TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỒ ÁN
Chương 1 nêu ra tính cấp thiết của đồ án, từ đó xác định mục tiêu và phạm vi nghiên cứu, xác định các phương pháp, công cụ cần sử dụng tới khi làm đồ án. Trong chương này, cũng tóm lược lại kết cấu của đồ án
1.1Tinh cấp thiết của đồ án.
Việt Nam với đặc điểm tự nhiên đặc thù (Khí hậu nhiệt đới gió mùa, bờ biển dài và hẹp ) cũng là một đất nước chịu ảnh hưởng trực tiếp của sự thay đổi bất thường của thiên nhiên Theo thống kê hàng năm nước ta phải gánh chịu rất nhiều trận bão (trung bình khoảng 8 đến 10 trận / năm) và vô số các địa chấn nhỏ Điển hình nhất trong năm 2005 có đến 3 cơn bão đổ bộ liên tục vào nước ta Thời gian cụ thể như sau: Bão số 2 ngày 31/7/2005; Bão số 6 ngày 18/9/2005 và cơn bão số 7 là cơn bão mạnh nhất ngày 27/9/2005 Các cơn bão này vào đã gây vỡ hàng loạt tuyến đê biển, mặc dù không gây thiệt hại nhiều về người như Myanmar, nhưng với nước ta, do hệ thống đê và các công trình hỗ trợ đê thường không đồng bộ và mang tính chất manh mún, cục bộ Do đó, khi xảy ra bão với cường độ chưa thật mạnh nhưng cũng gây ra những tổn thất to lớn về người và của Mặt khác, những hậu quả do bão gây ra không chỉ có trước mắt mà về lâu dài còn ảnh hưởng lớn đến tình hình phát triển chung của cả nền kinh tế, cũng như kéo theo hàng loạt vấn đề nghiêm trọng khác như: dịch bệnh, đói nghèo, dân trí thấp, tiến trình phát triển xã hội bị chậm lại…
Hậu quả do các cơn bão số 6, số 7 trong 2005 gây ra Cơn bão số 6 đổ bộ trực tiếp vào xã Quỳnh Dị ngày 18/9/2005 Đoạn cầu Đền Cờn do bị sóng đánh giữ dội gây hậu quả nghiêm trọng Đoạn gần trại Tôm Quỳnh Dị bị song làm thiêt hại năng nề Bảo vệ ổn định cuộc sống của nhân dân trong vùng thường xuyên bị bão và triều dâng đe doạ của thiên tai đối với người dân nơi đây rất cao Vị trí công trình đêQuỳnh dị là rất xung yếu, chịu ảnh hưởng trực tiếp của sóng do bão đổ bộ trực tiếp lên vùng bờ nguy cơ xói lở sẽ gây nên thảm hoạ khôn lường, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống nhân dân.Vì vậy việc dầu tư và xây dựng đê biển xã Quỳnh Dị là cần thiết và cấp bách
1.2 Mục tiêu của đồ án.
Việc xây dựng tuyến đê Quỳnh Dị là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu phát triển tiểu ngành và nhu cầu mong muốn thiết thực của người dân ở địa phương.
1.3 Phạm vi của đồ án.
- Đồ án được xét tong phạm vi huyện Quỳnh Lưu tinh Nghệ An, cụ thể hơn là tại xã Quỳnh Dị khu vực xây dựng đoạn đê
- Bước đàu nghiên cứu và phát triển kinh tế xã hội vùng ven biển.
1.4 Các phương pháp thực hiện đồ án
- Kế thừa từ các đồ án đã thực hiện.
- Thống kê, tham khảo từ các tài liệu có trước.
- Sử dụng phần mềm: Excel, Excel là công cụ tính toán rất hữu ích và được sử dụng nhiều trong đồ án, giúp giảm khối lượng tính toán khi tính lặp, tính toán vẽ đồ thị….
GIỚI THIỆU CHUNG XÃ QUỲNH DỊ HUYỆN QUỲNH LƯU
Quynh Dị là một xã ven biển có điều kiện tự nhiên, xã hội thuận lợi cho phát triển kinh tế vùng biển Trong chương này sẽ giới thiệu điều kiện tự nhiên và điều kiện kinh tế xã hội của huyện,xã đây là cơ sở cho những phân tích chọn lựa giải pháp công trình cũng như việc đề xuất phương thi công trong phần chuyên đề của đồ án.
Hình 2.1: Bản đồ vị trí vùng dự án đê Quỳnh Dị.
Công trình thuộc xã Quỳnh DỊ, cách thị trấn Quỳnh Lưu khoảng 19km về phía Đông Bắc,cách đường Quốc lộ IA khoảng 5 Km, cách cửa Lạch Cờn 2 Km.Toạ độ địa lý nằm trong khoảng 19 o 14’ vĩ độ Bắc, 105 o 44’ kinh độ Đông.
2.1.2 Đặc điểm về địa hình,sông suối.
Nghệ An là một tỉnh có mật độ sông suối tương đối dày đặc (từ 0,6 đến 0,7 km/ km 2 ) Có 7 con Sông chảy trực tiếp ra biển, lớn nhất là Sông Lam (Sông Hoàng Mai, Sông Khe Dừa, Sông Độ Ông, Sông Bùng, Sông Dứa, Sông Cửa Lò, Sông Lam) Sông Lam là hệ thống sông lớn thứ 2 (sau Sông Mã) của các tỉnh miền trung, có tổng diện tích lưu vực 27.200 km 2 , bắt nguồn từ nước bạn Lào chảy theo hướng Đông Nam ra biển tại Cửa Hội, chiều dài 514km.
Sông Hoàng Mai là con Sông lớn nhất ở Quỳnh Lưu, bắt nguồn từ các dãy núi phía Tây huyện Quỳnh Lưu, bao gồm nhiều suối nhỏ hợp thành Sông Hoàng Mai đổ ra biển tại Cửa Trạp Diện tích lưu vực sông Hoàng Mai tính đến cửa sông (Cửa Trạp) là 370 km 2 , chiều dài 80km Đây là con sông duy nhất cung cấp nguồn nước ngọt cho khu vực Hoàng Mai Do địa hình phức tạp, nhiều núi cao, lại hẹp về chiều ngang theo hướng Đông - Tây nên sông suối ở Nghệ An nói chung và Quỳnh Lưu nói riêng ngắn và hẹp, độ dốc lớn, nước chảy xiết nên lũ thường lên nhanh, xuống nhanh.
2.1.2 Đặc điểm về địa chất.
Qua khảo sát địa chất bằng công tác khoan tay thăm dò dọc tuyến đê bao, dọc các vị trí cống tiêu với 38 hố khoan, lập mặt cắt dọc đê và 12 mặt cắt dọc các vị trí cống tiêu Sau đây chúng tôi báo cáo đánh giá điều kiện địa chất công trình tuyến đê bao theo thứ tự các lớp đất phân bố từ trên xuống như sau.
Lớp 1 : Đất nhân công đắp đê loại đất hỗn hợp màu xám nâu Trạng thái đất hơi ẩm, nửa cứng Kết cấu chặt vừa.
Lớp này là đất đắp bờ đê phân bố từ đầu về hết tuyến đê, có bề dày từ 1,50m 1,80m, cao trình mặt lớp là cao trình mặt đê hiện tại từ +2,70m đến +2,90m, đáy lớp kết thúc ở cao trình từ +1,20m đến +1,30m.
Lớp có các chỉ tiêu cơ lý, lực học (Xem bảng 1)
Lớp nén lún vừa, chịu lực được, khi nâng cấp đê lớp đủ điều kiện ổn định
Lớp 2a : Đất sét màu xám nâu Trạng thái đất ẩm, dẻo cứng Kết cấu chặt vừa đến kém chặt.
Lớp này phân bố đều khắp từ đầu tuyến đê bao đến cuối đê, có bề dày mỏng chỉ từ 0,50m 1,0m, cao trình mặt lớp ở +1,20m đến +1,50m, đáy lớp kết thúc ở cao trình +0,8m đến +0,20m.
Lớp có các chỉ tiêu cơ lý, lực học (Xem bảng 1)
Lớp có kết cấu chặt vừa đến kém chặt, song đối với tuyến đê lớp sẽ không gây ảnh hưởng gì
Lớp 2b: Đất sét màu xám đen,lẫn tạp chất hữu cơ, Trạng thái đất ướt, dẻo mềm đến dẻo chảy Kết cấu mềm yếu.
Lớp này phân bố dưới nền suốt dọc tuyến đê bao, có bề dày thay đổi từ 2,20m
3,30m, có nhiều chỗ bề dày chưa xác định, cao trình mặt lớp ở từ +0,20m đến +0,80m, đáy lớp kết thúc ở cao trình -1,50m đến -2,90m, nhiều chỗ lớp cưa xác định
Lớp có các chỉ tiêu cơ lý, lực học (Xem bảng 1)
Lớp mềm yếu, khả năng chịu lực kém
Lớp 2: Đất sét kẹp cát màu xám đen Trạng thái đất ẩm, dẻo mềm đến dẻo chảy Kết cấu kém chặt.
Lớp này phân bố dưới nền tại các vị trí cống tiêu từ K0+030 đến K0+150 và K1+500 đến
K1+720 và đoạn cuối đê bao, có bề dày chưa xác định, cao trình mặt lớp thay đổi từ - 3,50m đến -3,80m.
Lớp có các chỉ tiêu cơ lý, lực học (Xem bảng 1)
Lớp mềm yếu, khả năng chịu lực kém
Lớp 3 : Đất sét lẫn nhiều dăm sạn màu vàng, nâu xám Trạng thái đất hơi ẩm, nửa cứng đến cứng Kết cấu chặt vừa.
Lớp này chỉ mới gặp ở những vị trí khoan sâu, chủ yếu là các vị trí cống tiêu trong đoạn từ K0+900 đến K1+300, có bề dày hầu hết chưa xác định, cao trình mặt lớp từ -2,40m đến -2,90m.
Lớp có các chỉ tiêu cơ lý, lực học (Xem bảng 1)
Lớp nén lún vừa, chịu lực được Tuy lớp ở sâu song là lớp nền ổn định tốt cho tuyến đê bao này.
Lớp 4 : Đá vôi màu xám xanh, nâu sẫm Cấu tạo khối, đá cứng.
Lớp này phân bố ở lèn đá vôi đầu tuyến đê bao, không có ảnh hưởng gì trong quá trình xây dựng đê bao,
Với điều kiện địa chất công trình tuyến đê bao Quỳnh Dỵ, đã được khảo sát đánh giá trên ta thấy các lớp đất đá dọc tuyến đê bao, phân bố tương đối đều, song hầu hết đất có nguồn gốc trầm tích biển, có kết cấu không đồng nhất, đặc biệt có lớp đất 2, 2b là cá lớp đất yếu Khi xây dựng đê bao cần có biện pháp thi công thích hợp để phòng lún cho đê.
Bảng 2.1: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lực học các lớp đất nền dọc đê bao
Ký hiệu Đ.V.T Lớp 1 Lớp 2b Lớp 2a Lớp 3 VL bãi A
11 Góc nội ma sát độ 18 0 15' 3 0 32' 9 0 44' 13 0 12'
12 Lực dính kết C Kg/cm 2 0.270 0.039 0.185 0.286
13 Hệ số ép lún a cm 2 /kg 0.043 0.163 0.060 0.041
17 Góc nội ma sát độ 20 0 30'
18 Lực dính kết C Kg/cm 2 0.418
19 Hệ số ép lún a cm 2 /kg 0.032
2.1.3 Điều kiện khí hậu- khí tượng.
Nằm trong vùng chuyển tiếp giữa vùng khí hậu Bắc bộ và Bắc khu 4 cũ, chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa Do vậy khí hậu tỉnh Nghệ An nói chung, huyện Quỳnh Lưu và vùng dự án nói riêng đa dạng và phức tạp, thường xuyên chịu sự chi phối mạnh mẽ của thiên nhiên như : Gió, mưa, bão, triều và mặn, vì vậy hàng nằm thường xẩy ra nạn úng, hạn nghiêm trọng, gây ra những khó khăn không nhỏ đối với sản xuất nông nghiệp và đời sống của nhân dân trong vùng Khoảng cách từ hạn hán đến lũ lụt chỉ xẩy ra trong thời gian ngắn Ngày hôm nay mới họp bàn chống hạn, ngày mai đã phải họp bàn chống mưa lũ. a Tổng số giờ nắng trong năm :
Nghệ An nói chung, Quỳnh lưu nói riêng hàng năm chịu ảnh hưởng của 1 đến 2 cơn bão trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 10, sức gió ở đồng bằng rất mạnh nhưng suy yếu nhanh ở vùng đồi núi Theo số liệu của Đài KTTV Bắc trung bộ, từ 1967 đến 1989 có 34 cơ bão vào vùng Nghệ Tĩnh thì có 8 cơn bão cấp
12 và cấp 11, như vậy tính chung bão vào Nghệ An có sức gió cấp 11 đến 12 và trên cấp 12 chiếm 56%. c Nhiệt độ :
- Thấp nhất : 5,7 0 C ngày 02/01/1974 d Bốc hơi :
Lượng bốc hơi trung bình nhiều nằm : 1154mm. e Độ ẩm :
Lượng mưa trung bình nhiều năm ở Quỳnh Lưu thấp có X0 = 1594mm nhưng phân bố lại rất không đều, chủ yếu tập trung vào các tháng mùa mưa (tháng 8, 9,
10) Lượng mưa trong 3 tháng này chiếm từ 60 70% tổng lượng mưa hàng năm; trong 3 tháng 8, 9, 10 thì lượng mưa trong tháng 9 chiếm 45 50% tổng lượng mưa cả ba tháng. Ở Nghệ An nói chung, Quỳnh Lưu và vùng dự án nói riêng, có những trận mưa đột biến gây lũ úng rất lớn với lượng mưa ngày lớn nhất 500 800mm/ngày. Lượng mưa 1 ngày lớn nhất đã ghi được ở Quỳnh Lưu X1max = 710mm ngày 8/9/1993Lượng mưa 3 ngày lớn nhất đã ghi được ở trạm Quỳnh Lưu :
Lượng mưa lớn nhất các thời đoạn ứng với tần suất quy định :
Mưa 1 ngày max, 2 ngày max, 3 ngày max thời kỳ chính vụ : Đơn vị: mm
Gió mùa Đông Bắc : Từ tháng 11 đến tháng 4 chịu ảnh hưởng của không khí lạnh từ phương Bắc tràn về Tốc độ gió 3 10m/s.
Gió mùa Đông Nam : Từ tháng 5 đến tháng 10, gió thổi từ biển vào mang theo nhiều hơi nước thường gây ra mưa rào, từ tháng 9 10 thường có bão kèm theo mưa lớn Tốc độ bão đã có lúc tới 40m/s Từ tháng 5 đến tháng 8 thường có những đợt gió Lào, gió mang theo nhiệt độ cao và không khí nóng.
Bảng 2.2: Thống kê đặc trưng về gió Đặc trưng về gió P = 2% P = 4% P = 6%
2.1.4 Đặc điểm hải văn a Thuỷ triều :
Nghệ An có 82km bờ biển với 6 cửa Sông Chính đổ ra biển: Cửa Trạp, Cửa Quèn, Cửa Thơi (Quỳnh Lưu); Cửa Vạn (Diễn Châu) và Cửa Lò, Cửa Hội (Thị xã Cửa Lò) Quỳnh Lưu có 34 km bờ biển, chiếm 41% chiều dài bờ biển toàn tỉnh. Vùng biển Nghệ An nói chung, Quỳnh Lưu nói riêng có chế độ triều là Nhật triều không đều, hàng tháng có tới non nửa số ngày có 2 lần nước lên và 2 lần nước xuống trong ngày Những ngày có 2 lần nước lên và xuống thường vào thời kỳ nước kém Thời gian triều dâng thường là 10 giờ, thời gian triều rút thường 14 giờ Theo số liệu bảng Thuỷ triều của KTTV thì năm 2003 triều cao từ +1.80 (độ cao Quốc gia) trở lên là 209 ngày Khi bão vào với cấp gió lớn gặp triều cường thì sinh ra nước dâng do bão, gây thiệt hại khó mà lượng hết được Vùng ven biển là vùng trực tiếp chịu ảnh hưởng các hậu quả của mọi thiên tai : Hạn, úng, lũ, bão, triều tố không năm nào tránh khỏi.
Số liệu điều tra mực nước dâng tại cửa ra sông Hoàng Mai (Cửa Cờn) do bão gây ra :
- Bão số 2, số 3 năm 1987 mực nước dâng là : 255 cm
- Bão số 9 năm 1989 mực nước dâng là : 275 cm b Sóng
Do tại khu vực thiết kế công trình không có tài liêu sóng thu thập được Nên ta lấy số liêu sóng đo được tại BẠCH LONG VĨ từ năm 19601969 và từ năm 19932002.Chiều cao sóng lớn nhất trong các năm đó thống kê được từ số liệu đo ngay như sau:
Bảng 2.3 : thống kê số liệu sóng tại trạm Bạch Long Vĩ từ năm 1960-2002
Max(m) Năm Chiều cao sóng
Ta thấy số liệu sóng lớn nhất từng năm lớn dấn nên từ năm 19602002 và không đều rất thất thương có những con sóng lớn nhất lên tơí 8m
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MẶT CẮT ĐÊ HỢP LÝ
Trong phần 1 của đồ án đã giới thiệu về tính cấp thiết, mục đích của đồ án cũng như giới thiệu về điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội khu vực xây dựng đê Từ những phân tích đánh giá của phần trên, phần 2 sẽ đi vào phân tích lựa chọn, tính toán thiết kế và tính ổn định đoạn đê Quỳnh Dị.
Trong chương 3 này, dựa trên những phân tích về nhiệm vụ công trình và các điều kiện kinh tế kỹ thuật của huyện, sẽ lựa chọn cấp đê, tuyến đê và mặt cắt sơ bộ hợp lý.
3.1 Hiên trạng khu vực nghiên cứu và nguyên nhân gây ra
-Hiên trạng: Tuyên đê Quỳnh Dị đã đuoc xây dưng khá lâu tình trạng đê hư hỏng nạng Nhiều đoạn phải chắp vá nhiều lần không đảm bảo đươc điều kiên làm việc binh thường ,đỉnh đê còn thấp, chiều rộng đê hẹp chua đáp ứng được yêu cầu chống sóng do bão gây ra.Vì vậy việc xây dựng nâng cấp tuyến đê Quỳnh Dị là vô cùng cấp thiết.
-Nguyên nhân: Do 2 cơn bão đổ bộ liên tiếp vào tuyến đê Quỳnh Dị.Thứ nhất Cơn bão số 6 đổ bộ trực tiếp vào xã Quỳnh Dị ngày 18/9/2005, thứ hai Cơn bão số
7 đổ bộ trực tiếp vào xã Quỳnh Dị ngày 26/9/2005 Vì thế con đê bị sóng đánh tơi tả vỡ 2 đoạn và sạt lở 12 vị trí Toàn tuyến đê đều bị xuống cấp nghiêm trọng, cống dưới đê bị rò, thấm qua mang cống, hư hỏng cửa đóng mở, một số cống bị hỏng hoàn toàn.
3.2 Một số giải pháp bảo vệ bờ biển Quỳnh Dị Để hạn chế xói lở bờ biển Quỳnh Di-Quỳnh Lưu-Nghệ An có nhiều giải pháp bảo vệ khác nhau như: Giải pháp không, giải pháp phi công trình:nuôi bãi nhân tạo, trồng rừng phòng hộ…Giải pháp công trình như: Hệ thống đập mỏ hàn, kè biển, đê chắn sóng xa
3.2.1 Giải pháp không Đây là giải pháp ít tốn kém nhất, lựa chọn giải pháp “sống chung với lũ”, để cho sự xói lở của biển diễn ra tự nhiên mà không làm gì cả, biển lùi tới đâu thì ta tiếp tục di dời về phía sau Nhưng với tính hình xói lở bờ biển Quỳnh Dị như hiện nay cùng với chính sách của nhà nước khuyến khích mở rộng đất đai như hiện nay thì giải pháp này không được khả thi.Bởi vì tại vị trí công trình vừa chịu tác động của sông và biển,độ dóc lớn,mực nước,lưu lượng lớn theo mùa nên phương án này không khả thi.
3.2.2 Giải pháp phi công trình a) Giải pháp nuôi bãi nhân tạo
Giải pháp nuôi bãi nhân tạo là giải pháp cung cấp bùn cát thiếu hụt trên bãi biển từ một nguồn khác Nuôi bãi nhân tạo là một giải pháp công trình “mềm” đang được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới và ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn Phương pháp này sẽ thực sự được phát huy hiệu quả trong trường hợp hiện tượng xói lở bờ biển xảy ra tại bờ biển có cấu tạo từ cát và nguồn cát ở quanh khu vực xói có trữ lượng cát dồi dào Khối lượng cát cần có để thực hiện giải pháp nuôi bãi được xác định theo phương pháp thiết kế của Hà Lan Nội dung phương pháp này bao gồm 5 bước như sau:
- Đo đạc diễn biến đường bờ biển trong thời gian tối thiểu là 10 năm.
- Tính toán “ lượng cát mất đi” dưới dạng m 3 /năm cho từng mặt cắt.
- Cộng thêm 40% vào lượng bùn cát bị mất trong 1 năm.
- Nhân tổng này với thời gian dự định nuôi bãi (ví dụ 5 năm).
- Đổ hoặc bơm lượng cát này lên bãi biển trong phạm vi giữa mực nước kiệt – 1m và chân đụn cát.
* Ưu điểm : Sau khi nuôi bãi, bờ biển được tái tạo lại ngay Đây cũng là giải pháp có ảnh hưởng ít nhất tới các vùng lân cận.
* Nhược điểm : Tuy nhiên thì giải pháp này cũng có hạn chế đó là nó chỉ có tính tạm thời, quá trình nuôi bãi một là phải tiến hành liên tục hoặc phải lặp lại sau một vài năm, khá tốn kém về mặt kinh tế, phức tạp về mặt kỹ thuật.
Phương pháp này cũng không được khả thi bởi vì :thứ nhất tại công trình xói lở là không thường xuyên xảy ra nó chỉ mang tính chất bất thường,thứ hai phạm vi bảo vệ này thường bị nhiễm mặn do sóng,nước dâng và triều cường gây ra. b) Giải pháp trồng cây chắn sóng gây bồi
Dọc theo bãi biển phía trước đê được trồng các loại cây chắn sóng Chiều rộng dải cây phụ thuộc vào chiều rộng và cao độ của bãi, trung bình từ 50 100m. Tùy theo địa hình, đất đai thổ nhưỡng của từng vùng cụ thể mà có thể trồng các loại cây khác nhau: Phi lao, sú, vẹt…
* Ưu điểm : Trồng cây chắn sóng là một biện pháp kỹ thuật rất có hiệu quả Khi được trồng theo đúng quy cách, cây lên tốt sẽ tiêu hao được năng lượng sóng nhờ lực cản do thân, cành, lá cây tạo ra trên đường truyền sóng, làm giảm nhỏ chiều cao sóng Rừng cây ngập mặn không những được coi là hàng rào xanh chống sạt lở bờ biển, bờ sông mà nhờ bộ rễ của chúng, đặc biệt là hệ thống rễ trên mặt đất có tác dụng làm tăng khả năng lắng đọng phù sa Nhờ vậy, bãi biển được bồi cao dần lên, hình thành các miền đất mới có thể quai đê lấn biển phát triển kinh tế biển nói riêng và kinh tế xã hội nói chung.
* Nhược điểm : Do nguyên nhân và cơ chế xói lở bờ biển Quỳnh Dị chủ yếu là do sóng bão bất thường gây ra.Năng lượng sóng và dòng chảy lớn làm cây không sống và phát triển được, chưa có loại cây chắn sóng nào thực sự phù hợp và thêm vào đó bãi trước đê không rộng nên cũng không thích hợp.
3.2.3 Giải pháp công trình a) Giải pháp đê kết hợp với đập mỏ hàn bảo vệ bờ
Hệ thống mỏ hàn là 1 dãy các đê ngăn cát, giảm sóng được đặt với khoảng cách tương đối ngắn theo phương vuông góc với đường bờ, chúng hướng tới mục đích chống xói bờ biển và tạo ra những vùng bãi bồi trước đê Đê kết hợp với hệ thống mỏ hàn tạo nên 1 hệ thống công trình bảo vệ bờ biển hoat động hiệu quả, phù hợp với điều kiện bờ biển Quỳnh Dị.
* Ưu điểm : Mỏ hàn sẽ ngăn chặn dòng bùn cát ven bờ, giữ bùn cát lại để gây bồi cho bờ biển đang bị xói lở, che chắn sóng cho bờ khi có sóng xuyên qua truyền tới, tạo vùng nước yên tĩnh cho bùn cát lắng đọng gây bồi, hướng dòng chảy ven bờ đi ra xa đường bờ tạo cho đường bờ ổn định và thiết lập lại hình dạng đường bờ.
TÍNH TOÁN ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ
Xác định mực nước thiết kế (MNTK)
-MNTK được xác định theo công thức sau:
MNTK : Là mực nước trung bình nhiều năm.
A : Là biên độ triều cực đại trong vòng 19 năm.
H : Chiều cao nước dâng do bão
4.1.1 Xác định mưc nước trung bình và biên độ triều cực trị
Atr.max = Ztr.max – MNTB
( Ztr.max : Mực nước triều thiên văn lớn nhất trong chu kỳ 19 năm.)
Theo vị trí của biển Quỳnh Dị nằm trong khoảng 19 o 14’ vĩ độ Bắc, 105 o 44’ kinh độ Đông, tiến hành tra bảng (tra bảng 4.1)
Bảng 4.1 Mực nước trung bình, Mực nước trung bình, Mực nước triều cực trị thiên văn tại trạm Lạch Thới (19 0 06N, 105 0 40E)
Cực trị dự báo theo chu kỳ 19 năm
Ngày,tháng, năm Max(cm) Ngày,tháng, năm Min(cm)
17 17 (Hướng dẫn thiết kế đê biển,Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130 – 2002, 2002).
Từ bảng 4.1 : → MNTB = 1,50 m (Theo cao độ hải đồ )
Quy về cao độ lục địa :
Ztr.max = 267 cm = 2,67 m → Atr.max = 2,67 – 1,50 = 1,17( m)
-Vậy mực nước trung bình và biên độ triều cực trị lần lượt:
4.1.2 Tính toán chiều cao nước dâng do bão
Dựa vào chiều cao nước dâng và tần xuất xuất hiện của nó tiến hành nội suy và tìm ra được chiều cao nước dâng của khu vực thiết kế với tần suất thiêt kế 5%.
Khu vực Quỳnh Dị có phân bố nước dâng thuộc khu vực từ Của Đáy_Cửa Vạn có bản phân bố như sau.
Bảng 4.2 Chiều cao nước dâng theo tần suất %
Trình tự tính toán và vẽ đường tần suất nước dâng như sau:
- Thiết lập tập hợp mẫu.
- Sắp xếp tập hợp mẫu theo thứ tự từ giảm dần
- Liệt kê số lần xuất hiện của các giá trị nước dâng
Ta lập bảng tính toán tần xuất nước dâng như sau
Bảng 4.3 Tính tần suất nước dâng
Tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ giữa 2 đại lượng chiều cao nước dâng và tần xuất xuất hiện Pi(%)
Từ đồ thị ta tra được với tần xuất P=5% thì chiều cao nước dâng Hnd = 2,3 (m) Vậy :
MNTK =MNTB+ Atr.max + Hnd = -0,41+ 1,17 + 2,3 = 3.1 (m)
Vậy chọn MNTK =3.1 (m). Đường tần xuất nước dâng
Xác định các tham số sóng
Sóng biển là quá trình động lực học quan trọng nhất ở đới ven bờ biển Sóng có vai trò quyết định đối với quá trình vận chuyển bùn cát và biến đổi địa hình đáy trong đới ven bờ và gần các công trình.
Lực tác động của sóng lên các công trình có thể gây ra sự đổ vỡ, hư hỏng của công trình Vì vậy, việc tính toán chính xác các điều kiện sóng có ý nghĩa quyết định đối với việc thiết kế một công trình ven bờ biển thỏa mãn những yêu cầu như công trình ổn định bền vững và thực hiện được đúng chức năng của mình như bảo vệ bờ biển chống xói mòn, hoặc chống sóng leo, sóng vượt, bảo vệ vùng đất trên bờ khỏi các thiên tai do sóng và các quá trình động lực khác như nước dâng kết hợp với thuỷ triều gây ra.
4.2.1 Tính toán chiều cao sóng nước sâu
Biến thiên sóng dài hạn được xác định bằng các quy luật thống kê rút ra từ tập hợp các phổ năng lượng hoặc tập hợp các đặc trưng thống kê HP% nhiều năm Phân bố của HP% qua nhiều năm thường tuân theo luật phân bố Weibull Để xác định chiều cao sóng ứng với tần suất P% cho vùng biển Kim Sơn sử dụng số liệu quan trắc sóng trong 20 năm (1960-1969),(1993-2002) tại đảo Bạch Long Vỹ, mỗi năm lấy 1 giá trị lớn nhất, như vậy sẽ có chuỗi 20 số liệu Phân bố xác suất của Hp% được xác định theo phân bố xác suất Weibull có dạng:
- Hàm mật độ xác suất
(4-1) Trong đó: a : là thông số vị trí b: là thông số tỷ lệ c: là thông số hình dạng.
- Hàm phân bố tần suất luỹ tích
Hàm phân bố tích lũy biểu thị xác suất xuất hiện các giá trị đại lượng ngẫu nhiên X nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị x cụ thể nào đó
- Quan hệ tuyến tính hoá
Phương trình (4-2) được tuyến tính hoá như sau ln x a 1 c ln ln 1 F x ln b
Phương trình (4-3) là quan hệ tuyến tính giữa ln(x-a) và ln{-ln[1-F(x)]}, từ quan hệ này được xây dựng cho các giá trị quan sát của x và tần suất kinh nghiệm của nó để xác định các hệ số b, c của phân bố Weibull Nếu biểu thị qua tần suất vượt, (4-
3) trở thành ln x a 1 ln ln P ln b
Nếu biểu thị qua tần suất vợt quá thì giá trị xp của hàm phân bố lý thuyết ứng với tần suất P. x p =a+1 cln(lnP)+lnb
Bảng 4.4 Bảng tính toán sóng theo Weibull
TT Hs (m) P (%) ln(Hs-a) ln(-ln(P))
Bảng 4.5 Kết quả tính các hệ số
Số liệu quan trắc Phân bố tần suất lý thuyết Độ dài chuỗi 20 năm Thông số hình dạng (c) 2.873
Giá trị trung bình 4.55 m Thông số tỷ lệ (b) 5.134
Hệ số phân tán (Cv) 0.084 Thông số vị trí (a) 0.1
Hệ số thiên lệch (Cs) 0.148
Hệ số tương quan 0.960 Trong đó:
Hệ số phân tán Cv được tính theo công thức:
Hệ số phân tán C V dùng để đánh giá mức độ phân tán của các chuỗi số khác nhau từ trị bình quân của từng chuỗi.
Hệ số thiên lệch Cs được tính theo công thức:
Hệ số thiên lệch C S biểu thị độ lệch về bên trái (C S > 0) hay bên phải (C S < 0) của độ thị phân bố mật độ tần suất so với giá trị bình quân của nó.
* Thông số hình dạng (c) chính là độ dốc của đường quan hệ ln(Hs-a)~ln(-lnP)
* Thông số tỉ lệ (b) chính là giá trị của đường quan hệ ln(Hs-a)~ln(-lnP) cắt trục tung
Hình 4.3 Biểu đồ quan hệ giữa Ln(Hs-a)~Ln(-Ln(P))
Xác định thông số phân bố Weibull y = 0.371x + 1.636
Bảng 4.6 Bảng tần suất Weibull
P%: là tần suất xuất hiện
Hs: là chiều cao sóng ứng với tần suất P%
Hình 4.4 Biểu đồquan hệ chhieeuf cao sóngHs~P%
Công trình cấp IV → Tr = 20 năm ứng với tần xuất P = 5% :
Tra trên biểu đồ → Hs = 7,5(m)
4.2.2 Chu kỳ sóng nước sâu
Theo kinh nghiệm, có thể xác định chu kỳ sóng dựa vào tương quan giữa chu kỳ sóng và chiều cao sóng nước sâu tại vùng biển Bắc Bộ và Trung Bộ, thống kê cho T < 9s, H < 22,6 m ( Nguyễn Xuân Hùng, 1999 ):
4.2.3 Chiều dài sóng nước sâu
Chiều dài sóng nước sâu Lo gT 2
Kết luận: Kết quả tính được.
Tính truyền sóng
Trong thiết kế đê cần tính toán các tham số sóng: chiều cao sóng, chiều dài sóng…, khi có ảnh hưởng của các hiện tượng hiệu ứng nước nông, khúc xạ sóng và hiện tượng sóng vỡ, sóng leo.
Giả sử khi vào vùng nước nông, năng lượng sóng không giảm do ma sát đáy, năng lượng đơn vị không thay đổi, do đó khi càng nông thì mực nước sẽ tăng lên tức thời, bước sóng giảm, độ dốc sóng tăng lưu tốc đỉnh sóng lớn dần tới mức lớn nhất dẫn tới hiện tượng sóng vỡ
Hiện tượng chiều cao sóng giảm dần khi tiến vào bờ do độ sâu nước giảm dần gọi là hiệu ứng nước nông.
Theo lý thuyết sóng có biên độ nhỏ, nếu như có thể bỏ qua mọi sự mất mát của năng lượng sóng do ảnh hưởng của ma sát đáy và các quá trình khác thì sự thay đổi của độ cao sóng khi sóng truyền từ ngoài khơi vào ven bờ được tính bằng công thức :
Trong đó, là hệ số nước nông, được tính theo công thức :
L h - chiều sâu nước tại điểm tính toán
Trong tính toán để thuận tiện có thể tra giá trị Ks theo tỷ số h/L0 trong bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật Biển (Bảng 1.1, Phụ lục 1)
4.3.2.Hiện tượng khúc xạ sóng
Hinh 4.5 Xác định góc sóng tới với pháp tuyến đương bờ
Hiện tượng sóng luôn có xu hướng vuông góc khi sóng tiến vào bờ gọi là hiện tượng khúc xạ sóng Hiện tượng khúc xạ xảy ra do sự thay đổi của vận tốc pha s g g H K
Ngoài vùng nước sâu, góc giữa đường đỉnh sóng và đường đẳng sâu là ϕ 0
U 0 và khoảng cách giữa hai tia sóng là b0 Khi tiến vào vùng nước nông, tia sóng bên trái có tốc độ lớn hơn tia sóng bên phải, do đó tia sóng cong dần hay ϕ 0 giảm dần và tia sóng có xu hướng vuông góc với đường bờ
Hiện tượng khúc xạ tác động tới chiều cao sóng qua hệ số khúc xạ
K r =√ cos cos ϕ ϕ 0 (4-10) Trong đó: ϕ 0 - Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước sâu ϕ - Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước nông Được xác định từ công thức : sin ϕ=sin ϕ 0 tanh kh (4-11)
Nếu như ta có các đường đẳng sâu thẳng và song song với đường bờ và hướng truyền sóng tại nước sâu tạo với bờ một góc ϕ 0 thì theo lý thuyết sóng có biên độ nhỏ, độ cao sóng tại một điểm bất kỳ trong dải ven bờ với hướng truyền sóng tạo với bờ một góc ϕ được tính như sau:
H0 - Chiều cao sóng nước sâu.
Các công thức trên chỉ có thể áp dụng để tính hệ số khúc xạ của sóng điều hòa. Trong thực tế, sóng ngẫu nhiên có thể coi là tổng hợp của rất nhiều sóng điều hoà
K r có chu kỳ khác nhau Trong trường hợp này, hệ số khúc xạ có thể được tính riêng rẽ cho mỗi mỗi nhóm sóng thành phần có chu kỳ và hướng sóng tới gần nhau Sau đó, hệ số khúc xạ đại diện cho sóng ngẫu nhiên có thể lấy bằng giá trị trung bình của các hệ số khúc xạ của các sóng thành phần.
Trong thực tế, sóng biển trong điều kiện địa hình đáy biển biến đổi rất phức tạp có thể được xác định bằng cách coi là sóng tổng hợp đã trải qua các quá trình nước nông và khúc xạ Trong trường hợp này, độ cao sóng tại một điểm nào đó trong vùng nghiên cứu được tính bằng công thức :
Khi sóng lan truyền vào vùng ven bờ với độ sâu giảm dần, ma sát với đáy biển sẽ làm giảm vận tốc của hạt nước ở gần đáy biển Hiện tượng này sẽ làm cho vận tốc chuyển động theo phương nằm ngang của các hạt nước ở gần đỉnh sóng nhanh hơn vận tốc hạt nước ở gần chân sóng và làm tăng độ dốc mặt nước tại mặt trước của sóng Khi độ dốc mặt nước tại mặt trước của sóng đạt tới một giá trị cực đại nào đó, sóng sẽ bị vỡ Đới ven bờ có sóng vỡ được gọi là đới sóng vỡ Các quá trình động lực và thuỷ thạch động lực xảy ra rất mạnh mẽ trong đới này Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nếu như một công trình ven bờ được đặt trong đới sóng vỡ thì quá trình xói chân công trình sẽ nhanh hơn rất nhiều.
Tính toán sóng vỡ Áp dụng công thức Weggel (1972):
Với góc sóng tới là 0 = 55 0
- Bước 2 : Tính chỉ số chiều cao sóng vỡ:
H ’ 0 - Chiều cao sóng khi chưa khúc xạ;
- Bước 3 : Tính chỉ số độ sâu sóng vỡ:
Từ bình đồ vị trí xây dựng công trình có độ dốc bãi là 1/150 nên:
(tan: độ dốc của bãi = 1/150) b 1,56 / 1 e 19,5tan
- Bước 4: Tính chiếu sâu nước tại giới hạn sóng vỡ b b b d H
Tra bảng 6.2 Sách Cơ sở kỹ thuật bờ biển ta được giá trị các tham số sóng: d b
L L ( L : chiều dài sóng vỡ) Áp dụng định luật Snell:
• Tính góc sóng tới theo công thức Snell: sinϕ sinϕ 0 = c c 0 = L
Có giá trị d/L0 tra bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật biển → d/L
• Tính Kr theo công thức
Bảng 4.8 Các giá trị không thay đổi khi tính lặp
Bảng 4.9 Các giá trị tính được trong phép lặp
Theo số liệu tinh toán ở bảng 4.9 chọn sóng vỡ tại vị trí:
4.3.3 Tính sóng thiết kế a) Tính chiều cao sóng thiết kế
Chiều sâu nước tại chân công trình h = MNTK – cao trình đáy
Từ bình đồ xác định được cao trình đáy là: –(0.15) h = 3.1 -(-0.15) =3.25 (m)
→ Chiều cao sóng vỡ tại vị trí d = 3.25m:
Do công trình nằm trong đới sóng vỡ áp dụng lý thuyết tương tự (coi b là hằng số-theo sổ tay kỹ thuật bơ biển)
Hd = γ b×d = 0.756×3.25 = 2.46(m) b)Tính toán các thông số sóng lan truyền vào chân công trình
+ Chiều sâu nước tại chân công trình :d = 3.25 (m)
(Tra bảng (6.2), giáo trình cơ sở kỹ thuật bờ biển trang 132):
L= 42.8 (m) Áp dụng định luật Snell: sinϕ sinϕ 0 = c c 0 = L
Kết luận
Vậy kết quả tính toán các tham số sóng thiết kế là :
Bảng 4.10: Kết quả tinh các tham số song.
SÓNG SÓNG NƯỚC SÂU SÓNG VỠ SÓNG TẠI
THIẾT KẾ ĐOẠN ĐÊ BIỂN QUỲNH DỊ
Chương 3 và chương 4 đã lựa chọn mặt cắt sơ bộ và tính toán điều kiện biên thiết kế Trong chương này tiếp tục tính tính toán thiết kế chi tiết đê Quỳnh Dị: đỉnh đê (cao trình đỉnh, tường chắn sóng, gia cố đỉnh ); mái đê (độ dốc mái, gia cố mái phía đồng, phía biển ); chân khay
5.1.1 Xác định tiêu chuẩn thiết kế
Cao trình đỉnh đê có quan hệ trực tiếp đến an toàn của bản thân đê và của vùng bảo vệ, khối lượng công trình và kinh phí đầu tư, vì vậy đây là một tiêu chuẩn vô cùng quan trọng, được tính toán sau khi đê biển đã lún ổn định Đối với đê có bố trí tường chắn sóng ở đỉnh, thì cao trình đỉnh đê là cao trình đỉnh tường.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cao trình đỉnh đê Yếu tố quan trọng nhất là MNTK và sóng thiết kế, đã được xác định ở chương 4.
Hiện nay, có hai quan điểm thiết kế: Tính toán cao trình theo tiêu chuẩn sóng tràn và tính toán theo tiêu chuẩn sóng leo
Theo quan điểm thiết kế sóng tràn, cao trình đỉnh đê sẽ thấp và cho phép nước tràn qua Lượng nước cho phép tràn qua được tra theo bảng 5.1 phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng của tuyến đê, và mức độ kiên cố của mái đê phía đồng Đối với tính toán cao trình đỉnh đê Quỳnh Dị cần xét tới vấn đề kinh tế kỹ thuật như sau:
- Về kinh tế: tuyến đê có nhiệm vụ ngăn mặn, lấn biển, tuy nhiên đây là tuyến đê trọng điểm ngăn mặn phục vụ cho mở rộng khai thác phát triển nuôi trồng thuỷ hải sản và di chuyển dân tới sinh sống Bên cạnh đó, tuyến đê cũng phục vụ cho mục đích giao thông tại vùng với lưu lượng di chuyển nhỏ.
- Về điều kiện kỹ thuật: Địa chất nền yếu không cho phép đắp đê quá cao dễ gây trượt, sạt lở Bên cạnh đó, như đã phân tích ở những phần trên, tác động của sóng tới khu vực này không lớn
Từ những phân tích trên, để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế xã hội huyện Quỳnh Lưu quan điểm thiết kế theo tiêu chuẩn sóng tràn là hợp lý
5.1.2 Tính toán cao trình đỉnh đê
Hình 5.1: Sơ đồ tính cao trình đỉnh đê biển theo tiêu chuẩn sóng tràn
Theo tiêu chuẩn sóng tràn, cao trình đỉnh đê được xác định theo công thức sau:
Zđđ - Cao trình đỉnh tường chắn sóng.
MNTK - Mực nước thiết kế
(Theo tính toán điều kiện biên: MNTK = 3,1 m)
Rc - Độ cao lưu không của đỉnh đê so với MNTK
Theo TAW (2002), công thức tính sóng tràn cho sóng cho cả sóng vỡ và sóng chưa vỡ mô tả lưu lượng tràn trung bình theo phương pháp tất định có dạng: q
√ gH m0 3 =0, 21.exp ( − γ f γ β H m 0 ( 0 R , c 33+ 0 , 022 ξ 0 ) ) Với ξ 0 >7 (5-3) Trong đó: q – Lưu lượng tràn trung bình trên mỗi mét chiều dài công trình (m 3 /s/m) α qd - Góc nghiêng quy đổi của mái công trình γ b - Hệ số ảnh hưởng của cơ γ f - Hệ số ảnh hưởng do độ nhám mái đê γ ν - Hệ số ảnh hưởng do tường đứng trên mái đê γ β - Hệ số ảnh hưởng của góc sóng tới ξ 0 - Chỉ số đồng dạng sóng vỡ ξ 0 =tanα qd
Tính toán lưu lượng tràn q cho phép
Lượng sóng tràn rất quan trọng đối với sự ổn định của công trình gia cố (đỉnh và mái đê phía đồng) và đối với việc dự đoán ngập lụt Do đó, lượng sóng tràn có thể có vai trò quyết định đối với việc lựa chọn cao trình đỉnh đê Đối với đê Quỳnh
Dị lượng tràn cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo mái đê phía trong trồng cỏ trong khung đá xây có thể chịu được, không bị sạt lở khi có bão cấp 12
- Lưu lượng tràn cần đảm bảo giao thông đi lại trên đê.
Chọn lưu lượng tràn cho phép đơn vị theo bảng 5.1 (Theo CEM) :
Góc đại diện công trình α qd
Theo mặt cắt đê đã lựa chọn có m = cotg α qd = 4
Hệ số ảnh hưởng của cơ γ b
Theo phân tích chọn mặt cắt sơ bộ đê Quỳnh Dị không bố trí cơ do đó
Hệ số ảnh hưởng do độ nhám của mái đ
Bảng 5.2 Hệ số nhám và thấm của mái dốc
Loại hình gia cố mái γ r
Trơn phẳng không thấm nước (Bê tông nhựa đường) 1,0
Bê tông và tấm lát bê tong 0,9
Lát cỏ 0,85÷ 0,9 Đá xây 0,75÷ 0,8 Đá hộc đổ hai lớp (nền không thấm nước) 0,60÷0,65 Đá hộc đổ hai lớp (nền thấm nước) 0,50÷0,55
Khối đá vuông 4 chân (lắp đặt 1 lớp) 0,55
Như vậy ứng với đê lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đoạn đê Quỳnh Dị bằng cấu kiện bê tông tự ghép → γ r =0,8
Hệ số ảnh hưởng do tường đứng trên mái đê γ ν
Với α t là góc nghiêng của tường chắn sóng so với mặt đê Chọn tường đỉnh vuông góc với mặt đê → α t = 90 γ ν = 1,35 – 0,0078 × 90 = 0,648
Hệ số ảnh hưởng của góc sóng tới γ β
Chỉ số đồng dạng sóng vỡ
Theo công thức (5-4) : ξ 0 =tanα qd
→ Tính Rc theo công thức (5-2), thay các giá trị hệ số vừa tính được vào công thức (5-2): q
→ Zđđ = MNTK + Rc = 3,1 + 2,02 = +5,12 (m) Để thuận lợi cho quá trình thi công chọn cao trình đỉnh tường chắn sóng : Zđđ = +5,1 m. Đê có bố trí tường chắn sóng vì vậy cao trình + 5,1 m là cao trình đỉnh tường chắn sóng.
5.2 Chiều rộng và kết cấu đỉnh đê
Chiều rộng đỉnh đê (không bao gồm phần tường đỉnh) chủ yếu phụ thuộc ổn định của thân đê, ổn định của nền đê, yêu cầu chống thấm, chống sóng, yêu cầu của phương pháp thi công, yêu cầu cấp cứu hộ đê và giao thông Nói chung, chiều rộng đê biển không nhỏ hơn 3 4 m, thường lấy bằng 4 6m Ngoài ra, do các yêu cầu sử dụng giao thông, quốc phòng có thể mở rộng đến hơn 20m Chiều rộng đỉnh đê được xác định theo cấp công trình (Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 2009,
Hướng dẫn thiết kế đê biển)như sau:
Bảng 5.3 Chiều rộng đỉnh đê theo cấp công trình
CẤP CÔNG TRÌNH I II III IV V
CHIỀU RỘNG ĐỈNH ĐÊ BĐ (M) 6-8 6 5 4 3
Theo bảng trên đoạn đê Quỳnh Dị cấp IV chiều rộng đỉnh đê Bđ = 4m Tuy nhiên do nhiệm vụ của đê là đa mục tiêu, ngoài mục đích chính là ngăn tác dụng của biển vào đất liền, đê còn là một hành lang giao thông phục vụ phát triển kinh tế biển, phục vụ nhu cầu giao thông của xã Quỳnh Dị cũng như các xã trong huyện Quỳnh Lưu, và công tác hộ đê khi gặp sự cố cũng như tu sửa đê điều nên đỉnh đê cần kết hợp đường giao thông:
- Nhằm đảm bảo ổn định cho đỉnh đê, tránh hiện tượng xói đỉnh khi nước tràn qua với lưu lượng tràn cho phép q = 10 l/m/s và phục vụ giao thông thuận tiện bề mặt đỉnh đê được gia cố ba lớp :
Lớp mặt: Bê tông M250 dầy 20 cm, cứ 10 m dài bố trí 1 khe lún 2 lớp giấy dầu tẩm 3 lớp nhựa đường.
Lớp Thứ hai : Vữa xi măng đá mạt M25 dày 5 cm
Lớp thứ ba: cat thô dày 5 cm
Lớp dưới cùng (tiếp giáp với đất đắp) : đất thịt γ > 1,45 T/cm 3 dày 50 cm
- Mặt đỉnh đê dốc về phía đồng, độ dốc i = 1%, tập trung thoát nước về các rãnh thoát nước mặt.
- Cao trình mặt đỉnh đê = + 4,6 m
5.3.2 Tường chắn sóng đỉnh đê
+ Xác định kết cấu, vị trí đặt tường đỉnh
Tại Việt Nam hiện nay sử dụng một số dạng kết cấu tường sau:
Hình 5.2 – Một số dạng kết cấu tường đỉnh phổ biến.
Dựa vào tính toán phân tích điều kiện kỹ thuật, sóng tại khu vực biển Quỳnh Lưu không lớn, địa phương có khả năng cung cấp vật liệu, lựa chọn dạng kết cấu đầu tiên trong thiết kế đê Quỳnh Dị, cao trình tường đỉnh + 5,1 m, kết cấu bằng bê tông cốt thép M250, cứ 10m bố trí khe lún.
- Vị trí đặt tường đỉnh
- Đặt ở mặt ngoài (phía biển):
Tường đỉnh được bố trí ở vai ngoài, mép đê phía biển
Hình 5.3 - Tường đỉnh đặt mặt ngoài phía biển.
Khi đặt tường đỉnh ở vị trí này thì thực tế lưu lượng tràn qua đê giảm không đáng kể Khi đặt ở vị trí này thì tường đỉnh đảm bảo an toàn giao thông hơn do lưu lượng tràn trên mặt đường ít hơn khi gặp bão, gió, nước dâng Mặt khác khi đặt tường ở vị trí này sẽ có tác dụng chắn gió tốt khi thực hiên việc cứu hộ trong bão khi cần thiết.
Theo Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130- 2002, Hướng dẫn thiết kế đê biển
- Mái phía biển : thường chọn m = 3 ÷ 5 tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình địa chất khu vực xây dựng, đối với đê Quỳnh Dị chọn m = 4
- Mái phía đồng: thường chọn m = 2 ÷ 4 tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình địa chất khu vực xây dựng, đối với đê Quỳnh Dị chọn m = 3
5.4.2 Gia cố mái đê phía biển a, Lựa chọn kết cấu
CHUYÊN ĐỀ
TÍNH ỔN ĐỊNH
A- Tính ổn định cho tương đỉnh.
6.1 Tính các lực tác dụng lên tường chắn sóng
Khi tính toán ổn định, bỏ qua áp lực đất bị động sau lưng tường chắn, tường chắn chỉ ổn định khi đỉnh đê phần đất sau lưng tường chắn không bị phá hỏng Các lực tính toán với 1m dài tường bao gồm:
Hình 6.1 Các lực tác dụng lên tường đỉnh.
- Trọng lượng bản thân P1, P2, P3 và P4; và trọng lượng P5, P6 của khung BTCT phía biển và khối bê tông phía đồng.
- Áp lực gió tác dụng vào tường;
- Áp lực sóng tác dụng vào tường.
6.1.1 Trọng lượng bản thân tường bằng bê tông côt thép
V – Thể tích tính toán cho 1 m dài tường ( m 3 )
- Trọng lượng riêng của vật liệu (btct = 25000 ( N/m 3 ) ) n – Hệ số vượt tải
(tra bảng 6-1 tiêu chuẩn 285-2002 TCXDVN) nbt = 1,05 với vật liệu của tường làm bằng bê tông
Chia tường đỉnh thành 4 phần như hình 6.1, trọng lượng của 1m dài tường đỉnh được tính như sau:
6.1.2 Trọng lượng của khung BTCT phía biển và phía đồng a) Trọng lượng bê tông cốt thép phía biển
P5 = 0,4.0,3.25000.1,05 = 3150 N = 3,15 kN b)Trọng lượng bê tông phía đường:
6.1.3 Áp lực gió tác dụng vào tường bao gồm
- Áp lực pháp tuyến Pgh ( đặt vào mặt phía ngoài biển).
- Áp lực pháp tuyến Pgd ( đặt vào mặt phía trong đồng)
Tải trọng do gió gồm hai thành phần: tĩnh và động, giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng do gió W ở độ cao z so với mốc chuẩn xác định
Wo - Giá trị của áp lực gió ;
K - Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao ;
C - Hệ số khí động lấy theo (Lấy theo TCXD 285 – 2002)
Theo bản đồ phân vùng xã Quỳnh Dị thuộc vùng IIIB (PGS.TS Trần Việt Liễn, GS.TSKH Nguyễn Đăng Bích, Viện Khí tượng thủy văn, Viện KHCN Xây dựng)
Theo bảng B -1, 14TCN 130-2002, với địa hình dạng A,
Trường hợp các mặt phẳng thẳng đứng đón gió (Lấy theo TCXD 285 – 2002) Lấy C = + 0,80
Thay các số liệu vào công thức (6-2)
Tải trọng gió tác dụng vào tường chắn sóng:
Wgh = 1250 1,07 0,8 = 1070 N/m 2 Áp lực gió tác dụng vào 1m dài tường chắn sóng :
6.1.4 Tải trọng của sóng do gió
Tác dụng của sóng lên tường đỉnh được xác định như sau (theo phụ lục E 14TCN -2002)
Pu - Áp lực sóng tác dụng lên tường;
Pu= ξ g H SD ( 0 , 033 L h S + 0 ,75 ) Với ξ - Hệ số Irribarren ξ tg α
Trong đó: g - Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s 2 ;
HSD - Chiều cao sóng tại vị trí trước chân công trình H = 2.46 m.;
LS - Chiều dài sóng Ls = 42.8 m ; h - Chiều cao từ chân tường đến mực nước trước sóng, h = 4,6 – 2,95 =1.65 (m)
Thay các giá trị trên vào công thức :
* a l - Khoảng cách từ đường mép nước tới chân công trình; a l = (Zd – MNTK).cotgα = (5.1 – 2,95).4 = 8 m. a l = 8.6 m
* a r - Khoảng cách từ đường mép nước tới đường giới hạn của sóng vỡ leo lên bờ a r = 8.6 +0,85 = 9.45 (m).
Tải trọng do sóng tác dụng lên 1m tường chắn
40.42 = 2.54(kN/m 2 ) -Tải trọng do sóng tác động lên 1m tường chắn sóng theo phương ngang Px:
Pb.H Với : H - Chiều cao từ mặt đê tới đỉnh tường
Thay số vào công thức
-Tải trọng do sóng tác dụng lên 1m tường chắn theo phương thẳng đứng PZ
Pb.l Trong đó: l -Chiều rộng của chân tường chắn sóng (l = 1 m)
Thay số vào công thức ta có:
Bảng 6.1- Kết quả tính ổn định tường chắn sóng chịu tác dụng của sóng
- Tính toán ổn định chống lật
Kiểm tra xem tường chắn sóng có bị lật quanh trục lật là chân tường phía trong
Hệ số an toàn ổn định chống lật (K0) của tường chắn sóng :
Công trình an toàn khi K0 > [ K 0 ]
[ K 0 ] - Hệ số ổn định chống lật
K0 - Hệ số an toàn chống lật
Thay số vào ta có K0 14.41 4.22 =3.4
Bảng 6.2 – Hệ số an toàn chống trượt K
Hệ số an toàn Điều kiện sử dụng bình thường 1,6 1,55 1,5 1,45 1,4 Điều kiện sử dụng bất thường 1,4 1,35 1,3 1,25 1,2
(Nguồn -Tiêu chuẩn thiêt kế đê biển 14 tcn 130-2002)
Chọn tường đỉnh là công trình cấp III nên tra được [ K 0 ] =1,45 So sánh thấy rằng
K0 = 3,4 > [ K 0 ] = 1,45 Nên tường chắn sóng ổn định chống lật
- Tính ổn định chống trượt
Kiểm tra xem tường chắn sóng có bị trượt hay không
Hệ số an toàn chống trượt Kt f G T
Theo bảng 6.1 thấy rằng G &.21 và T = 1.17 f là hệ số ma sát giữa đáy công trình và nền được lấy theo bảng sau
Bảng 6.3 –Hệ số ma sát giữa công trình và nền
Vật liệu Hệ số ma sát f
Bê tông và bê tông đá xây Đá xây va đá xây 0,55
0,65 Đáy tường và bệ đê đá đổ Thân đê là BT đúc sẵn hoăc BTCT
Thân đê là kết cấu đá hộc xây
Bệ đê đá đổ và đất nền Đất nền là cát mịn và cát thô Đất nền là cát bột Đất nền là á cát Đât nền là sét và á sét
0,5 0,6 0,4 0,35 0,5 0,3 0,45 (Nguồn -Tiêu chuẩn thiêt kế đê biển 14 tcn 130-2002)
=0.45*26.41/1.17= 2.47 Tường chắn sóng ổn định chống trượt nếu Kt > [Kt]
Hệ số [Kt] được lấy theo bảng sau
Bảng 6.4 – Hệ số chông trượt [K t ]
Tính chất nền Đá Đất
Cấp công trình Cấp công trình
Hệ số an toàn Điều kiên sử dụng bình thường Đặc biệt I II III IV Đặc biệt I II III IV
1,1 5 Điêu kiện sử dụng bất thường
(Nguồn -Tiêu chuẩn thiêt kế đê biển 14 tcn 130-2002)
Coi tường đỉnh là công trình thành đứng cấp Iv, trong điều kiện sử dụng bình thường thì theo quy định trong bảng 2.3 trang 6 (14 TCN 130 – 2002)
Vậy tường chắn sóng đảm bảo an toàn chống trượt.
B- Tinh ổn định cho mái đê
6.2.1 Giới thiệu về phần mềm Geoslope V.6 sử dụng để tính ổn định tổng thể cho công trình
GEO –SLOPE Office là bộ phần mền địa kỹ thuật của GEO-SLOPE
International Canada dùng để phân tích ổn định mái đất – đá Do chỉ kiểm tra phần ổn định trượt cho công trình cho nên trong phạm vi đồ án chỉ trình bày về SLOPE /W là một trong 6 phần mềm Địa kỹ thuật trong bộ GEO SLOPE Office.
- Một số đặc điểm chính của phần mềm Slope/W là:
+ Slope/W V.6 là phần mềm ứng dụng lý thuyết cân bằng giới hạn để xác định hệ số an toàn của mái đất, đá Trong Slope/W bao gồm nhiều phương pháp tính khác nhau để tính hệ số an toàn như: phương pháp Bishop, Janbu, Spencer, Mogor- Price, Crop of Engineers, GLE và ứng suất phần tử giới hạn Do đó mà người tính được tự do lựa chọn phương pháp tính hệ số an toàn.
+ Slope/W có các lựa chọn cho phép tính toán khối trượt gồm nhiều loại đất đá, nập trong nước hoặc không và theo các khối trượt khác nhau như trượt trụ tròn, dạng gẫy khúc trong trường hợp có lớp đất mềm yếu, có nền đá, trượt theo các mặt cắt giả định như theo mái hố móng …
+ Slope/W cho phép tích hợp với Seep/W do đó có thể sử dụng các kết quả từ Seep/W
Khi tính toán ổn định của các công trình đắp trên nền đất yếu, đa số các phương pháp thường tính theo mặt trượt giả định là cung tròn và xét trạng thái cân bằng của khối trượt Để tính toán đơn giản đồ án áp dụng phương pháp phân mảnh của W.Bishop (trạng thái cân bằng giới hạn) với giả thiết là tổng các lực tương tác bằng không trên trục nằm ngang
1 Giả thiết trước một tâm trượt, với tâm trượt đó giả thiết các mặt trượt trụ tròn Xác định hệ số ổn định của khối đất trượt theo từng mặt trượt Tìm hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin cho tâm trượt này.
2.Giả thiết các tâm trượt khác và xác định Kmin cho từng tâm trượt
3.So sánh các giá trị Kmin để tìm ra Kmin nhỏ nhất Mặt trượt ứng với Kmin nhỏ nhất là mặt trượt nguy hiểm nhất So sánh giá trị Kmin này với hệ số ổn định cho phép của công trình theo qui phạm để có kết luận về mặt cắt thiết kế
Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp phân thỏi, khối trượt có hình dạng bất kỳ được chia thành các thỏi như hình 6-4.
Hình 6-5 Khối trượt cung tròn
Hình 6-6 Sơ đồ phương pháp phân mảnh tính trượt cung tròn a) Các giả thiết :
- Độ bền của đất xác định theo định luật Coulomb. τ=c'+(σ−u)tanφ '
-cường độ chống cắt; c’, ’ - lực dính, góc ma sát trong;
- Hệ số an toàn thuộc thành phần dính và ma sát là như nhau cho mọi loại đất: c ' β
- Hệ số an toàn F là như nhau cho các thỏi ( n thỏi ) b) Lực tác dụng lên các thỏi gồm:
- Lực động đất : kW, đặt tại trọng tâm thỏi
- Tải trọng tác dụng trên đỉnh thỏi D.
- Lực tác dụng trên hai mặt bên của thỏi : EL, ER, XL,XR
- Lực tác dụng tại đáy thỏi : Lực pháp tuyến N
- Lực tiếp tuyến tại mặt đáy thỏi được huy động để thoả mãn điều kiện cân bằng giới hạn Sm
F c) Lực tác dụng lên cung trượt: áp lực nước AR, AL Để đơn giản hóa các tác giả đề nghị các giả thiết Theo phương pháp Bishop đơn giản, giả thiết chênh lệch lực tương tác giữa các thỏi XR-XL=0 (không có lực cắt giữa các thỏi) Biểu thức tính ổn định theo phương pháp Bishop đơn giản
6.2 2 Các bước sử dụng phần mền Geo - Slope- Slope/W V.6
- Bước 1: Nhập các thông số đầu vào(chỉ tiêu cơ lý của đất)
Tính toán cho nền đê gồm: 2 lớp đất và một lớp đá gốc.
Bảng 6.4 Chỉ tiêu cơ lý của đất
Khối lượng khô tự nhiên
Góc ma sát trong(độ) 18 o 15’ 20 0 30’
Lực dính đơn vị(KN/cm 2 ) 0.27 0.418
Hình 6.7 Cửa sổ nhập các thông số đầu vào
- Bước 2 : nhập kích thước khổ tính toán,tỉ lệ và tạo lưới:
Hình 6.8 Cửa sổ cài đặt
- Bước 3:Vẽ hình dạnh và kích thước mặt cắt tính toán ổn định.
Hình 6.9 Cửa sổ nhạp kích thước và hình dạng mặt cắt
Hình 6.10 Cửa sổ chọn mặt trượt
- Bước 5:Nhập tạo lớp tính toán:
Hình 6.11 Kết quả sau khi tạo lớp đất tính toán
Hình 6.12 Cửa sổ tính toán
Hình 6.13 Kết quả tính toán ổn định
6.2.3 Kết quả tính ổn định mái đê theo phần mềm Geo - Slope/W V.6 a) Ổn định chống trượt mái Đê mái nghiêng ổn định chống trượt khi có hệ số an toàn ổn định chống trượt
(Theo Tiêu chuẩn ngành 14TCN 130 -2002, Hướng dẫn thiết kế đê biển):
Với công trình cấp 3 làm việc trong điều kiện bình thường [ K ] = 1,15 b) Theo kết quả chạy chương trình Slope/ W có:
Mái phía biển ổn định chống trượt
Như vậy mai đê thiết kế ổn định đủ điều kiện làm việc.
TRÌNH TỰ ,YÊU CẦU VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG
Bao gồm đào móng tường; đắp thân đê và mái kè. Đối với đê Quỳnh Dị khối lượng đào chủ yếu là móng tường đỉnh kè, đào chân khay, thi công dùng cơ giới kết hợp thủ công. Đối với tất cả các công tác đất tuân thủ theo đúng yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn Việt Nam 4447-87- Công tác đất - Quy phạm thi công và nghiệm thu Riêng đối với công tác đắp đất tuân thủ yêu cầu kỹ thuật đồng thời của TCVN 4447-87 và Quy phạm đắp đê bằng phương pháp đầm nén Q.P.T.L.1-72.
Bóc phong hoá nền đê và mái đê bằng thủ công kết hợp với cơ giới, dùng ô tô vận chuyển để vận chuyển ra khỏi phạm vi công trình Đào đất đánh cấp theo đúng đồ án thiết kế quy định
Trước khi đắp phải tiến hành thí nghiệm tại hiện trường đối với từng loại đất và máy sử dụng, nhằm xác định:
-Hiệu chỉnh bề dày lớp đất rải để đầm
-Xác định số lượt đầm theo số liệu thực tế
-Xác định độ ẩm tốt nhất của đất khi đầm nén.
Trước khi đắp đất hoặc dải lớp tiếp theo để đầm thì bề mặt lớp trước phải được đánh xờm Khi sử dụng đầm chân dê để đầm thì không cần phải đánh xờm.
Chỉ được rải lớp tiếp theo khi lớp dới đã đạt khối lượng thể tích khô thiết kế. Không được phép đắp theo cách đổ tự nhiên.
Phải đảm bảo lớp đất cũ và lớp đất mới liên kết chắc chắn với nhau, không có hiện tượng mặt nhẵn giữa 2 lớp, đảm bảo sự liên tục và đồng nhất của khối đất đắp.
Khi đầm các vết đầm của hai lần đầm kề nhau phải chồng lên nhau từ 25cm đến 50cm.
Khi đất không đủ độ ẩm thì phải tưới thêm nước tại khu vực bãi lấy đất và khu vực thi công.
Khi đất quá ướt phải có biện pháp làm khô đất như phơi đất. a) Tháo dỡ mái kè cũ
Do địa hình đi lại khó khăn mặt bằng hẹp và dài, khối lượng của công trình không lớn nên ta dùng lực lượng thủ công để tháo dỡ đá xây, đá lát của mái kè cũ
- Tháo dỡ đá lát dùng xà beng để đào
- Tháo dỡ đá xây dùng xà beng, búa tạ để đào phá
- Khi phá đá xây và đá lát phá từ trên xuống khi phá đá ở trên không cho người qua lại ở dưới để đề phòng đá lăn từ trên xuống gây tai nạn
- Đá phá ra được vận chuyển tập kết trên mái để dùng vào việc thả đá rối và đá xếp vào rọ Nơi để đá không làm cản trở đến thi công phần việc khác. Đắp mái kè: Sau khi bóc đá lát mái kè cũ bị bong xô, bổ sung đất đắp, đầm nện đảm bảo dung trọng đất đắp k = 1,55T/m3. b) Thi công đắp đất
Thi công đắp đất là quá trình thi công quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng công trình và hiệu quả sử dụng sau này.Quá trình này bao gồm đắp đất chân khay dắp đất cho thân đê và hoàn thiện chỉnh sửa mặt cắt hình học của đê
Do điều kiện thi công trên vùng ven biển nên nhũng phần chịu ảnh hưởng triều chỉ thi công được trong một ca trong ngày tinh tư khi triều xuống là làm không kể ngày hay đêm Phần không ảnh hưởng triều thi công 2 ca trên ngày cho kịp hoàn thành tiến độ.
-Yêu cầu kỹ thuật khi thi công đắp đất: Đất dùng để đắp phải đảm bảo được cường độ và độ ổn định lâu dài và độ lún nhỏ nhất cho công trình Trước khi vận chuyển đất đến nơi đắp, ta cần phải kiểm tra độ ẩm Đất đắp phải đổ thành từng lớp ngang có chiều dày phù hợp với loại đất và loại máy đầm được sử dụng Đổ xong lớp nào là phải tiến hành đầm ngay và đầm chặt để đảm bảo độ ổn định và lâu bền Muốn đạt được độ chặt theo quy định trong việc đắp đất, ta phải khống chế độ ẩm của đất Độ ẩm là một yếu tố rất quan trọng, nó ảnh hưởng lớn nhất tới đất trong việc đầm nén.
Khối đắp ở đây nhỏ đắp bằng thủ công, dùng đầm cóc để đầm mỗi lớp đầm đắp dày 20 cm, đắp từng lớp theo thứ tự Đắp lớp dưới đạt dung trọng thiết kế mới đắp
Lớp trên: Khi đắp đất thịt nếu đất khô quá phải tưới nước đủ ẩm mới đầm Đất ướt phải phơi khô đất để đất khô vừa độ ẩm mới đắp.
- Đắp đất lấp chân móng
Khối bê tông, khối đá xây được 7 ngày cho đắp chân móng đổ đất từng lớp theo thứ tự vào chân móng dùng đầm gang hoặc gốc cây Φ (10 ÷ 15)cm để đầm đất chặt đạt dung trọng thiết kế mới thôi Cách chân móng từ 0,5m trở lên dùng đầm cóc để đầm.
- Đắp đất mái đê, mặt đê Đắp từ dưới lên trên theo thứ tự đắp từng lớp mỗi lớp dày 20cm đầm đạt dung trọng thiết kế mới đắp lớp trên Trước khi đắp đất thí điểm một đoạn dài (20 ÷ 30)m Thí nghiệm dung trọng tại hiện trường hai, ba lượt để rút ra quy luật đắp cho toàn tuyến
Phân chia các giai đoạn đắp đê: Do ta đã chia nhỏ đoạn đê va khối lượng đắp không quá lớn nên ta không chia ra thành nhiều đợt đắp đê mà tiến hành đắp ngay một lần.
![Bảng 6.4 – Hệ số chông trượt [K t ] - Thiết kế đê quỳnh dị huyện quỳnh lưu tỉnh nghệ an](https://media.store123doc.com/figures/004/907/bang-he-chong-truot-k-t-4907272.webp)
