Đồ án môn học thiết kế đê

+ Thiết kế mặt cắt đê đất khu vực ngoài thị xã : xác định cao trình đỉnh đê, cơ đê, kết cấu thiết bị chống thấm, biện pháp giảm tác động của sóng, bạo vệ mái, tiêu thoát nước, các bộ phậ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐÊ

2 Khí tượng thuỷ văn :

2.1 Khí tượng :

2.1.1 Mưa : Vùng xây dựng công trình có khí hậu chia thành hai mùa rõ rệt

+ Mùa mưa : từ tháng VI đến tháng X

+ Mùa khô : từ tháng XI đến tháng V năm sau

+ Lượng mưa bình quân năm : 1917 mm

+ Lượng mưa năm lớn nhất : 3330 mm (1973)

+ Lượng mưa năm nhỏ nhất : 979 mm (1957)

2.1.2 Gió : Gió thịnh hành theo mùa:

+ Mùa hè : gió thường xuyên theo hướng Tây Nam – Đông Bắc, tốc độ gió trung bình 4m/s Tốc độ gió lớn nhất khi có bão : Vmax 2% = 48,00 m/s ; Vbqmax = 20,00 m/s

+ Mùa đông : Gió Đông Bắc, tốc độ gió trung bình 3,75 m/s

+ Lượng bốc hơi cả năm : 808 mm

+ Lượng bốc hơi tháng max : 96 mm (tháng VII)

+ Lượng bốc hơi tháng min : 31mm (tháng III)

2.2 Thuỷ văn :

Mực nước trận lũ lịch sử sông Hồng tại trạm Sơn Tây năm 1971 ứng với tần suất (dùng để tính toán thám và ổn đỉnh đê) cho ở bảng 1

Bảng 1 – Quá trình mực nước lũ thực đo bình quân ngày với tần suất P% = 0,8%

(Sông Hông – Đo tại Sơn Tây năm 1971)

+ Cho bình đồ vùng xây dựng tuyến đê tỉ lệ 1 : 20000 như Hình 1

+ Cho số liệu mặt cắt ngang địa hình (C8) như Hình 2:

Hình 2 – Mặt cắt ngang địa hình tuyến đê

4 Địa chất công trình :

+ Mặt cắt dọc địa chất theo tuyến đê (điều kiện địa chất như nhau)

+ Mặt cắt ngang địa chất thể hiển trên mặt cắt ngang Hình 2

+Chỉ tiêu cơ lý đất đắp thân đê và của các lớp đất cho ở Bảng 2

Bảng 2 – Bảng chỉ tiêu cơ lý của đất đắp thân đê và các lớp đất nền đê

 (đầm nện) KN/m

314,5

5 Giao thông thuỷ :

Sông Hồng trong phạm vi tuyến đê bạo vệ thuộc loại luồng giao thông vận tải thuỷ chủ yếu của miền Bắc Tàu thuỷ chở khách và chở hàng và Ca nô kéo có lượng choán nước từ 1000 đến 3000 tấn

B YÊU CẦU THIẾT KẾ :

1 Phần thuyết minh :

Bao gồm các nội dung sau :

1 Xác định nhiệm vụ công trình đê

2 Xác định cấp công trình đê

3 Phân tích, lựa chọn tuyến đê và kết cấu đê

4 Thiết kế các mặt cắt đê :

+ Đê có tường chắn sóng ở khu vực qua thị xã (Đoạn 1)

+ Thiết kế mặt cắt đê đất khu vực ngoài thị xã : xác định cao trình đỉnh đê,

cơ đê, kết cấu thiết bị chống thấm, biện pháp giảm tác động của sóng, bạo

vệ mái, tiêu thoát nước, các bộ phận khác ( Đoạn 3)

+ Thiết kế đê có kè bảo vệ mái phía sông cho đoạn đê gần sông (Đoạn 2)

5 Tính toán thấm qua thân đê và nền đê

+ Tính toán thấm ổn đỉnh theo phương pháp thuỷ lực

+ Kiểm tra độ bền thấm đặc biết cho các mặt cắt đê thiết kế

+ Kiểm tra độ bền thấm thông thường : Kiểm tra đẩy trồi (đẩy bục) phía hạ lưu và biện pháp xử lý khi cần

6 Tính toán ổn đỉnh đê :

+ Ổn đỉnh phái đồng theo phương pháp mặt trượt trụ tròn

+ Ổn đỉnh của kè bảo vệ mái phiá sông

+ Ba mặt cắt điển hỡnh cho ba đoạn đờ

+ Cấu tạo chi tiết cỏc bộ phận : Đỉnh đờ, tường chắn súng, chõn khay, bảo vệ mỏi đờ, kết cấu thoỏt nước thấm, thoỏt nước mưa

+ Cỏc ký hiệu, kớch thước, cao trỡnh, ghi chỳ cần thiết

2 Xỏc định cấp đờ, cỏc tiờu chuẩn và chỉ tiờu tớnh toỏn :

2.1 Cấp đờ :

Căn cứ vào nhiệm vụ của tuyến đờ là bảo vệ cho vựng đồng bằng với dõn số

85300 người và cú diện tớch canh tỏc 135000 ha tra tiờu chuẩn thiết kế đờ sụng (Bảng 3 – 1 giỏo trỡnh thiết kế đờ và cụng trỡnh bạo vệ bờ) ta cú cấp của tuyến đờ là cấp I

2.2 Tiờu chuẩn và cỏc chỉ tiờu tớnh toỏn :

2.2.1 Tiờu chuẩn phũng lũ của cụng trỡnh đờ :

-Tra bảng 5 với công trình cấp I ta có: tiêu chuẩn phòng lũ là 100  150 năm 2.2.2 Độ cao gia cao an toàn của đờ :

-Tra bảng 6 với công trình cấp I ta có: độ gia cao an toàn của đê là 0,8 m

2.2.3 Gradien thấm cho phộp của đờ:

a) Gradien thấm cho phộp của đất nền [J]đn:

-Tra bảng 7 với công trình cấp I ta có:

+ Tầng ít thấm, đất á sét: [Jđn] = 0,32

+ Tầng thấm, đất cát hạt trung [Jđn] = 0,22

b) Gradien thấm cho phộp trong thõn đờ thi cụng đầm nộn :

-Tra bảng 8 với công trình cấp I ta có: đất đắp đập là đất á sét nên [J] = 0,7 c) Gradien thấm cho phộp của tường tõm, tường nghiờng, thiết bị chúng thấm :

- Đất á sét: [J] = 4

- Đất sét: [J] = 6

2.2.4 Hệ số an toàn chống trượt của đờ đất :

Tra bảng 9 ta có:

+ Điều kiện bình thường: 1,30

+ Điều kiện bất thường: 1,20

2.2.5 Hệ số an toàn chống trượt của tường phũng lũ :

Tra bảng 10 với công trình là cấp I và nền đất ta có:

+ Điều kiện bình thường: K =1,30

+ Điều kiện bất thường: K= 1,15

2.2.6 Hệ số an toàn chống lật của tường phũng lũ :

Tra bảng 11 với công trình cấp I ta có:

+ Điều kiện bình thường: 1,60

+ Điều kiện bất thường: 1,50

3 Phõn tớch lựa chọn tuyến đờ và kết cấu đờ :

3.1 Tuyến đờ :

Căn cứ quy hoạch phũng lũ, quy hoạch phỏt triển kinh tế - xó hội của vựng cần được bảo vệ, điều kiện địa hỡnh, địa chất, xu hướng biến đổi của tuyến sụng , cỏc cụng trỡnh hiện cú (khụng thể, hay cần phải di dời) và cụng trỡnh dự kiến xõy dựng trong tương lai, diện tớch cần phải thu hồi đẻ xõy dựng hoặc cải tạo tuyến đờ, việc bảo vệ cỏc di tớch lịch sử - văn hoỏ, sự phõn định ranh giới hành chớnh …, trờn nguyờn tắc sự dụng tổng hợp qua so sỏnh kinh tế - kỹ thuật cỏc phương ỏn đó lựa chọn Từ đú vạch ra tuyến đờ trờn bỡnh đồ Chỳ ý :

1 – Tuyến đờ cần bố trớ phự hợp với hướng chảy của thế sụng và sụng song với tuyến chủ lưu của dũng chảy khi sụng cú lũ lớn Khoảng cỏch giữa hai tuyến đờ của một đoạn sụng , hoặc khoảng cỏch giữa bờ, bói cao bờn này đến đờ của bờ bờn kia về đại thể gần bằng nhau, khụng nờn đột nhiờn mở rộng hoặc thu hẹp

2 – Tuyến đê trơn tru, các đoạn đê nối với nhau thành đường trơn không để gãy khúc uốn cong nhiều

3 – Cần sử dụng tuyến đê sẵn có và địa hình thuận lợi, đắp đê trên bãi sông tương đối ổn định, có điều kiện địa chất tương đối tốt, nên chừa bãi sông đủ rộng, hết sức tránh vùng đất nền mềm yếu hoặc nền đất thấm nước mạnh, vùng đất ngập nước sâu, lòng sông cổ,vùng có hố xói do vỡ đê tạo thành

4 – Tuyến đê cần bố trí sao cho chiếm ít đất canh tác, di dời ít nhà cửa và công trình, tránh các di tích lịch sử và văn hoá, thuận lộ cho việc hộ đê phòng lũ và quản

lý công trình

5 – Việc bố trí phải đảm bảo yêu cầu tháo lũ nhanh, tránh được sự tác động chính diện của hướng gió, bão thịnh hành và sóng, giữ cho thế sông được ổn định lâu dài, không để cho dòng chảy uy hiếp an toàn đê

3.2 Hình thức kết cấu :

Thông qua tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật đưa ra phương án lựa chọn là :

đê đắp bằng đất đầm nện để phù hợp với tình hình thực tế, sử dụng vật liệu địa phương, điều kiện thi công, giá thành công trình, yêu cầu sự dụng, quả lý và mở rộng tôn cao sau này …

3.2.1 Đoạn đê qua thị xã Sơn Tây (Đoạn 1) :

Đoạn sông mà đoạn đê này đi qua là đoạn sông cong, tuyến đê nằm sát khu vực dân cư, đường sá, kho lương thực, tuyến kênh lấy nước qua thị xã ST, chịu tác dụng trực tiếp của sóng nước sông do hướng gió chủ yếu thổi vào, đà gió lớn mức độ phá hoại cao Do vậy để đảm bảo yêu cầu mỹ quan và kiến trúc đô thị và để tiết kiệm đất đắp mà vàn đạm bảo yêu cầu kỹ thuật, ta lựa chọn hình thưc kết cấu đê là

đê đất đắp đầm nện có tường chống sóng Các thông số vè tường chắn sóng lựa chọn như sau :

+ Tường làm bằng bêtông cốt thép

+ Chiều cao tính từ đỉnh đê đến đỉnh tường : 1,20 (m)

+ Chiều sâu chôn móng : 0,5 (m)

+ Khe lún trên tường chắn sóng bố trí cách nhau 15 (m)

+ Kết cấu tường hợp lý đảm bảo an toàn trượt, lật và đường viền thấm

3.2.2 Đoạn đê qua vùng đầu huyện P (Đoạn 2) :

Đoạn này chủ yếu đi qua khu vực canh tác nông nghiệp, sông cong Vậy ta chọn kết cấu đê là đê đất đồng chất có mái dốc và không làm tường chắn sóng, đê mặt cắt hình thang và đắp bằng đất á sét Vì đoạn sông cong nên làm kè lát mái thượng lưu để chống xói Còn phía hạ lưu trồng cỏ bảo vệ mái

3.2.3 Đoạn đê qua vùng cuối huyện P ( Đoạn 3) :

Đoạn đê này trên đoạn sông tương đối thẳng, địa hình rộng rãi, vùng bảo vệ chủ yếu là đất canh tác nông nghiệp Do vậy chọn hình thức đê đất đắp đầm nện, mặt cắt hình thang Bảo vệ mái đê bằng cách trồng cỏ

+ MNLTK (m) : cao trình mực nước lũ thiết kế

+ a = 0,8 (m) : độ cao gia cao an toàn của đê

+ H (m) : chiều cao nước dềnh do gió

4.1.2 Tính toán các thông số :

1 – Cao trình mực nước lũ thiết kế :

Căn cứ vào cấp đê ta có tiêu chuẩn phòng lũ của đê ứng với chu kỳ lặp lại của lũ lịch sử là 100 dến 150 năm Chọn chu kỳ lặp lại là 125 (năm)

Vậy tần suất thiết kế của công trình đê là : PTK = 1/125 = 0,8%

Để xác định được MNLTK ta phải có chuỗi số liệu nhiều năm Từ đó đi vẽ đường tần suất và ứng với tần suất thiết kế PTK = 0,8% ta có được MNLTK

Tuy nhiên ở đây ta đã có đường quá trình lũ tại Sơn Tây (1971) có tần suất đúng bằng tần xuất thiết kế Vậy MNLTK là mực nước bình quân ngày cao nhất của lũ lịch sử năm 1991

Dựa vào số liệu Bảng 1 ta có : MNLTK = 16,16 (m)

2 – Chiều cao nước dềnh do gió thổi :

Chiều cao nước dềnh xác định như sau :

(4.2) trong đó :

i i

r D





cos

cos 2

(4.3)

trong đó : + i : góc hợp bởi tia tính toán thứ I với hướng gió chính

+ ri (m) : đà gió ứng với tia tính toán thứ i

Cách tính toán như sau :

+ Vẽ một tia xạ chính theo hướng gió chính

+ Trong phạm vi  45o của hai phía tia xạ chính vẽ các góc i = 7,5i với i = -5 ÷ 6

Hình 4.1 – Sơ đồ tính đà sóng

= 4.10-6.

2

48 1210

.12.9,81.6,36 = 0,089 (m)

Vậy h = 0,089 (m)

3 – Tính chiều cao sóng leo HSL:

Chiều cao sóng leo tính ứng với tần suất P = 2%, trường hợp hệ số mái của đê



Trong đó:

+ m : hệ số mái dốc của đê Chọn m = 3

+ H và L (m) : Là chiều cao và chiều dài sóng trung bình trước đê:

+ K : hệ số kể đến độ nhám và tính thấm của mái

Tra Bảng 2 – 6 với gia cố mái bằng bê tông và tấm lát bê tông ta có K = 0,8

+ KW : hệ số phụ thuộc vận tốc gió W và chiều sâu nước trước đê h

g.h  9,81.6,36   Tra Bảng 2-7 ta có : KW = 1,30 + K : hệ số xét đến góc nghiêng  giữa phương truyền sóng và pháp tuyến trục đê

Với  = 0o Tra Bảng 2 – 9 ta có : K = 1

+ Kpl : hệ số tính đổi tần suất luỹ tích của chiều cao sóng leo phụ thuộc H S/h

* Xác định H và L :

+ Giả thiết trường hợp tính toán là sóng nước sâu : (h > 0,5.L s)

Tính các đại lượng không thứ nguyên:

Trường hợp không có tài liệu lấy thời gian gió thổi liên tục t = 6(h)

48

3600 6 81 , 9

065 , 0 5

, 4414

2

W

T g W

H g W

gt

và

2 2

2  0 , 0045

W

H g

và  0 , 68

W

T g

Tính chiều cao sóng và chu kỳ sóng như sau :

81 , 9

48 0045 , 0

2

% 2

H g

81 , 9

48 68 , 0 81 , 9 2%

Chiều dài sóng trung bình xác định theo công thức:

14 , 3 2

327 , 3 81 , 9 2

Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu : h = 6,36 (m) < 0,5.L = 8,65 (m)

Vậy không thoả mãn điều kiện sóng nước sâu

+ Tính các đặc trưng sóng bình quân theo trường hợp sóng nước nông

Tính các giá trị không thứ nguyên :

004 , 0

2

W

T g W

H g

Tính chiều cao và chu kỳ sóng :

81 , 9

48 004 , 0 81 , 9

81 , 9

48 62 , 0 81 , 9

Tính chiều dài sóng trung bình :

14 , 3 2

03 , 3 81 , 9 2

Kiểm tra điều kiện sóng nước nông : h = 6,36(m) < 0,5.L = 7,17 (m)

Vậy thoả mãn điều kiện của sóng nước nông

ĐĐ = MNLTK + H + HSl + a = 16,16 + 0,089 + 2,64 + 0,80 = 19,69 (m)

4.1.3 Cao trình đỉnh đê có sét đến độ cao phòng lún trong thi công :

Ta lấy độ dự độ lún dự phòng lún khi thi công là 5% của chiều cao thân đê :

6%.(19,69 – 9,80) = 6%.9,89 = 0,59(m)

Vậy cao trình đỉnh đê ĐĐ = 19,89 + 0,59 = 20,48 (m)

Để đơn giản cho thiết kế và thi công ta chọn :ĐĐ = 20,5(m)

Đối với đoạn đê đi qua thị xã, có xây tường chắn sóng, chọn cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đê là 20,5 (m) , chiều cao tường là 0,5 (m), chiều sâu chôn móng là 0,6 (m)

4.2 Kết cấu đỉnh đê, mái đê và cơ đê :

Chiều rộng đỉnh đê, ngoài việc phải thoả mãn yêu cầu ổn định chung và ổn định thấm, cần xét đến yêu cầu thi công, yêu cầu xử lý cấp cứu hộ đê, kể cả trường hợp vượt lũ thiết kế, yêu cầu kết hợp giao thông trên đỉnh đê và các yêu cầu khác Theo Bảng 3 – 1 Với đê cấp I, chọn chiều rộng đỉnh đê là : 6,0 (m), đối với đoạn đê

đi qua thị xã ST, chọn 6,0 (m) để đảm bảo yêu cầu trong việc kết hợp làm đường giao thông, (không kể phần tường chắn sóng), đỉnh đê được cấu tạo bằng phẳng, nền và thân đê được gia cố chắc chắn Các đoạn đê cần làm dốc đảm bảo yêu cầu

giao thông, với độ dốc 10%

Để tăng hệ số an toàn ổn định chống trượt và khống chế không cho điểm ra của đường bão hoà thoát ra mái đê, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công, kết hợp làm đường hộ đê, ở mái đê đất phía đồng ta bố trí một cơ đê rộng 3,0 (m), và ở độ cao cách đỉnh đê 3,5 (m) là ở độ cao 17,0 (m), chọn mái đê phía đồng

m = 2,5 (m) , hệ số mái phía sông là m = 3,0

4.3 Thiết bị chống thấm :

Do địa hình địa chất vùng này có phong phú đất á sét nên vật liệu dùng để đắp

đê, tầng phủ đều là đất á sét Cả hai loại đất này đều có hệ số thấm không lớn, nhưng để an toàn chống thấm cho đê, ta phải tuân thủ các biện pháp chống thấm bao gồm:

+ Chất lượng đất đắp đê phải đảm bảo chỉ tiêu TKK = 14,5 (KN/m3) và các chỉ tiêu kháng cắt của đất và hệ số thấm

+ Để hạn chế thấm và giảm áp lực thấm đẩy ngược của dòng thấm có áp trong nền cát thông với sông ta sử dụng các giếng bơm giảm áp bố trí ở mái đê phía đồng Nhưng các giếng này phải có cấu tạo tầng lọc ngược hợp lý

4.4 Biện pháp giảm tác động của sóng :

Để giảm tác động của sóng, mái phía sông đoạn đê qua thị xã (đoạn 1) và qua huyện (đoạn 2) ta sử dụng kết cấu kè lát mái bằng đá hộc lát khan vừa bảo vệ mái, vừa kết hợp chống xói chân đê, riêng đoạn 1 ở đỉnh đê có tường chăn sóng đảm bảo được yêu cầu về thẩm mỹ đồ thị Còn đoạn cuối của tuyến đê (đoạn 3), do

có bãi bồi, tuyến đề ở phía bờ lồi nên sử dụng biện pháp chống sóng bằng cách trồng hai hàng tre ven chân đê để bảo vệ tác động của sóng

4.5 Thiết kế bảo vệ mái đê :

4.5.1 Chỉ dẫn chung:

Theo tài liệu bình đồ đã cho thì, đoạn đê đi qua thị xã và đi qua huyện là đoạn

đê có cảng ST nằn trong đoạn này có yêu cầu lớn về giao thông thuỷ, có nhiều phương tiện tàu bè đi lại, dễ gây ra va chạm với thân đê, có khả năng tạo ra sóng đe doạ mái đê, mặt khác trong đoạn này hướng gió chính lại thổi trực diện về phía cảng Hơn nữa, đoạn sông đi qua thị xã là khúc cong nhất của đoạn sông cong, và ở phía bờ lõm nũa, nên quá trình diễn biến rất nhanh, dễ gây ra xói ở chân đê và làm trượt mái đê Do đó, đoạn đê này là đoạn đê bất lợi nhất về vấn đề ổn định mái đê

Để đảm bảo an toàn cho mái đê trong trường hợp này, thích hợp nhất là ta dùng kết cấu kè lát mái bằng đá hộc lát khan Còn đối với đoạn đê cuối cùng, do có hàng tre chống sóng, lại có bãi phía trước đê, không thường xuyên bị ngập nước, vì vậy giảm đáng kể tác động của sóng, ta chỉ cần trồng cỏ bảo vệ mái là được Mái phía đồng thường chỉ bị xói mòn do mưa nên chỉ cần bảo vệ mái bằng thảm cỏ

Vì đê có chiều cao khá lớn (10,7m), để chống xói mòn phá hoại mái đê do dòng chảy tràn ta bố trí rãnh tiêu nước dọc theo mép trong cơ đê, chân mái đê Rãnh này sẽ hứng nước từ đỉnh và mái trên đổ xuống Từ rãnh dọc này, với khoảng

cách 100 (m), bố trí các rãnh ngang dẫn nước xuống chân mái dưới, rãnh tiêu nước

là rãnh làm bằng gạch xây, đối với những đoạn đê đã được bảo vệ bằng kè lát mái không phải làm rãnh tiêu nước mặt

4.5.2 Thiết kế kè bảo vệ đê cho đoạn đê áp sát sông:

1 – Xác định phạm vi cần làm kè bảo vệ mái đê :

Kè bảo vệ mái dốc là một bộ phận quan trọng để để đảm bảo ổn định cho đê,

về chí phí để xây dựng nó cũng một tỷ lệ đáng kể trong các dự án đê điều và bảo vệ

bờ, nên cần phải xá định phạm vi để làm kè bảo vệ sao cho hợp lý giảm được chí phí xây dựng mà vẫn đảm bảo được yêu cần kĩ thuật Ta xây kè bảo vệ cho toàn bộ mái của đoạn 1 và đoạn 2 vì đoạn này đê sát với sông, còn đoạn cuối cùng do có bãi ở trước đê có thể giảm đáng kẻ tác động của sóng nên ta chỉ cần trồng cây tre bảo vệ bờ là được

2 – Lựa chọn hình thức kè bảo vệ :

Chọn hình thức kè bảo vệ mái là hình thức kè bằng đá hộc lát khan bố trí tầng lọc kết hợp lớp chuyển tiếp Cấu tạo mặt cắt ngang của thiết bị bảo vệ mái như Hình 4.2

Hình 4.2 – Kết cấu kè lát mái thượng lưu đê

3 – Tính toán kích thước lớp bảo vệ:

 Trọng lượng của hòn đá hoặc cấu kiện:

Trọng lượng ổn định của hòn đá hoặc cấu kiện kết cấu kè có thể xác định theo công thức Hudson :