tính toán đập đinh gia cố bờ biển

Chương 1 Nhiệm Vụ Thiết Kế Môn Học Môn học : Công trình bảo vệ bờ biển Sinh viên : Văn Đăng Sử Ngày giao đề : Ngày nộp : Đề tài : Tính toán đập đinh gia cố bờ biển Mục đích : Xác định

Chương 1

Nhiệm Vụ Thiết Kế Môn Học

Môn học : Công trình bảo vệ bờ biển

Sinh viên : Văn Đăng Sử

Ngày giao đề :

Ngày nộp :

Đề tài : Tính toán đập đinh gia cố bờ biển

Mục đích : Xác định kích thước cơ bản của hệ thống đê bảo vệ bờ và

một đê điển hình dạng mái nghiêng

- Kích thước cư bản của hệ thống đê

- Cao trình đê

- Kích thước chan khay,kích thước viên đá

- Kích thước khối phủ ,lớp lót , đá lõi

- kiểm tra ổn định trượt cung tròn

1.1 Số liệu ban đầu

1.2 Yêu cầu về nội dung

1 Phôtô ,can lại bình đồ

2 Tính toán thông số gió

+ Chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt nước,+ Xác định đà gió

3 Xác định mực nước lan truyền sóng

+ Chiều cao nước dâng do gió+ Mực nước lan truyền sóng

4 Xác định thông số sóng khởi điểm

+ Xác định chiều cao, chu kì, chiều dài sóng trung bình+ Phân vùng sóng khởi điểm

5 Xác định thông số sóng biến dạng

+ Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao của sóng i%

+ Phân vùng sóng đổ

6 Xác định thông số sóng đổ

+ Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao của sóng đổ i%+ Phân vùng sóng đổ lần cuối.

7 Xác định kích thước cơ bản của hệ thống đập đinh gia cố bờ

8 Xác định thong số song tại chân công trình

+Xác định chiều cao,chiều dài, độ vượt cao,trạng thái của song i

%+ Xác định thong số sóng nhiễu xạ

9 Xác định cao trình đỉnh đê,kích thước chân khay

+ Cao trình đỉnh đê+ Cao trình chân khay+ Kích thước chân khay

10 Xác định kích thước đê mái nghiêng

+ Xác định kích thước khối phủ bên trong và bên ngoài+ Xác định kích thước viên đá lớp lót, lõi

+ Xác định chiều dày lớp phủ và lớp lót

+ Xác định bề rộng đỉnh đê

11 Kiểm tra ổn định

+ Xác định tải trọng lên đê mái nghiêng

+ Kiểm tra ổn dịnh trượt phẳng

+ Kiểm tra trượt cung tròn

1.3 Quy cách

1 Nêu ngắn gọn lý thuyết áp dụng trước khi tính

2 Các hình vẽ minh hoạ,bảng biểu, đồ thị phải có tên, đánh số thứ tự

3 Các công thức phải được đánh số thứ tự

4 Néu áp dụng tin học vào trong tính toán phải đưa vào phụ lục

5 Thuyết minh khổ A4,bìa nilon,các đồ thị vẽ trên giấy kẻ ly bao gồmcác phần theo trình tự sau:

+ Bìa ngoài

+ Nhiệm vụ thiết kế môn học

Chương 2

Nội Dung Tính Toán

2.1 Phôtô ,can lại bình đồ

2.2 Tính toán thông số gió:

2.2.1 Chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt nước.

Khi xác định tham số sóng và nước dồn cần chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt nước Tốc độ gió trên 10m so với mực nước trên biển được xác định theo công thức sau:

5,4675,05

,4675,

- Kt - Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước, Kt = 1 khi tốc

độ gió Vt đo trên địa hình là bãi cát bằng phẳng và xác định theo bảng 2.3 với các dạng địa hình khác

A:địa hình trống trải (bờ biển, đồng cỏ, rừng thưa, đồng bằng)

B: thành phố rừng rậm hoặc địa hình tương tự có chướng ngại vật phân

bố đều, chiều cao hơn 10m so với mặt đất

C: địa hình thành phố với chiều cao hơn 25m

Vì địa hình theo đề bài cho là loại C nên Kt = 1,39

v K

L = . ν

(1.2)Trong đó:

Kvis - hệ số lấy bằng 5.1011

ν - hệ số nhớt động học của không khí lấy bằng 10-5 m2/s

Giá trị đà gió lớn nhất LW (m) cho phép lấy theo bảng đối với vận tốc gió tính toán cho trước

)(23,168)(5,16829371

,29

10.10.5

v K L

W vis

2.3 Xác định mực nước lan truyền sóng

2.3.1 Chiều cao nước dâng do gió

Chiều cao nước dâng do gió (∆hset) được xác định qua quan trắc thực tế Nếu không có số liệu quan trắc thực tế thì có thể xác định ∆hset theo phương pháp đúng dần (coi độ sâu đáy biển là hằng số)

b w set

w W

h d

g

L v K

∆+

=

).5,0(

2

(2.1)Trong đó:

∆hb - nước dâng do bão (chênh lệch áp suất),

n

b Ph

vW - vận tốc gió tính toán.(= 29,71 m/s)

d - độ sâu trung bình trên đà gió.(= 2.6 – (-20) = 22,6 m)

αW - góc hợp bởi phương gió thổi và đường pháp tuyến của bờ( = 30o)

KW - hệ số lấy theo bảng 2-5 (giáo trình): KW = 2,55.10-6

Vậy thay vào phương trình:

0,5g.∆h2

set + (gd - ∆hb.0,5).∆hset - KWv2

W.L.cosα - gd∆hb = 00,5.9,81 ∆h2

set + (9,81.22,6 - 0.0,5) ∆hset - 2,55.10-6.29,712.168230.0,866 = 04,905 ∆h2

set + 221,706.∆hset – 327,93 = 0

Giải phương trình ta có: ∆hset = 1,4 (m)

2.3.2 Mực nước lan truyền sóng:

∇lan truyền sóng = ∇MNTT + ∆hset (2.2)

∇lan truyền sóng = 2,6 + 1,4 = 4 (m)

2.4 Xác định thông số sóng khởi điểm

Vì công trình của chúng ta là công trình nằm ở ven bờ nên việc xác địnhthông số sóng phải trải qua nhiều giai doạn tương ứng với từng phân vùng sóngkhác nhau:

-Vùng sóng khởi điểm là vùng mà sóng chưa bị biến dạng,khúc xạ

-Vùng sóng biến dạng là vùng mà sóng đã chịu ảnh hưởng của đường bờ-Vùng sóng đổ

-Vùng sóng tràn lên bờ theo chu k ì(sóng leo)

Phương pháp tính tpán các thong số sóng khởi điểm tuỳ thuộc vào tínhchất của song.Sóng khởi điếm là song có thể chịu ảnh hưởng củ đường bờ hoặckhông

Sóng khởi điểm không chịu ảnh hưởng của đường bờ được chia làm 2loại.Cơ sở để phân chia là sự tương quan giữa d và λ/2(trong đó λ là chiều dàisong)

2.4.1 Xác định chiều cao, chu kì, chiều dài sóng trung bình:

Chiều cao trung bình h d (m) và chu kỳ trung bình của sóng T(s) ở vùngnước sâu phải xác định theo đường cong bao trên cùng ở đồ thị 2.1-giáo trìnhCông trình bảo vệ bờ biển,căn cứ vào giá trị các đại lượng không thứ nguyên :

,lấy các trị số bé nhất tìm được đểtính chiều cao và chu kỳ trung bình của song

Ta có :

VW = 29,71 m/s

25,071,29

6,22.81

,29

21600.81

,186971

,29

168230

;031,0

h

g

81,9

71,29.031,

71,29.2,2

s

2.4.2 Phân vúng sóng khởi điểm

Chiều dài trung bình của sóng được xác định theo công thức:

)(3,6914

,3.2

66,6.81,92

2 2

m T

g

πλ

Có λd/2=69,3/2= 34,65 (m) >d= 22,6 (m)

 Sóng tính toán là sóng nước nông

 Ranh giới của sóng khởi điểm là vùng có độ dốc i<0,001

MÆT B»NG

§ êng bê Gianh giíi ph©n vïng sãng

Vïng sãng khëi ®iÓm

Sãng biÕn d¹ng

2.5 Xác định thông số sóng biến dạng:

2.5.1 Xác định chiều cao , chiều dài, độ vượt cao của sóng i %

Khi xác định độ ổn định và độ bền của công trình suất bảo đảm tính toáncủa chiều cao sóng trong hệ sóng được lấy theo bảng 2.1 giáo trình “Bài giảngCông trình bảo vệ bờ biển” Với công trình đê chắn mái nghiêng,gia cố bờ trađược suất bảo đảm tính toán của chiều cao sóng là 1%

2.5.1.1 Chiều cao sóng biến dạng

Chiều cao sóng có suất bảo đảm i% ở vùng nước nông với độ dốc đáy >0,001 được xác định theo công thức:

*) kt:được xác đinh theo đồ thị 2.5 sách giáo trình bằng đường cong 1 và tỉ số

95,0354

,09

dựa vào đồ thị hình 2.2 giáo trình “Bài giảng Công trình bảo vệ bờ biển” phụthuộc vào đại lượng không thứ nguyên g.L/Vw2 Ta có gL/Vw2 = 1869,7

⇒ K1% = 2,2

*) kr: được xác định theo công thức xác định hệ số khúc xạ

Hệ số khúc xạ được xác định theo công thức:

a

kr = d (2-3)Trong đó:

ad - khoảng cách giữa các tia sóng cạnh nhau vùng nước sâu (m)

a - khoảng cách giữa chính các tia sóng đó nhưng theo đường thẳng vẽqua một điểm cho trước ở vùng nước nông (m)

Việc xác định các giá trị ad , a được thực hiện như sau :

- Vẽ tia khúc xạ :

+ Trơn hoá đường đồng mức

+ Vẽ đường trung bình của đường đồng mức ( sóng bắt đầu lệch hướng

từ đây )

+ Vẽ tia sóng từ vùng khởi điểm vào vùng khúc xạ :

Tia sóng từ vùng khởi điểm gặp đường trung bình thứ nhất , xác địnhgóc α1 là góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến của tiếp tuyến đường cong trungbình tại điểm tới

Xác định giá trị d/λd ứng với 2 đường đồng mức 2 bên đường trungbình Căn cứ vào 2 giá trị d/λd và α1 tra sơ đồ khúc xạ hình 2.4 giáo trình “Đêchắn sóng và Công trình bảo vệ bờ biển” ta được ∆α1 chính là góc lệch của tiakhúc xạ so với phương tia tới

Xét 2 tia sóng từ vùng nước sâu cách nhau 400 m Có ad = 400 m Vẽ tiakhúc xạ của 2 tia này theo các bước như trên Xét với đường cong trung bìnhngoài cùng.Ta có:

+ Xác định các giá trị : tra đồ thị hình 2.4 dựa vào các đại lượng d λd,αr

Vẽ tia khúc xạ lên bình đồ , xác định các giá trị αi

- Có : a = l.cos(α - ∆α) ; ad = l.cosα

⇒

)cos(

cos

αα

2.5.1.2 Chiều dài sóng biến dạng

Bước sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng nước nông phải xác địnhtheo đồ thị hình 2-6 từ các đại lượng H1%/gT2 , d/λd , trong đó chu kỳ sóng lấybằng chu kỳ sóng vùng nước sâu Kết quả tính toán được lập thành bảng

Bảng 1.1 Bảng tính toán chiều dài sóng biến dạng

2.5.1.3 Xác định độ vượt cao của sóng biến dạng

Độ cao đỉnh sóng trên mực nước tính toán ηc lấy theo đồ thị hình 2-3

Bảng 1.1 Bảng tính toán độ vượt cao của sóng biến dạng

dcr - Độ sâu ứng với sóng đổ lần đầu

dcr,u - Độ sâu ứng với sóng dổ lần cuối

Độ sâu tại vị trí sóng đổ lần đầu chính là vị trí di = dcri

Bảng 1.1 Bảng tính toán độ sâu sóng đổ lần đầu

di(m) H1%(m) H1%/gT2 dcri/λd dcri dcri - di

Tính từ đó ra ngoài sóng chưa đổ, còn từ đó vào trong là vùng sóng đổ

d = − 1×

( 2-5)Với i < 0,01 ta có ku=0,75

Trong đó :

- n: Số lần sóng đổ thoả mãn lấy từ 2,3,4 với điều kiện thoả mãn bấtphương trình

43,0

43,0

n u k

k



2 1

0,75 0, 430,75 0, 43

n u n u

Tg

di(m) di/λd λsur/λd λsur

2.6.1.3 Độ vượt cao của sóng đổ

Độ lệch của đỉnh sóng so với MNTT được xác định theo đường cong bao trên cùng của đồ thị 2.3

Bảng 1.1 độ vượt cao của sóng đổ

di(m) di/λd ηc,sur/hi hi ηc,sur

Gia cố bờ dùng để nâng cao khả năng chống xâm thực của bề mặt dướitác dụng của môi trường bằng các vật liệu có khả năng chống xâm thực cao :đá,bêtông,…

Đối với gia cố bờ biển thì nguyên nhân gây xâm thực mạnh nhất làsóng ,sau đó là dòng chảy.Các vật liệu gia cố phải chịu được tải trọng sóng.Các loại gia cố bờ thường dùng như :kè óp bờ, đập đinh,

đập đinh dùng để bảo vệ bờ và ổn định bãi do việc mất bùn cát (ảnhhưởng của dòng bùn cát dọc bờ).Nếu bờ bị xói do dòng bùn cát dọc bờ ngay bờthì đập đinh không có tác dụng.Dưới tác dụng của đập đinh bùn cát sẽ bồi ởmặt trước(mặt có sóng tới) làm cho đường bờ thay đổi.Dưới tác dụng của hệthống đập đinh đường bờ sẽ được bảo vệ và có thể dịch ra ngoài do được bồithêm

2.7.1 Kết cấu đập đinh

Sử dụng kết cấu đá đổ do các yếu tố sau:

- Độ bền cao

- Thi công đơn giản

- Vật liệu thông dụng và rẻ tiền

2.7.2 Chiều dài của đập đinh

Đập đinh dùng để ngăn và bẫy bùn cát do dòng bùn cát dọc bờ dưới tácdụng của sóng hợp với đường bờ một góc α ≤450.Bùn cát chuyển động mạnhtrong vùng sóng đổ Đập đinh luôn đặt trong khoảng từ vị trí sóng leo đến vị trísóng đổcủa sóng tính toán(sóng thiết kế).Sau một thời gian bùn cát sẽ bồi ở bên

có sóng tạo thành đường bờ mới.Chiều dài của đập đinh phhụ thuộc vàokhoảng cách bồi do người thiết kế ấn định sao cho khoảng được bồi giữa 2 đậpđinh dịch ra ngoài biển so với đường bờ cũ

Dựa vào các thông số sóng đã tính ở trên (đập đinh nối từ bờ tới vị trísóng đổ lần đầu ,d=5,1 m ) ta chọn chiều dài đập đinh ở trung tâm đoạn gia cố

là : Ln = 600 m

Đối với đạp đinh ở hai đầu đoạn gia cố thì chiều dài sẽ giảm dần và đượcxác định như sau :

n

L g R

g R

6tan.21

6tan.21

Ln chiêu dài đập đinh trong hệ thống đập

L1 chiều dài của đập thứ nhất trong đoạn cần chuyển đổi

R tỷ số giữa khoảng cách và chiều dài đập đinh trong hệ thống đập khoảng cách giữa các đập đinh lấy S0 = 2 Ln =1200 m

 R = 2

6tan.2

21

6tan.2

21

21

2

6tan.2

g

L g R

=> chiều dài của nó = 400 (m)

Chiều dài và khoảng cách giữa các đập trong vùng chuyển đổi được tínhtrong bảng sau

Đặt

o

o

g R

g R x

6tan.21

6tan.21

+

−

g R

R y

6tan.2

1+

=

Bảng 1.1 chiều dài và khoảng cách đập đinh

2.7.3 Chiều rộng - mặt cắt ngang của đập đinh

Chiều rộng đỉnh đập được xác định sao cho đảm bảo ổn định của đậpdưới tác dụng của song,dòng chảy,…Chọn chiều rộng đỉnh đập b=3 (m) Chiều rộng đáy đập phụ thuộc vào chiều cao của đập

Mái dốc thân đập m1 = m2 = 2,5

Mái dốc tại đầu đập m = 3

Lớp phủ mặt được giữ ổn định nhờ hệ thống chân khay

Hình 1.1 Mặt cắt ngang đập đinh

m=2.5m=2.5

+4 L?p ph?

l?p lõi Ch©n khay

Theo hình dạng mặt cắt dọc đập đinh chia làm 3 phần,phần gốc tựa vào

bờ ,phần mái dốc nối phần bờ với phần ngoài biển,phần ngoài khơi.Phần nối bờ

có cao trình bằng cao trình bờ.Phần phía biển có cao trình không đổi lấy bằngmực nước lan truyền sóng.Hình dạng của đập đinh đi theo hình dạng của đường

bờ mới.Phần mái dốc nằm song song với mặt đất sau khi bị bồi thêm

Hình 1.1 mặt cắt dọc đập đinh

+5

+4 1:40

m

=3

1:200

2.7.5 Khoảng cách giữa các đập đinh

Khoảng cách giữa các đập đinh thường lấy bằng 2-3 hình chiếu chiều dàiđập đinh lên phương vuông góc với đường bờ.Khoảng cách này phụ thuộchướng song.Khi hướng song hợp với đường bờ một góc nhỏ thì khoảng cáchgiữa các đập đinh lớnKhi hướng song hợp với đường bờ một góc lớn thìkhoảng cách giữa các đập đinh nhỏ Đường bờ mới gần như song song vớiđường đỉnh song

Khoảng cách giữa các đập đinh đã được tính toán ở trên

2.8 Xác định thông số sóng tại chân công trình

2.8.1 Xác định chiều cao,chiều dài, độ vượt cao và trạng thái sóng i%

Sóng tại chân công trình là dạng sóng leo.Với kết cấu đập đinh là đá đổthì các thông số sóng được xác định như sau

2.8.1.1 Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao trạng thái của sóng i%:

Theo TCN 222-95:

hrun1% = kr.kp.ksp.krun..h1%.ki

+) kr,kp : hệ số nhám và hệ số cho nước thấm qua mái dốc, lấy theo bảng

2-9 ,kết cấu gia cố là các khối bê tông

Với kết cấu đập đinh làm bằng đá đổ thì mái dốc được coi là thấm.

Khi bề mặt mái dốc cho phép thấm thì chiều cao song leo thay đổi Khảnăng thấm được đặc trưng bởi hệ số thấm ước lượng P Với kết cấu công trình

om

s m

T g

8,2 2

.2

S0 = π 2 = π 2 =

om

s m

T g

=> Dạng song trên mái dốc là PLUGING (sóng lưới liềm)

Tỉ số của các hệ số (ứng với suất bảo đảm 1% ) D/B=2,2/1,25=1,76

Ru1% : chiếu cao sóng leo với suất bảo đảm 1%

)(5,32.25,1.2

5,15,0.2,14,01,22

.5,12

,1tan.1,2

4 , 2 15

, 0

%

2

) 60 ( 15

, 0

%

2

=+

e P

H

R

d

S s

Nhiệm vụ chính trong quá trình tính song nhiễu xạ là xác định được hệ sốnhiễu xạ.Hệ số nhiễu xạ được xác định tuỳ thuộc vào tính chất của sóng nhiễu

xạ là nhiễu xạ qua 1 đê chắn hay 2 đê chắn, điều này phụ thuộc hướng songns

và bình đồ tuyến đê

Chiều cao sóng nhiễu xạ hdif (m) trong khu nươc được che chắn xác địnhtheo công thức:

i dif

( ) 1 0,9 .3 5

.7,05,0







+

r th

r th

a Víi :

ϕ=30o Góc hợp bởi biên khuất song và đập

β: Góc hợp bởi biên khuất song và tia tới điểm tính ,nếu nằm phíatrong biên khuất song mang dấu +, nếu nằm ngoài mang dấu –

Đối với đập đinh các điểm tính nhiễu xạ là các điểm nằm sát chân

đê và ở phía trong biên khuất song ,các điểm này cách đầu đập 1khoảng r = 20m , 40m , 60m , 80m

i i

Bảng 1.1 Chiều cao sóng nhiễu xạ

Điểm ri (m) λ(m) φ(rad) β a hi (m) kdif

hdif(m)

Đập đinh có tác dụng gia cố bờ,ngăn chặn dòng bùn cát ở bờ bị trôi đi nêncao trình đập phải đảm bảo ngăn chặn được dòng bùn cát mà song cuốn đi

Hình dạng đập đinh đi theo dạng đường bờ và được chia làm 3 đoạn,phầngốc tựa vào bờ có cao trình = cao trình bờ,phần đua vào chọn = 5 m Phầnngoài biển có cao trình = MN lan truyền song =+4 m Phần mái dốc nối phầngốc đập và phần ngoài khơi có độ dốc gần giống với độ dốc của đường bờ,chọni=1/40

2.9.2 Cao trình chân khay

Chân khay được đưa vào để giữ lớp phủ và chống xói Chân khay thườngđược làm bắng đá đổ,tuy nhiên trong một số trường hợp phải dung khối bêtông

do kích thước lớn

Chiều rộng chân khay sao cho chứa được tối thiểu 4 khối gia cố

Cao trình chân khay tạo với chiều rộng thành một khối đảm bảo ổn địnhcủa vật liệu gia cố

Tại nơi nước rất nông ( gốc đập) lớp phủ chính được kéo dài 1 hoặc 2hàng để làm chân khay

Tại nơi nước sâu vừa (đầu đập và thân đập) có thẻ dung viên đá có kíchthước bé hơn so với đá lớp phủ

Dựa vào bình đồ ta xác định được cao trình đáy chân khay như sau

+) Tại đầu đập(cao trình đáy tự nhiên=-2.5) CTĐCK = +0.45

+) Tại gốc đập(cao trình đáy tự nhiên=+3) CTĐCK = +3

2.9.3 Kích thước chân khay

Kích thước chân khay được xác định sao cho đảm bảo ổn định lớpphủ(lớp phủ không bị trượt xuống)

Kích thước chi tiết sẽ được xác định ở phần sau khi đã xác định được kíchthước lớp phủ bề mặt

2.10 xác định kích thước đê mái nghiêng