Nghiên cứu ứng dụng khối phủ mới RAKUNA IV cho đê chắn sóng cảng than nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch Quảng Bình

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU ĐÊ CHẮN SÓNG CÔNG TRÌNH CẢNG 3 1.1. Tổng quan về khối phủ dị hình 3 1.1.1. Các loại khối phủ dị hình đã sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam 3 1.1.2. Một số loại khối phủ dị hình được sử dụng phổ biến: 5 1.2. Cấu tạo đê chắn sóng sử dụng khối phủ dị hình 18 1.2.1. Gia cố bờ (Revetments): 18 1.2.2. Đê biển (Seadykes): 19 1.2.3. Hệ thống mỏ hàn ngăn cát (Groins) 21 1.2.4. Hệ thống đê chắn sóng song song với bờ (Breakwater): 22 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG KHỐI PHỦ RAKUNA IV CHO ĐÊ CHẮN SÓNG 23 2.1. Giới thiệu khối phủ Rakuna IV 23 2.2. Những ưu nhược điểm của khối phủ Rakuna IV 24 2.3. Các bài toán cơ bản của đê chắn sóng mái nghiêng 25 2.3.1.Quy hoạch công trình: 25 2.3.2.Tính toán lan truyền sóng. 28 2.3.3. Các KT cơ bản của đê chắn sóng mái nghiêng sử dụng khối phủ dị hình 35 2.3.4.Tính toán kiểm tra lưu lượng sóng tràn qua đê 43 2.3.5.Tính toán lưu lượng, chiều cao sóng tràn 44 2.3.6.Tính toán ổn định 46 2.3. So sánh khối phủ Rakuna IV với một số khối phủ khác 49 2.3.1.Khả năng tiêu phá sóng 49 2.3.2. Khả năng liên kết trong lớp, độ ổn định 49 2.3.3. Trọng lượng yêu cầu 50 2.3.4. Giá thành sử dụng 52 2.3.5. Ý nghĩa nhân văn 56 2.4. Đánh giá khả năng ứng dụng khối phủ Rakuna IV cho đê chắn sóng ở Việt Nam 56 2.4.1.Điều kiện chế tạo 56 2.4.2.Điều kiện sử dụng 57 2.4.3.Điều kiện về kinh tế 58 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN QUẢNG TRẠCH QUẢNG BÌNH 59 3.1. Tổng quan về nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch Quảng Bình 59 3.1.1. Thông tin chung 59 3.1.2.Vị trí xây dựng 60 3.2. Điều kiện tự nhiên khu vực 60 3.2.1.Điều kiện địa hình, địa chất khu vực 60 3.2.2.Điều kiện khí tượng thủy văn khu vực 64 3.3. Phương án bố trí mặt bằng tuyến đê 70 3.3.1. Các phương án bố trí mặt bằng tuyến đê 70 3.4. Tính toán đê chắn sóng mái nghiêng sử dụng khối phủ dị hình 72 3.4.1.Tính toán lan truyền sóng 72 3.4.2. Kích thước hình học và cấu tạo của đê 75 3.4.3. Tính toán kiểm tra lưu lượng sóng tràn qua đê 92 3.4.4. Tính toán ổn định 93 3.5. Kết luận chương 3 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 1. KẾT LUẬN 97 2. KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Chiều dày trung bình đo được khi Tetrapod xếp hai lớp. 7 Bảng 1.2: Số liệu thống kê ở Nga khi Tetrapod xếp 2 tầng. 7 Bảng 1.3: Các số liệu cho khi xếp Tetrapod 2 tầng 8 Bảng 1.4: Bảng Một số ĐCS sử dụng khối phủ dị hình ở nước ta 16 Bảng 1.5: Bảng tính toán tải trọng sóng tác động lên mặt tường đỉnh 16 Bảng 1.6: Bảng tính toán tải trọng sóng tác động lên mặt tường đỉnh 42 Bảng 1.7: Sóng tràn cho phép khi xét đến mức độ hư hỏng của công trình 43 Bảng 1.8: Sóng tràn cho phép đến mức độ thuận tiện cho khai thác 44 Bảng 2.1: Các chỉ số của khối phủ Rakuna IV 23 Bảng 2.2: Trọng lượng và thể tích các loại khối phủ Rakuna IV 24 Bảng 2.3: Bảng tính toán tải trọng sóng tác động lên mặt tường đỉnh 42 Bảng 2.4: Sóng tràn cho phép khi xét đến mức độ hư hỏng của công trình 43 Bảng 2.5: Sóng tràn cho phép đến mức độ thuận tiện cho khai thác 44 Bảng 2.6: Giá trị khoảng rỗng điển hình cho lớp phủ 4949 Bảng 2.7: Trọng lượng lớn nhất được gợi ý của các khối phủ bê tông 4950 Bảng 2.8: Tính toán chiều cao sóng TK với các loại khối phủ Rakuna – IV 4951 Bảng 2.9: Tính toán chiều cao sóng TKvới các loại khối phủ Tetrapod 4951 Bảng 2.10: Trọng lượng yêu cầu một khối phủ 4952 Bảng 2.11. Tính toán giá thành cho khối phủ Rakuna IV 53 Bảng 2.12. Tính toán giá thành cho khối phủ Tetrapod 54 Bảng 2.13. Tính toán giá thành cho khối phủ Accropod 55 Bảng 3.1: Các thông tin chung về dự án 59 Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý lớp địa chất 633 Bảng 3.3: Vận tốc gió trạm Ba Đồn (19602010) 644 Bảng 3.4: Số cơn bão đổ bộ vào vùng bờ biển Nghệ An Quảng Bình 66 Bảng 3.5: Lượng mưa năm của trạm Ba Đồn (mm) 66 Bảng 3.6: Lượng mưa ngày lớn nhất tháng, năm của trạm đại biểu (mm) 667 Bảng 3.7: Lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế của trạm đại biểu (mm) 67 Bảng 3.8: MNLN năm ứng với các tần suất tại trạm Tân Mĩ (cm) 68 Bảng 3.9: Mực nước nhỏ nhất năm ứng với các tần suất tại trạm Tân Mĩ 68 Bảng 3.10: Tần suất mực nước giờ tại Hòn La (hệ hải đồ) 68 Bảng 3.11: Kết quả phân vùng sóng 74 Bảng 3.12: Đề xuất mực nước cao nhất thiết kế 76 Bảng 3.13: Cao trình đỉnh đê xác định theo OCDI 7676 Bảng 3.14: Chiều cao sóng thiết kế 77 Bảng 3.15: Trọng lượng khối phủ Tetrapod tính theo Hudson 78 Bảng 3.16: Trọng lượng khối phủ Rakuna IV tính theo Hudson 78 Bảng 3.17: Trọng lượng khối phủ Dolos tính theo Hudson 78 Bảng 3.18: Chiều dày khối phủ tính toán 79 Bảng 3.19: Trọng lượng lớp lót dưới theo BS 6349 80 Bảng 3.20: Trọng lượng lớp lót dưới theo BS 6349 80 Bảng 3.21: Chiều dày lớp lót dưới theo tiêu chuẩn Anh BS 6349 80 Bảng 3.22: Kết quả tính lực tác dụng lên tường đỉnh theo CEM 82 Bảng 3.23: Bảng tính toán tải trọng sóng tác động lên mặt tường 83 Bảng 3.24: Bảng tính áp lực sóng đẩy nổi lên tường đỉnh 84 Bảng 3.25: Xác định chiều dầy bê tông tường đỉnh 85 Bảng 3.26: Kết quả TT lưu lượng tràn qua đê trong điều kiện cực hạn 92 Bảng 3.27: Kết quả tính toán lưu lượng tràn qua đê trong ĐK khai thác 92 Bảng 3.28: Trọng lượng yêu cầu khối Rakuna IV 94 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Công trình sử dụng khối phủ dị hình. 3 Hình 1.2: Các loại khối bê tông dị hình cho đê chắn sóng 5 Hình 1.3: Cách xếp hai lới khối tetrapod trên mái 6 Hình 1.4: Kích thước khối Tetrapod ở Mỹ. 6 Hình 1.5: Sơ đồ kích thước khối Tetradod. 8 Hình 1.6: Công trình sử dụng khối dolos 9 Hình 1.7: Một phương án xếp khối dolos 10 Hình 1.8: Công trình sử dụng Khối Accropode II 11 Hình 1.9: Khối Ecopode (1996) 11 Hình 1.10: Khối Accropode II (2004) 122 Hình 1.11: Khối Haro được sử dụng trong hệ thống công trình cải tạo cửa sông Ninh Cơ Nam Định 13 Hình 1.12: Khối HARO và các kích thước tiêu chuẩn. 14 Hình 1.13: Lắp đặt khối Haro trên mái dốc với PT thi công đơn giản. 14 Hình 1.14: Sử dụng khối phủ Stone block cho đê chắn sóng 15 Hình 1.15: Sử dụng Stone block cho công trình kè bờ 15 Hình 1.16: Khối Tetrapod Đê chắn sóng cảng Tiên Sa Đà Nẵng 16 Hình 1.17: Khối phủ Accopode cho ĐCS nhà máy lọc dầu Dung Quất 17 Hình 1.18: Đê chắn sóng cho Cảng Vũng Áng Hà Tĩnh 17 Hình 1.19: Mặt cắt điển hình kè gia cố bờ. 188 Hình 1.20: Mặt cắt điển hình đê biển. 20 Hình 1.21: Mặt cắt điển hình Đê mỏ hàn ngăn cát giảm sóng. 22 Hình 2.1: Hình dạng khối phủ Rakuna IV 23 Hình 2.2: Các dạng công trình bảo vệ bờ biển 25 Hình 2.3: Các dạng mỏ hàn biển 26 Hình 2.4: Sơ đồ bồi lắng giữa các mỏ hàn trong TH góc  = 30 55 độ 27 Hình 2.5: Sơ đồ bồi lắng giữa các mỏ hàn TH sóng vuông góc với bờ 28 Hình 2.6: Kích thước tường đỉnh 39 Hình 2.7: Sơ đồ tính toán ổn định tường đỉnh theo Pedersen 1996 40 Hình 2.8: Sơ đồ tính toán sóng tràn theo CEM 100121001 45 Hình 2.9. Liên kết giữa các khối Rakuna IV 50 Hình 2.10. Mặt cắt đê cho các loại khối phủ 52 Hình 2.11: Cấu tạo ván khuôn khối phủ Rakuna IV 57 Hình 3.1: Cao độ mặt bằng khu vực 611 Hình 3.2: Trắc dọc khu vực bố trí tuyến đê 622 Hình 3.3: Hoa gió khu vực ngoài khơi dự án (UKMO, 20012010) 65 Hình 3.4: Măt bằng bố trí tuyến đê phương án 1. 700 Hình 3.5: Măt bằng bố trí tuyến đê phương án 2 71 Hình 3.6: Mặt cắt ngang đầu đê phân đoạn V 88 Hình 3.7: Mặt cắt ngang thân đê phân đoạn IV 89 Hình 3.8: Mặt cắt ngang thân đê phân đoạn III 90 Hình 3.12: Mặt cắt ngang gốc đê đoạn 1 phân đoạn I 91 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Ngày nay khi mà các công trình cảng lớn phần đa được xây dựng tại các vùng biển hở, tác động của sóng tới bể cảng là yếu tố quan trọng hàng đầu trong thiết kế và yêu cầu cần có đê chắn sóng càng trở nên thiết yếu. Đê chăn sóng là công trình bảo vệ cho bể cảng, giúp chống lại tác động của sóng. Khối phủ là một phần rất quan trọng của đê chắn sóng, là yếu tố quyết định đến khả năng làm việc của đê chắn sóng, cũng như tính ổn định của các cấu kiện còn lại của đê chắn sóng. Hiện nay, có rất nhiều dạng khối phủ mái có thể kể tên như: Tetrapod, Dolos, Accropode, Rakuna IV, Hohlquader,.v.v…mỗi dạng khối phủ có những ưu, nhược điểm cũng như khả năng thích ứng với mỗi dạng công trình khác nhau. Đặc biệt khối phủ Rakuna IV có nhiều ưu điểm nổi trội so với các khối phủ khác cho đê chắn sóng đã được ứng dụng hiệu quả ở Nhật Bản, song chưa được sử dụng ở Việt Nam, hiện nay các nhà khoa học Nhật Bản và Việt Nam đang tích cực nghiên cứu thử nghiệm tại Việt Nam. Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng khối phủ mới RAKUNA IV cho đê chắn sóng cảng than nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch Quảng Bình” hướng đến việc đánh giá sự phù hợp của mỗi loại khối phủ ứng với mỗi điều kiện sóng và chức năng cảng khác nhau, kết hợp các loại khối phủ khác nhau trong cùng một đê chắn sóng đồng thời luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu để đề xuất ứng dụng khối phủ Rakuna IV cho đê chắn sóng ở nước ta. 2. Mục đích của đề tài Tổng kết, phân tích đánh giá ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng của các dạng khối phủ với mỗi điều kiện sóng và chức năng cảng khác nhau. Đề xuất phương án sử dụng kết hợp các loại khối phủ trong cùng một đê chắn sóng khi điều kiện sóng ở các phân đoạn đê khác nhau. Đi sâu nghiên cứu: Tính toán, phân tích, đánh giá khối phủ Rakuna IV trong điều kiện Việt Nam, nhằm đề xuất sớm được đưa vài sử dụng khối phủ này cho ĐCS ở nước ta. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Khối phủ mái đê chắn sóng Phạm vi nghiên cứu: Các khối phủ dạng Tetrapod, Accoropode, Rakuna IV. 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp lý thuyết, tổng hợp, tính toán và so sánh. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: Phân tích, đánh giá ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các dạng khối phủ mái đê chăn sóng thông dụng. Từ đó có các kết luận, đề xuất và kiến nghị sử dụng trong thiết kế công trình đê chắn sóng. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp các kỹ sư định hướng việc lựa chọn, kết hợp hợp lý các loại khối phủ trong thiết kế mái đê chắn sóng. Ứng dụng khối phủ Rakuna IV trong điều kiện sóng biển ở nước ta. Vận dụng tính toán cho ĐCS cho cảng than NMĐ Quảng Trạch. 6. Nội dung của đề tài: Luận văn gồm những nội dung sau: Mở đầu Chương 1 Tổng quan về kết cấu đê chắn sóng công trình cảng Chương 2 Cơ sở khoa học ứng dụng khối phủ Rakuna IV cho đê chắn sóng Chương 3 Ứng dụng tính toán công trình thực nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch Quảng Bình Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và

tôi sẽ chịu trách nhiệm về sự trung thực của các nội dung trong luận văn

Tác giả

KS NGUYỄN TIẾN DŨNG

LỜI CẢM ƠN

Sau 2 năm học tập chương trình đạo tạo thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy, trường Đại học Giao thông vận tải Tp HCM, được sự hướng

dẫn của thầy PGS.TS Đỗ Văn Đệ, em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng d ng

h i ph i RAKUNA - IV cho đê chắn sóng cảng th n nh nhi t đi n uảng r ch - uảng nh” và đến nay luận văn đã được hoàn thành

Trong quá trình thực hiện luận văn, em đã được thầy PGS.TS Đỗ Văn Đệ nhiệt tình hướng dẫn Dù rất bận rộn, nhưng thầy đã luôn đôn đốc, chỉ dẫn tận tình, cung cấp các tài liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Bên cạnh đó em còn nhận được sự hỗ trợ rất nhiều của các thầy trong khoa Công trình Giao thông, trường Đại học Giao thông Vận tải TP HCM

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy PGS.TS Đỗ Văn Đệ, quí thầy

ở khoa Công trình Giao thông, trường Đại học Giao thông Vận tải TP HCM và các bạn đồng nghiệp

Mặc dù đề tài hoàn thành nhưng chắc chắn sẽ không tránh được những sai sót

và hạn chế trong quá trình thực hiện Kính mong quí thầy cô góp ý, bổ sung để đề tài trở nên hoàn thiện và có ý nghĩa thiết thực hơn và có thể đưa ra ứng dụng thực tiễn

Tác giả

KS NGUYỄN TIẾN DŨNG

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU ĐÊ CHẮN SÓNG CÔNG TRÌNH CẢNG 3

1.1 Tổng quan về khối phủ dị hình 3

1.1.1 Các loại khối phủ dị hình đã sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam 3

1.1.2 Một số loại khối phủ dị hình được sử dụng phổ biến: 5

1.2 Cấu tạo đê chắn sóng sử dụng khối phủ dị hình 18

1.2.1 Gia cố bờ (Revetments): 18

1.2.2 Đê biển (Seadykes): 19

1.2.3 Hệ thống mỏ hàn ngăn cát (Groins) 21

1.2.4 Hệ thống đê chắn sóng song song với bờ (Breakwater): 22

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG KHỐI PHỦ RAKUNA - IV CHO ĐÊ CHẮN SÓNG 23

2.1 Giới thiệu khối phủ Rakuna - IV 23

2.2 Những ưu nhược điểm của khối phủ Rakuna - IV 24

2.3 Các bài toán cơ bản của đê chắn sóng mái nghiêng 25

2.3.1.Quy hoạch công trình: 25

2.3.2.Tính toán lan truyền sóng 28

2.3.3 Các KT cơ bản của đê chắn sóng mái nghiêng sử dụng khối phủ dị hình 35

2.3.4.Tính toán kiểm tra lưu lượng sóng tràn qua đê 43

2.3.5.Tính toán lưu lượng, chiều cao sóng tràn 44

2.3.6.Tính toán ổn định 46

2.3 So sánh khối phủ Rakuna - IV với một số khối phủ khác 49

2.3.1.Khả năng tiêu phá sóng 49

2.3.2 Khả năng liên kết trong lớp, độ ổn định 49

2.3.3 Trọng lượng yêu cầu 50

2.3.4 Giá thành sử dụng 52

2.3.5 Ý nghĩa nhân văn 56

2.4 Đánh giá khả năng ứng dụng khối phủ Rakuna - IV cho đê chắn sóng ở Việt Nam 56

2.4.1.Điều kiện chế tạo 56

2.4.2.Điều kiện sử dụng 57

2.4.3.Điều kiện về kinh tế 58

CHƯƠNG 3 - ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN QUẢNG TRẠCH - QUẢNG BÌNH 59

3.1 Tổng quan về nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch - Quảng Bình 59

3.1.1 Thông tin chung 59

3.1.2.Vị trí xây dựng 60

3.2 Điều kiện tự nhiên khu vực 60

3.2.1.Điều kiện địa hình, địa chất khu vực 60

3.2.2.Điều kiện khí tượng thủy văn khu vực 64

3.3 Phương án bố trí mặt bằng tuyến đê 70

3.3.1 Các phương án bố trí mặt bằng tuyến đê 70

3.4 Tính toán đê chắn sóng mái nghiêng sử dụng khối phủ dị hình 72

3.4.1.Tính toán lan truyền sóng 72

3.4.2 Kích thước hình học và cấu tạo của đê 75

3.4.3 Tính toán kiểm tra lưu lượng sóng tràn qua đê 92

3.4.4 Tính toán ổn định 93

3.5 Kết luận chương 3 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

1 KẾT LUẬN 97

2 KIẾN NGHỊ 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Chiều dày trung bình đo được khi Tetrapod xếp hai lớp 7

Bảng 1.2: Số liệu thống kê ở Nga khi Tetrapod xếp 2 tầng 7

Bảng 1.3: Các số liệu cho khi xếp Tetrapod 2 tầng 8

Bảng 1.4: Bảng Một số ĐCS sử dụng khối phủ dị hình ở nước ta 16

Bảng 1.5: Bảng tính toán tải trọng sóng tác động lên mặt tường đỉnh 16

Bảng 1.6: Bảng tính toán tải trọng sóng tác động lên mặt tường đỉnh 42

Bảng 1.7: Sóng tràn cho phép khi xét đến mức độ hư hỏng của công trình 43

Bảng 1.8: Sóng tràn cho phép đến mức độ thuận tiện cho khai thác 44

Bảng 2.1: Các chỉ số của khối phủ Rakuna - IV 23

Bảng 2.2: Trọng lượng và thể tích các loại khối phủ Rakuna - IV 24

Bảng 2.3: Bảng tính toán tải trọng sóng tác động lên mặt tường đỉnh 42

Bảng 2.4: Sóng tràn cho phép khi xét đến mức độ hư hỏng của công trình 43

Bảng 2.5: Sóng tràn cho phép đến mức độ thuận tiện cho khai thác 44

Bảng 2.6: Giá trị khoảng rỗng điển hình cho lớp phủ 4949

Bảng 2.7: Trọng lượng lớn nhất được gợi ý của các khối phủ bê tông 4950

Bảng 2.8: Tính toán chiều cao sóng TK với các loại khối phủ Rakuna – IV 4951 Bảng 2.9: Tính toán chiều cao sóng TKvới các loại khối phủ Tetrapod 4951

Bảng 2.10: Trọng lượng yêu cầu một khối phủ 4952

Bảng 2.11 Tính toán giá thành cho khối phủ Rakuna - IV 53

Bảng 2.12 Tính toán giá thành cho khối phủ Tetrapod 54

Bảng 2.13 Tính toán giá thành cho khối phủ Accropod 55

Bảng 3.1: Các thông tin chung về dự án 59

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý lớp địa chất 633

Bảng 3.3: Vận tốc gió trạm Ba Đồn (1960-2010) 644

Bảng 3.4: Số cơn bão đổ bộ vào vùng bờ biển Nghệ An - Quảng Bình 66

Bảng 3.5: Lượng mưa năm của trạm Ba Đồn (mm) 66

Bảng 3.6: Lượng mưa ngày lớn nhất tháng, năm của trạm đại biểu (mm) 667

Bảng 3.7: Lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế của trạm đại biểu (mm) 67

Bảng 3.8: MNLN năm ứng với các tần suất tại trạm Tân Mĩ (cm) 68

Bảng 3.9: Mực nước nhỏ nhất năm ứng với các tần suất tại trạm Tân Mĩ 68

Bảng 3.10: Tần suất mực nước giờ tại Hòn La (hệ hải đồ) 68

Bảng 3.11: Kết quả phân vùng sóng 74

Bảng 3.12: Đề xuất mực nước cao nhất thiết kế 76

Bảng 3.13: Cao trình đỉnh đê xác định theo OCDI 7676

Bảng 3.14: Chiều cao sóng thiết kế 77

Bảng 3.15: Trọng lượng khối phủ Tetrapod tính theo Hudson 78

Bảng 3.16: Trọng lượng khối phủ Rakuna - IV tính theo Hudson 78

Bảng 3.17: Trọng lượng khối phủ Dolos tính theo Hudson 78

Bảng 3.18: Chiều dày khối phủ tính toán 79

Bảng 3.19: Trọng lượng lớp lót dưới theo BS 6349 80

Bảng 3.20: Trọng lượng lớp lót dưới theo BS 6349 80

Bảng 3.21: Chiều dày lớp lót dưới theo tiêu chuẩn Anh BS 6349 80

Bảng 3.22: Kết quả tính lực tác dụng lên tường đỉnh theo CEM 82

Bảng 3.23: Bảng tính toán tải trọng sóng tác động lên mặt tường 83

Bảng 3.24: Bảng tính áp lực sóng đẩy nổi lên tường đỉnh 84

Bảng 3.25: Xác định chiều dầy bê tông tường đỉnh 85

Bảng 3.26: Kết quả TT lưu lượng tràn qua đê trong điều kiện cực hạn 92

Bảng 3.27: Kết quả tính toán lưu lượng tràn qua đê trong ĐK khai thác 92

Bảng 3.28: Trọng lượng yêu cầu khối Rakuna - IV 94

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Công trình sử dụng khối phủ dị hình 3

Hình 1.2: Các loại khối bê tông dị hình cho đê chắn sóng 5

Hình 1.3: Cách xếp hai lới khối tetrapod trên mái 6

Hình 1.4: Kích thước khối Tetrapod ở Mỹ 6

Hình 1.5: Sơ đồ kích thước khối Tetradod 8

Hình 1.6: Công trình sử dụng khối dolos 9

Hình 1.7: Một phương án xếp khối dolos 10

Hình 1.8: Công trình sử dụng Khối Accropode II 11

Hình 1.9: Khối Ecopode (1996) 11

Hình 1.10: Khối Accropode II (2004) 122

Hình 1.11: Khối Haro được sử dụng trong hệ thống công trình cải tạo cửa sông Ninh Cơ - Nam Định 13

Hình 1.12: Khối HARO và các kích thước tiêu chuẩn 14

Hình 1.13: Lắp đặt khối Haro trên mái dốc với PT thi công đơn giản 14

Hình 1.14: Sử dụng khối phủ Stone - block cho đê chắn sóng 15

Hình 1.15: Sử dụng Stone - block cho công trình kè bờ 15

Hình 1.16: Khối Tetrapod Đê chắn sóng cảng Tiên Sa - Đà Nẵng 16

Hình 1.17: Khối phủ Accopode cho ĐCS nhà máy lọc dầu Dung Quất 17

Hình 1.18: Đê chắn sóng cho Cảng Vũng Áng - Hà Tĩnh 17

Hình 1.19: Mặt cắt điển hình kè gia cố bờ 188

Hình 1.20: Mặt cắt điển hình đê biển 20

Hình 1.21: Mặt cắt điển hình Đê mỏ hàn ngăn cát giảm sóng 22

Hình 2.1: Hình dạng khối phủ Rakuna - IV 23

Hình 2.2: Các dạng công trình bảo vệ bờ biển 25

Hình 2.3: Các dạng mỏ hàn biển 26

Hình 2.4: Sơ đồ bồi lắng giữa các mỏ hàn trong TH góc  = 30 - 55 độ 27

Hình 2.5: Sơ đồ bồi lắng giữa các mỏ hàn TH sóng vuông góc với bờ 28

Hình 2.6: Kích thước tường đỉnh 39

Hình 2.7: Sơ đồ tính toán ổn định tường đỉnh theo Pedersen 1996 40

Hình 2.8: Sơ đồ tính toán sóng tràn theo CEM 1001-2-1001 45

Hình 2.9 Liên kết giữa các khối Rakuna - IV 50

Hình 2.10 Mặt cắt đê cho các loại khối phủ 52

Hình 2.11: Cấu tạo ván khuôn khối phủ Rakuna - IV 57

Hình 3.1: Cao độ mặt bằng khu vực 611

Hình 3.2: Trắc dọc khu vực bố trí tuyến đê 622

Hình 3.3: Hoa gió khu vực ngoài khơi dự án (UKMO, 2001-2010) 65

Hình 3.4: Măt bằng bố trí tuyến đê phương án 1 700

Hình 3.5: Măt bằng bố trí tuyến đê phương án 2 71

Hình 3.6: Mặt cắt ngang đầu đê phân đoạn V 88

Hình 3.7: Mặt cắt ngang thân đê phân đoạn IV 89

Hình 3.8: Mặt cắt ngang thân đê phân đoạn III 90

Hình 3.12: Mặt cắt ngang gốc đê đoạn 1 phân đoạn I 91

Đề tài: “Nghiên cứu ứng d ng h i ph i N IV cho đê chắn sóng cảng th n nh nhi t đi n uảng r ch - uảng nh” hướng đến việc đánh

giá sự phù hợp của mỗi loại khối phủ ứng với mỗi điều kiện sóng và chức năng cảng khác nhau, kết hợp các loại khối phủ khác nhau trong cùng một đê chắn sóng đồng thời luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu để đề xuất ứng dụng khối phủ Rakuna - IV cho đê chắn sóng ở nước ta

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Khối phủ mái đê chắn sóng

Phạm vi nghiên cứu: Các khối phủ dạng Tetrapod, Accoropode, Rakuna - IV

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp lý thuyết, tổng hợp, tính toán và so sánh

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Phân tích, đánh giá ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các dạng khối phủ mái đê chăn sóng thông dụng Từ đó có các kết luận, đề xuất

và kiến nghị sử dụng trong thiết kế công trình đê chắn sóng

Ý nghĩa thực tiễn:

- Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp các kỹ sư định hướng việc lựa chọn, kết hợp hợp lý các loại khối phủ trong thiết kế mái đê chắn sóng

- Ứng dụng khối phủ Rakuna - IV trong điều kiện sóng biển ở nước ta

- Vận dụng tính toán cho ĐCS cho cảng than NMĐ Quảng Trạch

6 Nội dung của đề tài: Luận văn gồm những nội dung sau:

Mở đầu

Chương 1 - Tổng quan về kết cấu đê chắn sóng công trình cảng

Chương 2 - Cơ sở khoa học ứng dụng khối phủ Rakuna - IV cho đê chắn sóng Chương 3 - Ứng dụng tính toán công trình thực nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch - Quảng Bình

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU ĐÊ CHẮN SÓNG CÔNG TRÌNH CẢNG

1.1 Tổng quan về khối phủ dị hình

1.1.1 Các loại khối phủ dị hình đã sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam

Hình 1.1: Công trình sử dụng khối phủ dị hình

N u n [16]

- Trong kỹ thuật bảo vệ bờ biển và hải đảo, trước khi xuất hiện các khối dị

hình chắn sóng người ta sử dụng những tảng đá và những khối bê tông thông thường để xây dựng các hệ thống đê chắn sóng, kè bờ, đê ngăn cát giảm sóng Song các tảng đá, mặc dù đá cỡ lớn hay các khối bê tông thông thường đều có xu hướng

bị lệch khỏi vị trí theo thời gian bởi các tác động của đại dương liên tục tác dụng và tác dụng trong một thời gian dài Thấy được sự bất lợi đó người ta phát minh và sử dụng các khối dị hình để thay thế vì những ưu điểm của nó, khi được đưa vào sử dụng vận hành các khối dị hình có thể được theo dõi quan trắc, thuận tiện cho việc sửa chữa bảo dưỡng công trình định kỳ

- Khối dị hình là một kết cấu bê tông phức hình sử dụng làm khối phủ trên đê

chắn sóng Hình dạng của một khối dị hình được thiết kế để tiêu tan các lực lượng của sóng đến bằng cách cho phép nước chảy xung quanh chứ không phải là ngăn chặn lại hay chắn kín sóng

- Các khối này làm việc bằng cách phân ly, hơn là ngăn chặn năng lượng của

sóng Thiết kế của nò làm lệch hầu hết năng lượng sóng sang một bên, làm cho chúng khó khăn hơn để phá hoại, so với các tảng đá hay khối bê tông phẳng khác Thiết kế của chúng đảm bảo rằng chúng tạo thành một dải chắc tự lồng vào nhau nhưng vẫn có những chỗ rỗng

- Tetrapode là khối dị hình phá sóng được nghiên cứu và ứng dụng đầu tiên

trên thế giới Nghiên cứu và phát triển vào năm 1950 bởi Laboratoire d'Dauphinois HYDRA ULIQUE (nay SOGREAH) ở Grenoble, Pháp Họ không còn bảo vệ sáng chế vì vậy tetrapode được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới, được sản xuất bởi nhiều nhà thầu.Tại Việt Nam các khối dị hình đã được giới thiệu trong tiêu chuẩn ngành “14TCN130-2002 - Hướng dẫn thiết kế đê biển”

- Tetrapod đã truyền cảm hứng cho các cấu trúc bê tông tương tự để sử dụng

trong các đê chắn sóng trong đó tiêu biểu là khối Cube (Mỹ, 1959), Stabit (Anh, 1961), Akmon (Hà Lan, 1962), Dolos (Nam Phi, 1963), các Stabilopod (Romania, 1969), Seabee (Úc, 1978), các Cube Hollow (Đức, 1991), A-jack (Mỹ, 1998), và các Xbloc (Hà Lan, 2001 ) Tại Nhật Bản, Tetrapod là từ thường được sử dụng như

là một tên chung cho các khối dị hình phá sóng dù cho hình dạng khác

- Sản xuất chế tạo các khối dị hình phá sóng đã trở thành ngành của Nhật Bản

trong thời hiện đại Nhiều công ty chuyên sản xuất tạo ra công ăn việc làm cho người dân và các hợp đồng cho các công ty xây dựng Người ta ước tính rằng gần

50 phần trăm của 35.000 km đường bờ biển của Nhật Bản đã được bảo vệ hoặc thay đổi bởi Tetrapode và các khối phá sóng khác Việc ứng dụng nhiều công nghệ này làm khách du lịch đến đảo Hawaii thường cảm thấy khó khăn để tìm thấy những bãi biển hoang sơ và bờ biển không thay đổi gì, đặc biệt là ở nửa phía Nam của đảo

- Ngày nay, đê chắn sóng mái nghiêng được sử dụng rất nhiều các khối bê

tông có hình thù đặc biệt vừa tiêu hao được năng lượng sóng vừa liên kết chắc chắn với nhau Các khối có các tên gọi: Khối Tetrapod, Tribar, Dolos, Dipod, Stabit, khối mui rùi, khối chữ T Dưới đây thể hiện 24 loại khối bê tông và bê tông cốt thép dị dạng đã xuất hiện trên nhiều tuyến ĐCS mái nghiêng

Hình 1.2: Các loại khối bê tông dị hình cho đê chắn sóng

N u n [4] a) Khối 6 cánh, b) Khối 6 chóp, c) Khối 4 chạng, d) Khối Hohlquader cân đối e) Khối Tetrahedron, g) Khối Tetrapod, h) Khối Stabilopod, i) Khối Hohlquader chữ

N, k) Khối Dipod, l) Khối Dolos, m) Khối Stabit, n) Khối mui rùa

1.1.2 Một số loại khối phủ dị hình đƣợc sử dụng phổ biến:

- Số lớp tối thiểu phải xếp các khối Tetradod trên mái là 2, Có 2 sơ đồ xếp I và

II đƣợc thể hiện trên hình sau

a Lớp dưới sơ đồ I, b Lớp trên sơ đồ I c Lớp dưới sơ đồ II, d Lớp trên sơ đồ II

Hình 1.3 Cách xếp hai lới khối tetrapod trên mái

N u n [4]

- Thể tích, trọng lượng chiều dày các lớp, kích thước của khối ở Mỹ

Hình 1.4 Kích thước khối Tetrapod ở Mỹ

N u n [9]

Bảng 1.1 Chiều dày trung bình đo được khi Tetrapod xếp hai lớp

N u n [6]

Ở Nga nếu khối Tetrapod xếp thành 2 tầng thì kích thước của tầng; chiều cao

H các khoảng cách a1, a2, chiều dày hai lớp, số khối trên 100 mét vuông và khối lượng đá tối thiểu để lót đáy với các loại khối từ T- 1,5 đến T- 25 được thống kê trong bảng sau

Bảng 1.2 Số liệu thống kê ở Nga khi Tetrapod xếp 2 tầng

N u n [7]

- Đối với các khổi Tetradod có trọng lượng từ 1T đến 15T có thể chế tạo theo

các chỉ số ghi trên hình sau:

Hình 1.5 Sơ đồ kích thước khối Tetradod

N u n [6]

Bảng 1.3 Các số liệu cho khi xếp Tetrapod 2 tầng

N u n [6]

1.1.2.2 Khối Dolos

Hình 1.6 Công trình sử dụng khối dolos

N u n [16]

- Một dolos (số nhiều dolosse - dịch gần đúng "xương khớp đốt ngón tay",

phát âm gần đúng "dohl-awe-sah") là một khối bê tông trong một hình dạng hình học phức tạp có trọng lượng lên tới 20 tấn, được sử dụng với số lượng lớn để bảo vệ

bờ biển từ các tác động và sự ăn mòn của các yếu tố đến từ đại dương Chúng được phát triển vào năm 1963

- Dolos thường được làm từ bê tông cốt thép, đổ vào một khuôn thép Bê tông đôi khi sẽ được trộn lẫn với các sợi thép nhỏ, để tăng cường nó trong trường hợp không gia cố Chế tạo được thực hiện càng gần địa điểm công trình càng tốt vì dolosse là rất khó khăn

Hình 1.7: Một phương án xếp khối dolos

N u n [8]

- Chúng được sử dụng để bảo vệ bể cảng, đê chắn sóng và đào đắp

bờ Trong Dania Beach, Florida, dolosse được sử dụng như một rạn san hô nhân tạo được gọi là Bãi biển Dania Erojacks.Họ cũng được sử dụng để bẫy biển cát để ngăn chặn xói mòn.Với 10.000 dolosse để tạo một km đường bờ biển

- Dolosse cũng đang được sử dụng trong các dòng sông ở Tây Bắc Thái Bình Dương của Hoa Kỳ, để kiểm soát xói mòn, ngăn chặn di cư kênh và để tạo và phục hồi môi trường sống cá hồi Địa phương, quận, tiểu bang, các chuyên gia ngành liên bang và tư nhân trong thiết kế kỹ thuật địa mạo sông ngòi và bảo tồn thủy sản đang làm việc với nhau để bảo vệ cơ sở hạ tầng công cộng quan trọng như đường giao thông và phát triển thương mại và dân cư, trong khi duy trì, cải tạo, phục, hoặc tạo

ra môi trường sống dưới nước

1.1.2.3 Khối Accropode

Hình 1.8: Công trình sử dụng Khối Accropode II

N u n [9]

- Khối Accropode là khối dị hình gia cố do con người tạo bê tông đối tượng

được thiết kế để chống lại các tác động của sóng trên đê chắn sóng và công trình ven biển

- Các Accropode được phát triển bởi SOGREAH năm 1981 Accropode sử dụng trong một lớp duy nhất trên thân đê

Hình 1.9: Khối Ecopode (1996)

N u n: [18]

- Khối Ecopode nhƣ một cục đá đƣợc phát triển bởi SOGREAH Một ứng dụng bằng sáng chế đã đƣợc nộp trong năm 1996 Các màu sắc và kiểu dáng đá nhƣ thể đƣợc chỉ định để phù hợp với cảnh quan xung quanh

- Năm 1999, SOGREAH đổi hình dạng ban đầu của Accropode (vì đƣợc chế tạo vật liệu dƣ thừa) và bổ sung thêm các tính năng ma sát ở dạng kim tự tháp nhỏ Một ứng dụng sáng chế đã đƣợc nộp cho hình dạng này đƣợc sửa đổi Năm

2004 tiếp tục sửa đổi các hình 1999 đã đƣợc thực hiện, kết quả là Accropode II Quy định hệ số ổn định ở giai đoạn thiết kế:

● Thiết kế KD giá trị của Hudson:

15 trên đoạn thân (16 cho Accropode II)

11.5 trên đoạn có sóng rút (12,3 cho Accropode II)

● Van der Meer ổn định số:

NS = HS / (Δ D N50) = 2,7 (2,8 cho Accropode II)

- Những hệ số này có giá trị giáp dốc từ 3H/2V để 4H/3V và cho đáy biển dốc lên đến 3%

- Các bề mặt không đồng đều của các Ecopode cải thiện lồng vào nhau bởi ma sát, do đó làm tăng sự ổn định thủy lực

1.1.2.4 Khối Haro

Hình 1.81: Khối Haro được sử dụng trong hệ thống công trình cải tạo cửa

sông Ninh Cơ - Nam Định

N u n: [19]

- Khối phủ bề mặt đê chắn sóng mái nghiêng có tên HARO được thiết kế bởi Giáo sư Julien De Rouck, đại học Ghent, Vương quốc Bỉ vào năm 1984 , là kết quả của dự án nghiên cứu được tài trợ bởi công ty tư vấn HAECON (Bỉ) Khối HARO

là dạng khối bê tông đúc sẵn không cốt thép được thiết kế để làm khối phủ bề mặt, bảo vệ các dạng kết cấu công trình bảo vệ như các tuyến đê song, đê chắn sóng và các kết cấu bảo vệ bờ Dưới đây là một số đặc tính của khối phủ HARO

- Khối HARO là khối bê tông đúc sẵn có hình dáng chung là hình chữ nhật trên mặt bằng, ở giữa có lỗ rỗng lớn, hai cạnh ngắn của khối được cấu tạo nhô ra đối xưng là các chân ổn định hình nêm Hình dáng đặc biệt này giúp cho khối có cấu tạo cứng vững và đảm bảo yếu tố độ rỗng (porosity) cao (P = 51%) Các kích thước chuẩn của khối HARO được trình bày trong hình 1.14

Hình 1.9: Khối HARO và các kích thước tiêu chuẩn

N u n ]

- Hình dạng thấp, chắc chắn của khối HARO tạo ra đặc tính cơ lý vững chắc của khối Khoảng trống ở giữa khối giúp toả nhiệt tốt hơn so với các khối đặc (CUBE) khi tiến hành đúc bê tông khối, không xảy ra hiện tượng xuất hiện vết nứt nghiêm trọng như đối với các khối đặc Kết quả nghiên cứu bằng mô hình phần tử hữu hạn 3D và thực nghiệm thí nghiệm phá huỷ động, tĩnh, thả rơi tại các mức tải 150kN và 15kN đối với khối HARO đều cho kết quả rất tốt

Hình 1.103: Lắp đặt khối Haro trên mái dốc với phương tiện thi công đơn giản

N u n: [9]

- Độ ổn định của khối bảo vệ bề mặt là quan trọng nhất đối với công trình đê chắn sóng, công trình bảo vệ bờ Để kiểm tra độ ổn định của khối HARO và có kết quả so sánh với các khối khác, một loại các thí nghiệm trên mô hình vật lý đã được tiến hành trong máng sóng 2 chiều của phòng thí nghiệm thuỷ lực thuộc Đại học Ghent (Bỉ)

1.1.2.5 Khối Stone - block

- Là một loại khối phủ được dùng chủ yếu cho các công trình kè lát mái đê biển hoặc gia cố bảo vệ chân công trình dưới mái, nó cũng được sử dụng gia cố mái cho các công trình đê chìm phá sóng và lát mái bảo vệ cho công trình đê tiêu phá sóng dạng hỗn hợp

Hình 1.14: Sử dụng khối phủ Stone - block cho đê chắn sóng

N u n: [16]

Hình 1.115: Sử dụng Stone - block cho công trình kè bờ

N u n: [16]

1.1.3 Tình hình ứng dụng khối phủ dị hình ở Việt Nam

Hình 1.16: Khối Tetrapod Đê chắn sóng cảng Tiên Sa - Đà Nẵng

N u n: [16]

- Hiện nay, chủ yếu các ĐCS của Việt Nam đều sử dụng khối phủ Tetrapod Nguyên do chủ yếu là do khối phủ Tetrapod có nhiều ưu điểm hơn các khối phủ khác và do đã mua được bản quyền chế tác Dưới đây là một số công trình sử dụng khối phủ dị hình cho ĐCS:

Bảng 1.4 Một số ĐCS sử dụng khối phủ dị hình ở nước ta

3 Đê lấn biển Vĩnh Tân Bình Thuận Tetrapod 9.7 T

6 Đê CS Cảng Chân Mây Thừa Thiên Huế Rakuna 40T, 16T

10 Đê chỉnh trị cửa sông

N u n: [5]

Hình 1.127: Sử dụng khối phủ Accopode cho ĐCS nhà máy lọc dầu Dung Quất

N u n: [16]

Hình 1.18: Đê chắn sóng cho Cảng Vũng Áng - Hà Tĩnh

N u n: [16]

1.2 Cấu tạo đê chắn sóng sử dụng khối phủ dị hình

- Khối phủ dị hình có tác dụng chủ yếu làm vật liệu gia cố mái của đê mái nghiêng nên các công trình sử dụng đều chịu tác dụng của sóng, dòng chảy

- Các dạng công trình dạng mái nghiêng ứng dụng khối dị hình: Đê biển, Gia

cố bờ biển (kè biển), Mỏ hàn ngăn cát, Đê chắn sóng song song bờ

- Một công trình bất kỳ thường có nhiều các tác dụng khác nhau tích hợp Ví dụ: Hệ thống mỏ hàn ngăn cát hoàn toàn có thể giảm thiều tác động của sóng dọc

bờ, Đê chắn sóng song song bờ vẫn có thể giữ được dòng bùn cát

- Sau đây sẽ trình bày tác dụng và mặt cắt điển hình của từng dạng công trình

1.2.1 Gia cố bờ (Revetments):

1.2.1.1 Chức năng:

- Chống sự phá hoại của các yếu tố biển làm sạt lở bờ đất

- Tạo cảnh quan, phát triển du lịch

- Gia cố bờ hay còn gọi là kè bờ

1.2.1.2 Cấu tạo mặt cắt điển hình:

● Lớp gia cố mặt: Đây là lớp tiếp xúc trực tiếp với sóng biển và các tác nhân gây hại cho bờ cần bảo vệ Là lớp sử dùng các khối dị hình, cái khối bê tông lát mái hoặc các vật liệu kích thước lớn

● Lớp đệm: Lớp này có tác dụng làm phẳng bề mặt khu vực, tạo đệm đủ bằng phẳng để đặt các vật liệu gia cố lên trên Lưu ý về trọng lượng, thể tích, kích thước lớp này thường nhỏ hơn lớp gia cố mặt

● Lớp lọc, lớp lót: Tùy thuộc vào từng công trình có thể có Lớp này có vật liệu nhỏ hơn và sử dụng kết hợp vải địa kỹ thuật để các lớp mái dốc trở thành tầng lọc ngược

- (3) Cơ đê (thềm giảm sóng): Là khoảng không gian phẳng trên mái kè (đê)

có đồng thời 2 tác dụng sau: Hình thành thềm giảm sóng và tăng độ ổn định cục bộ mái kè trong trường hợp công trình lớn

- (4) Tường đỉnh: Chống sóng tràn, tạo cảnh quan, tạo lan can an toàn cho phương tiện giao thông trên đỉnh kè, nếu có kết cấu đặc biệt có thể có tác dụng hắt sóng

- (5) Đường mặt đê (kè): Là kết cấu tiếp giáp của kè với mặt đất tự nhiên, tạo mặt bằng cho các mục đích khác (du lịch, giao thông, quan trắc,.v.v…)

1.2.2 Đê biển (Seadykes):

1.2.2.1 Chức năng:

- Ngăn không cho nước biển xâm nhập vào khu vực bảo vệ

- Kết hợp với biện pháp phun đắp,tôn tạo các bãi, đảo chìm xa bờ

- Lấn biển, mở mang đất mới (quai đê lấn biển)

1.2.2.2 Cấu tạo mặt cắt điển hình:

Hình 1.20: Mặt cắt điển hình đê biển

N u n: [5] Trên Đê biển bảo vệ đơn thuần

Dưới Đê quai lấn biển

- (1) Tường đỉnh: Chống sóng tràn, tạo cảnh quan, tạo lan can an toàn cho phương tiện giao thông trên đỉnh kè, nếu có kết cấu đặc biệt có thể có tác dụng hắt sóng

- (2) Mặt đê: Là kết cấu trên đỉnh đê, tạo mặt bằng cho các mục đích khác (du lịch, giao thông, quan trắc,…)

- (3) Gia cố mái: Mái kè có thể có 1 hay nhiều lớp, độ dốc khác nhau tùy thuộc vào đặc thù công trình Đây là lớp tiếp xúc trực tiếp với sóng biển và các tác nhân gây hại cho bờ cần bảo vệ Là lớp sử dùng các khối dị hình, cái khối bê tông lát mái hoặc các vật liệu kích thước lớn

- (4) Thềm giảm sóng: Là khoảng không gian phẳng trên mái kè (đê) có đồng thời 2 tác dụng sau: hình thành thềm giảm sóng và tăng độ ổn định cục bộ mái kè trong trường hợp công trình lớn

- (5) Tầng đệm: Lớp này có tác dụng làm phẳng bề mặt khu vực, tạo đệm đủ bằng phẳng để đặt các vật liệu gia cố lên trên Lưu ý về trọng lượng, thể tích,, kích thước lớp này thường nhỏ hơn lớp gia cố mặt Dưới tầng đệm có thể có lớp lọc, lớp lót: Tùy thuộc vào từng công trình có thể có Lớp này có vật liệu nhỏ hơn và sử dụng kết hợp vải địa kỹ thuật để các lớp mái dốc trở thành tầng lọc ngược

- (6) Chân khay: Mặt cắt này sử dụng chân khay âm Chống thấm, phần nào tăng ổn định của đê

- (7) Lăng thể chống xói: Chống xói và vai trog nhưu bệ phản áp tăng ổn định

- Bẫy cát, gây bồi, tôn tạo bãi

- Chống bồi lấp cửa sông

1.2.3.2 Cấu tạo mặt cắt điển hình:

Hình 1.21 Mặt cắt điển hình Đê mỏ hàn ngăn cát giảm sóng

N u n: [7]

- Nhìn chung về cấu tạo mặt cắt đê mỏ hàn ngăn cát giảm sóng tương tự như

đê biển trường hợp đê quai lấn biển, song 2 mái dốc đê đều phải được gia cố tương

tự nhau, nếu có khác chỉ là khác về 2 mái dốc đê

- Mái phía biển thường thoải hơn mái phía bờ, trong trường hợp đê xiên bờ

1.2.4 Hệ thống đê chắn sóng song song với bờ (Breakwater):

- Hiện nay Karuna - IV đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu một số nước như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc,.v.v…Ở Việt Nam trường đại học Thủy lợi cũng

đã nghiên cứu trên mô hình vật lý về loại khối phủ này

- Dưới đây là một vài chỉ số đặc trưng của khối:

Bảng 2.1 Các chỉ số của khối phủ Rakuna - IV

Bảng 2.2 Trọng lượng và thể tích các loại khối phủ Rakuna - IV

Độ nhám bề mặt tăng do cấu tạo bề mặt góc cạnh và có lỗ hõm

Hệ số tạo khoảng rỗng của khối lớn giảm giá thành công trình

Khả năng ổn định cao nhờ liên kết chân khối này bắt ráp vào lỗ hõm khối khác

Thân thiện với môi trường do có các lỗ hõm tạo nơi cư trú cho nhiều loài sinh vật biển

Có nhiều loại kích cỡ phù hợp với các chiều cao sóng thiết kế khác nhau Có khả năng chế tạo khối lớn đến 80T

- Nhược điểm:

Chế tạo phưc tạp hơn so với khối Tetrapod truyền thống

Số lượng nghiên cứu về khối phủ này còn ít chưa được sử dụng rộng rãi

2.3 Các bài toán cơ bản của đê chắn sóng mái nghiêng

2.3.1 Quy hoạch công trình:

- Bài toán quy hoạch trong xây dựng các công trình đê nói chung cực kỳ quan trọng để công trình đạt hiệu quả cao khi vận hành, khai thác

- Với tác dụng khác nhau hệ thống đê yêu cầu có quy hoạch khác nhau nhằm đạt hiệu quả cao nhất Đặc biệt là việc bố trí quy hoạch tuyến đê, khoảng cách các

đê đơn, chiều dài đê,.v.v…

- Lựa chọn dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, trên cơ sở xem xét: Sự phù hợp quy hoạch tổng thể phát triển toàn vùng, điều kiện địa hình, địa chất, diễn biến cửa sông bờ biển, vị trí công trình hiện có và công trình xây dựng theo quy hoạch, An toàn thuận lợi trong xây dựng quản lý, khai thác đê cả khu vực được đê bảo vệ, bảo vệ các di tích văn hóa, lịch sử và địa giới hành chính

- Bài toán quy hoạch công trình được chỉ dẫn rất rõ ràng trong tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130-2002 Sau đây là các yêu cầu cơ bản trong việc quy hoạch trong từng loại đê được trích dẫn từ tiêu chuẩn trên

Hình 2.2: Các dạng công trình bảo vệ bờ biển

N u n: [5]

2.3.1.1 Đê chắn sóng nói chung:

Về vị trí tuyến đê

- Đi qua vị trí có địa thế cao, địa chất nên tương đối tốt

- Nối tiếp với các vị trí ổn định , tận dụng công trình đã có

- Đi qua vùng thuận lợi cho bố trí các công trình phụ trợ

- Không ảnh hưởng đến công trình thoát lũ (đối với đê sông)

- So sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của 2-3 vị trí tuyến đê chọn một vị trí đạt hiệu quả tổng hợp tốt nhất

- Ảnh hưởng của tuyến đê đến hoạt động giao thông bến cảng và vùng đất phía sau đến bãi tắm, vùng du lịch và danh lam thắng cảnh có thể chấp nhận

- Vị trí tuyến đê quan trọng cần tiến hành thí nghiệm mô hình thủy lực để xác định

- Thuận lợi trong việc giảm nhẹ tác dụng của sóng và dòng chảy nhất là trong khu vực;

- Không tạo ra mắt xích yếu ở nơi nối tiếp với các công trình lân cận ,không ảnh hưởng xấu đến nơi nối tiếp với các công trình lân cận, không ảnh hưởng xấu đến các vùng đất liên quan

- Đặc biệt với đê quai

- Nằm trong quy hoạch tổng thể công trình khai thác vùng đất mới cửa sông ven biển cũng như các yêu cầu về thoát lũ , giao thông thủy, môi trường du lịch

- Thống nhất với quy hoạch hệ thống mương thủy lợi, hệ thống đê ngăn và cống thoát, hệ thống giao thông phục vụ thi công và khai thác

- Khả thi trong trong thi công , đặc biệt là hợp long đê, tiêu thoát úng, bồi đắp đất mới quai, cải tạo thổ nhưỡng , cơ cấu cây trồng, quy trình khai thác

- Tuyến đê quai phải xác định trên cơ sở nghiên cứu về quy luật bồi xói trong vùng quai đê và các yếu tố ảnh hưởng khác như điều kiện thủy thạch động lực ở vùng nối tiếp, sóng dâng, ngăn chặn dòng bùn cát ven bờ, sự mất cân bằng tải cát ở vùng biển lân cận

2.3.1.1 Đê ngăn cát, giảm sóng:

Hình 2.4: Sơ đồ bồi lắng giữa các mỏ hàn trong trường hợp góc  = 30 - 55 độ

N u n: [8]

- Tuyến bố trí cần hoạch định đường bờ mới cho đoạn bờ cần bảo vệ, đường

bờ mới này cần trơn thuận, nối tiếp với đường bờ đoạn không có mỏ hàn Chiều dài

mỏ hàn không quá ngắn, cần ra tới dải sóng vỡ và vùng có dòng ven mạnh

- Phương của mỏ hàn: Đặt vuông góc với đường bờ biển Nếu hướng sóng ổn định theo hướng, theo hướng sóng tới bờ để chọn phương của mỏ hạn có lợi nhất chho biệc bồi lắng giữa các mỏ hàn

Hình 2.5: Sơ đồ bồi lắng giữa các mỏ hàn trường hợp sóng vuông góc với bờ

N u n: [8]

- Xem thêm về phương pháp bố trí theo kinh nghiệm trong 14TCN 130 -2002

2.3.2 Tính toán lan truyền sóng

2.3.2.1 Phân vùng lan truyền sóng

Để tiện tính toán các mặt cắt kết cấu đê chắn sóng hay các hạng mục công trình cảng khác người ta phân ra làm 4 vùng lan truyền sóng gồm:

dcr: Chiều sâu giới hạn - chiều sâu lâm giới - chiều sâu sóng bắt đầu vỡ

dcru: Chiều sâu sóng vỡ cuối cùng- chiều sâu lâm giới cuối cùng

5 , 4

Kl: Hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện măt nước, tra bảng 3 (phụ lục 22TCN-222-95), ta lấy Kl = 1.1 đối với gió mùa, và Kl = 1.08 đối với gió bão

Ghi chú: Tiêu chuẩn 22TCN 222-95, 22TCN207-92 và 14 TCN 130-2002 đã

bị hủy bỏ nhưng do chưa có tiêu chuẩn mới thay thế nên được tạm thời áp dụng

Kvis: Hệ số kinh nghiệm lấy bằng 5.1011

υ: Hệ số nhớt động lực học của không khí, lấy giá trị bằng 10-5 (m2/s)

Vw: Tốc độ gió tính toán

- X c định mực nư c tính toán

● Mực nước tính toán được xác định theo chuỗi quan trắc mực nước cao nhất hàng năm tương ứng với cấp công trình và phải lấy theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế công trình thủy Đối với công trình cấp II, mực nước tính toán đươc lấy bằng 2% của tần suất bảo đảm mực nước triều

2.3.2.3 Tính toán sóng trong điều kiện gió mùa

- X c định thông s sóng vùng nư c sâu

● Tính toán các thông số sóng

 Chiều cao sóng trung bình và chu kỳ sóng trung bình đươc xác định

theo các đại lượng không thứ nguyên V w

và đường cong bao trên cùng của

đồ thì hình 1của tiêu chuẩn 22TCN222-95 để xác đinh các tri số và V w

T g

.λ

 Do không có số liệu về thời gian tác động, của gió theo tốc độ tính toán có thể cơi thời gian gió thổi là đủ dài để hình thành và phát triển thành sóng ổn đinh Trong trường hợp này, các thông số chiều cao trung bình và chu kỳ trung bình của sóng chỉ phụ thuộc vào gL/V2w

 Tính toán chiều cao sóng ứng với tần suất gió

Chiều cao sóng có tần suất bảo đảm i% trong hê sóng hd,i(m) phải đươc xác đinh bằng cách nhân chiều cao sóng trung bình với hê số h

h

k i %

i 

lấy từ hình 2 (22TCN222-95) ứng với các đại lượng không thứ nguyên V W2

gL

 Tính toán độ cao đỉnh sóngĐô cao đỉnh sóng trên mực nước tính toán εc(m)

phải được tính toán theo tri số i

ch

.xác định từ hình 3(22TCN222-95) ứng với giá

- X c định thông s sóng vùng sóng nư c nông

Mục đích đặt ra là có thể xây dựng được biểu đồ khúc xạ để diễn tả hiện tượng khúc xạ của sóng biển tại vùng xây dựng công trình Có nhiều cách để xây dựng biểu đồ khúc xạ như trong phương pháp số, phương pháp phổ, phương pháp tia hay phương pháp sử dụng thước khúc xạ (Refractim Template) Trong phạm vi luận văn này, ta sử dụng phương pháp tia khúc xạ theo tiêu chuẩn 22TCN222-95 Đây là phương pháp gần đúng, dựa theo định luật Snell dựng dần các tia sóng bắt đầu từ vùng nước sâu tiến qua vùng nước nông rồi đổ bộ vào bờ

● Tính toán chiều cao sóng

 Chiều cao sóng có suất bảo đảm i% ở vùng nước nông với độ dốc đáy ≥ 0.002 phải xác định theo công thức:

T đã biết

 Xác định các tia khúc xạ

Trong quá trình truyền vào bờ, do ảnh hưởng của ma sát địa hình đáy và phản

xạ, năng lượng sóng được điểu chỉnh và phân phối lại, làm cho sóng bị biến dạng và khúc xạ Mặt bằng khúc xạ sóng thể hiện rõ được sự lan truyền sóng trong khu vực nước nông, từ các hướng sóng chủ đạo và hướng sóng sau quá trình khúc xạ truyền vào bờ mà bố trí công trình hợp lý với vai trò của nó

Do đó, việc xác định khúc xạ sóng theo các hướng là bắt buộc và cần thiết để tính các thông số sóng trong vùng nước nông Cách vẽ tia khúc xạ như sau

● Làm trơn hóa các đường đồng mức

 Trung bình hóa đường đông mức: Từ các giá trị góc tới αi, di -1/ λ d, di+1/

λd Tra biểu đồ, sẽ được vẽ được Δαi mặt bằng tia khúc xạ

Trong đó

αi: Là góc giữa hướng sóng và pháp tuyến đường đồng mức tính toán Δαi: Góc lệch giữa hướng sóng đến và hướng sóng phía sau đường đồng mức tính toán

d: Độ sâu tính toán với hệ hải đồ

 Trường hợp khúc xạ sóng là cơ sở xác định hệ số kr, trong với điều kiện là lấy 2 tia gần giống công trình nhất

Trong đó

Diđm: Đường đồng mức trung bình của trung bình sau khi đã trơn hóa

ditt : Độ sâu tính toán tại đường đồng mức trung bình thứ i

λ d : Chiều dài trung bình sóng

● Tính toán chiều dài sóng vùng nước nông

 Chiều dài, chu kỳ sóng bình quân phụ thuộc vào các đại lượng không thứ nguyên và

- Tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN222-95

- Các quy phạm của Nhật Bản OCDI 1984, 1991, 2002

- Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ cảng biển Anh BS 1991;2000

- Sổ tay bảo vệ bở của hải quân Mỹ SPM

Trong phạm vi luận văn này ta sử dụng 222TCN222-95 là tiêu chuẩn để tính toán sóng vỡ