Báo cáo đặc biệt - Ứng dụng của ACETube® trong phục hồi bãi biển

               Trong những năm gần đây, nhiều cơ sở hoặc cấu trúc ven biển được xây dựng do nhu cầu về cơ sở hạ tầng và phát triển kinh tế của con người trong nhiều thập kỷ, dẫn đến những thay đổi đáng kể về môi trường ven biển. Các yếu tố tự nhiên như sự nóng lên toàn cầu, mực nước biển dâng, bão, sóng lớn và nước dâng do bão cũng dần trở nên tồi tệ hơn do thời tiết khắc nghiệt. Các nguồn tài nguyên sinh thái biển đang bị đe dọa và bờ biển đã bị xói mòn nghiêm trọng. Nhiều phương pháp bảo vệ bờ biển đã được đưa ra để ngăn chặn xói mòn và duy trì sự ổn định của bờ biển.
        Việc quy hoạch và thiết kế các dự án bảo vệ bờ biển truyền thống bao gồm phòng chống thiên tai và an toàn kết cấu đang được tiến hành. Ứng dụng phổ biến nhất trong các cơ sở bảo vệ bờ biển là đê biển bằng bê tông cốt thép, kè, cầu cảng và đê chắn sóng ngoài khơi.
        Mặc dù các cấu trúc này có thể đóng vai trò phòng chống thiên tai và kiểm soát sóng, nhưng chúng thường có tác động xấu đến môi trường tự nhiên, sinh thái và mỹ quan của bờ biển. Ngoài ra, do vấn đề thiết kế, biện pháp thi công bảo vệ bờ biển bằng kết cấu cứng thường làm tăng phản xạ của sóng trước các công trình, đẩy nhanh quá trình xói mòn bãi biển, gây ra nhiều cuộc biểu tình từ các tổ chức bảo vệ sinh thái, môi trường và cảnh quan. Do đó, sự phát triển bờ biển của chính phủ phải đáp ứng xu hướng của thế giới. Bởi vậy, ngoài chức năng an ninh nội địa, các cơ sở được xây dựng cũng phải đáp ứng các mục tiêu đa chức năng là bảo vệ môi trường, sinh thái và mỹ quan của khu vực.
        Các yêu cầu quy hoạch và thiết kế của các cơ sở phòng chống thiên tai ven biển không chỉ xem xét đến an toàn, kinh tế, truyền thống và chức năng của nó mà còn xem xét việc bảo vệ và phục hồi môi trường sinh thái tự nhiên để duy trì và mang lại tính bền vững cho  môi trường ven biển. 
        Mục đích của việc bảo vệ bờ biển chủ yếu là ngăn chặn hoặc cải thiện xói mòn bờ biển do sự mất cân bằng giữa lượng cát cung cấp cho bờ biển và lượng cát thải ra. Các loại xói mòn bờ biển nói chung được phân loại như sau:

1. Xói mòn vách đá biển: Đá bùn mềm hoặc sự hình thành địa chất trầm tích gần bờ biển bị sụp đổ và xói mòn do tác động của sóng trong thời gian dài và việc bồi lắng trầm tích.
2. Giảm luân chuyển trầm tích từ các con sông: Trầm tích thải ra từ các con sông là nguyên nhân chính dẫn tới tình trạng cát trôi dọc theo bờ biển. Nếu lượng trầm tích luân chuyển từ sông nhiều hơn so với sự xói mòn của sóng, một đồng bằng sẽ được hình thành ở cửa sông. Sự hình thành tích lũy sẽ được hình thành dọc theo bờ biển. Tuy nhiên, nếu sự mất đất ở thượng nguồn giảm do một số yếu tố và làm cho lượng cát sỏi chảy xuống hạ lưu ít hơn, việc giảm mạnh nguồn cát cửa sông dẫn đến sự tích tụ của dòng sông ít hơn nhiều so với xói mòn do sóng, dẫn đến sự hình thành xói mòn bờ biển.
3. Tác động của các cấu trúc ven biển: Nếu các công trình ven biển, như đê chắn sóng, cầu cảng và đê chắn sóng ngoài khơi, không được quy hoạch và thiết kế phù hợp, chúng có thể chặn sự vận chuyển trầm tích của các dòng hải lưu, giảm lượng cát trôi và một số trầm tích sẽ được đưa ra ngoài khơi bởi các dòng nước xoáy, dẫn đến xói mòn bờ biển.
4. Ảnh hưởng của sóng và dòng thủy triều: Dòng nước được tạo ra bởi sóng và thủy triều thúc đẩy vận chuyển cát dọc theo bờ biển. Khi độ dốc sóng đáng kể hơn, hoặc độ dốc bờ biển lớn, tốc độ dòng chảy ngược sẽ tăng lên, có thể dẫn đến xói mòn bãi biển. 
 
        Trong những năm gần đây, nhiều phương pháp bảo vệ đã được phát triển do công nghệ hiện đại trong ngành công nghiệp kỹ thuật dân dụng có thể đáp ứng các đặc điểm của địa hình ven biển, môi trường sinh thái và cảnh quan thẩm mỹ — ví dụ, bồi đắp bãi biển nhân tạo, đê chắn sóng chìm và hàng rào chắn cát. Trong số đó, bồi đắp bãi biển nhân tạo là phù hợp nhất với nguyên tắc tự nhiên. Bãi biển là một kết cấu hấp thụ sóng tự nhiên. Bồi đắp bãi biển nhân tạo là một công nghệ di chuyển kích thước hạt phù hợp của cát đến khu vực bị xói mòn thông qua vận chuyển thủy lực hoặc cơ học để cân bằng cung và cầu dọc theo bờ biển để đạt được sự ổn định. Ngoài ra, nó sử dụng các giải pháp kỹ thuật để cải thiện hoặc duy trì các bãi biển khỏi xói mòn. Đây là một phương pháp kiểm soát xói mòn bờ biển phi cấu trúc để giúp ngăn chặn các bãi biển bị xói mòn. So với các phương pháp chống xói mòn khác, ưu điểm của việc bồi đắp bãi biển nhân tạo là:     

1. Sự xáo trộn đối với quá trình phát triển của bãi biển tự nhiên được giảm thiểu và nó có tác dụng bảo vệ tích cực đối với khu vực hạ lưu của việc vận chuyển cát.
2. Nó vẫn có thể duy trì cảnh quan bãi biển ban đầu và các chức năng giải trí.
3. Xem xét trong dài hạn, nếu có nguồn cát phù hợp, ứng dụng này có lợi ích kinh tế tốt hơn. 

        Bồi đắp bãi biển đòi hỏi phải phân tích hướng chủ đạo của cát trôi, số lượng và đặc điểm của cát cần bổ sung và độ dốc địa hình của bãi biển. Ngoài ra, cần nhiều hơn việc bồi đắp bãi biển để giải quyết vĩnh viễn vấn đề mất đường bãi biển. Nếu vẫn có xu hướng mất đất, cát sau khi bồi đắp bãi biển thì cần tiếp tục bổ sung đất, cát để bồi đắp. Ngoài ra, nó có thể được xử lý bằng các cấu trúc nhân tạo thích hợp, chẳng hạn như cầu cảng, đê chắn sóng tách rời, đê chắn sóng chìm, mũi đất nhân tạo và các kết cấu khác.
        Trong những năm gần đây, công nghệ ống vải địa kỹ thuật đã được sử dụng rộng rãi để bảo vệ bờ biển như các cấu trúc bờ biển tạm thời hoặc vĩnh cửu cùng với các bãi biển nhân tạo. Nó có chức năng làm chậm sự mất cát và tạo ra một không gian ven biển đồng thời đáp ứng nhu cầu về an toàn, môi trường sinh thái, mỹ quan và tiện nghi ven biển.
        ACETube^®, được sản xuất bởi ACE Geosynthetics, là túi dệt hình ống được làm bằng vải dệt polypropylene (PP) có cường độ kéo cao với khả năng chống tia cực tím, tính thấm nước và độ bền tuyệt vời. Trong những năm gần đây, nó được sử dụng rộng rãi trong nước và quốc tế cho các loại cấu trúc bờ biển khác nhau (cầu cảng, đê chắn sóng tách rời, đê chắn sóng, đê chắn sóng chìm) trong bảo vệ sông, xây dựng hàng hải, công trình thủy lực và các ứng dụng liên quan khác. Nó cũng có thể được sử dụng cho các dịch vụ liên quan như đập tạm thời, bảo vệ bờ biển, cồn cát nhân tạo, bồi đắp bãi biển nhân tạo và các ứng dụng liên quan khác. Sau đây là những trường hợp thành công của các ứng dụng ACETube^® của công ty chúng tôi để bảo vệ bờ biển:

Công trình điển hình

1. Bảo vệ bờ biển cho sân bay Kim Môn, Kim Môn

 Mô tả dự án
        Dự án này nằm tại sân bay Kim Môn, có đường băng, vai đường băng và khu vực tiếp giáp với bờ biển. Trong quá trình xây dựng sân bay trước đó, phần ven biển của khu vực đường băng được bao bọc bởi lớp bảo vệ bằng đá hộc. Tuy nhiên, do vị trí địa lý và sự tấn công thường xuyên của triều cường, sóng, mưa lớn kèm theo bão trong mùa lũ những năm gần đây, nền móng khu vực đường băng đã bị rửa trôi nghiêm trọng. Do đó, một phần của đê biển hoặc sườn dốc đã bị nước biển làm hỏng, tạo thành các rãnh sâu và khoảng trống, gây nguy hiểm cho sự an toàn của đường băng, đang cần được cải thiện và sửa chữa khẩn cấp. 
        Kè bằng đá hộc ban đầu được thiết kế trên bờ biển đã mất chức năng bảo vệ của nó do sự tấn công của sóng và cọ rửa lâu dài tại móng của kè dấn phá hủy cấu trúc. Sau khi đánh giá, đơn vị thiết kế đã lên kế hoạch sử dụng ACETube^® để bảo vệ phần chân của kè chống lại tác động của sóng và giảm xói mòn. 
        Bước thi công đầu tiên là trải ACETube^® và lớp phân cách bằng vải địa kỹ thuật trước chân của kè đá hộc được đề xuất, và sau đó kè đá hộc mới được xây dựng về phía đường băng sân bay. Cuối cùng, một bức tường bê tông trọng lực được xây dựng trên đỉnh của kè liền kề với các khu vực tràn để tăng cường chức năng bảo vệ của kè hơn nữa. 
        Chức năng chính của ACETube^® là chống lại tác động của sóng lên chân của đường băng và tránh ảnh hưởng của đường bờ rút đối với sự an toàn của đường băng. ACETube^® được thiết kế dựa trên phân tích ứng suất để tính đến các yêu cầu về độ bền dịch vụ và điều kiện ứng suất cuối cùng tại khu vực. Như thể hiện trong Hình 1, chu vi của ACETube^® được thiết là 13m với tổng chiều dài 1.868m. Nó được chế tạo bằng ACETex, một loại vải địa kỹ thuật dệt bằng PP với cường độ hai chiều 175x175 kN/m.

Hình 1.1 Sơ đồ của ACETube^® tại sân bay Kim Môn Tính năng

        Hai năm sau khi hoàn thành dự án, các quan sát tại địa điểm đã chỉ ra rằng ACETube^® đã loại bỏ thiệt hại ở chân của kè, như thể hiện trong Hình 1.2. Khu vực gần bờ biển phía sau ACETube đã phát triển các cồn cát cho thấy ACETube^® đã cải thiện đáng kể việc bồi đắp bãi biển, cố định và lưu trữ cát.

 
 Hình 1.2 Trước & Sau khi ứng dụng ACETube^®

2. Phục hồi cửa vào thủy triều của bãi cát, Đài Nam, Đài Loan
 

 Mô tả dự án
        Dự án này nằm trên bãi cát tại cảng Wangye, quận Beimen, thành phố Đài Nam. Một cửa vào thủy triều dần dần phát triển do gió và sóng đã khiến chức năng chống lại của bãi cát tự nhiên do thủy triều mùa xuân gây ra, đe dọa nghiêm trọng cho ngành thủy sản của ngư dân đầm phá nội địa. Do đó, khu vực này đang cần khắc phục khẩn cấp.
Trong những năm đầu, chính quyền đã sử dụng cọc tre và bao cát hình khối để cố định cát. Mặc dù chúng có tác động tích cực tại một số khu vực, nhưng không hiệu quả tại khu vực đầu vào thủy triều vì các hiện tượng hải dương học bất lợi. Theo phân tích hình ảnh vệ tinh, dải cát bị xói mòn nghiêm trọng nhất của cảng Thanh Sơn ở quận Cigu đã bị xói mòn trung bình 50m mỗi năm trong hai thập kỷ qua.
        Việc khôi phục cửa vào thủy triều trước tiên phải vượt qua những thách thức của dòng hải lưu hỗn loạn. Thứ hai, cũng cần xem xét đến tính khả thi của dự án, tổng thể về kinh tế, môi trường sinh thái và giảm khí thải carbon bền vững của toàn bộ dự án. Sau khi đánh giá nhiều giải pháp, dự án đã chọn ACETube^® làm giải pháp sửa chữa. ACETube^® có thể được tùy chỉnh bằng cách lựa chọn kích thước phù hợp theo điều kiện trang tại hiện trường. Nó có thể được thi công nhanh chóng và đạt kết quả phục hồi ngắn hạn cho cửa vào thủy triều bị hư hỏng. Tổng chiều dài của ACETube^® là khoảng 420 m, thể hiện trong Hình 2.1. Cát biển tại chỗ được bơm vào ACETube^® để xây dựng một cấu trúc xếp chồng lên nhau ba lớp. Các cọc tre được bố trí ở cả hai bên của ACETube^® để bảo vệ và cố định.

Hình 2.1 Cấu trúc ACETube^® cho bãi cát Wangyegang, Quận Beimen

 Tính năng
        Trong những năm qua, ACETube^® được xây dựng đã trải qua các cuộc tấn công của sóng lớn tới 10 mét do bão gây ra sau khi hoàn thành dự án này, nhưng cấu trúc tổng thể vẫn ổn định, và đạt hiệu quả bẫy cát rất đáng kể. Từ năm 2003 đến năm 2012, tốc độ xậm thực đường bờ biển đã giảm đáng kể, xuống còn 6 m mỗi năm. Bằng cách so sánh những thay đổi của đường bờ biển từ năm 2012 đến năm 2020, cấu trúc có xu hướng ổn định, chứng tỏ việc phục hồi bãi cát đã đạt được mục tiêu ban đầu, đó là phục hồi bãi cát và phát triển bền vững đầm phá. 
        Quy hoạch kỹ thuật tổng thể của dự án này được thực hiện dựa trên nguyên tắc sử dụng vật liệu địa phương, phù hợp với tiêu chuẩn của phương pháp kỹ thuật giống như tự nhiên và đạt được mức giảm khí thải carbon đáng kể. Việc thi công sử dụng cọc tre tự nhiên kết hợp với ACETube không chỉ đóng vai trò cố định tạm thời để bảo vệ cả hai bên của ACETube^® mà còn tăng hiệu quả bẫy cát và ổn định cho tổng thể công trình. Ngoài ra, dự án này sử dụng nhiều vật liệu tự nhiên tại chỗ để thi công, tránh sử dụng kết cấu bê tông cốt thép cứng, do vậy, công trình đã đạt được giảm tối đa tác động đối với môi trường sinh thái tổng thể.

3. Bồi đắp bãi biển, Công viên cối xay gió Qijin, Cao Hùng, Đài Loan

Mô tả dự án

        Trong quá khứ, khu vực bãi biển dọc theo bờ biển Qijin ở Cao Hùng đã bị xâm thực hàng năm vì xói mòn sóng. Ngoài ra, việc mở rộng cảng Cao Hùng, xây dựng Dự án Sao Nam Đẩu, sự phát triển của Cảng container liên lục địa và các yếu tố liên quan khác khiến việc bổ sung các nguồn cát ven biển bị giảm, dẫn đến xói mòn bờ biển gia tăng. Các cuộc điều tra cho thấy đường bờ biển đã bị xâm thực gần 100m trong thập kỷ qua. Năm 2011, chính quyền đã xây dựng một đê chắn sóng chìm ngoài khơi với các khối bê tông đúc sẵn để giảm năng lượng sóng và vận tốc dòng chảy. Ngoài ra, cát được bơm từ biển để bổ sung cho bãi biển Qijin bị xói mòn nghiêm trọng thông qua ứng dụng bồi đắp bãi biển nhân tạo, nhưng hiệu quả không như dự kiến. Mặc dù sự xói mòn bờ biển đã được làm chậm lại nhưng bãi biển vẫn chưa được khôi phục hoàn toàn. 

        Như trong Hình 3.1, dựa trên đánh giá các giải pháp, đơn vị thiết kế đã áp dụng ACETube^® song song với đê chắn sóng chìm hiện có để cải thiện chức năng thiết kế ban đầu của nó là khôi phục bãi biển. Việc bố trí như vậy đã phát triển một khu vực giống như đập cát, có tác dụng bẫy cát để lưu trữ cát được bơm từ biển vào. Sau khi hoàn thành việc bơm đầy, ACETube^® và khu vực bẫy cát có thể ngăn chặn và bảo vệ hiệu quả việc cọ rửa ven biển. Hướng cát trôi từ Nam ra Bắc cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc bồi đắp bãi biển hiệu quả trong thời gian ngắn.

Hình 3.1 Cấu trúc ACETube^® trong Công viên Cối xay gió Qijin, Cao Hùng

 
Tính năng

        Lượng cát thủy lực san lấp thực tế tại dự án này là 13.600 m³. Kết quả quan trắc của khu vực san lấp đã chỉ ra rằng, sau hai tháng hoàn thành, không có sự xói mòn cát nào được quan sát thấy tại hiện trường. ACETube® cũng gần như được cát bao phủ. Ngoài ra, khoảng 17.500 m³ cát đã được thu hồi từ bãi biển bên ngoài ACETube^®, cho thấy kết quả đáng kể trong việc bồi đắp bãi biển (Hình 3.2).

Hình 3.2 Hiệu quả xây dựng của ACETube^® trong Công viên cối xay gió Qijin