Giải pháp kết cấu chắn giữ khu nước để xây dựng bãi đỗ thủy phi cơ ở quần đảo Trường Sa

Trên cơ sở các kết quả điều tra nghiên cứu về điều kiện tự nhiên ở khu vực quần đảo Trường Sa, tác giả đã tính toán đưa ra giải pháp kết cấu và biện pháp thi công phù hợp với công nghệ thi công hiện có trong nước, tận dụng tối đa vật liệu tại chỗ, phù hợp với điều kiện thi công theo mùa ở khu vực.

Từ khóa: Túi địa kỹ thuật, thủy phi cơ, kết cấu.

Abstract: This paper presents preliminary results of research on structural solutions to prevent water holding areas ensure no wave, anti-water sedimentation for the seaplane moored in Truong Sa Islands. Based on the results of investigations of the natural conditions in the region Truong Sa Islands, the authors have calculated a solution of structural and construction methods consistent with existing construction technology in water, make the most of the material in place, consistent with seasonal conditions in the construction sector.

Keywords: Geobag, seaplane, structure.

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, vấn đề bảo vệ chủ quyền biển đảo được Đảng, Nhà nước ta và toàn thể nhân dân hết sức quan tâm. Việc nâng cao năng lực phòng thủ biển đảo, hiện đại hóa Hải quân là một nhu cầu thiết yếu. Theo chủ trương chung của Đảng và Nhà nước, hiện nay, Quân chủng Hải quân đã được đầu tư, trang bị các máy bay thủy phi cơ DHC-06 phục vụ mục đích cứu hộ, cứu nạn và vận chuyển giữa các đảo và đất liền. Do đó, việc xây dựng cơ sở hạ tầng phục vụ cho hoạt động của thủy phi cơ sẽ được triển khai trong giai đoạn 2014 – 2016.

Tuy nhiên, tại khu vực quần đảo Trường Sa của Việt Nam, hầu hết các đảo đều có diện tích phần nổi rất nhỏ, khu vực thềm xung quanh đảo hẹp và nông, cần thiết phải thiết kế khu neo đậu cho thủy phi cơ ở dưới nước.

Để phục vụ cho việc neo đậu, hầu hết các giải pháp kết cấu bãi đỗ thủy phi cơ của nước ngoài đưa ra được áp dụng cho các bãi đỗ thủy phi cơ tại các vịnh, các hồ lớn và các cảng, nơi có điều kiện địa hình và thời tiết thuận lợi.

Bài báo bước đầu sẽ tiếp cận đưa ra một số giải pháp chi tiết cho kết cấu chắn giữ khu nước phục vụ cho neo đậu Thủy phi cơ tại quần đảo Trường Sa trong những điều kiện nhất định.

2. Đặc điểm tự nhiên ảnh hưởng đến giải pháp kết cấu chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ ở quần đảo Trường Sa

2.1.  Đặc điểm địa hình

Địa hình các đảo nổi gồm hai phần rõ rệt: Phần thềm san hô bị ngập nước và phần nổi. Các đảo đều có thềm san hô ngập nước với đặc điểm địa hình tương đối bằng phẳng, độ sâu thay đổi từ 0,3m khi triều kiệt đến 2,0m khi triều cường. Khi ra khỏi phạm vi thềm san hô (mép xanh), địa hình có độ dốc lớn, độ sâu đột ngột giảm xuống, đặc điểm này ảnh hưởng rất lớn tới công tác xây dựng các công trình bờ trên các đảo nổi.

Đặc điểm địa hình đặc trưng của các đảo chìm là các bãi san hô rộng thường xuyên bị ngập nước, cao độ mặt bãi thay đổi khá nhiều từ phía ngoài bãi vào trong lòng. Với điều kiện địa hình như vậy, không thể neo đậu thủy phi cơ ở ngoài mép xanh do sóng lớn, cũng không thể neo đậu thủy phi cơ trên thềm do các thềm đầu nông, mực nước thay đổi nhiều.

2.2. Đặc điểm địa chất

Theo các tài liệu khảo sát địa chất đã công bố [1] cho thấy, địa tầng tại khu vực thềm san hô ngoài kè của các đảo tương đối giống nhau và có kết cấu phân lớp, phân nhịp theo lịch sử kiến tạo của vỏ trái đất với các chu kỳ biển tiến và biển lùi. Trong mỗi nhịp có kết cấu phân lớp bao gồm các lớp đất đá chính như sau:

- Lớp san hô rời: San hô cành và san hô củ lẫn cát sạn màu xám kết cấu chặt vừa. Bề dày lớp trung bình khác nhau cho các đảo, thay đổi từ 9÷17m.

- Lớp đá san hô: San hô cục tảng dạng khối nứt nẻ màu xám trắng kết cấu chặt vừa đến chặt, bề mặt lớp lồi lõm và bị cát lấp.

2.3. Đặc điểm khí tượng thủy hải văn

Các đảo san hô nằm trong vùng biển phía Đông và Đông Nam của biển Đông nên các đặc trưng khí tượng mang tính chất của vùng biển khơi, chịu tác động của sóng gió theo mùa, có 2 mùa gió chính thịnh hành là gió mùa Đông Bắc và Tây Nam, ngoài ra còn chịu ảnh hưởng của bão Tây Thái Bình Dương.

- Chế độ thuỷ triều: Vùng biển phía Đông và Đông Nam biển Đông có chế độ nhật triều không đều với biên độ triều lớn nhất 2,2m; nước ròng nhỏ nhất 0,0m. Theo kết quả phân tích tương quan độ cao mực nước cực trị tại các đảo và Quy Nhơn do Trung tâm Kỹ thuật Công trình Đặc biệt – Bộ Quốc phòng thực hiện năm 2002 kết hợp bảng thủy triều các năm thuộc vùng biển QĐTS đã xác định mực nước thiết kế tại các đảo san hô thuộc biển Đông như sau:

+ MNCTK (P=1%): +2,07m cao độ hải đồ;

+ MNTB (P=50%): +1,15m cao độ hải đồ;

+ MNTTK (P=98%): +0,2m; (P=95%): +0,45m; (P=85%): +0,72m cao độ hải đồ.

- Chế độ dòng chảy: Dòng chảy trên các thềm san hô quanh các đảo nổi chủ yếu là dòng chiều. Vận tốc v_max vào khoảng 0,2 ÷ 0,5 m/s (tháng 1, tháng 2), 0,3 ÷ 0,8 m/s (các tháng 7, 8 và 9), 0,1 ÷ 0,3 m/s (tháng 4).

2.4. Đặc điểm kinh tế – kỹ thuật – xã hội

Tại các đảo thuộc quần đảo Trường Sa hầu hết đều không có cầu cảng, vật liệu khi xây dựng công trình chủ yếu bằng thủ công và xuồng từ tàu vào đảo. Việc đưa máy móc và thiết bị thi công lớn ra các đảo rất khó khăn và cần có phương tiện chuyên dụng. Do các đảo nằm xa đất liền từ 500 – 600km nên chi phí vận chuyển vật liệu cao, khi thi công các hạng mục công trình cần nghiên cứu khả năng khai thác vật liệu tại chỗ để giảm giá thành.

3. Các giải pháp kết cấu chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ

Trên cơ sở các yếu tố điều kiện địa hình, địa chất, thủy hải văn, tác giả đưa ra các giải pháp kết cấu chính cho khu nước neo đậu như sau: Giải pháp đê bán chìm bằng túi địa kỹ thuật GeoBag (Geotube) phủ đá hoặc rọ đá; đê bán chìm bằng thảm rọ đá kết hợp đá hộc xếp; kết cấu thùng chìm loại nhỏ bằng vật liệu composite.

Giải pháp kết cấu túi địa kỹ thuật Geobag (Geotube) phủ đá hoặc rọ đá

Với giải pháp này, tác giả đề xuất phương án đê bán chìm, tuyến đê phân đoạn, vừa có tác dụng giảm sóng, vừa đảm bảo sự lưu thông giữa khu nước khu neo đậu và bên ngoài, không phá vỡ môi trường sinh thái tự nhiên khi xây dựng.

Giải pháp đê bán chìm bằng thảm rọ đá kết hợp đá hộc xếp

Đê bán chìm bằng thảm rọ đá kết hợp với đá hộc xếp, tuyến đê thiết kế phân đoạn, có mặt cắt ngang điển hình như sau Hình 3.2.

Giải pháp kết cấu thùng chìm loại nhỏ bằng vật liệu composite

Với giải pháp kết cấu thùng chìm loại nhỏ bằng vật liệu Composite làm kết cấu chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ, tác giả đề xuất phương án dùng thùng chìm có buồng tiêu sóng (BTS), tuyến đê nổi và bố trí không liên tục, có những khoảng dạng bán chìm bằng đá hộc đổ, có mặt cắt ngang điển hình như Hình 3.2.

Hình 3.2: Mặt cắt ngang điển hình giải phápso sánh ưu, nhược điểm các phương án

Lựa chọn giải pháp kết cấu chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ ở các đảo thuộc quần đảo Trường Sa

Việc phân tích lựa chọn các phương án giải pháp kết cấu được thực hiện căn cứ theo các chỉ tiêu so sánh và đánh giá: Kết cấu phải đảm bảo bền vững và ổn định trong điều kiện sóng gió bão cấp 12 và trên cấp 12. Kết cấu phải khả thi và phù hợp với năng lực thi công của các đơn vị xây dựng trong nước; xét đến khả năng thi công trong điều kiện tự nhiên cụ thể tại đảo như khu vực thi công thường xuyên bị ngập nước và chịu tác động của sóng, gió, thủy triều, đặc điểm địa hình và địa chất…

Qua các tính toán kỹ thuật – kinh tế của các phương án, đề nghị lựa chọn giải pháp kết cấu chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ là sử dụng phương án chọn đê bán chìm dùng ống vải địa kỹ thuật Geobag kết hợp thảm rọ đá, các đặc trưng cơ bản của giải pháp kết cấu được tóm tắt như sau:

Tác giả đã tính toán thiết kế giải pháp mặt bằng và giải pháp kết cấu cho tuyến đê chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ tại một vị trí đảo PV dựa trên các số liệu địa chất, thủy hải văn và trường sóng tính toán trên mô hình bằng MIKE21. Tác giả đã tính toán tất cả các yếu tố:

+ Trường sóng tính toán tại khu vực đảo PV

Bảng 3.1. Tham số sóng tại chân công trình ứng với suất đảm bảo P = 1%

 

Hình 3.3: Trường sóng trong gió bão và gió mùa trên hướng 0 đảo PV

+ Xác định cao trình đỉnh đê, chiều rộng thân đê, mái đê theo TCVN (điều kiện cho phép sóng tràn); xác định trọng lượng khối phủ (theo 22TCN 222-95; theo công thức Hudson); tính toán trọng lượng viên đá ổn định gia cố đáy trước công trình; Kích thước thềm chống xói trước chân đê (theo 14 TCN 130-2002); tính toán ổn định cục bộ, ổn định tổng thể của công trình; khả năng bồi xói trong khu neo đậu sau khi có công trình.

Hình 3.4: Trường bồi xói do gió mùa cấp 7 sau khi có công trình

Theo các số liệu tính toán [1], kết quả cho thấy tác dụng của sóng bão gây bồi xói không nhiều:

Bồi lớn nhất: 0.0012m;

Xói lớn nhất: 0.0031m.

Với sóng gió mùa tổng hợp tác dụng của các cấp gió trên các hướng cho thấy, tại các điểm lân cận, công trình đều bị xói và độ xói trong năm là đáng kể:

Xói ít nhất: 0.0343m;

Xói nhiều nhất 0.3187m.

Chi tiết tính toán cho từng giải pháp kết cấu được trình bày trong tài liệu “Nghiên cứu giải pháp kết cấu phục vụ xây dựng bãi đỗ thủy phi cơ ở quần đảo Trường Sa – Học viện KTQS, 2014”.

4. Giải pháp mặt bằng tuyến đê chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ tại đảo PV

Giải pháp mặt bằng: Khu neo đậu được bố trí gần dải cất hạ cánh và luồng vào của đảo, bên ngoài bãi vật cản; máy bay đỗ tại khu neo đậu được neo với phao neo đặt sẵn (1 vị trí) và neo với phao bến di động được xuồng kéo ra từ đảo (1 vị trí). Dạng đê bán chìm không liên tục, bố trí theo 2 tuyến để chắn giữ khu neo đậu: Tuyến 1 bố trí phía Đông – Bắc khu neo đậu, chạy dọc theo mép L2-S1 đến gần bãi vật cản (theo cạnh luồng vào có sẵn vào bến cập xuồng); tuyến 2 bố trí phía Tây – Nam khu neo đậu, chạy dọc theo mép L1-S3-S2 đến gần bãi vật cản. Với giải pháp mặt bằng bố trí khu neo đậu như trên, không sát vào mép nổi của đảo, đê là đê bán chìm phân đoạn sẽ không làm ảnh hưởng đến đường vận chuyển hình thành các doi cát trên các đảo theo gió mùa, không phá vỡ hình thái tự nhiên trên thềm san hô của các đảo.

5. Giải pháp kết cấu tuyến đê chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ tại đảo PV

Căn cứ vào điều kiện địa chất, tính chất lớp san hô rời (phần sẽ nạo vét để tận dụng đưa vào túi Geobag); xét thấy việc đưa các máy móc thi công hiện đại (máy bơm cát…) ra ngoài các đảo khu vực quần đảo Trường Sa rất khó khăn, khả năng thi công của các đơn vị, tác giả đề xuất phương án dùng túi địa kỹ thuật làm kết cấu lõi đê, bên ngoài phủ thảm rọ đá.

Phần lõi đê: Sử dụng túi vải địa kỹ thuật Geobag đưa cát san hô nạo vét vào thay kết cấu đá lõi cho đê bằng phương pháp thủ công. Với giải pháp kết cấu đê theo như tính toán cho vị trí đảo PV, mặt cắt ngang đê thiết kế như hình vẽ.

Phần đá vỏ: Sử dụng thảm đá hộc theo taluy 1: 1. Trọng lượng thảm xác định theo tính toán.

Phần thềm chống xói: Sử dụng thảm vừa có tác dụng chống xói vừa có tác dụng giữ chân cho phần thảm đá vỏ được ổn định hơn. Khoảng hụt giữa ống sau khi bơm cát và lớp thảm gia cố (lớp phủ) sẽ được bù bằng đá hộc đổ trọng lượng viên từ 10 ÷ 50 kg/viên, đồng thời làm phẳng tạo mái trước khi lắp đặt thảm gia cố mái.

6. Kết luận

Trong tính toán thiết kế giải pháp kết cấu chắn giữ khu nước neo đậu cho thủy phi cơ, tác giả đề suất 3 phương án kết cấu. Trên cơ sở phân tích các yếu tố: Kinh tế, khả năng thi công, khả năng vận chuyển và tận dụng vật liệu tại chỗ, tác giả đề xuất phương án sử dụng ống địa kỹ thuật Geobag làm kết cấu lõi đê, thảm đá hộc làm lớp phủ. Giải pháp kết cấu chắn giữ này sẽ sử dụng cho bãi neo đậu TPC tại các đảo nổi thuộc QĐTS.

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu bước đầu về các giải pháp kết cấu ngăn giữ khu nước đảm bảo ngăn sóng, chống bồi lắng cho khu nước neo đậu thủy phi cơ ở Quần đảo Trường Sa. Giải pháp kết cấu được lựa chọn để thiết kế cho đảo PV trên cơ sở phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thủy hải văn của khu vực quần đảo Trường Sa và phù hợp với công nghệ, điều kiện thi công hiện có trong nước.

Tài liệu tham khảo

[1]. Học viện KTQS (2014), Báo cáo đề tài khoa học: Nghiên cứu giải pháp kết cấu phục vụ xây dựng bãi đỗ thủy phi cơ ở quần đảo Trường Sa.

[2]. Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển kèm theo Quyết định số 1522/QĐ-BNN-KHCN ngày 07 /6/2010 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.

[3]. Tiêu chuẩn 14TCN 130-2002 – Hướng dẫn thiết kế đê biển.

[4]. Tiêu chuẩn 22TCN 222-95 – Tải trọng và tác động (do sóng và áo tàu) lên công trình thủy.

[5]. Thông tư 150/5395 – 1 Bộ GTVT Hoa Kỳ – Cục hàng không liên bang: Sân bay nước – FAA.