Thiet ke cong trinh bao ve bo song du an hoa xuan

Kè chống xói thôn Thạch Bàn xã Hoà Phú, huyện Tây Hòa tỉ nh Phú Yên hàng năm vẫn bị xói l ở rất nghiêm trọng có nguy cơ ảnh hưởng trực ti ếp đến sự an toàn của người dân cũng như di ện tích đất hai bên bờ sông. Vì vậy vi ệc đầu tư nghiên cứu bi ện pháp bảo vệ chống xói l ở đoạn sông này là hết s ức cần thi ết nhằm đảm bảo đảm bảo an toàn sản xuất và sinh ho ạt cho nhân dân trong khu vực

I TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu vị trí tuyến công trình:

Tuyến đê kè trong phạm vi Khu đô thị sinh thái ven sông Hòa Xuân tiếp giáp với các khu vực sau:

+ Phía Đông giáp Quận Ngũ Hành Sơn

+ Phía Tây giáp phường Hòa Cường Nam và Khuê Trung

+ Phía Nam giáp khu đô thị sinh thái đang xây dựng

+ Phía Bắc giáp sông sông Hàn tại vĩ trí ngã ba sông Hàn – Cẩm Lệ - Vĩnh Điện

Vị trí tuyến: Theo tuyến đã điều chỉnh qui hoạch đã phê duyệt, theo qui hoạch chung Khu đô thị sinh thái ven sông Hòa Xuân đảm bảo tính hợp lý và ổn định công trình

Chiều dài tuyến đê kè dự án Hòa Xuân khu vực tiếp giáp sông Vĩnh Điện và Cẩm Lệ dài gần 2km Đoạn phía giữa sông Vĩnh Điện và Cẩm Lệ là khu đảo VIP dài 1094,66 m, Đoạn phía sông Vĩnh Điện dài 960 m

1.2 Mục tiêu của dự án:

Chủ động phòng, chống xỏi lở bờ sông, hạn chế thiệt hại do thiên tai gây ra hàng năm, tạo điều kiện phát triển kinh tế xã hội góp phần bảo vệ môi trường, cải tạo cảnh quan khu vực phía Nam thành phố Đà Nẵng nói chung, khu đô thị sinh thái ven sông Hòa Xuân

Công trình góp phần bảo vệ ổn định khu dân cư phía Nam thành phố Đà Nẵng và phục vụ du lịch, thương mại tạo điều kiện thu hút du khách và các nhà đầu tư

1.3 Nhiệm vụ của dự án:

Bảo vệ an toàn, phòng chống lụt bão khu vực đất rộng khoảng 100 ha, chống sạt lở bờ sông, các công trình kiến trúc được qui hoạch bên trong Khu đô thị sinh thái ven sông Hòa Xuân Xây dựng hệ thống đê kè kiên cố, đảm bảo an toàn phòng chống lụt bão, lũ

Công trình phải phù hợp với quy hoạch về cảnh quan và không gian kiến trúc của khu đô thị mới phía Nam thành phố

1.4 Quy mô của dự án:

- Cấp gió lớn nhất để tính toán : Cấp 12

- Tần suất bảo đảm mực nước lũ tính toán thiết kế kè : P = 2%

- Tần suất mực nước tính toán sóng thiết kế : P = 10%

- Tần suất mực nước trung bình : P = 50%

II TÀI LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

2.1 Tài liệu địa hình, địa chất

a Tài liệu địa hình

Được thể hiện ở tập đính kèm: “Bình đồ khu vực tuyến công trình tỉ lệ 1/…”

b Tài liệu địa chất

Kết quả khoan địa chất tuyến kè cho thấy, địa tầng khu vực có cấu tạo phức tạp với nhiều lớp đất, cát với khả năng chịu tải khác nhau, từ trên xuống dưới được chia ra các lớp khác nhau Theo hồ sơ khảo sát địa chất công trình Khu đô thị sinh thái ven sông Hòa Xuân, hạng mục Kè bảo vệ bờ sông do Công ty CP Tư vấn thiết kế xây dựng giao thông công chính Đà Nẵng lập (Lấy kết quả số liệu địa chất từ lổ khoan LK5, LK6, LK7, LK8, LK9, LK10,

LK11, LK12)

Bảng 2.1: Bảng thống kê chỉ tiêu cơ lý đất nền:

K (cm/s )

- Đất đắp: Sét lẫn dăm sạn màu nâu đỏ, xám vàng, xám tím Trạng thái nửa cứng đến cứng

Bề dày chưa xác định Lớp này khai thác làm vật liệu xây dựng

Các chỉ tiêu thí nghiệm dùng trong tính toán mỏ vật liệu xem bảng dưới đây:

Bảng 2.2: Bảng chỉ tiêu vật liệu đất đắp:

Các chỉ tiêu cơ lý Kí hiệu Đơn vị Các chỉ tiêu dùng cho tính

toán Lớp 2

Dung trọng tự nhiên/ bão hòa c cb T/m3 1,82 / 1,93

Lực dính kết tự nhiên/ bão hòa C Kg/cm2 0,26 / 0,18

Góc nội ma sát tự nhiên/ bão hòa  Độ 22 / 18

Hệ số nén lún tự nhiên/ bão hòa a1-2 Cm2/kg 0,018 / 0,027

2.2 Tài liệu thủy văn, thủy lực

- Tài liệu thủy văn

+ Mực nước lớn nhất năm thiết kế tại trạm Cẩm Lệ: thời gian quan trắc từ năm 1976 đến

- Tài liệu thủy lực

Gồm 4 biên đầu vào: 4 biên lưu lượng và 1 biên mực nước

+ 4 biên lưu lượng: biên Ái Nghĩa, biên Túy Loan, biên Thanh Quýt, biên Vĩnh Điện

+ 1 biên mực nước: trạm Sơn Trà

III TÍNH TOÁN THUỶ VĂN THỦY LỰC

2.1 Tính toán thủy văn

(1) Mực nước lớn nhất năm thiết kế ứng với tần suất P= 2% tại trạm Cẩm Lệ:

Theo số liệu thực đo tại trạm Cẩm Lệ (1976÷2012), áp dụng mô hình FFC2008 ta vẽ đường tấn suất mực nước ta được các tham số thống kê chuỗi số liệu mực nước cao nhất năm như sau:

Bảng PL1.1: Các tham số thống kê đường tần suất mực nước cao nhất năm trạm Cẩm Lệ

Đặc trưng H max tb (cm) Hệ số biến động C v Hệ số thiên lệch C s

© FFC 2008

Hình: Đường tần suất mực nước lớn nhất năm trạm thủy văn Cẩm Lệ:

(2) Mực nước trung bình năm thiết kế ứng với tấn suất P= 50% tại trạm Cẩm Lệ:

(3) Mực nước thấp nhất năm thiết kế ứng với tấn suất P= 98% tại trạm Cẩm Lệ:

Tính toán tương tự như mục (1) ta có kết quả tính toán thủy văn tại trạm Cẩm Lệ như sau: + Mực nước lớn nhất ứng với p = 2% : + 4,79 m

+ Mực nước trung bình ứng với p = 50% : + 0,06 m

+ Mực nước thấp nhất ứng với p = 98% : - 0,94 m

Mặt khác, khoảng cách địa hình từ trạm Cẩm Lệ đến tuyến công trình khá xa khoảng 4,0km

Do đó, để xác định chính xác hơn các mực nước tính toán tại truyến công trình ta lấy mực nước tại trạm Cẩm Lệ trừ đi cho khoảng chênh lệch mực nước giữa trạm Cẩm Lệ và tuyến công trình (trích kết quả từ mô hình thủy lực), như sau:

+ Độ dốc ứng với tần suất lũ P = 2% là 0,00015, tính được mực nước lớn nhất ứng với tần suất P = 2% tại tuyến công trình là +4,19 m

+ Độ dốc ứng với tần suất lũ P = 50% là 0,00001, tính được mực nước lớn nhất ứng với tần suất P = 50% tại tuyến công trình là +0,02 m

+ Độ dốc ứng với tần suất lũ P = 98% là 0,000002 5, tính được mực nước lớn nhất ứng với tần suất P = 98% tại tuyến công trình là -0,95 m

+ Sử dụng mô hình thủy văn thủy lực MIKE để mô phỏng xác định trường lưu tốc tại khu vực nghiên cứu

+ Kiểm tra kết quả vận tốc tại chân kè khu vực nghiên cứu

2.2.3 Tính toán thủy lực:

 Điều kiện biên của mô hình có gồm: 4 biên lưu lượng, 1 biên mực nước:

- Biên lưu lượng: với điều kiện thực tế hiện nay công tác đo đạc điều tra lưu lượng mùa kiệt chỉ có sông Yên và sông Túy Loan là được duy trì thường xuyên (từ 1979 đến nay); trên sông Vĩnh Điện, sông La Thọ, sông Quá Giáng chỉ đo đạc được một số đợt trước năm 2000

Để tính toán lưu lượng trung bình ngày, từ tài liệu đo đạc lưu lượng đồng thời ta tiến hành xây dựng quan hệ giữa các biên trên với trạm thủy văn Ái Nghĩa Qua quá trình nghiên cứu thiết lập, ta nhận thấy quan hệ giữa lưu lượng tại trạm Ái Nghĩa với các biên lưu lượng là rất chặt chẽ- đối với biên lưu lượng sông Túy Loan có hệ số tương quan R2

= 0.85 (Hình 2.1), sông La Thọ hệ số tương quan R2

= 0.86 (Hình 2.2) và sông Vĩnh Điện có hệ số tương quan

R2 = 0.81 (Hình 2.3) Từ các phương trình tương quan ta tiến hành tính toán lưu lượng trung bình ngày các tháng mùa kiệt năm 2010 từ lưu lượng tại trạm thủy văn Ái Nghĩa

QUAN HỆ LƯU LƯỢNG TẠI ÁI NGHĨA VÀ TÚY LOAN

QUAN HỆ LƯU LƯỢNG TẠI ÁI NGHĨA VÀ LA THỌ

 Hiệu chỉnh mô hình MIKE 21 cho hạ lưu Vu Gia- Thu Bồn (Thành phố Đà Nẵng)

Hình CĐ.7: Tạo lưới tính toán theo vùng

Hình CĐ.8: Bản đồ hệ số nhám

Hình CĐ.9.1: Biên lưu lượng tại Ái Nghĩa, Vĩnh Điện, Thanh Quýt, Túy Loan 2010

Hình CĐ.9.2: Biên mực nước tại cửa Hàn năm 2010

Sau khi mô phỏng, ta được các kết quả như sau:

Hình CĐ.12: Vị trí kết quả trích xuất trường vận tốc trên sông Vĩnh Điện (đoạn gần ngã 3

sông Vĩnh Điện – Cẩm Lệ - Hàn) (năm 2010)

Hình CĐ.13.1: Kết quả trích xuất trường vận tốc theo phương U trên sông Vĩnh Điện (đoạn

gần ngã 3 sông Vĩnh Điện – Cẩm Lệ - Hàn) (năm 2010)

Hình CĐ.13.2: Kết quả trích xuất trường vận tốc theo phương V trên sông Vĩnh Điện (đoạn

gần ngã 3 sông Vĩnh Điện – Cẩm Lệ - Hàn) (năm 2010)

Bảng CĐ.7: Kết quả trích xuất giá trị vận tốc theo phương U trên sông Vĩnh Điện năm 2010

Tọa độ trích xuất vận tốc theo phương

U trên sông Vĩnh Điện

Đơn

vị

Giá trị Min

Giá trị Max

Giá trị trung bình

t12 m/s -0.01 0.04 0.00

Bảng CĐ.8: Kết quả trích xuất giá trị vận tốc theo phương V trên sông Vĩnh Điện năm 2010

Tọa độ trích xuất vận tốc theo phương

V trên sông Vĩnh Điện

Đơn

vị

Giá trị Min

Giá trị Max

Giá trị trung bình

- Cao trình đỉnh chân kè: được lấy cao hơn mực nước kiệt ứng với tần suất 95% với độ gia

tăng bằng 0,50 m Đồng thời đối chiếu với mực nước sông tại thời điểm khảo sát phục vụ lập thiết kế bản vẽ thi công để lựa chọn cho phù hợp

- Hệ số mái kè được chọn theo tiêu chẩn, mái trên chọn bằng 2,0 và mái dưới được chọn bằng 2,5

-  là hệ số ổn định cho phép của công trình bảo vệ bờ được lấy bằng hệ số ổn định cho phép của đê có cấp tương đương

- U là lưu tốc bình quân thủy lực lớn nhất thực đo (m/s)

- K là hệ số được xác định theo công thức (4.2)

- h là chiều sâu của viên đá tính toán (m)

- d là đường kính viên đá (m)

2

2 2 2 2

1

cos 1

sin

m

m m m

- m là hệ số mái dốc của chân kè

- mo là hệ số mái tự nhiên của đá thả rời trong nước

-  là góc hợp bởi đường mép nước và hình chiếu hướng chảy của dòng nước lên mái dốc (độ)

- Đường kính đá lát thân kè được xác định theo hai điều kiện:

+ Chống được tác động của dòng chảy: đường kính viên đá được xác định như phần; + Chống được tác động của sóng: đường kính viên đá được xác định theo công thức (4.4)

d (4.4)

Trong đó:

- d là đường kính viên đá (m);

-  là hệ số ổn định cho phép của công trình bảo vệ bờ được lấy bằng hệ

số ổn định cho phép của đê có cấp tương đương;

- do là hệ số phụ thuộc vào mái dốc thân kè

Khi m2 = 2 thì do = 0,13

Khi m2 = 3 thì do = 0,11

- đ,  là trọng lượng riêng của đá và của nước (T/m3);

- là tỷ số giữa chiều dài và chiều cao sóng;

- hs là chiều cao sóng được xác định theo công thức (4.5)

hs = 0,0208 W5/4 D1/3 (4.5) Trong đó:

- Chiều rộng đỉnh kè tùy thuộc khuôn viên tạo cảnh quan khu đô thị

- Thoát nước mặt kè dốc về phía sông, độ dốc 2%

sử dụng tính toán thấm trong SEEP/W như sau:

- Phương trình vi phân tổng quát :

• Q là lưu lượng biên áp đặt trong phần tử

• q là lượng chứa nước thể tích

• t là thời gian

• n là trọng lượng đơn vị của nước

• mv hệ số góc của đường cong lượng chứa nước và áp lực lỗ rỗng

Ngoài ra, SEEP còn sử dụng hàm thấm, thể hiện mối quan hệ giữa hệ số thấm và áp lực nước lỗ rỗng, hàm lượng chứa nước thể tích với áp lực nước lỗ rỗng trong đất

Lưu lương thấm qua đập tính gần đúng theo công thức sau : Q = q.Ltb

2 Tính ổn định

Tính ổn định mái: Sử dụng phương pháp cung trượt trụ tròn của Bishop để tính toán ổn định

mái kè Quá trình này được thực hiện bằng mô đun SLOPE/W của bộ phầm mềm GEOSTUDIO-2007 của hãng GEO-SLOPE, CANADA

Môdun tính ổn định theo phương pháp GLE: phương pháp gỉa thiết như sau: Dùng một hàm tùy ý để xác định phương của tổng lực giữa các thỏi Phần trăm của hàm đó, λ, cần thỏa mãn điều kiện cân bằng mô men và cân bằng lực được tính bằng cách ìm giao điểm trên đường quan hệ hệ số an toàn

3 Các trường hợp tính toán:

Trường hợp 1(Đặc biệt): Mực thượng lưu + 4,19m (mực nước đỉnh lũ cao nhất) khi xảy ra

lũ ứng với p = 2% và hạ lưu là mực nước triều trung bình + 0,02 m Hệ số an toàn [K] ≥ 1,10

Trường hợp 2(Cơ bản): Mực thượng lưu +0,02m và hạ lưu là mực triều thấp nhất -0,95m

(ứng với P= 98%) Hệ số an toàn [K] ≥ 1,20

4 Kết quả tính toán

Tính cho trường hợp 1: thượng lưu MNTL= +4,19m; Hạ lưu MNHL= +0,02m

Mô hình hóa dữ liệu đầu vào :

Hình PL2.1: Mô hình hóa dữ liệu đầu vào LK6 (TH1)

Kết quả tính thấm: q = 4,39.10-8

(m3/s)

Hình PL2.2: Kết quả tính thấm LK6 (TH1)

Kết quả tính ổn định: k = 1,471

Hình PL2.3: Kết quả tính ổn định LK6 (TH1)