kết cấu mái phía sau khả thoải độ dốc mái thường 1/20 ~ 1/30, đê biển thiết kế trên cơ sở sóng tràn, cho phép dòng chảy tràn qua.

(3) Cấu tạo và Mặt cắt ngang   

Đê biển an toàn cao là một hệ thống công trình bao gồm đê và các hạng mục phụ trợ khác, có khả năng chống đỡ với tải trọng một cách mềm dẻo và linh động, có cấu tạo bền vững và thân thiện với môi trường, do đó đem lại sự an toàn lâu dài cho công trình một hệ thống công trình, cùng với chức năng bảo dải ven bờ dưới tác động của sóng như trước kia, giờ đây đê biển được kết hợp cùng với các hoạt động kinh tế xã hội ngay trên đỉnh đê và mái đê mà vẫn đảm bảo tốt chức năng phòng chống tác động của các yếu tố từ biển.

Đê biển an toàn cao được cấu thành trên cơ sở ba bộ phận chính là thềm bãi, mặt cắt ngang kết cấu đê, vùng đệm đa chức năng. Đê an toàn cao không đơn giản là một con đê, một tuyến phòng thủ mà là cả một vùng bảo vệ ven biển bao gồm: bãi trước đê, đê an toàn cao và vùng đệm lợi dụng tổng hợp trên đê và sau đê. Vấn đề bảo vệ nhưng hài hòa với môi trường sinh thái, gần gũi với thiên nhiên: rừng ngập mặn phòng hộ, đê mái cỏ, khu vực sinh thái lợi dụng tổng hợp phía sau đê.

Về mặt kết cấu đê biển phái chịu được một dòng chảy tràn với lưu lượng tràn lớn trong điều kiện bão đảm bảo an toàn khả năng làm việc của đê trong điều kiện này. Để đê có thể chịu được sóng tràn thì đỉnh và mái phía trong đê cần được bảo vệ chống xói đủ tốt. Việc gia cố mái đê bằng phương pháp truyền thống với những cấu kiện bê tông khô cứng được đánh giá là không bền vững và thân thiện với môi trường. Có thể thấy đê biển an toàn cao với đê mái cỏ là một dạng kết cấu bảo vệ khá tốt đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, thân thiện với môi trường, độ bền cao, dễ thi công và bảo dưỡng đặc biệt là tính bảo vệ linh động dưới tải trọng của sóng.

Yếu tố thiết kế mặt cắt ngang được xem xét trên cơ sở phạm vi bảo vệ và nguồn lợi kinh tế mang lại từ những khu vực bảo vệ đó. Với những khu vực có giá trị cao về mặt kinh tế, đặc điểm vị trí quy hoạch mà có những thiết kế phù hợp. Song song với vấn đề kinh tế vấn đề kỹ thuật cũng không được xem nhẹ, đặc biệt là mặt cắt ngang đê an toàn cao phải đủ rộng, mái thoải, đủ không gian để đảm bảo tính năng lợi dụng tổng hợp đa mục tiêu khi kết hợp với vùng đệm sau đê.

(4) Nhiệm vụ và chức năng

       Đê an toàn cao vừa đảm bảo những điều kiện về sự an toàn, vừa thỏa mãn nhu cầu về phát triển trên đê. Nhìn từ quan điểm quy hoạch không gian thì đê an toàn cao là một giải pháp phù hợp vì nó tạo ra cơ hội cho việc sử dụng đa mục tiêu và những cơ hội mới cho cuộc sống của cư dân ở dọc bờ biển. Tuy nhiên, đê an toàn cao phải mang tính bền vững và hơn tất cả đó là chúng phải đảm bảo sự an toàn và đáng tin cậy bây giờ và trong tương lại. Chính vì thế dạng đê này phải được xây cao và đủ vững chắc để có thể đảm bảo tính bền vững.

Đê biển an toàn cao có thể lợi dụng phát triển tổng hợp kinh tế, thân thiện với môi trường. Nhưng cũng giống với đê biển khác, đê an toàn cao không thể xa rời chức năng là tấm lá chắn hay tuyến phòng thủ bảo vệ khu vực bên trong. Vì vậy với mỗi thiết kế, giá trị sử dụng càng nhiều sự đầu tư càng lớn, mặt cắt ngang được mở rộng thì yếu tố kết cấu phải đảm bảo. Tuy nhiên không phải nơi nào cũng có thể áp dụng thiết kế những công trình đồ sộ với mặt cắt ngang rộng, kết cấu lớn được mà tùy thuộc vào giá trị kinh tế mà khu vực đó mang lại như thế nào để áp dụng một cách phù hợp và có hiệu quả.

Hình  2 - Nâng cấp mặt cắt ngang đê biển từ dạng mái nghiêng truyền thống lên dạng đê có độ an toàn cao

Hình  3 - Nâng cấp mặt cắt ngang đê biển từ dạng tường đứng lên dạng đê có độ an toàn cao

Hình  4 - Sơ họa phối cảnh các dạng mặt cắt ngang đề xuất của đê biển an toàn cao dạng mái nghiêng với các mục tiêu sử dụng khác nhau