Nghiên cứu đề xuất kết cấu bảo vệ mái cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng

Quan hệ giữa trọng lượng, chiều dầy với hình thức liên kết của kết cấu bảo vệ mái đê biển ..... Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn Phổ biến nhất vẫn là các hìn

L ỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo các Bộ môn của trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian tác giả học tập tại trường

Tác gi ả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Lê Xuân Roanh giảng viên trường Đại học Thủy lợi là thầy trực tiếp hướng dẫn tác giả thực hiện và hoàn thành luận văn với đề tài: “Nghiên cứu đề xuất kết

cấu bảo vệ mái cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng”

Xin chân thành cảm ơn các cán bộ phòng thí nghiệm thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về sông biển và Hải đảo đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình thí nghiệm

Cuối cùng tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã có những đóng góp quý báu, động viên kịp thời về cả tinh thần lẫn vật chất để tác giả hoàn thành tốt luận văn này

Hà Nội, tháng 09 năm 2014

Tác gi ả

Nguyễn Văn Hiệp

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực hiện Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công b ố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác gi ả

Nguy ễn Văn Hiệp

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 H ướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

4 Kết quả đạt được của luận văn 2

5 Nội dung chính của luận văn 2

CH ƯƠNG 1 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN 4

1.1 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới 4

1.1.1 Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn 4

1.1.2 Gia cố mái đê bằng nhựa đường (Bituminous Revetments) 5

1.1.3 Thảm bê tông 5

1.1.4 Thảm đá 6

1.1.5 Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát 7

1.1.6 Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát 7

1.2 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam 9

1.2.1 Kè lát mái bằng đá lát khan 9

1.2.2 Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch, thảm rọ đá 10

1.2.3 Kè mái bằng bê tông, bê tông đúc sẵn 11

1.3 Phân loại và điều kiện áp dụng các dạng kết cấu bảo vệ mái đê biển 14

1.4 Kết luận chương 1 19

CH ƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI PHÙ HỢP CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ - HẢI PHÒNG 20

2.1 Các tiêu chí lựa chọn kết cấu phù hợp bảo vệ mái đê biển 20

2.2 Phân tích, lựa chọn hình thức liên kết kết cấu bảo vệ mái đê biển 20

2.2.1 Kết cấu tấm lát độc lập 20

2.2.2 Kết cấu tấm lát liên kết ngàm 21

2.2.3 Kết cấu tấm lát liên kết hình nêm 21

2.3 Quan hệ giữa trọng lượng, chiều dầy với hình thức liên kết của kết cấu bảo vệ mái đê biển 22

2.3.1 Tính toán gia cố mái đê 22

2.3.2 Điều kiện cân bằng chống đẩy nổi của kết cấu bảo vệ mái 26

2.3.3 Điều kiện cân bằng của kết cấu bảo vệ trên mái dốc 27

2.4 Đề xuất kết cấu bảo vệ mái đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phòng 28

2.4.1 Thí nghiệm mô hình vật lý về sự làm việc của mảng liên kết trong trường hợp nền bị mất đất ở một số cấu kiện [5] 30

2.4.2 Thí nghiệm sức bền mẫu cấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 [5] 32

2.4.3 Kết quả tính toán ổn định của kết cấu CM5874 với áp lực sóng biển bằng phần mềm ABAQUS [2] 38

2.5 Kết luận chương 2 42

CH ƯƠNG 3 ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ ĐÊ LẤN BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 43

3.1 Mở đầu 43

3.1.1 Giới thiệu về dự án đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng 43

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu áp dụng 45

3.2 Các tham số tính toán [1] [3] 45

3.3 Tính toán kết cấu bảo vệ mái đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng 46

3.3.1 Tính áp lực sóng 46

3.3.2 Xác định kích thước kết cấu bảo vệ mái 48

3.4 Kiểm tra kết quả tính toán bằng mô hình vật lý máng sóng [4] 50

3.4.1 Mục tiêu của thí nghiệm 50

3.4.2 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 50

3.4.3 Đo áp suất, vận tốc 51

3.4.4 Chọn tỷ lệ mô hình 52

3.4.5 Các điều kiện biên về địa hình, thủy hải văn 52

3.4.6 Kiểm định mô hình 53

3.4.7 Phương án thí nghiệm kiểm chứng 57

3.4.8 Phân tích kết quả thí nghiệm 58

3.5 Kết luận chương 3 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH M ỤC HÌNH VẼ Chương 1 Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển

Hình 1 1: Đê biển Afsluitdijk –Hà Lan 4

Hình 1 2: C ấu kiện bê tông lắp ghép 4

Hình 1 3: Kè đê biển đá xếp phủ nhựa đường 5

Hình 1 4: Th ảm bê tông liên kết bằng dây cáp 6

Hình 1 5: Th ảm bê tông làm kè đê biển Hà Lan 6

Hình 1 6: Kè b ằng thảm rọ đá 7

Hình 1 7: Kè b ằng thảm túi vải địa kỹ thuật 7

Hình 1 8: Ống vải địa kỹ thuật trong xây dựng đê kè 8

Hình 1 9: V ải địa kỹ thuật dùng gia cố lớp bảo vệ mái 8

Hình 1 10: Kè b ảo vệ mái bằng đá lát khan ở Cát Hải - Hải Phòng và Nam Định 9 Hình 1 11: Đê Hải Thịnh 2, đê Hải Hậu - Nam Định 10

Hình 1 12: Kè b ằng rọ đá - Cà Mau 11

Hình 1 13: Kè lát mái b ằng bê tông đổ tại chỗ ở Thừa Thiên Huế 11

Hình 1 14: Kè b ằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ 12

Hình 1 15: Đê cửa sông Dương Đông - Kiên Giang 12

Hình 1 16: Đê biển Cát Hải được kiên cố hóa bằng tấm đan Hohl-quader 12

Hình 1 17: Kè b ằng cấu kiện liên kết hai chiều 13

Hình 1 18: Kè lát mái b ằng cấu kiện TSC178 ở Bình Thuận và Gành Hào 13

Hình 1 19: Khái quát hóa hình thức bảo vệ mái 18

Chương 2 Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển Hình 2 1: K ết cấu Haringman 20

Hình 2 2: K ết cấu tấm lát âm dương liên kết 2 chân và liên kết 3 chân 21

Hình 2 3: Liên k ết hình nêm 21

Hình 2 4: Hình thái m ặt cắt dùng để tính toán 22

Hình 2 5: Quan h ệ giữa trọng lượng kết cấu bảo vệ mái với K D 25

Hình 2 6: Quan h ệ giữa chiều dầy kết cấu bảo vệ mái với K D 26

Hình 2 7: C ấu kiện P.Đ.TAC-CM5874 29

Hình 2 8: M ảng lắp ghép TAC-CM5874 có mố nhám và không có mố nhám 29

Hình 2 9: Thí nghi ệm nén mảng liên kết không có nền 31

Hình 2 10: U ốn võng của mảng lắp ghép cấu kiện không có nền 32

Hình 2 11: M ặt cắt bị kéo đứt 32

Hình 2 12: C ấu kiện bị nén 35

Hình 2 13: Phân b ố chuyển vị trong hệ viên thảm theo phương Y với độ võng cực

đại là 32.2972 cm (mặt dưới) 38

Hình 2 14: Ứng suất von-Mises mặt dưới của thảm; Giá trị cực đại: 5.2041 kg/cm2 39

Hình 2 15: chuy ển vị theo phương Y vuông góc với thảm – mặt dưới Chuyển vị c ực đại là 34.6913 cm 39

Hình 2 16: Phân b ố ứng suất theo von Mises của thảm – mặt dưới Giá trị cực đại: 5.70348 kG/cm2 40

Chương 3 Áp dụng để thiết kế đê lấn biển nam đình vũ Hình 3 1: Quy ho ạch tuyến đê lấn biển nam Đình Vũ 44

Hình 3 2: S ơ đồ tuyến công trình 45

Hình 3 3: M ặt cắt điển hình tính toán 46

Hình 3 4: Bi ểu đồ áp lực sóng tác dụng lên mái công trình 47

Hình 3 5: Bi ểu đồ áp lực sóng 48

Hình 3 6: Đầu đo sóng và Đầu đo áp suất PDCR42 và bộ hiển thị DPI 280 51

Hình 3 7: Các biểu đồ kiểm định đầu đo 55

Hình 3 8: M ặt cắt thí nghiệm nguyên hình 57

Hình 3 9: M ặt cắt mô hình thí nghiệm 58

Hình 3 10: Hình ảnh xây dựng mô hình trong máng sóng 58

Hình 3 11: S ơ đồ bố trí đầu đo áp lực và đầu đo vận tốc 60

Hình 3 12: Thí nghi ệm độ mỏi của mái bê tông lắp ghép 64

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Chương 1 Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển

B ảng 1 1: Dạng kết cấu bảo vệ mái đê và điều kiện áp dụng [9] 14

Chương 2 Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển B ảng 2 1: Các điều kiện biên tính toán 22

B ảng 2 2: Quan hệ giữa chiều cao sóng và P max 30

B ảng 2 3: Tỷ lệ của các đại lượng mô hình thí nghiệm 31

B ảng 2 4: Kết quả chuyển vị 31

B ảng 2 5: Cường độ kéo của tấm lát thí nghiệm mô hình 33

B ảng 2 6: Cường độ kéo của tấm thực 33

B ảng 2 7: Cường độ nén của tấm lát thí nghiệm mô hình 34

B ảng 2 8: Cường độ nén của tấm thực 35

B ảng 2 9: Kết quả đo biến dạng và chuyển vị khi nén mẫu 35

B ảng 2 10: Kết quả đo biến dạng và chuyển vị khi nén mẫu 36

B ảng 2 11: Kết quả tính toán bằng mô hình 40

Chương 3 Áp dụng để thiết kế đê lấn biển nam đình vũ B ảng 3 1: Điểm khống chế tuyến đê 44

B ảng 3 2: Thông số mặt cắt điển hình 46

B ảng 3 3: Kết quả tính toán trọng lượng và chiều dầy cấu kiện bảo vệ mái 50

B ảng 3 4: Các giá trị tỷ lệ mô hình - nguyên hình 52

B ảng 3 5: Tham số sóng thí nghiệm 53

B ảng 3 6: Địa hình thí nghiệm 53

B ảng 3 7: Số liệu kiểm định đầu đo sóng 55

B ảng 3 8: Thông số hình thái mặt cắt điển hình 57

B ảng 3 9: Giá trị chiều cao sóng tại các vị trí cụ thể trên bãi theo cấp sóng 59

B ảng 3 10: Giá trị áp lực lên mái trung bình trong khoảng thời gian thu thập số li ệu thí nghiệm sóng 61

B ảng 3 11: Kết quả tổng hợp giá trị vận tốc của dòng dâng 62

B ảng 3 12: Kết quả tổng hợp giá trị vận tốc của dòng rút 63

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Mái đê, bờ sông, bờ biển thường xuyên chịu tác động của sóng và dòng chảy… Các tác động này là nguyên nhân chính gây ra xói lở bờ sông, bờ biển, phá vỡ hệ thống đê điều… gây ra thảm hoạ cho những người sống ven sông ven biển

Trong những năm gần đây, tình trạng xói lở bờ ở các khu vực bờ biển Việt Nam rất lớn và ngày càng gia tăng Việc xói lở bờ này đã dẫn đến sự phá huỷ và làm mất dần các cồn cát ven biển Hậu quả là các khu vực thấp bên trong bị biển lấn sâu vào gây ra tình trạng lũ lụt đe doạ an toàn các công trình hạ tầng cơ sở và ảnh hưởng đến đời sống xã hội của người dân trên bờ

Các giải pháp công nghệ trong công trình bảo vệ bờ đã có một lịch sử phát triển lâu dài và vẫn còn tiếp tục Bên cạnh những giải pháp truyền thống đã được ứng dụng rộng rãi, nhiều nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới đã và đang triển khai cho hiệu quả tốt, giảm giá thành xây dựng, đơn giản trong thi công, thân thiện với môi trường Tuy nhiên từ trước đến nay, đê biển Việt Nam chỉ được thiết kế với khả năng chống lại gió bão cấp 9, với mức thủy triều trung bình Nếu bão vượt cấp 9, nhiều đoạn đê biển sẽ bị vỡ Các dự án đê biển được sự hỗ trợ của dự án PAM, của

dự án ADB cũng chỉ có thể chống với gió bão cấp 9 và mực nước triều 5%

Để giải quyết tình hình trên, một cuộc khảo sát và nghiên cứu khả thi các giải pháp bảo vệ bờ biển chống xói mòn đã được tiến hành kể từ năm 1992 Một trong những giải pháp khả thi được thực hiện là xây dựng các hệ thống kè biển bằng các khối betông tự liên kết chèn tạo thành mảng mềm để ngăn chặn xói lở bờ và làm giảm hiện tượng lũ lụt cho các vùng ven biển Việt Nam

Tuy nhiên, các ứng xử thảm bê tông này khi làm việc trong mảng kè tạo mái chỉ được nghiên cứu dựa trên các mô hình thu nhỏ trong phòng thí nghiệm bởi vì đây là một bài toán phức tạp về tương tác giữa ba môi trường: đất, nước và công trình Một loại bài toán chưa đựng nội dung khoa học phong phú, có tính thời sự cao

và đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước Nhiệm vụ nghiên cứu các biện pháp để tăng cường an toàn cho đê biển hiện nay

là một trong những nhiệm vụ bức bách của nhiều quốc gia ở bên bờ Đại dương

2 Mục tiêu của đề tài

Trên cơ sở nghiên cứu những công nghệ bảo vệ mái đê biển đã có ở trong và ngoài nước, phân tích, đề xuất một giải pháp kết cấu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, kinh tế và có tính khả thi cao cho tuyến đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng

3 Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

a Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Các kiểu kết cấu lớp vỏ kè mái đê biển hiện nay rất phong phú và đa dạng Nó được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp, ở nhiều nước

và ở nhiều thời kỳ khác nhau Vì vậy trình độ công nghệ cũng như tính hiện đại của

mỗi loại, mỗi kiểu cũng khác nhau Đối tượng nghiên cứu của luận văn là một giải pháp công trình cho lớp vỏ kè bằng loại kết cấu mảng mềm từ các cấu kiện bê tông đúc sẵn Đây là một loại kết cấu mới được ra đời trong quá trình nghiên cứu cải tiến

cả về mặt liên kết và vật liệu

- Phạm vi nghiên cứu: Tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ thuộc Khu kinh tế Đình

Vũ - Cát Hải (Phường Đông Hải 2 & Phường Tràng Cát, Q Hải An, TP Hải Phòng)

- Nội dung nghiên cứu: Luận văn giới hạn tập trung nghiên cứu về kiểu kết cấu lớp vở kè mái đê biển phù hợp nhất với điều kiện biên thực tế

b Phương pháp nghiên cứu

Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện có trên thế giới và trong nước Kế thừa các nghiên cứu khoa học, các dự án liên quan tới kết cấu bảo vệ mái đê kè Đặc biệt là các dự án đê kè trên nền đất mềm yếu

Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm mô hình vật lý máng sóng, kiểm chứng

cơ sở khoa học việc ứng dụng công nghệ So sánh kết quả mô hình toán ABAQUS

kết cấu của GS Nguyễn Đăng Hưng

Đề xuất một dạng kết cấu phù hợp cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ

5 Nội dung chính của luận văn

Phần mở đầu

Chương 1 Tổng quan giải pháp bảo vệ mái đê biển

Chương 2 Nghiên cứu đề xuất kết cấu phù hợp cho đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng

Chương 3 Áp dụng để thiết kế đê lấn biển Nam Đình Vũ

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN

1.1 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển trên thế giới

1.1.1 Đá lát khan, mảng bê tông, cấu kiện bê tông lắp ghép tự chèn

Phổ biến nhất vẫn là các hình thức bảo vệ mái bằng đá đổ, đá lát khan, cấu kiện

bê tông đúc sẵn, cấu kiện bê tông lắp ghép với các dạng liên kết khác nhau

Cấu kiện bê tông tự chèn là dùng các cấu kiện bê tông có kích thước và trọng lượng đủ lớn đặt liên kết tạo thành mảng bảo vệ chống xói cho mái phía biển do tác động của sóng và dòng chảy Để gia tăng ổn định và giảm thiểu kích thước cấu kiện người ta không ngừng nghiên cứu cải tiến hình dạng cấu kiện và liên kết giữa các cấu kiện theo hình thước tự chèn Kết cấu loại này dễ thoát nước, dễ biến dạng cùng với đê nên có độ ổn định của kết cấu tương đối cao

Các cấu kiện bê tông gia cố đúc sẵn sử dụng phổ biến hiện nay sang dạng “cột” Với các nước phát triển, vì có điều kiện kinh tế nên các cấu kiện gia cường trước kia không đảm bảo trọng lượng được bóc bỏ, thay thế bằng các cấu kiện dầy hơn, nặng hơn

Tính đến thời điểm hiện tại, gia cố mái đê biển bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn vẫn phổ biến nhất do các ưu điểm nổi trội về sự ổn định của mảng gia cố dưới tác động của sóng và dễ thi công, thuận tiện cả dùng thi công cơ giới

Hàng thế kỷ trước đây, vật liệu nhựa đường đã được sử dụng ở vùng Trung Âu vào việc làm kín nước Vào năm 1893, Italy dùng nhựa đường phủ mái đập đá đổ Năm 1934 Hà Lan dùng nhựa đường phủ đáy âu thuyền Fuliana Sau cơn bão 1953,

Hà Lan đã sử dụng bê tông nhựa đường vào xây dựng đê biển Vật liệu này thường dùng kết hợp với vật liệu khác để gia cường, chẳng hạn nhựa đường - đá xếp, nhựa đường - bê tông khối, bê tông Asphalt ứng dụng trong xây dựng công trình thủy lợi,

đê biển của nhiều nước tiên tiến như Nauy, Hà Lan, Mĩ và một số nước khác

1.1.3 Thảm bê tông

Các cấu kiện bê tông được nối với nhau tạo thành mảng liên kết Các cấu kiện này liên kết với nhau bằng dây cáp, bằng các móc, giữa các cấu kiện thường đệm

bằng cao su, hoặc lấp đầy bằng sỏi, gạch xỉ Phải bố trí tầng lọc ngược giữa thảm bê tông với thân đê Cấu kiện kiểu này thường xuyên được cải tiến về hình dạng và

liên kết giữa các cấu kiện

Hình 1.4 và hình 1.5 thể hiện thảm bê tông đang được thi công trên một đoạn

đê, bên dưới lót vải địa kỹ thuật làm lọc Sau khi thi công xong thảm bê tông, tra cỏ vào các hốc bê tông để tạo cảnh quan môi trường

1.1.4 Thảm đá

Các rọ bằng thép bọc chất dẻo hoặc chất dẻo trong đựng đầy đá gọi là “thảm đá” Thảm đá dùng để chống xói cho đê và bờ sông, bờ biển do tác động của sóng

và dòng chảy Ý tưởng của kết cấu này là liên kết đá nhỏ lại thành khối lớn để sóng

và dòng chảy không phá hỏng được

1.1.5 Thảm bằng các túi địa kỹ thuật chứa cát

Các túi địa kỹ thuật được bơm đầy cát đặt trên lớp vải địa kỹ thuật, liên kết với nhau thành một hệ thống gọi là thảm túi cát để bảo vệ mái dốc của đê, bờ sông, bờ biển

1.1.6 Hệ thống ống địa kỹ thuật chứa cát

Sử dụng ống địa kỹ thuật, có đường kính từ 0,5m đến 2,5m, kích thước tùy thuộc vào yêu cầu công trình Chiều dài mỗi ống trung bình khoảng 60m-100m Định vị ống vào vị trí dự kiến sau đó bơm dung dịch tỉ lệ 1 phần cát với 4 phần nước, cho đến khi ống đầy cát hoặc vữa xi măng Hình thành mặt cắt đê biển hoặc kết cấu dự định xây dựng

g Công nghệ sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp

Sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật) làm chức năng gia cố dạng đất có cốt, chức năng phân cách các lớp vật liệu có nhóm đường kính hạt khác nhau, gia cường làm nền khi đắp đê trên nền đất yếu Như vậy tăng cường ổn định tổng thể cho đê

Vải địa kỹ thuật làm tăng ổn định mảng gia cố mái đê, hoặc sợi tổng hợp dệt thành màng địa kỹ thuật làm chức năng chống thấm, chức năng phân cách giữa các lớp vật liệu Nhìn chung với sự thay đổi về công nghệ vật liệu đã giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật, đảm bảo sự an toàn và ổn định lâu dài của đê biển

Để chống trượt của cả khối bảo vệ mái bên trên lớp vải thì ma sát giữa lớp lọc

và vải phải đảm bảo điều kiện:

α

α sincos

ƒUW ≥Biến đổi công thức () thành: ƒU ≥tanα

Trong đó: ƒU là hệ số ma sát giữa vật liệu lọc và vải địa kỹ thuật

Trên đây là tổng hợp các giải pháp công nghệ bảo vệ mái và tăng cường ổn định cho mái đê biển của một số nước trên thế giới Có thể thấy rõ nhất là đê biển của họ vững chãi trên nền tốt, an toàn và mỹ quan nhờ có sự thay đổi công nghệ vật liệu và gia tăng trọng lượng của cấu kiện gia cố

1.2 Tổng quan về giải pháp bảo vệ mái đê biển ở Việt Nam

1.2.1 Kè lát mái bằng đá lát khan

Đá hộc với kích thước xác định nhằm đảm bảo ổn định dưới tác dụng của sóng

và đẩy nổi của nước, dòng chảy Đá được xếp chặt theo lớp để bảo vệ mái Với loại

kè này thường có một số biểu hiện hư hỏng do lún sụt, chuyển vị xô lệch, dồn đống trong khung bê tông cốt thép Hình thức này đã được sử dụng ở hầu hết các địa phương, vật liệu hay dùng là đá hộc có kích thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25m-0,30m

Ưu điểm của hình thức này: khi ghép chèn chặt làm cho mỗi viên đá hộc được các viên khác giữ bởi bề mặt gồ ghề của viên đá, khe hở ghép lát lớn sẽ thoát nước mái đê nhanh, giảm áp lực đẩy nổi và liên kết mềm dễ biến vị theo độ lúc của nền

bề mặt gồ ghề, độ nhám lớn làm giảm sóng leo lên mái và giảm vận tốc dòng rút

Về mặt kỹ thuật thì thi công và sử chữa dễ dàng

Nhược điểm: khi nền bị lún cục bộ hoặc dưới tác dụng của sóng dồn nén, các liên kết do chèn bị phá vỡ, các hòn đá tách rời nhau ra Vì trọng lượng bản thân quá nhỏ nên dễ bị sóng cuối trôi Khe hở giữa các hòn đá khá lớn, vận tốc sóng làm cho dòng chảy trong các khe đá ép xuống nền thúc đẩy hiện tượng trôi đất nền tạo hố xói, sụt sạt nhanh, gây hư hỏng đê

1.2.2 Kè lát mái bằng đá xây, đá chít mạch, thảm rọ đá

Hình thức này đã được sử dụng ở Thái Bình, Nha Trang,… với vật liệu là đá hộc kích thước trung bình mỗi chiều khoảng 0,25-0,3m (tận dụng cả đá nhỏ)

- Kè lát bằng đá xây: Đổ vữa lót nền và xây từng viên đá liên kết thành tấm lớn

có chiều rộng 2m, tạo khớp nối bằng bao tải nhựa đường

- Kè lát mái bằng đá chít mạch: Xếp đá chèn chặt và đổ vữa chít các mạch phía trên

- Kè lát mái bằng thảm rọ đá:

Ưu điểm: liên kết các viên đá lại với nhau thành tấm lớn đủ trọng lượng để ổn định, đồng thời các khe hở giữa các hòn đá được bịt kín, chống được dòng xói ảnh hưởng trực tiếp xuống nền

Nhược điểm: khi làm trên nền đất yếu, lún không đều sẽ làm cho tấm lớn đá xây, đá chít mạch lún theo tạo vết nứt gãy theo mạch vữa, dưới tác động của dòng

chảy trực tiếp xuống nền và dòng thấm tập trung thoát ra gây mất đất nền gây lún sập kè nhanh chóng Khi thi công tại chỗ vữa xây bị mặn xâm thực sẽ làm giảm cường độ của khối xây

1.2.3 Kè mái bằng bê tông, bê tông đúc sẵn

a Kè lát mái bê tông đổ tại chỗ

Bê tông tấm lớn đổ tại chỗ có

khớp nối với kích thước và trọng

lượng theo tính toán cho từng

công trình cụ thể, thường là lớn

đủ trọng lượng chống sóng, tuy

nhiên nếu nền lún không đều tấm

bản dễ bị gãy, sập gây mất đất

nền và do bê tông đổ tại chỗ bị

mặn xâm thực nên cường độ

chịu lực kém

ở Thừa Thiên Huế

b Kè bê tông lắp ghép tấm bản nhỏ, một mặt hình vuông

Tấm bê tông đúc sẵn chất lượng tốt, thi công nhanh, có khe hở làm thoát nước mái đê để giảm áp lực đẩy nổi, nhưng tấm bản nhỏ không đủ trọng lượng và dễ bị bóc ra khỏi mái

Hình 1 14: Kè bằng cấu kiện bê tông tấm nhỏ

c Kè bằng các khối bê tông dị hình trọng lượng lớn

d Kè lát mái bê tông tấm lắp ghép có ngàm hai chiều

Kết cấu ngàm hai chiều có khả năng phân bố lực xung, lực cục bộ cho các cấu

kiện bên cạnh Vì vậy giảm được hiện tượng lún sâu, cục bộ, đồng thời do nối với nhau bằng các ngàm đối xứng dạng nêm hai chiều đan giằng vào nhau chặt chẽ đã tạo được một kết cấu như một tấm bản lớn và khớp nối dích dắc hạn chế dòng xói trực tiếp xuống nền; khi nền bị lún sụt cục bộ, kết cấu chỉ gối tựa lên nhau dễ bị bóc

ra khỏi mái do sóng và sẽ bị hư hòng dây truyền

e Kè lát mái bê tông lắp ghép có ngàm ba chiều

Điển hình là kết cấu TSC178 có chiều dầy 23÷26cm trọng lượng 95÷105kg Đã phát huy tác dụng tốt an toàn với bão cấp 12 Được áp dụng lần đầu tiên tại đê Bể I Cho đến nay công nghệ đã được phổ cập từ Bắc tới Nam Nhiều công trình trọng điểm quốc gia đã áp dụng: Kè Hải Hậu tỉnh Nam Định trên 40km, Kè Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình, Kè bờ biển Quy Nhơn, Kè bờ biển Phan Thiết tỉnh Bình Thuận, Kè bờ biển Gò Công tỉnh Tiền Giang, Kè bờ biển Đông Hải tỉnh Bạc Liêu, Kè bờ biển tỉnh Trà Vinh, Kè bờ biển tỉnh Cà Mau, Kè bờ biển tỉnh Kiên Giang và Kè sông ở hầu hết các tỉnh tổng chiều dài lên tới 700km

Ưu điểm: Kết cấu có ngàm 3 chiều lắp ghé mềm thích hợp với nền yếu, lún không đề vì có khả năng tự điều chỉnh lún đồng bộ với nền Khe lắp ghép mặt trên nhỏ, gấp khúc che kín nền phân bố đều, thoát nước đều và nhanh trong mái công trình giảm tải gây trượt tốt Liên kết trọng lượng lớn chống chịu được áp lực sóng lớn

Nhược điểm: Do không có liên kết biên nên khi một vài cấu kiện trong liên kết mảng lắp ghép bị hư hỏng sẽ kéo theo hư hỏng dây truyền

Các hình thức kè bảo vệ mái rất phong phú và đa dạng, nhưng việc áp dụng hình thức nào thì căn cứ vào điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của từng khu vực sao cho hệ thống kè đó hạn chế được nhiều nhất nhược điểm và tận dụng hết các ưu điểm, đem lại lợi ích lớn nhất

Kết quả thống kê cho thấy Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu đầu tư đê biển Việt Nam bền vững hơn Các cấu kiện TAC-2, TAC-3, TSC178, chân kè lục lăng đã chứng minh điều này Tuy nhiên, hiện nay đê biển Việt Nam phần lớn chỉ chống chọi được với sóng bão cấp 8 Nhiều tuyến đê vẫn bị sụt sạt, mảng gia cố bị bong tróc không đảm bảo an toàn cho đê Tiếp theo sẽ phân tích chi tiết vấn đề gây mất ổn định bảo vệ mái đê biển

- Mái đê thoải

- Yêu cầu mỹ quan ít

- Có nguồn đá phong phú

3 Đá hộc lát khan - Sóng nhỏ

4 Đá hộc xây - Sóng lớn, dòng chảy mạnh, cần có sự liên kết

TT K ết cấu bảo vệ mái đê Điều kiện áp dụng

trọng lượng khối lớn

5 Thảm rọ đá

- Sóng nhỏ, có dòng chảy mạnh cần có sự liên kết

trọng lượng

- Thi công vùng ngập nước

6 Cấu kiện bê tông đúc

sẵn, lắp ghép liền kề

- Sóng lớn cần có trọng lượng lớn, chiều dầy lớn

7 Cấu kiện bê tông đúc

sẵn, liên kết mảng

- Sóng lớn, dòng chảy mạnh, kết hợp giữa trọng lượng bản thân và trọng lượng liên kết giảm chiều dầy lớp bảo vệ

8

Cấu kiện bê tông chất

lượng cao (Basalton,

độ, Liên Xô, Trung Quốc, Việt Nam Mỗi loại có ưu nhược điểm của nó và ngày càng được cải tiến nâng cao, đã và đang sử dụng rộng rãi

- Loại kết cấu tơi rời bao gồm đá tự nhiên, đá chẻ, bê tông đúc sẵn lắp ghép Chúng liên kết với nhau chỉ bằng ma sát, bảo vệ bờ và mái biển bằng chính trọng lượng bản thân Công thức Hudson là một trong những công thức tiêu biểu xây dựng kích thước của đá bảo vệ bờ dưới tác động của sóng Công thức này đã được đưa vào “Sổ tay bảo vệ bờ” của Mỹ Công thức Pilarczyk là một công thức xây

dựng kích thước cấu kiện xét đến cả sự tương tác động lực giữa sóng và mái đê Loại kết cấu tơi rời linh hoạt dễ biến dạng theo nền, dễ sửa chữa song để chống được sóng thì trọng lượng của từng cấu kiện phải rất lớn

- Loại kết cấu tơi rời cần trọng lượng mỗi cấu kiện phải lớn mới chống đỡ được tác động của sóng và dòng chảy Để giảm trọng lượng của mỗi cấu kiện mà vẫn chống được sóng và dòng chảy cần liên kết từng cấu kiện trọng lượng nhỏ lại với nhau thành mảng

- Việc sử dụng các loại kết cấu liên kết linh hoạt thành mảng đã là một bước tiến lớn trong việc công nghệ hóa, cơ giới hóa trong xây dựng công trình bảo vệ bờ

và mái đê biển Tuy nhiên nó chỉ thích ứng với nền tương đối cứng ít có hiện tượng lún cục bộ Đối với nền mềm yếu mối liên kết thường bị gẫy Để khắc phục nhược điểm trên người ta dùng loại kết cấu mảng mềm biến vị theo nền phù hợp với nền mềm yếu Việc sử dụng thảm Reno Mattress, thảm Betomat, thảm Armorflex chứng tỏ là đã sử dụng vật liệu mới, kết cấu mới để bảo vệ bờ phù hợp với nền mềm yếu nâng cao tính bền vững của công trình

- Tuy nhiên lưới thép bọc PVC tao thành thảm đá Reno Mattress, dây cáp liên kết các khối bê tông tạo thành mảng Betomat sử dụng trong môi trường nước biển, trong điều kiện sóng gió, biến đổi lớn của thủy triều, đang còn là vấn đề bàn cãi

về độ bền và tính ổn định của chúng

- Kết quả thống kê cho thấy Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu đầu tư đê biển Việt Nam bền vững hơn Các cấu kiện HI-0099, TSC178 đã chứng minh điều này Kết cấu có ngàm 2 và 3 chiều lắp ghép mềm thích hợp với nền yếu, lún không đều vì có khả năng tự điều chỉnh lún đồng bộ với nền Khe lắp ghép mặt trên nhỏ, gấp khúc che kín nền phân bố đều, thoát nước đều và nhanh trong mái công trình giảm tải gây trượt tốt Liên kết trọng lượng lớn chống chịu được áp lực sóng lớn Tuy nhiên do không có liên kết biên nên khi một vài cấu kiện trong liên kết mảng lắp ghép bị hư hỏng sẽ kéo theo hư hỏng dây truyền

- Từ những phân tích trên đã thể hiện rõ hình thức bảo vệ bờ và mái đê biển đã

và đang được sử dụng rộng rãi trong và ngoài nước rất phong phú và đa dạng Bằng cách sắp xếp một cách hệ thống và khoa học hình thành sơ đồ phân loại như hình 1.19 đã mô tả được quá trình phát triển của loại công trình này Sự phát triển có logic từ đơn giản đến phức tạp, từ thô sơ đến hiện đại Trình độ công nghệ cũng

được tiến dần từ thấp đến cao Xu thế sáng tạo công nghệ mới phần lớn được ra đời

từ các nước phát triển nên nó được đặt trên nền tảng công nghiệp hiện đại có trình

độ xây dựng tiên tiến thích hợp với quy mô lớn Việc áp dụng các công nghệ này vào xây dựng ở đê biển nước ta hiện nay chưa hoàn toàn phù hợp nên cần thiết có

sự nghiên cứu lựa chọn giải pháp, cải tiến kết cấu cho phù hợp với điều kiện Việt Nam

Hình 1 19: Khái quát hóa hình thức bảo vệ mái

CÁC HÌNH THỨC BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN

BT atphalt

trọng lượng

Kết cấu liên kết khối

linh hoạt Linh hoạt tự

điều chỉnh

Đá tự nhiên

Đá chẻ

BTĐS lắp ghép

Reo-Thảm Betomat

Thảm Armorflex

Thảm 4414

Liên kết hình nêm

1.4 Kết luận chương 1

Từ những thông tin và các phân tích đã trình bày trong chương này ta thấy nổi bật lên: Đê biển Việt Nam là một loại công trình quan trọng nằm trong chiến lược quốc gia về “hạn chế và giảm nhẹ hậu quả thiên tai” Hiện nay chất lượng công trình của các tuyến đê biển mức đảm bảo còn thấp chưa đáp ứng yêu cầu mà nhiệm vụ của Nhà nước đề ra Vì vậy nghiên cứu các giải pháp công trình để tăng cường an toàn cho các tuyến đê biển ở nước ta hiện nay không chỉ là một vấn đề thời sự như ở một số nước khác bên bờ Đại dương mà nó còn là vấn đề hết sức cấp bách

Trên cơ sở tổng kết và các phân tích trên, bài toán lựa chọn cho luận văn là: Tiến hành phân tích tình hình làm việc của các loại kè bằng bê tông đã và đang ứng dụng ở nước ta và kết hợp với những tổng kết các kiểu kết cấu kè của thế giới để đề ra nội dung nghiên cứu cụ thể ứng dụng mảng mềm liên kết trọng lượng từ các cấu kiện bê tông đúc sẵn cho kè biển nước ta nói chung và áp dụng cho tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng nói riêng có tính khả thi cao với điều kiện biên biển thực tế

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI PHÙ HỢP

CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ - HẢI PHÒNG

2.1 Các tiêu chí lựa chọn kết cấu phù hợp bảo vệ mái đê biển

Hiện nay có nhiều dạng kết cấu bảo vệ mái đê biển đang được ứng dụng vào thực tế có hiệu quả nhất định Phương án kết cấu phù hợp được đánh giá dựa trên nhiều yếu tố khác nhau như: tải trọng sóng, địa hình, địa chất nền, hình thái mặt cắt

đê, giải pháp thi công, mục đích sử dụng Tuy nhiên một kết cấu bảo vệ mái đê phù hợp, tối ưu phải đảm bảo các tiêu chí chính sau:

+ Có khả năng chịu tải trọng, giảm áp lực sóng tốt

Kết cấu dạng hình khối lập phương, khi tác dụng một lực vào một cấu kiện trong mảng lắp ghép kéo ra hoặc nén vào ta thấy lực chỉ giảm một phần do ma sát giữa các kết cấu liền kề nhau Dạng kết cấu này không có liên kết mảng dẫn đến dễ

bị hư hỏng cục bộ bị đẩy trồi hoặc lún không còn khả năng bảo vệ mái đê gây mất

ổn định Để ổn định dưới tác dụng của sóng cần có trọng lượng bản thân lớn chỉ áp dụng được với vùng có sóng nhỏ hoặc địa chất nền tốt

2.2 2 Kết cấu tấm lát liên kết ngàm

P

P 2

P

2Cos0°

P

P 3

P

3Cos0°

Khi các dụng một lực vào một cấu kiện trong mảng lắp ghép kéo ra hoặc nén vào ta thấy khi một số kết cấu bị kéo ra chân tự chèn sẽ chịu một lực P/2 (P/3) và khi sóng đập vào chân tự chèn sẽ nhận toàn bộ lực tác động lên nó Nếu thí nghiệm nén kê 2 chân (3 chân) thì các chân tự chèn này sẽ bị gãy trước do lực uốn sinh ra Loại kết cấu này chỉ áp dụng cho các vùng có sóng nhỏ hoặc nền tốt

Khi tác dụng một lực vào một cấu kiện lắp ghép trong mảng, nén hoặc kéo ra ta

thấy ỏp lực tỏc dụng như sau:

Lực chốn (P.cosα)/3 gọi là lực liờn kết Hướng lực vuụng gúc với mặt phẳng nghiờng cạnh vỏt hỡnh nờm cấu kiện, lực này liờn kết giữa cỏc cấu kiện với nhau truyền lực cho cỏc cấu kiện bờn cạnh

Lực nờm (P.sinα)/3 cú hướng lực song song với mặt phẳng nghiờng của cấu kiện Khi α = 00 lực liờn kết lớn nhất (P.cosα)/3 = (P.cos0)/3 = P/3 sẽ làm nứt góy chõn tự chốn (kết cấu tấm lỏt liờn kết ngàm) Khi 900 > α > 00 lực liờn kết P.cosα sẽ giảm, cấu kiện luụn chịu lực nộn, tối ưu với vật liệu bờ tụng

* Nhận xột: Từ phõn tớch hỡnh thức liờn kết của kết cấu bảo vệ mỏi đờ biển cho thấy rằng, cấu kiện dạng cột liờn kết ma sỏt với nhau bảo vệ, chống súng trờn nền cú địa chất tốt Với đặc thự địa chất mềm yếu của Đỡnh Vũ – Hải Phũng (kẹp giữa hai cửa sụng Bạch Đằng và cửa Cấm) thỡ dạng liờn kết hỡnh nờm là phự hợp

vệ mỏi đờ biển

Cỏc tham số tớnh toỏn cho tại Bảng 2.1 Ở đõy tỏc giả lấy số liệu biờn thực tế tại Đỡnh Vũ – Hải Phũng [1]

Tham số MNTT (m) Zdd (m) Hs (m) Tp (s) Ls (m)

Đỉnh đê B

Một số cụng thức kinh nghiệm để tớnh toỏn ổn định cỏc cấu kiện gia cố

1) Tớnh trọng lượng viờn gia cố theo cụng thức Hudson

Trong đó:

Hs : Chiều cao sóng thiết kế (m);

ρs: Khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3

2) Tính kích thước viên gia cố theo công thức Van Der Meer

Theo Thompson và Shuttler (1975), một loạt các thì nghiệm đã được tiến hành tại Delft Hydraulics do Van Der Meer thực hiện Các thí nghiệm được tính toán bao gồm những công trình với sự biến đổi của cỡ vật liệu và với các điều kiện sóng khác nhau

Điều kiện nước sâu:

+ Trường hợp 1: Đối với sóng đổ, hệ số sóng vỡ ξ ≤ ξ*

+ Đối với sóng dâng:

0.2 0.13

b s

p

H D

≥

Φ ∆Φ: Hệ số ổn định biểu thị ngưỡng chuyển động/ ổn định của vật liệu Hệ số ổn định Ф cho các hệ thống cốt liệu dạng rời dưới tác dụng của sóng, được xác định theo công thức của Van der Meer (1984):

0,1 2 0,18

6, 2 b b

S P

N

  ; (ξ<3) Trong đó:

Pb: Hệ số phản ánh khả năng thấm/ thoát nước của thân và nền kè; thường chọn

Pb=0,1 đối với kè bảo vệ mái đê

Sb: Tham số hư hỏng ban đầu, có thể lấy bằng 0,5 đến 2,0 đối với cấu kiện bê tông đúc sẵn xếp độc lập và bằng 3 với đá lát khan, đá đổ rối

N: Số con sóng tới công trình trong một trận bão

3600

m

T N

α

4) Tính trọng lượng viên gia cố theo 22TCN222-1995

3 3

H ctg

Kfr: Hệ số theo kết quả thực nghiệm

ρm: Khối lượng riêng của đá hoặc khối bê tông (bê tông cốt thép) t/m3

ρ: Khối lượng riêng của nước t/m3

toán khối lượng và chiều dầy của viên gia cố bảo vệ mái, phải dùng các công thức của nước ngoài, tuy nhiên cần lưu ý các điểm sau:

- Công thức Hudson tính toán khối lượng viên đá rời trong trường hợp thấm rất tốt Vì vậy công thức này dùng tính toán cho các đập phá sóng, kè mỏ hàn tiếp xúc với nước và chịu tác động trực tiếp của sóng

- Khi tính toán khối lượng và chiều dầy lớp bảo vệ mái đê kè bằng đá, công thức Pilarczyk cho kết quả hợp lý nhất

- Khi bảo vệ mái bằng khối bê tông đúc sẵn thì nên sử dụng công thức của Van der meer

Hình 2 6: Quan hệ giữa chiều dầy kết cấu bảo vệ mái với KD

Hình 2.8 (kết quả tính toán công thức Hudson) và Hình 2.9 (kết quả tính toán công thức Pilarczyk) cho thấy rằng, với cùng điều kiện biên giống nhau thì chiều dầy và trọng lượng kết cấu bảo vệ mái tỉ lệ nghịch với KD (hệ số ổn định, tùy theo hình dạng và cách xắp xếp) Như vậy với liên kết hình nêm các kết cấu sẽ có chiều dầy nhỏ hơn với các kết cấu có liên kết ma sát và liên kết ngàm; đồng nghĩa với việc giảm chi phí xây dựng

Kè mái đê biển ở những phần ngập trong nước và những vùng có sóng tác dụng, có khả năng bị đẩy nổi Một cách tổng quát có thể mô tả điều kiện cân bằng của kè dưới tác dụng đẩy nổi của sóng và nước tĩnh trong biểu thức sau:

lỗ rỗng của kè

Theo điều kiện cân bằng thì chiều dầy cần thiết chống đẩy nổi của kè kết cấu liền khối hoặc bản lớn có chiều dầy nhỏ hơn của kè kết cấu tơi rời Khi chọn kích thước bản càng lớn thì chiều dầy của kè cảng nhỏ Điều này phù hợp với kết quả tính của một số tác giả khác

Nhận xét: Từ các biểu đồ hình 2.8; hình 2.9 và điều kiện cân bằng thấy rằng:

- Các cấu kiện bê tông đúc sẵn được liên kết với nhau tạo thành các mảng có khả năng duy trì ổn định theo điều kiện cân bằng đẩy nổi như bản bê tông liền khối cùng khối lượng Vì vậy chiều dầy của cấu kiện khi liên kết với nhau nhỏ hơn nhiều của các cấu kiện tách rời Điều này chỉ có thể cắt nghĩa vai trò của lực liên kết trọng lượng

- Trọng lượng của mảng liên kết giảm đáng kể so với cấu kiện liền khối có cùng chiều rộng bản Điều này, mảng mềm phù hợp với bảo vệ mái đê trên nền đất yếu

Từ điều kiện cân bằng chống đẩy nổi của kết cấu bảo vệ mái thấy rõ lực liên kết

có vai trò rất lớn trong phương trình cân bằng, có ảnh hưởng tới kích thước của kè,

đó là cơ sở để nghiên cứu cải tiến kè mái

Xét cấu kiện trong mảng liên kết, phương trình cân bằng của cấu kiện trong mảng có dạng:

Các thành phần cân bằng này như sau:

- N Thành phần lực đẩy ngược bao gồm các lực đẩy nổi do sóng, nước tĩnh, áp lực thấm từ thân đê Các lực này được phản ảnh qua chiều cao sóng và hệ số động lực K1, hợp lực N có thể viết như sau:

1 s

N =K H SγTrong đó:

K1 là hệ số động lực

γ là trọng lượng riêng của nước

Hs là chiều cao sóng tác dụng

S là diện tích chịu lực đẩy nổi của cấu kiện

- Thành phần G0 là trọng lượng của cấu kiện trong nước Gọi chiều dầy của cấu kiện là D, diện tích trung bình mặt cắt ngang là Stb ta có trọng lượng của cấu kiện

∑ là thành phần tải trọng tương tác của mảng thông qua cấu kiện liền kề ảnh hưởng đến cấu kiện nghiên cứu

n: là số phía của cấu kiện có liên kết

f: là hệ số phụ thuộc hình thức liên kết

m: là hệ số mái

β’= β - α Đặt 0

2 0

g K G

=Phương trình cân bằng:

- Giảm tác dụng của các yếu tố thủy động lực của biển, thoát nước tốt để giảm

áp lực thấm tăng cường lỗ rỗng để giảm diện tích chịu lực được thể hiện ở công thức là sự giảm hệ số K1

- Chiều dầy của cấu kiện phụ thuộc vào hình dạng của cấu kiện và cách ghép cấu kiện Diện tích ma sát càng lớn thì chiều dầy của cấu kiện càng được giảm nhỏ

Để tăng diện tích này bằng cách tạo ra các mặt ghép là mặt nghiêng và tăng số mặt liên kết giữa các cấu kiện

Trong các mục 2.1, 2.2, 2.3 tác giả tập trung tính toán, phân tích các dạng kết cấu trên cơ sở các tiêu chí lựa chọn phù hợp để từ đó lựa chọn được dạng kết cấu phù hợp nhất với điều kiện biên thực tế để áp dụng cho xây dựng công trình đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phòng

Theo đó, trong điều kiện sóng bão lớn, địa chất nền yếu phương án kết cấu liên kết trọng lực tạo thành mảng là phương án phù hợp nhất được lựa chọn áp dụng

để thiết kế đê biển nói chung và tuyến đê lấn biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng nói riêng

Đề xuất sử dụng cấu kiện liên kết trọng lực CM5874 Cấu kiện CM5874 có hình dạng như hình 2.7

Cấu kiện đề xuất có những ưu điểm nổi bật như sau:

- Mảng liên kết các cấu kiện có nhiều khe thoát nước dích dắc làm giảm áp lực thấm và cũng giảm nhanh áp lực đẩy nổi cho các cấu kiện nằm trên mực nước tĩnh

Có khả năng chuyển vị đồng bộ với nền (có khả năng chuyển vị vuông góc với nền gấp 2,5 lần chiều dầy cấu kiện – tùy thuộc vào chiều dầy cấu kiện)

- Các khối bê tông TAC-CM5874 lắp ghép với nhau tạo thành mảng, mái công trình tạo thành kết cấu tự chèn đối xứng liên kết trọng lượng lớn Mảng lắp ghép tạo biển gồm: Biên ngang, biên chéo, biên lỗ hổng duy trì khả năng làm việc của mảng lắp ghép không bị tơi rời phá hoại theo dây chuyền dưới áp lực của sóng

- Có khả năng dãn dài che kín nền trong trường hợp lún cục bộ lớn

- Phù hợp với nền đất yếu vừa thi công vừa bảo vệ

- Kết cấu được thông qua tính toán thí nghiệm và áp dụng vào thực tế của nhiều công trình ở các tỉnh như: Tiền Giang, Cà Mau, Bạc Liêu, TP Hồ Chí Minh, Trà Vinh

Sau đây tác giả trích kết quả thí nghiệm mô hình cứng và sức bền vật liệu cấu

kiện TAC-CM5874; thí nghiệm mô hình toán ABAQUS để làm rõ hơn các ưu điểm của cấu kiện này

hợp nền bị mất đất ở một số cấu kiện [5]

(1) Mục đích: Thí nghiệm được tiến hành trên mô hình thu nhỏ nhằm đánh giá

độ bền và ổn định của kết cấu mềm liên kết mảng bảo vệ mái đê biển mằng cấu kiện P.Đ.TAC-CM 5874 dưới tác dụng của tải trọng sóng và áp lực đẩy nổi trong trường hợp nền bị mất đất ở một số cấu kiện

(2) Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp giữa thực nghiệm và mô hình toán Ta thừa nhận là tải trọng tác dụng và các đặc trưng cơ lý của vật liệu vẫn còn nằm trong giới hạn thỏa mãn các giả thiết của nguyên lý cộng tác dụng Do đó trong tính toán xử lý số liệu có thể dựa vào phương pháp “đường ảnh hưởng chuyển vị” theo nghĩa rộng và dựa vào định lý về sự chuyển vị tương hỗ của các chuyển vị đơn vị của Măcxoen:

δkm = δmk Trong đó: δkm là chuyển vị đơn vị theo phương k do nguyên nhân m gây ra

δmk là chuyển vị đơn vị theo phương m do nguyên nhân k gây ra

Dựa vào các nguyên lý này ta không cần phải đặt tải tại mọi phần từ mà chỉ cần đặt tải tại một phần tử nào đó rồi xác định “đường ảnh hưởng chuyển vị” từ đó có thể xác định được quan hệ giữa lực tác dụng và chuyển vị của từng phần tử trong

hệ

Trong thí nghiệm này tải trọng tác dụng lên công trình được tính theo QPTL-C-178

B ảng 2 3: Tỷ lệ của các đại lượng mô hình thí nghiệm

Đại lượng Vật

liệu

Kích thước

Diện tích

Thể tích

Khối lượng Áp lực

Lực tập trung

Hình 2 10: U ốn võng của mảng lắp ghép cấu kiện không có nền

Trong thí nghiệm này ta sử dụng 3 loại mẫu:

+ Mẫu 1: có bề dày 12cm

+ Mẫu 2: có bề dày 10cm

+ Mẫu 3: có bề dày 8cm

Cả ba mẫu đều có cường độ nén mác 200

Cường độ kéo được tính theo công thức: Rk = P/F

Trong đó:

P- lực kéo đứt mẫu

F- diện tích mẫu bị kéo đứt

Để theo dõi biến dạng của mẫu (ở tai của mẫu) ta dán các cảm biến điện trở Các cảm biến điện trở nối qua máy Đattric

Gia tải: Ta đặt mẫu ngoàm hai đầu vào giá và đặt lên mặt máy kéo nén vạn năng YM-50 Tăng tải từ 0 từ từ từng cấp 300 kg Giá trị lực kéo đọc trên đồng hồ

đo Mỗi nhóm mẫu lấy 3 mẫu Làm thí nghiệm 3 lần và lấy giá trị trung bình Lực phá hoại:

3

i P

Loại mẫu Dầy 12 cm Dầy 10 cm Dầy 8 cm

Loại mẫu Dầy 24 cm Dầy 20 cm Dầy 16 cm