Một số vấn đề kỹ thuật trong thiết kế và tính toán chặn dòng khi đắp đê, đập bằng đất, cát ở vùng ven biển và sông Triều PGS.TS. Hồ Sĩ Minh

Một số vấn đề kỹ thuật trong thiết kế và tính toán chặn dòng khi đắp đê, đập bằng đất, cát ở vùng ven biển và sông Triều PGS.TS. Hồ Sĩ MinhMột số vấn đề kỹ thuật trong thiết kế và tính toán chặn dòng khi đắp đê, đập bằng đất, cát ở vùng ven biển và sông Triều PGS.TS. Hồ Sĩ MinhMột số vấn đề kỹ thuật trong thiết kế và tính toán chặn dòng khi đắp đê, đập bằng đất, cát ở vùng ven biển và sông Triều PGS.TS. Hồ Sĩ MinhMột số vấn đề kỹ thuật trong thiết kế và tính toán chặn dòng khi đắp đê, đập bằng đất, cát ở vùng ven biển và sông Triều PGS.TS. Hồ Sĩ Minh

MỘT SỐ VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CHẶN DÒNG KHI ĐẮP ĐÊ, ĐẬP BẰNG ĐẤT, CÁT Ở VÙNG VEN BIỂN VÀ SÔNG TRIỀU PGS.TS Hồ Sĩ Minh Bộ môn Thi công - Trường ĐHTL Tóm tắt: Nội dung báo kết phần nghiên cứu thuộc đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu tính toán thủy lực công nghệ chặn dòng công trình vùng triều “do Trường Đại học Thủy lợi chủ trì, PGS.TS.Hồ Sĩ Minh chủ nhiệm đề tài GIỚI THIỆU Công trình xây dựng vùng cửa sông, ven biển đất cát phổ biến Là loại vật liệu khai thác chỗ, nên dễ chủ động cho thi công giá thành công trình thấp Nhưng có khó khăn sau: - Vì phải thi công nước có mực nước thủy triều thay đổi hàng ngày nên mái phải xoải, khối lượng đất, cát lớn Khối lượng tăng lên nhiều hay phụ thuộc phương pháp tổ chức thi công - Mức độ sụt lún ban đầu lớn Sau vài năm mặt cắt đập ổn định - Tổ chức thi công chặn dòng khó khăn - Bãi cát phải đủ khối lượng cho đắp đập, có khoảng cách gần đập Điều kiện biên vùng lấy cát Điều kiện biên đất đập Chọn kiểu khai thác cát Mặt cắt đập, chiều dài đập Điều kiện biên thuỷ lực LƯỢC ĐỒ THIẾT KẾ SƠ BỘ (Hình 1) Đắp đập cát phải thỏa mãn điều kiện sau đây: - Có máy móc thi công khai thác đủ khả đổ cát đắp đập, đặc biệt giai đoạn chặn dòng Có phương tiện giới đường thủy tàu hút bùn, tàu thuyền thả cát 2.1 Điều kiện biên vùng xây dựng : Cần xem xét khu vực xây dựng có liên quan đến vùng triều để có định chặn phần hay chặn toàn Điều liên quan đến chế độ dòng chảy qua cửa thu hẹp lưu tốc, mực nước Cần xem xét trữ lượng cự ly bãi cát đến vị trí xây dựng công trình 2.2 Điều kiện đập bãi vật liệu - Thăm dò khảo sat tính chất đất theo vùng đập Tính toán lượng cát trôi Tiến trình thời gian Hình 1: Lược đồ thiết kế sơ - Đánh giá trạng tính chất cát bãi cần khai thác đắp đập Xem xét hai vấn đề để định phương án thiết kế đập mềm, thay đổi phần đất mềm cát, điều cần xem xét cụ thể lựa chọn thiết bị thi công 21 Lược đồ sau dùng để tính quan hệ t=0 t = to hb = với t < n chu kỳ triều t = t + t h = h(t) - hb 2.3 Điều kiện thủy lực h < Đúng Sai Qg = -mA(h) g h , Hình 2: Sơ đồ chặn dòng toàn phần nước, chiều rộng cửa thu hẹp thời gian: dh Qb  Bhb  b dt Trong đó: Qb - lưu lượng chảy đầy vịnh (m3/s) Bhb  - diện tích mặt vịnh (m2) thay đổi theo chiều sâu nước vịnh hb (m) t - thời gian (s) Trong trình chặn, lưu tốc dòng phụ thuộc vào: - Sự lựa chọn chặn toàn phần hay phần, hình ví dụ chặn toàn phần - Chế độ thủy triều - Kho triều vịnh - Lưu lượng nguồn sông chảy vào - Thay đổi mặt cắt ngang trình chặn Lưu lượng qua cửa chặn dòng phụ thuộc thời gian, diện tích cửa chặn dòng tổn thất cột nước qua cửa chặn dòng biểu diễn theo công thức: Qg  mt , A At  ght , A (1) Trong đó: Qg - Lưu lượng qua cửa chặn dòng (m/s) m - Hệ số lưu lượng, sơ m = 0,9 thu hẹp ít, cửa chặn dòng chọn m = 0,4 (đã kể đến hệ số thu hẹp bên) A - mặt cắt ngang cửa chặn (m2) g - gia tốc trọng trường (m/s2) h - tổn thất cột nước cửa chặn (m) Mặt cắt ngang cửa chặn dòng phụ thuộc mực nước biển mực nước sông Tổn thất cột nước h hs  hb Lưu tốc trung bình U = Q/A phụ thuộc thời gian Có thể tính cho trường hợp với mặt cắt A chiều rộng cửa chặn dòng thay đổi 22 Qg = mA(h) gh u(t) = Qg/A(hb) Qb = Qg + Q1(t) Q t hb = h + b B(h) hb t  ; Nếu đo tổn thất h dhb / dt cửa chặn dòng biết lưu lượng lớn qua h B cửa chặn dòng thì: t  b Bước thời gian Qg max nên chọn nhỏ giai đoạn thu hẹp lúc lưu lượng lớn Lưu tốc qua cửa chặn dòng trình thu hẹp thông số quan trọng, định khối lượng cát tổn thất trình đắp đập chặn dòng, định chọn phương pháp trình tự thi công CÁT TRÔI TRONG QUÁ TRÌNH CHẶN DÒNG Cát trôi nhiều diện tích mặt cắt ngang bị thi hẹp  30% so với mặt cắt ban đầu Khối lượng cát phải tăng lên biết thể tích hình học đập, bao gồm: Khối lượng tăng lên Do lún thân đập Do lún Ra khỏi đập Xói phần đắp Trôi dòng chảy 3.1 Do lún thân đập Theo nghiên cứu Viện nghiên cứu Khoa học Thủy Lợi miền Nam, sau đắp đập, đập bị lún xuống với chiều cao  5% chiều cao thiết kế đập [1] 3.2 Do lún Sử dụng toán tính lún theo phương pháp tính tổng độ lún lớp theo quy phạm sử dụng kết nghiên cứu GS Nguyễn Văn Thơ [1], 3.3 Trôi khỏi đập Dòng chảy có vùng: dòng chính, giáp đầu đắp dòng rối, phía hạ lưu đầu đập dòng xoáy Từ trục đập tới chân đập lưu tốc tăng xấp xỉ 10% Chiều rộng phát sinh dòng rối chiếm khoảng 30% chiều rộng dòng Dòng xoáy có lưu tốc thấp hơn, cát trôi nhiều, bỏ qua tính toán 3.3.1 Lượng cát trôi xói trường hợp lấp đứng Phần trôi dòng chính: Em  0.06.C D503 1  n g  2.5  0.06u (2) C D50 2 (1  n) g Trong đó: Em - lượng bùn cát trôi đơn vị dòng gây (m3/s.m) n - độ rỗng a - hệ số hiệu chỉnh, a = 0.06 C - hệ số chézy: C  18 log 12h ks h - độ sâu nước (m) k s - độ nhám đáy (m), sông vùng triều Việt nam chọn k s = D50 =3mm, D50 đường kính cát đáy sông   w  s w  s - khối lượng riêng bùn cát (kg/m3)  w -khối lượng riêng nước biển (kg/m3) u2  C D50 u - lưu tốc trung bình mặt cắt (m/s) D50 - đường kính hạt trung bình (m) Lượng cát trôi dòng chảy rối Et  0.34u 3.5 C 1.5 D500.25 1.25 (1  n) g Tổng lượng cát trôi lấp đứng Tổng lượng cát trôi dòng dòng rối trường hợp lấp đứng từ hai phía chu kỳ triều là: Lh  T  lbo  0  0 E m d y  D I E tI  D II E tII dt   T Trong đó: T - chu kỳ triều (s) DI - khoảng cách trục cửa chặn dòng tới chân kè phía I (m) DII - khoảng cách trục cửa chặn dòng tới chân kè phía II (m) ( hình 3) EtI - tổn thất cát đơn vị tính theo công thức (3) (m3/s.m) coi H  H I EtII - tổn thất cát đơn vị tính theo công thức (3) (m3/s.m) với H  H II Em - lượng cát trôi dòng tính theo công thức (2) lbo - khoảng cách hai chân kè tuyến trục đập Hình 3: Thi công lấp đứng Tổng lượng cát trôi cửa chặn dòng Khi hai đầu đập tiến lại, chân kè chạm gối lên chiều sâu H (xem hình 3) phần gối nhỏ tổng chiều rộng phần rối 0,3 DI +0,3 DII , lượng tổn thất cát trôi tính theo : Lh  (3) Trong : Et - lượng bùn cát trôi đơn vị dòng xoáy gây (m3/s.m) T T l 0   E tI  E tII dydt với l  0,3DI  0,3DII Công thức không áp dụng cho trường hợp độ sâu nước 1m, hay diện tích 150m2 bỏ qua lượng cát trôi với điều kiện lực đắp cát thỏa mãn 3.3.2 Lượng cát trôi lấp Tương tự biểu diễn lấp đứng ta có: 23 Ev  Lv  0.05u (4) C D50  (1  n) g T T C' B'  E v dydt Trong đó: qld - cát trôi đầu đập (m3/h.m) qle - cát trôi phía (m3/h.m) qld  B.E m , B  ; qle  A.Et , A  0.25 (5) E m , Et - Lượng cát trôi tính toán theo công thức (2), (3), (4) tra trực tiếp biểu đồ Tổng lượng cát trôi tính theo (5) Hình 4: Thi công lấp XÁC ĐỊNH LƯỢNG CÁT TRÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRA BIỂU ĐỒ Hiện công thức giới thiệu trên, người ta lập biểu đồ tra sẵn Để sử dung biểu đồ, mặt cắt ngang lòng sông sơ đồ hóa cách chia nhiều đoạn có chiều rộng độ sâu hi , thể hình Q  qld  qle ƯỚC TÍNH THỜI GIAN ĐẮP ĐẬP p V (1  ) 100 T Qc Trong đó: T - thời gian đắp đập (giờ) V - thể tích đập (m3) P - tỷ lệ % lượng cát tổn thất Qc - khả cung cấp cát (m3/h) KẾT LUẬN Hình 5: Sơ đồ hóa mặt cắt lòng sông Lượng cát trôi đơn vị chiều rộng mặt cắt đặc trưng là: qt  qld  qle Trên nội dung thiết kế thi công công trình vùng triều đất, cát Các công thức sử dụng rút từ kết thực đo thực nghiệm nhiều công trình giới nước Tuy nhiên xây dựng nhiều công trình hệ số hiệu chỉnh sát với điều kiện thi công Việt nam Tài liệu tham khảo Nguyễn Thanh Ngà, Nguyễn Văn Thơ, Trần Như Hối, Phan Trong Sanh - Xây dựng đập ngăn mặn Nhà xuất Nông nghiệp, 1994 Ministry of Transport, Pulic works and Management Road and Hydraulic Engineering Division: Sand Closures, October 1992 The Closure of Tidal Basins - Delft University Press, 1984 Abstract: Some of the problems in the design and calculation of hydraulics works when using of sand closure in tidal regions Sand closure is never done in Vietnam, although in fact, the construction of Vamdon dam at Bentre province was not susseful when the dam is constructed by sand This paper given some of the problems in the design that should be noted when using of sand closure in tidal regions The design process of a sand closure is showed by a project organization group of the Ductch Ministry of Public Works We hope that many sand dams will be constructed in tidal regions in Vietnam in futrure Người phản biện: TS Lê Văn Hùng 24 ... [1], 3.3 Trôi khỏi đập Dòng chảy có vùng: dòng chính, giáp đầu đắp dòng rối, phía hạ lưu đầu đập dòng xoáy Từ trục đập tới chân đập lưu tốc tăng xấp xỉ 10% Chiều rộng phát sinh dòng rối chiếm khoảng... miền Nam, sau đắp đập, đập bị lún xuống với chiều cao  5% chiều cao thiết kế đập [1] 3.2 Do lún Sử dụng toán tính lún theo phương pháp tính tổng độ lún lớp theo quy phạm sử dụng kết nghiên cứu... hẹp thông số quan trọng, định khối lượng cát tổn thất trình đắp đập chặn dòng, định chọn phương pháp trình tự thi công CÁT TRÔI TRONG QUÁ TRÌNH CHẶN DÒNG Cát trôi nhiều diện tích mặt cắt ngang