Bài viết Những lưu ý khi áp dụng TCVN 9901:2014 tính toán tham số sóng thiết kế cho đê biển chỉ ra những vấn đề cần lưu ý khi áp dụng TCVN 9901:2014, tính toán các điều kiện biên sóng phục vụ thiết kế và minh họa bằng trường hợp tính toán sóng thiết kế cho kè biển Tam Quan, huyện Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 NHỮNG LƯU Ý KHI ÁP DỤNG TCVN 9901:2014 TÍNH TỐN THAM SỐ SĨNG THIẾT KẾ CHO ĐÊ BIỂN Trần Thanh Tùng Khoa Kỹ thuật Biển - Trường Đại học Thủy lợi, email: t.t.tung@tlu.edu.vn MỞ ĐẦU Cuối năm 2016, đầu năm 2017, loạt cơng trình đê, kè biển khu vực miền Trung bị hư hỏng nặng nề tác động của sóng bão Tiêu biểu cơng trình kè biển chống sạt lở thơn Thạnh Đức, tỉnh Quảng Ngãi; kè biển Xuân Hải, tỉnh Phú Yên, kè biển cửa Đại, Hội An, Quảng Nam, kè biển Tam Quan, tỉnh Bình Định Ngồi yếu tố bất thường thời tiết mà hệ mùa bão kết thúc muộn, gió mùa Đơng Bắc hoạt động sớm hơn, mưa lũ tiếp tục xuất với tần suất cao, cịn có ngun nhân hư hỏng thiết kế cơng trình tính tốn sóng thiết kế theo TCVN 9901:2014 chưa đảm bảo Bài báo vấn đề cần lưu ý áp dụng TCVN 9901:2014, tính tốn điều kiện biên sóng phục vụ thiết kế minh họa trường hợp tính tốn sóng thiết kế cho kè biển Tam Quan, huyện Hồi Nhơn, tỉnh Bình Định vải địa kỹ thuật, chân kè cọc ống bê tông cốt thép M300, kích thước 1×1×1,8 m, bên ngồi có lăng thể đá hộc rộng 3,4 m Dự tốn cơng trình khoảng 66,6 tỷ đồng Sau bão số 12, năm 2017, toàn tuyến kè bị sập hư hỏng với chiều dài 340m Có nhiều đoạn mái kè hư hỏng hoàn toàn, tường đỉnh bị lật nhào Những đoạn hư hại nhẹ khung dầm dọc mái tồn tại, song kết cấu bảo vệ mái kè hư hỏng hồn tồn, có đoạn mái kè cịn nằm nguyên, song mái kè biến dạng [5] TÍNH SĨNG THIẾT KẾ THEO TCVN 9901:2014 Trong yêu cầu thiết kế đê biển TCVN 9901:2014 [1], chiều cao sóng ứng với tần suất thiết kế, xác định theo phụ lục E, tính tốn yếu tố sóng gió, theo phương pháp Bretshneider Các số liệu đầu vào để tính tốn sóng bao gồm : a) Tốc độ gió; b) Đà gió Tốc độ gió w 10 (m/s) tốc độ tính theo cơng thức E.1; w10 = kl ×kđ × k10 × wt GIỚI THIỆU VỀ KÈ TAM QUAN Theo [3], tuyến kè chống xói lở bờ biển Tam Quan chiều dài 2.380m hồn thành vào tháng 9/2016 với quy mơ thơng số sau: (i) cơng trình cấp IV, loại kè bảo vệ bờ biển; (iii) cao trình đỉnh tường chắn sóng +4.50 ; (iv) cao trình mặt đê + 4.10; (v) cao độ đỉnh chân kè +0.50; (vi) cao độ đáy chân kè -1,50; (vii) hệ số mái phía biển m=3; (viii) kết cấu tường chắn sóng bê tơng cốt thép M300, mái đê phía biển bảo vệ lát bê tông M250 liên kết âm dương, có lớp dăm lót dày cm, (E.1) với w t tốc độ gió thực đo, lấy trung bình 10 phút, tương ứng với tần suất thiết kế, kl , kđ , k10 hệ số tra TCVN9901:2014 Đơn vị tư vấn tính tốn w 10 theo cơng thức E.1 xác định wt tốc độ gió thực đo, lấy trung bình 10 phút vị trí cách mực nước 12m khơng kể hướng (w t = 41 m/s) Đà gió tính cho vùng bờ biển, khơng có yếu tố địa hình hạn chế D =143 km Từ giá trị w 10 D, tư vấn thiết kế tính tốn chiều cao sóng chu kỳ sóng vùng nước sâu, Hs = 7.47 m Tp = 10.25 s 554 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Sử dụng bảng tra E.5 phụ lục, với Ztk = 1.04 m, tư vấn chọn chiều cao sóng chân cơng trình Hs = 0.98m chu kỳ sóng Tp = 4.97 s Các thơng số sóng sử dụng để tính tốn thiết kế cơng trình kè Tam Quan Mơ hình sóng sử dụng lưới tam giác để đảm bảo độ chi tiết; diện tích mắt lưới tối đa phần tử biến đổi từ 500 - 20000 m Vùng khơi, sử dụng lưới tam giác với diện tích lớn từ 1×105 - 5×105 m2 biên phía biển Tổng số phần tử 12384 số nút 6954 (Hình 1) TÍNH SĨNG THIẾT KẾ BẰNG MƠ HÌNH SĨNG MIKE 21 SW 4.1 Tính tốn đặc trưng sóng cực trị vùng nước sâu Các đặc trưng sóng cực trị quan trọng để tính tốn thiết kế cơng trình Thơng thường việc xác định tham số sóng thiết kế vùng nước sâu lấy theo mục 6.2.1 Tham số sóng thiết kế, vùng nước sâu, Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển [2], Ban hành theo Quyết định số 1613/QĐBNN-KHCN ngày 09/7/2012 Bộ trưởng Bộ NN &PTNT Trong chiều cao sóng chu kỳ sóng thiết kế khu vực nước sâu tính tốn sẵn cho vùng dọc theo đường bờ tra cứu Phụ lục B Tiêu chuẩn [2] Trong phụ lục B, khu vực dự án thuộc vùng 2, từ Bình Định tới Phú Yên Đây vùng có thềm lục địa hẹp dốc, sóng lớn truyền đến gần bờ trước bị vỡ Tác động sóng vùng coi lớn dọc bờ biển Việt Nam Tại Bảng B-2 Phụ lục B, tham số sóng vùng nước sâu từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa- Vũng Tàu xác định sau: với tần suất P=3,33% (chu kì lặp 30 năm): Hs = 12,89 m; Tp = 13,8 s; giá trị tính nội suy giá trị tương ứng với chu kì lặp 50 năm 20 năm Kết tính tốn thơng số sóng vùng nước sâu lớn nhiều so với thơng số sóng đơn vị tư vấn thiết kế, đặc biệt thơng số chiều cao sóng Hs Hình Miền lưới tính mơ hình sóng Biên mơ hình chọn bao gồm biên cứng (đất liền), biên phía biển (các biên cung cấp số liệu sóng WAVE WATCH) Số liệu địa hình sử dụng mơ hình sóng bình đồ địa hình 1:5000, đo đạc năm 2013 đề tài KHCN cấp Nhà nước [4] bình đồ địa hình tỷ lệ 1:5000 đo đạc bổ sung tháng năm 2018 vùng ven bờ Hiệu chỉnh kiểm định mô hình sóng Nghiên cứu sử dụng mơ hình sóng hiệu chỉnh kiểm định số liệu sóng đo đạc năm 2013, đề tài KHCN cấp Nhà nước [4] Chi tiết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình sóng trình bày [5] 4.3 Tính tốn truyền sóng tới chân cơng trình Việc tính tốn thực với tần suất thiết kế khác nhau, để cung cấp điều 4.2 Thiết lập mô hình tính tốn sóng kiện tải trọng sóng nhằm tính tốn tác động cho bờ biển Tam Quan lên cơng trình Miền tính lưới tính mơ hình sóng Để tính lan truyền sóng, trước hết cần xác Trong tính tốn này, chọn miền tính có định mực nước thiết kế ứng với tần suất phạm vi 109°03′00″ ÷ 109°16′00″ Đ thiết kế Mực nước ứng với tần suất thiết kế 14°27′00″ ÷ 14°45′00″ B Hình tra TCVN 9901:2014, Z3.33% = 1.04 m 555 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Nhằm mục đích thiết kế thiên an tồn, việc tính tốn thực cho mặt cắt nguy hiểm mặt cắt (1) Đây mặt cắt ngang bãi dạng phức hợp có phần gần bờ độ dốc trung bình 1%, phần vươn xa khoảng 600 m Phần xa, mặt cắt dốc Số liệu mặt cắt có bề rộng 1300 m cao trình thấp -18 m phương pháp tính tốn truyền sóng Kết tính tốn chu kỳ sóng giảm vào gần bờ không với quy luật lan truyền sóng từ vùng nước sâu vào bờ, cho thấy việc tính tốn truyền sóng khơng Các kết tính tốn thơng số sóng thiết kế vùng nước sâu chân cơng trình mơ hình sóng lớn 50% so với kết tính tư vấn thiết kế Đặc biệt, chu kỳ đỉnh phổ sóng tính tốn mơ hình lớn 2,5 lần giá trị tư vấn thiết kế tính tốn Do TCVN 9901:2014 đưa phương pháp tính tốn thơng số sóng từ gió nên giá trị chiều cao chu kỳ sóng thiên nhỏ so với giá trị tính tốn vùng nước sâu Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển [2] Ngồi TCVN 9901:2014 khơng hướng dẫn Hình Vị trí MCN trích xuất Hs cách tính tốn truyền sóng từ vùng nước sâu Sử dụng số liệu địa hình đo đạc tháng vào chân cơng trình nên việc tính 4/2018, tiến hành trích xuất chiều cao sóng tốn tham số sóng thiết kế chân cơng chân cơng trình mặt cắt thuộc phần bờ trình bị bỏ qua áp dụng sai thiết kế Do chiều cao sóng thiết kế tính thiên biển cong lõm phía nam Tam Quan, cách khoảng 500 m Hình Trong nhỏ, tính tốn thiết kế liên quan tới mặt cắt giữa, đỉnh cong (tại khu nhà hàng cao trình đỉnh kè, kết cấu chân kè, kết cấu bảo vệ mái thiên nhỏ so với thiết kế Hương Biển) mặt cắt nguy hiểm Kết tính tốn lan truyền sóng cho thấy, Đây nguyên nhân chiều cao sóng giảm dần giảm nhanh làm tuyến kè bị hư hỏng điểm gờ mặt cắt ngang (X = 650 m) Tại vị TÀI LIỆU THAM KHẢO trí chân cơng trình (cách mép nước [1] Bộ KH&CN 2014 Cơng trình thủy lợi khoảng L0 /4 = 74,83 m) Yêu cầu thiết kế đê biển TCVN 9901:2014 Chiều cao sóng thiết kế chân cơng Hà Nội trình, tương ứng với tần suất 3,33 % mặt cắt có giá trị cao nhất, Hs = 1.53 m [2] Bộ NN&PTNT 2012 Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển Hà Nội Giá trị lớn 50% so với chiều cao sóng thiết kế đơn vị tư vấn thiết kế tính [3] Cơng ty CP TVĐT – Xây dựng SPQD 2015 Hồ sơ thiết kế kè Tam Quan, Thuyết tốn Đặc biệt chu kỳ sóng đỉnh phổ tính tốn minh dự án Bình Định mơ hình (T p = 13,8 s) lớn gấp 2,5 lần so với chu kỳ sóng đỉnh phổ tư vấn thiết [4] Đỗ Minh Đức 2013 Nghiên cứu giải pháp khoa học cơng nghệ để khắc phục kế tính tốn (T p = 4.97 s) KẾT LUẬN Kết tính tốn sóng thiết kế từ gió theo TCVN9901:2014 cịn sai sót chọn vận tốc gió thực đo khơng phù hợp với tần suất thiết kế Việc tính tốn truyền sóng tới chân cơng trình khơng mơ tả mặt cắt điển hình chọn để tính tốn khơng mơ tả tượng bồi lấp cửa vào khu neo trú bão tàu thuyền - áp dụng cho cửa Tam Quan, Bình Định Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội [5] Tùng T.T nnk 2018, Báo cáo đánh giá nguyên nhân hư hỏng kè Tam Quan Đại học Thủy lợi, Hà Nội 556 ... tính tốn thiết kế cơng trình Thơng thường việc xác định tham số sóng thiết kế vùng nước sâu lấy theo mục 6.2.1 Tham số sóng thiết kế, vùng nước sâu, Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển [2],... trích xuất chiều cao sóng tốn tham số sóng thiết kế chân cơng chân cơng trình mặt cắt thuộc phần bờ trình bị bỏ qua áp dụng sai thiết kế Do chiều cao sóng thiết kế tính thiên biển cong lõm phía... phục kế tính tốn (T p = 4.97 s) KẾT LUẬN Kết tính tốn sóng thiết kế từ gió theo TCVN9 901:2014 cịn sai sót chọn vận tốc gió thực đo khơng phù hợp với tần suất thiết kế Việc tính tốn truyền sóng