Nghiên cứu chế độ thủy động lực và thiết kế công trình bảo vệ khu vực cảng formosa – hà tĩnh

1 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, với phấn đấu nỗ lực thân hướng dẫn tận tình cô giáo TS.Nguyễn Thị Thế Nguyên Thạc sĩ Nguyễn Quang Đức Anh, thầy cô giáo khoa Kỹ thuật Biển - trường Đại học Thủy Lợi, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp mình, với đề tài: “Nghiên cứu chế độ thủy động lực thiết kế công trình bảo vệ khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh” Do thời gian làm đồ án có hạn trình độ kinh nghiệm thực tế thân nhiều hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót trình làm đồ án Em kính mong bảo, góp ý kiến thầy cô giáo giúp cho đồ án em hoàn chỉnh hơn, từ đó rút kinh nghiệm cho thân mình, để sau trường công tác tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 08 tháng 01 năm 2016 Sinh viên Đỗ Thị Tuyết SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển MỤC LỤC SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Danh mục hình SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Danh mục bảng SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển PHẦN MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề Việt Nam có đường bờ biển dài 3000km kéo dài từ Bắc tới Nam Không thế, vùng biển ven biển Việt Nam nằm án ngữ đường hàng hải hàng không huyết mạch thông thương Ấn Độ Dương Thái Bình Dương, châu Âu, Trung Cận Đông với Trung Quốc, Nhật Bản nước khu vực Đó tiềm to lớn cho ngành giao thông hàng hải Việt Nam Hơn nữa, dọc bờ biển Việt Nam xác định nhiều khu vực xây dựng cảng, đó có số nơi có thể xây dựng cảng biển nước sâu, phục vụ cho việc vận chuyển, giao thương với nước giới, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế nước ta Trong đó, trọng điểm xây dựng khu kinh tế Vũng Áng với động lực phát triển cụm cảng biển nước sâu Vũng Áng – Sơn Dương Formosa Khu kinh tế Vũng Áng nằm phía Nam tỉnh Hà Tĩnh Đây khu vực có vị trí thuận lợi cho giao lưu quốc tế nước : nằm hành lang tuyến hàng hải quốc tế, cửa ngõ biển Lào Thái Lan thông qua QL12A, đồng thời có QL1A xã lộ Bắc - Nam qua Đây khu vực có quỹ đất lớn, sản xuất nông nghiệp có hiệu thấp, phù hợp cho xây dựng công trình công nghiệp, đô thị cảng biển Trong năm qua, khu vực Vũng Áng nhận quan tâm đạo cấp quyền, bước đầu có bước nhằm phát huy tiềm lợi khu vực này, góp phần thực chiến lược phát triển kinh tế vùng ven biển Việt Nam Với mục tiêu phát triển cảng Sơn Dương thành mọt cảng nước sâu lớn khu vực giới, góp phần đưa tỉnh Hà Tĩnh trở thành trung tâm công nghiệp kinh tế mạnh Việt Nam 15 – 20 năm tới việc triển khai dự án có tầm quan trọng ý nghĩa đặc biệt không trình phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hà Tĩnh nói riêng, mà khu vực Miền Trung Việt Nam nói chung Tổng thể khu vực Cảng Sơn Dương có tổng diện tích đất mặt nước khoảng 2.200ha, đó giai đoạn 1-1 sử dụng khoảng 410 diện tích đất mặt nước với 30 bến tàu, có khả tiếp nhận tàu 230 vạn công suất lưu chuyển hàng hóa tiềm giai đoạn 1-1 27-30 triệu tấn/năm Theo kết nghiên cứu thiết kế sơ cho thấy : - Tính che chắn gió, sóng biển Cảng Sơn Dương mùa hạ tương đối tốt SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển - Tính che chắn gió, sóng biển Cảng Sơn Dương mùa đông tương đối - Tính che chắn gió, sóng biển Cảng Sơn Dương có bão tương đối tốt Chính vậy, để đảm bảo cảng hoạt động bình thường phát huy hết tiềm khai thác, cần phải xây dựng hệ thống đê chắn sóng bảo vệ cảng Trên sở đó, phân công hướng dẫn thầy cô giáo khoa Kĩ thuật biển, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài : “ Nghiên cứu chế độ thủy động lực tính toán thiết kế công trình bảo vệ cảng Formosa – Hà Tĩnh” Từ đó có thể chọn giải pháp công trình tối ưu mang tính ổn định lâu dài Mục tiêu đồ án - Đánh giá điều kiện tự nhiên, phân tích ảnh hưởng ều kiện đ ịa ch ất khu vực bờ biển, đặc tính sóng, dòng ven yếu tố khác tác đ ộng đ ến công trình - Nghiên cứu chế độ thủy động lực khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh - Đánh giá điều kiện tự nhiên, phân tích ảnh hưởng điều kiện địa chất khu vực bờ biển, đặc tính sóng, dòng ven yếu tố khác tác động đến công trình - Tính toán thiết kế công trình đê chắn sóng bảo vệ khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh Phạm vi nghiên cứu Đồ án nghiên cứu chế độ thủy động lực khu vực cảng Formosa Hà Tĩnh, từ đó đưa phương án thiết kế công trình bảo vệ cảng tối ưu Phương pháp thực - Thống kê, tham khảo từ tài liệu liên quan đến vùng nghiên cứu, từ đó có số liệu để tính toán - Sử dụng mô hình chuyên ngành : MIKE 21 - Sử dụng công cụ hỗ trợ : Word, Excel… Nội dung đồ án Đồ án gồm chương : - Chương : Tổng quan khu vực nghiên cứu - Chương : Nghiên cứu phương án thiết kế mặt khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh - Chương : Thiết kế đê chắn sóng bảo vệ khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển CHƯƠNG : TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý điều kiện tự nhiên khu vực cảng Fomosa - Hà Tĩnh 1.1.1 Vị trí địa lý khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh Khu vực nghiên cứu thuộc địa phận xã Kỳ Lợi Kỳ Thịnh, huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh có toạ độ địa lý 106 o25’ kinh độ Đông 18o80’ vĩ độ Bắc Phía Nam giáp tỉnh Quảng Bình, phía Tây giáp xã Kỳ Trình, phía Bắc phía Đông giáp biển Đông Vị trí xây dựng nghiên cứu cách thành phố Hà Tĩnh khoảng 70km phía Nam, cách Hòn La 30km phía Bắc, cách QL1A 8km Hình 1.1 Vị trí địa lí khu vực nghiên cứu 1.1.2 Điều kiện địa hình, địa mạo Địa bàn huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh thuộc loại địa hình đồi núi, phía Tây có Động Chúa (545m), phía Nam dãy Hoành Sơn( có đỉnh cao 1.044m; đồng ven biển hẹp, có sông Rào Trò chảy qua Bờ biển dài 63km, có Cửa Khẩu, Mũi Ròn (230m), khơi có Hòn Sơn Dương, Hòn Chim Khu vực nghiên cứu tiểu vùng dạng châu thổ lấp đầy không điển hình, phát triển sụt hạ tương đối xen hạ yếu kiến tạo đại Đoạn bờ có hướng Bắc – Nam, trình địa mạo đại thống trị tích tụ - xói lở, bờ giàu bồi tích cát sóng biển ưu động lực ngoại sinh Đoạn bờ bị chia cắt số núi mác ma thuộc đới Hoành Sơn đâm ngang biển Vịnh Vũng Áng – Sơn Dương tạo SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển thành từ sườn ác mũi nhô dãy núi Về hình thái, Vũng Áng – Sơn Dương vịnh hở, có cửa thông trực tiếp biển huớng Bắc Địa hình khu vực Vũng Áng – Sơn Dương có độ tương phản cao : có núi thấp đồi xen kẽ đồng hẹp ven biển, cồn đụn, bãi triều vũng vịnh + Địa hình núi thấp đồi gồm dãy Cửa Khẩu Mũi Ròn; dãy Cửa Khẩu nằm phía Nam Vũng Áng, dài khoảng 5,5km, rộng 2-3km, cao trung bình 300m; dãy Mũi Ròn chắn phía Bắc vịnh, dài khoảng 4,5km, rộng 1,4-2km, cao trung bình 200m Các dãy núi có sườn dốc, bề mặt bị phân cách mạnh Phổ biến sườn tượng sườn tích lũ tích + Địa hình bãi bồi, đồng gồm bãi lớn bãi nhỏ có thành phần khác biệt Bãi lớn rộng khoảng 1,7ha với thành phần chủ yếu đất pha cát, nằm chân dãy Cửa Khẩu, tương đối phẳng, nghiêng biển Bãi nhỏ rộng khoảng 0,2ha chân Mũi Ròn với thành phần chủ yếu cát cát pha + Địa hình cồn đụn phân bố sát bờ biển, dài khoảng 3km, rộng 100-300m trải dài theo hướng Tây – Đông, phần phía Tây cồn, đụn cát có bề mặt nhấp nhô, cao khoảng 5-8m; phần phía Đông cồn, đụn cát có bề mặt phẳng, cao khoảng 2-4m + Địa hình bãi triều gồm bãi triều cát bãi triều đá Bãi triều cát bùn phân bố phía Nam vịnh, có bề mặt phẳng thoải biển với góc nghiêng khoảng 5-10 o, độ sâu khoảng 8m khoảng cách gần 2km cách bờ Bãi triều đá phân bố phía Đông Tây vịnh, chân Mũi Ròn Mũi Dung, có độ dốc lớn, cách bờ khoảng 10m, độ sâu khoảng 15m Đáy vịnh có dạng lòng chảo với tâm sát Mũi Ròn Con Phần phía Tây Nam vịnh, đáy biển thoải phân bậc, độ dốc 5-10 o diễn khoảng sâu -10m độ dốc 2-5o diễn khoảng sâu -20m hình thành chủ yếu nhờ trình tích tụ Phần phía Đông vịnh nơi có rãnh nước sâu, hẹp bám theo chân Mũi Ròn Mũi Dung đáy biển dốc hình thành trình bào mòn đáy biển 1.1.3 Điều kiện địa chất Theo kết khảo sát khoan, xuyên (11 lỗ khoan, 11 lỗ xuyên) địa tầng khu vực Vũng Áng – Sơn Dương có thể phân lớp sau : - Lớp gồm có phụ lớp : + Phụ lớp 1a : cát hạt mịn màu xám ghi phớt vàng kết cấu chặt vừa đến chặt, chiều dày trung bình 5,42m, ứng suất có điều kiện [R’]=2kg/cm2 SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển + Phụ lớp 1b : cát hạt thô màu xám ghi phớt vàng bề dày không đồng đều, lỗ khoan VA1 dày 6,6m, ứng suất có điều kiện [R’]=3kg/cm2 - Lớp gồm có phụ lớp : + Phụ lớp 2a : cát sét mịn màu xám đen, phớt vàng dẻo, chiều dày không đồng Tại lỗ khoan VA9 dày 6,6m, ứng suất có điều kiện [R’]=1kg/cm2 - Lớp có phụ lớp : + Phụ lớp 3a : cát mịn phân bố hẹp hai lỗ khoan VA9 dày 3,3m VA11 dày 9,04m, ứng suất có điều kiện [R’]=2kg/cm2 + Phụ lớp 3b : cát mịn lỗ khoan VA11 dày 1,8m, ứng suất có điều kiện [R’]=2,5kg/cm2 + Phụ lớp 3c : cát thô gặp lỗ khoan VA7 VA8 chiều dày trung bình 2,2m, ứng suất có điều kiện [R’]=3,5kg/cm2 - Lớp : Sét cát (nguồn gốc trầm tích đá gốc) màu sặc sỡ (vàng, nâu, trắng), trạng thái từ dẻo cứng đến cứng, phân bố rộng toàn khu vực khảo sát, lỗ khoan lớp từ 5,1 -10,30m chưa gặp đá gốc, ứng suất có điều kiện [R’]=2,15kg/cm 1.1.4 Điều kiện khí tượng Các yếu tố khí tượng khu vực nghiên cứu đó : - Nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối không khí - Lượng mưa - Tốc độ gió hướng gió - Nắng xạ Khu vực dự án nằm vùng khí hậu Bắc Trung Bộ Đặc điểm bật khí hậu phân hoá mùa rõ rệt Gió Tây Nam (gió Lào) đặc thù khí hậu Bắc Trung Bộ Thời kỳ gió Lào thời kỳ nóng năm Mùa mưa tháng đạt cực đại vào tháng đầu tháng 10 Thời kỳ đầu mùa đông thời kỳ độ ẩm không khí đạt cao năm 1.1.4.1 Chế độ nhiệt chế độ ẩm a, Nhiệt độ không khí Tại khu vực nghiên cứu, nhiệt độ trung bình khoảng 25 0C Biến trình nhiệt độ Kỳ Anh – Hà Tĩnh thể hình 1.2 : SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 10 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Hình 1.2 Biến trình nhiệt độ trung bình tháng năm 2007 trạm Kỳ Anh – Hà Tĩnh b, Độ ẩm không khí Độ ẩm tương đối khu vực nghiên cứu trung bình năm 88,2% Bảng 1.1 : Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm gần Kỳ Anh Đơn vị: % Năm I II III IV V VI VII VIII IX 2003 91 92 92 86 78 69 72 72 87 2004 94 93 93 95 90 85 72 77 89 2005 90 93 92 87 74 65 78 78 90 2006 92 96 94 86 81 73 69 81 83 2007 91 90 93 88 83 72 68 77 84 Nguồn :Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Hà Tĩnh, Năm 2007 X 85 90 87 88 86 XI 90 88 90 87 84 XII 89 86 88 88 90 H ình 1.3 Biến trình độ ẩm tương đối trung bình năm 2007 Kỳ Anh SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 71 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển chọn Ta có : Chiều cao thùng chìm dọc tuyến đê Htc = Ztc- Zđ Trong đó : : Ztc : Cao trình đỉnh thùng chìm Zđ : Cao trình đáy Chiều sâu nước dọc tuyến đê ds = Htk – Zđ Trong đó : : Htk : Mực nước cao thiết kế Zđ : Cao trình đáy Bảng 3.5 - Xác định chiều cao thùng chìm dọc theo tuyến đê Cao STT trình đáy -14.5 -13 -12 -10 -8 ds(m) 17.23 15.73 14.73 12.73 10.73 Mực Cao trình Chiều cao Hs(m) nước đỉnh thùng thùng chìm 4.3 4.0 3.5 2.8 2.2 thiết kế 2.73 2.73 2.73 2.73 2.73 chìm +5.5 +5.5 +5.5 +5.5 +5.5 (m) 20 18.5 17.5 15.5 13.5 3.3.2 Kiểm tra cao trình đỉnh theo tiêu chuẩn an toàn sóng tràn Việc kiểm tra điều kiện an toàn lựa chọn cao trình đỉnh thùng chìm việc quan trọng, nó định ổn định thùng chìm vật liệu bảo vệ chân thùng chìm Theo Sổ tay kỹ thuật biển CEM 2002, giá trị lưu lượng tràn cho phép đảm bảo an toàn ổn định cho thùng chìm trường hợp đê chắn sóng cho cảng q = 50 (l/s/m) Kiểm tra lưu lượng tràn qua đỉnh đê theo Công thức Franco 1999, CEM 2002: Trong đó: - h: Lưu lượng tràn qua đỉnh đê; Hs: Chiều cao sóng thiết kế trước chân sông trình Rc: Chiều cao lưu không đỉnh thùng chìm mực nước thiết kế; Rc = Cao trình đỉnh đê thiết kế - MNTK Bảng 3.6 - Xác định lưu lượng sóng tràn qua đê dạng thùng chìm theo Franco 1999 SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 72 Đồ án tốt nghiệp ST T Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Hạng mục Cao trình đỉnh đê thiết kế Mực nước cao thiết kế Chiều cao lưu không Chiều cao sóng thiết kế Hệ số sóng γβ Hệ số sóng γs Lưu lượng tràn Kiểm tra điều kiện: Ký hiệu CTĐ Htk Rc Hs γβ γs q Thỏa mãn lưu lượng sóng tràn MNTK Đơn vị 5.5 2.73 2.77 4.3 0.83 0.223 m m m m m3/s/m Đạt qhc p2=0 với η*≤hc p3=α3p1 pu=0.5(1+cosβ)λ3α1α3ρwgHdesign Bảng 3.9 - Kết tính toán áp lực sóng lên thùng chìm đê chắn sóng SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 75 Đồ án tốt nghiệp St t Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Thông số tính toán Đoạn Đoạn Đoạn đầu đê thân đê gốc đê 5.25 -12 2.73 3.3 -8 2.73 4.3 3.5 2.2 tường 5H1/3) hs (m) Độ sâu nước từ mực nước thiết đáy 17.23 14.73 10.73 thùng chìm h’ (m) Chiều cao thùng chìm hw (m) Chiều dài bước sóng thiết kế trước chân 17.23 20 14.73 17.5 10.73 13.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 công trình ( có thể phải thử dần) Ls (m) Góc tới sóng β (độ) Chiều sâu nước trước thềm đá đệm d (m) Chiều cao lưu không Rc (Rc = hc) (m) Hệ số α1 Hệ số α2 Hệ số α3 Áp lực p1 (KN/m2) Áp lực p2 (KN/m2) Áp lực p3 (KN/m2) Áp lực pu (KN/m2) 147.52 2.73 1.19 0.855 0.696 1.000 67.067 54.694 67.07 36.98 148.6 2.73 1.19 0.905 0.446 1.000 47.574 36.791 47.57 31.87 138.1 2.73 1.19 0.967 0.161 1.000 24.907 15.966 24.97 21.40 Độ cao sinh áp lực đầu sóng η* (m) Cao trình đáy biển Zđ (m) 4.5 -14.5 Mực nước thiết kế Htk (m) 2.73 Sóng thiết kế Hs (m) Độ sâu nước trước chân công trình (cách 3.4.2 Xác định chiều rộng B thùng chìm theo điều kiện ổn định trượt phẳng: Có thể kiểm tra điều kiện ổn định trượt phẳng thùng chìm theo công thức sau: k at = FG − FU f FH Trong đó: - FU: Tổng lực nâng thùng chìm FG: Tổng lực chống trượt thùng chìm FH: Tổng lực gây trượt thùng chìm f : Hệ số ma sát thùng chìm lớp đá đệm; Theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển chọn f =0.6 SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 76 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển kat : Hệ số an toàn chống trượt xác định theo cấp công trình Theo - Tiêu chuẩn kỹ thuật Thiết kế đê biển Bộ NN&PTNT xuất năm 2012 k at= 1.15 Bảng 3.8 - Kết tính toán kiểm tra ổn định trượt thùng chìm đoạn đầu đê Tổng lực gây trượt Chiều rộng thùng chìm B tính toán Chiều rộng thùng chìm B chọn Tổng lực nâng thùng chìm Trọng lượng thùng chìm ĐK ổn định: Như vậy: (FG-FU)*0.6/FH= FH Btt B Fu FG kat 1228.02 13.784 14 258.84 4853.49 2.24 KN/m2 M KN/m2 KN/m2 - Theo kết tính toán, thiết kế chiều rộng B thùng chìm cho đê chắn sóng B=14 (m) đảm bảo điều kiện ổn định trượt 3.4.3 Kiểm tra chiều rộng B thùng chìm theo điều kiện ổn định lật: Có thể kiểm tra điều kiện ổn định lật thùng chìm theo công thức sau: k at = M G − MU MH Trong đó: MG = FG B MG: Mô men chống lật thùng chìm trọng lượng đập; M G xác định theo công thức sau: MU = pu B p u B B = 3 MU: Mô men gây lật thùng chìm lực đẩy ; M U xác định theo công thức sau: MH: Mô men gây lật sóng; MH xác định theo công thức sau: M H = p2 hc ( hc p − p2  hc h' p − p3 ' '  + h' ) + hc + h '  + p3 h ' + h h 2 2 3  Kođ: Hệ số an toàn ổn định lật Xác định theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển Kođ = 1.3 Bảng 3.10 - Kiểm tra ổn định lật thùng chìm đoạn đầu đê SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 77 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển 11245.15 Mô men gây lật sóng Mô men gây lật lực đẩy MH MU 2415.795 22649.63 Mô men chống lật trọng lượng đập MG KNm KNm KNm >Kođ cho ĐK ổn định: Như vậy: (MG-MU)/MH= Kođ 1.799 phép Theo kết tính toán, thiết kế chiều rộng B thùng chìm cho đê chắn sóng B=14 (m) đảm bảo điều kiện ổn định lật Như vây, chọn chiều rộng thùng chìm thiết kế B = 14 (m) Chiều rộng thùng chìm thay đổi theo đoạn đê chắn sóng 3.5 Cấu tạo thùng chìm Thân thùng chìm làm BTCT mác 350 có chiều rộng 14 m, chiều cao từ đỉnh thùng chìm đến đáy đoạn đầu đê chắn sóng bệ 20 m Chiều dày vòm sơ chọn 40cm, chiều dày đáy 50cm, chiều dày lớp phân chia khoang thùng để lấp cát 20cm, đảm bảo bố trí lưới cốt thép Kích thước chiều dày cốt thép vòm thiết kế cụ thể thiết kế chi tiết Phần đầu đê bố trí khối tetrapod nhằm tiêu hao lượng sóng đập vào thành thùng chìm để đảm bảo ổn định thùng chìm cách tốt nhất(Kích thước khối tetrapod tính toán chi tiết mục sau) Sau lấp đầy cát thùng chìm, phía thùng chìm dải lớp vải địa kỹ thuật lớp đá dăm đệm dày 40cm, sau đó tiếp tục dải lớp giấy dầu lên mặt lớp đá dăm Có thể bố trí khối tường đỉnh để làm giảm chiều cao thùng chìm, khối bê tông tường đỉnh đặt cao MNCTK phục vụ công tác đổ bê tông chỗ 3.6 Thiết kế lớp đệm đá chân công trình Theo CEM-2002, có thể kể đến công dụng đệm đá kết cấu đê thùng chìm sau: - Phân bố ứng suất lên nền; - Chống xói chân đập; - Tạo mặt phẳng cho xây dựng kết cấu phía trên; - Tăng sức chịu tải cho nền, tăng ổn định trượt; SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 78 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Thiết kế lớp đá đệm cần đảm bảo tiêu chí sau : - Móng đá đệm dày tối thiểu 1.5 ~ m (kể tầng lọc) - Hạn chế xói: Độ sâu đệm tính từ mực nước thiết kế phải thỏa mãn >1.25H s - Bề rộng tối thiểu khối đá đệm tính từ vách thùng chìm: B đá đệm =0.4 độ sâu nước - Cấp phối lớp lõi lớp đá đệm chân thùng chìm tốt để tăng độ chặt, giảm lún - Cần có khối phủ bảo vệ chân đá đổ tránh tác động sóng Như theo CEM -2000 có thể thiết kế sơ lớp đá đệm có thể tính toán theo công thức sau: - Cao trình đỉnh lớp đá đệm: Zđá đệm= MNTK -1.25Hs - Chiều rộng đỉnh lớp đá đệm tính từ vách thùng chìm: Bđá đệm=0.4hs Ý nghĩa thông số, công thức tính toán kết tính toán - Độ sâu nước đỉnh thềm đá đệm d = MNTK – Z’đệm với Z’đệm : Cao trình đỉnh khối đá đệm chân ( Z’đệm = MNTK-1.25*Hs) - Chiều cao khối đá đệm chân thùng chìm Lb = Z’đệm – Zđ - Bề rộng đỉnh khối đá đệm thỏa mãn >0.4*ds - Chỉ số ổn định thiết kế nhỏ Ns tra theo đường cong theo CEM 2000 Ở đây, với tỉ số hb/hs, tra theo đường cong ứng với trường hợp đê dạng thùng chìm với lớp đá đệm bảo vệ chân đá đổ để có giá trị Ns3 tương ứng SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 79 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Hình 3.7 : Xác định số thiết kế ổn định nhỏ ∆= Tỉ khối tương đối đá ρa − ρn ρn Đường kính viên đá bảo vệ chân Dn50 = ()1/3 Trong đó : Htk : mực nước cao thiết kế Ns : Chỉ số ổn định thiết kế nhỏ ∆ : tỉ khối tương đối đá Khối lượng viên đá bảo vệ chân yêu cầu Wc = ρa.Dn50 Trong đó : ρa : khối lượng riêng đá Dn50 : đường kính viên đá bảo vệ chân Chiều dày lớp đá phủ W  t = n.K t  ÷ = n.K t D n  ρbt  với n : số lớp đá phủ Kt : hệ số xếp lớp SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 80 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Bảng 3.11 Kết tính toán kích thước lớp đệm đá chân thùng chìm STT Hạng mục tính toán Kết tính toán Đoạn đầu đê 10 11 12 13 14 15 16 Đoạn thân đê -12 2.73 14.73 Đoạn gốc đê Cao trình đáy thùng chìm Zđ (m) -14.5 -8 Mực nước thiết kế Htk (m) 2.73 2.73 Độ sâu nước chân công trình hs (m) 17.23 10.73 Chiều cao sóng thiết kế chân thùng chìm Hs (m) 4.3 3.5 2.2 Độ sâu nước đỉnh thềm đá đệm hb (m) 5.73 4.73 3.73 Cao trình đỉnh khối đá đệm chân tính toán Z’đệmtt (m) -2.65 -1.645 -0.02 Cao trình đỉnh khối đá đệm chân chọn Z’đệmchọn (m) -3.0 -2.0 -1.0 Chiều cao khối đá đệm chân thùng chìm Lb (m) 11.5 10 Bề rộng đỉnh khối đá đệm tính toán Btt (m) 6.89 5.892 4.292 Bề rộng đỉnh khối đá đệm chọn Bc (m) 7.0 6.0 5.0 Tỉ số độ sâu hb/hs 0.33 0.32 0.35 Chỉ số ổn định thiết kế nhỏ Ns 14 14 20 Tỉ khối tương đối đá ∆ 1.44 1.44 1.44 Đường kính danh nghĩa viên đá bảo vệ chân Dn50 1.24 1.01 0.56 Khối lượng viên đá bảo vệ chân yêu cầu Wc (tấn) 5.05 2.72 0.47 Chiều dày lớp đá phủ t (m) 2.85 2.32 1.3 Đối với đoạn đê khác cao trình đỉnh lớp đá đệm thay đổi theo chiều cao cao trình đáy thùng chìm Tính toán kích thước lớp tetrapod bảo vệ đầu đê chắn sóng để tiêu hao tối đa lượng sóng tác dụng lên đê : Tùy vào khối bê tông dị hình, kích thước đặc trưng xác định thông qua hệ số ổn định Theo Hudson, ta có công thức xác định hệ số ổn định khối tetrapod sau: =( Kd.cotα)1/3 Trong đó : Hs : Chiều cao sóng thiết kế ∆ : Tỉ khối tương đối đá Kd : Hệ số ổn định, với khối tetrapod, Kd =7 SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 81 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Cotα : hệ số mái, cotα = 1,5 Chiều cao khối tetrapod xác định theo công thức : Dn=0.65H => H = Dn/0.65 Khối lượng khối tetrapod xác định theo công thức : W = ρbt.Dn3 (với ρbt khối lượng riêng bê tông) Tetrapod xếp lớp, với hệ số xếp lớp kt = 1.04 Ta có kết tính toán bảng 3.12: Bảng 3.12 Kết tính toán kích thước khối tetrapod bảo vệ đầu đê Đoạn đê Đường kính Chiều cao khối danh nghĩa Dn tetrapod tính toán (m) Đầu đê 1.36 2.09 3.7 Thiết kế chân khay bảo vệ lớp đá đệm Chiều cao khối tetrapod chọn (m) 2.5 Khối lượng (tấn) 7.5 Tác động sóng mặt đứng gây xáo trộn nghiêm trọng đáy biển Khi kết cấu đặt đáy san có chuẩn bị vật liệu đá đổ thùng chìm đáy biển phía trước nó nên bảo vệ chống xói khoét sâu móng có thể xẩy Xói có thể ảnh hưởng đến nên đá đặc biệt nơi có loại đá mềm Do hậu nghiêm trọng tiềm tàng xói phía trước kết cấu thùng chìm chi phí cho việc bảo vệ chống xói nhỏ so với chi phí kết cấu Trong đồ án kiến nghị dùng lớp đá phủ bảo vệ đá đệm Kích thước lớp đá phủ bảo vệ chân đá đổ chọn theo CEM-2002 : SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 82 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Hình 3.8 Đồ thị xác định kích thước viên đá chân khay Chiều rộng chân khay cho chứa tối thi ểu khối gia cố Cao trình chân khay tạo với chiều rộng khối đảm bảo ổn đinh vật liệu gia cố Chân khay thi công trước sau khối phủ Đường kính viên đá lớp chân khay xác định theo công thức : Ns = Trong : Hs : chiều cao sóng thiết kế chân công trình Ns : tra theo đồ thị hình 3.5 ∆ : tỉ trọng tương đối đá Dựa tiêu chí trên, để đảm bảo an toàn cho công trình, chọn thiết kế khối phủ bảo vệ lớp đá đệm yêu cầu sau : (kích thước :Chiều rộng x chiều cao x đường kính danh nghĩa viên đá) Đoạn đầu đê: khối chân bảo vệ có kích thước: 5×3×1.5 (m) cho mái phía ngoài, mái phía khối bảo vệ chân có kích thước : 4.0×3.0×0.3(m) Đoạn thân đê: Khối bảo vệ chân có kích thước: 4×3×1.0 (m) cho mái phía ngoài, mái phía khối bảo vệ chân có kích thước : 2.0×2.0×0.3(m) SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 83 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển Đoạn gốc đê: Khối bảo vệ chân có kích thước: 3×2×0.5 (m) cho mái phía ngoài, mái phía khối bảo vệ chân có kích thước : 2.0×2.0×0.3(m) 3.8 Thiết kế viên đá lớp đá đệm Lớp lõi sử dụng đá có cấp phối rộng, có khối lượng W/10÷W/200 để đảm bảo để tăng độ chặt, giảm lún cho công trình Lớp lõi đá đệm lựa chọn cho đoạn đầu đê, thân đê gốc đê có khối lượng 25÷ 500 kg; 15÷300 kg; 10÷100 kg 3.9 Kết luận Các số thiết kế thùng chìm thể bảng 3.12 Bảng 3.13 : Tổng hợp các số thiết kế Chỉ số Đầu đê +5.5 Đoạn đê Thân đê +5.5 Cao trình đỉnh thùng chìm (m) Bề rộng thùng chìm (m) 14 12 Chiều cao thùng chìm (m) 20 17.5 Kích thước lớp đá phủ chân công trình Cao trình đỉnh khối đá đệm chân (m) Chiều cao khối đá đệm chân thùng chìm Lb (m) Bề rộng đỉnh khối đá đệm Bc (m) Đường kính danh nghĩa viên đá bảo vệ chân Dn50 (m) Khối lượng viên đá bảo vệ chân yêu cầu Wc (tấn) Chiều dày lớp đá phủ (m) Gốc đê +5.5 14.5 -3.0 -2.0 -1.0 11.5 10.0 7.0 7.0 6.0 5.0 1.24 1.01 0.56 5.05 2.72 0.47 2.85 2.32 1.3 Kích thước khối đá bảo vệ lớp đá đệm Mái 4.0×3.0×0.3(m) 2.0×2.0×0.3(m) Mái 5.0×3.0×1.5 (m) 4.0×3.0×1.0 (m) SVTH: Đỗ Thị Tuyết 2.0×2.0×0.3(m) 2.0×2.0×0.5 (m) L ớp: 53B2 84 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu thực đồ án với đề tài “ Nghiên cứu chế độ thủy động lực thiết kế đê chắn sóng bảo vệ khu vực c ảng Formosa – Hà Tĩnh” thu số kết sau: - Nêu cách tổng quát ều ki ện tự nhiên, dân sinh kinh t ế, khí tượng, khí hậu, thuỷ hải văn, địa hình địa chất địa chất công trình khu v ực nghiên cứu; - Nghiên cứu chế độ thủy động lực khu vực nghiên cứu tr ước sau có công trình; - Đề xuất phương án lựa chọn thiết kế; - Thiết kế đê chắn sóng bảo vệ khu cảng bên trong; - Tính toán xác định sơ kích thước đê chắn sóng dạng thùng chìm; Các kết nghiên cứu đồ án sư dụng để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau: - Các kết tính toán điều kiện biên có th ể dùng làm đầu vào công tác tư vấn thiết kế xây dựng công trình biển khu vực nghiên cứu; - Các số liệu sóng, gió, địa hình dùng làm đầu vào đ ể tính toán b ồi, xói t ại vùng khu vực nghiên cứu điều kiện trạng sau có công trình; SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 85 Đồ án tốt nghiệp Ngành: Kỹ thu ật công trình bi ển TÀI LIỆU THAM KHẢO Cuốn “Quy hoạch Cảng” tác giả Phạm Văn Giáp – Giảng viên tr ường Đại học xây dựng Số liệu thống kê yếu tố Khí tượng thuỷ văn tỉnh Hà Tĩnh năm 2007 Số liệu thống kê yếu tố Khí tượng thuỷ văn t ại Trạm khí tượng hải văn Hòn Ngư năm 2007 Đặc trưng mực nước trạm Hòn Ngư (theo hệ hải đồ) – Tổng công ty Tư vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI) Quy phạm Nhật Bản năm 2002 yêu cầu chi ều cao sóng cho phep b ể cảng Quy phạm Trung Quốc yêu cầu chiều cao sóng cho phep bể cảng Theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển 14TCN – tháng 9/2012 Tiêu chuẩn ngành Bộ GTVT “Tải trọng tác động lên công trình thu ỷ” 22 TCN -222-95 Tiêu chuẩn OCDI Nhật Bản -2002 10 Sổ tay kỹ thuật biển CEM 2002 11 Hướng dẫn thiết kế PIANC 12 Trang thông tin: http://www.wikipedia.org SVTH: Đỗ Thị Tuyết L ớp: 53B2 ... tác động đến công trình - Tính toán thiết kế công trình đê chắn sóng bảo vệ khu vực cảng Formosa – Hà Tĩnh Phạm vi nghiên cứu Đồ án nghiên cứu chế độ thủy động lực khu vực cảng Formosa Hà Tĩnh, ... đạc Trong đồ án này, với mục tiêu mô chế độ thủy động lực khu vực cảng Formosa Hà Tĩnh để từ đó nghiên cứu, tính toán thiết kế công trình đê chắn sóng bảo vệ cảng, mô hình Mike sử dụng đáp ứng... bảo vệ cảng Trên sở đó, phân công hướng dẫn thầy cô giáo khoa Kĩ thuật biển, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài : “ Nghiên cứu chế độ thủy động lực tính toán thiết kế công trình bảo vệ