do an tot nghiep
Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình LỜI CẢM ƠN Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với nỗ lực phấn đấu thân hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Vũ Minh Cát, TS Nghiêm Tiến Lam 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 bồi lấp cửa Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình” Thời gian làm đồ án tốt nghiệp khoảng thời gian có ích để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức học giúp em biết cách áp dụng lí thuyết vào thực tế, làm quen với công việc kỹ sư thiết kế cơng trình biển Đây đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế cơng trình thủy lợi vận dụng tổng hợp kiến thức học Dù thân cố gắng thời gian trình độ hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em kính mong bảo, hướng dẫn, giúp đỡ thầy cô giáo giúp cho đồ án em hồn chỉnh hơn, từ kiến thức chun mơn hồn thiện nâng cao Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 01 năm 2011 Sinh viên thực ĐÀO HOÀNG TÙNG SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B -1- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình MỤC LỤC MỞ ĐẦU .4 I.MỤC TIÊU ĐỒ ÁN II.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU III.BỐ CỤC ĐỒ ÁN Chương I TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU .7 Chương II 18 Ứng dụng mơ hình MIKE 21 mơ sóng vận chuyển bùn cát khu vực cửa Mỹ Á .18 2.1 Giới thiệu mơ hình MIKE 21 18 2.2 Xây dựng mô hình – Mơ hình MIKE 21 19 2.3 Mô truyền sóng khu vực nghiên cứu .23 2.4 Mô dòng chảy khu vực nghiên cứu .42 2.5 Mô vận chuyển bùn cát 52 Chương III 64 QUY HOẠCH, LỰA CHỌN VỊ TRÍ CƠNG TRÌNH VÀ TÍNH TỐN CÁC ĐIỀU KIỆN THIẾT KẾ .64 3.1 Quy hoạch lựa chọng cơng trình .64 3.2 Xác định cấp cơng trình 67 3.3 Tính toán điều kiện biên thiết kế 69 Chương IV 83 THIẾT KẾ ĐÊ CHẮN SÓNG 83 4.1 Thiết kế mặt cắt ngang 83 4.2 Tính tốn ổn định 95 Kết Luận Và Kiến Nghị 103 Kết luận 103 Kiến nghị 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B -2- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B -3- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình MỞ ĐẦU Quảng Ngãi tỉnh thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ Lãnh thổ tỉnh trải dài theo hướng Bắc – Nam 100 km, chiều ngang theo hướng Đông – Tây 60 km từ 14032’N đến 15025’N 108006’E đến 109004’E Ở phía Bắc, Tây, Nam, Quảng Ngãi giáp với tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ Tây Ngun; phía Đơng giáp với biển; phía Tây giáp với tỉnh Gia Lai, KomTum chiều dài 142 km liền kề với dãy Trường Sơn Quảng Ngãi gần nằm hai đầu đất nước, cách Hà Nội 883 km thành phố Hồ Chí Minh 838 km Lãnh thổ vùng nằm vùng kinh tế trọng điểm miền Trung với hoạt động kinh tế có thay đổi lớn, sau có đời khu công nghiệp Dung Quất Với tiện lợi giao thông qua Quốc lộ 1A tuyến đường sắt xuyên Việt, đồng thời có giao lưu với Tây Nguyên, Gia Lai, KomTum Lào thông qua Quốc lộ 24 Bờ biển Quảng Ngãi dài 130 km chia làm đoạn: - Đoạn 1: từ mũi Nam Trân đến mũi Ba Làng An - Đoạn 2: từ mũi Ba Làng An đến mũi Sa Huỳnh - Đoạn 3: từ mũi Sa Huỳnh đến mũi Kim Bồng Ngồi ra, bờ biển Quảng Ngãi có cửa sơng thuận lợi cho việc tầu thuyền cập bến: - Cửa Sa Cần phía Đơng Bắc huyện Bình Sơn Phía Bắc có vũng Dung Quất – cảng Dung Quất - Cửa Sa Kỳ nằm lọt phía Đơng Nam huyện Bình Sơn phía Đơng Bắc huyện Sơn Tịnh, hai xã Bình Châu Tịnh Kỳ, có lạch ngầm sâu dài khoảng 1km xây dựng thành cảng biển tỉnh - Cửa Cổ Luỹ (còn gọi Cửa Đại) nơi hai sơng Trà Khúc sông Vệ gặp đổ biển Cửa sông diễn biến phức tạp, tồn lạch sâu nên tầu có tải trọng từ 50 – 70 vào - Cừa Lở nằm hai xã Nghĩa An (Tư Nghĩa) Đức Lợi (Mộ Đức) Cửa biển hẹp cạn - Cửa Mỹ Á phía Đơng Bắc huyện Đức Phổ, thường xuyên bị bồi lấp cửa vào mùa kiệt, nên việc giao thơng thuỷ khó khăn SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B -4- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình - Cửa Sa Huỳnh phía Đơng Nam huyện Đức Phổ Cửa hẹp, giao thơng đường thuỷ khó khăn Phần lớn cơng trình đê Quảng Ngãi xây dựng sau năm 1975 chủ yếu đê sông cửa sơng giáp biển có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, chống lũ tiểu mãn lũ sớm Hầu hết tuyến đê ngắn bị chia cắt cửa sông, rạch cồn cát… Khác với tỉnh bắc bộ, đê tỉnh trung trung đê Quảng Ngãi có tuyến phạm vi biến đổi cửa sông, cửa rạch, khơng có tuyến đê quan lấn biển khơng có tuyến đê dự phòng đồng Bắc Bộ Do tác động sóng, dòng chảy ven bờ dòng chảy từ sơng, vật liệu mang theo lắng đọng vun lên khu vực cửa sông vào mùa cạn tượng bị xói lưu tốc dòng chảy tăng lên mùa lũ đẩy doi cát cửa sơng khơi thơng dòng chảy Nếu dòng lượng sóng lớn dòng chảy sơng, vật liệu bị đẩy vào phía cửa sơng, hình thành doi cát dạng móc câu Nếu dòng chảy sơng lượng sóng mạnh tương đương nhau, mũi doi cát nơi hội tụ lượng lớn doi cát vun lên cao giống “đê chắn cát” kéo dài phía cửa sơng phía rãnh trũng ngập nước triều cao dạng ao sót; dạng này, tác động gió đóng vai trò chủ yếu Cửa biển Mỹ Á cuối sông Trà Câu thuộc huyện Đức Phổ, nơi vào thường xuyên 300 tầu thuyền đánh cá xã Phổ Quang xã lân cận Theo thống kê, 10 năm kể từ trận lũ lịch sử năm 1999, cửa biển Mỹ Á bị lấp nửa Cát theo sơng từ nguồn đổ về, ngồi có cát theo thuỷ triều từ biển vào làm cho cửa sông ngày hẹp dần Hàng năm, vào thời kỳ biển động, gió chướng lượng cát lấp ngồi cửa nên tàu thuyền khó vào, đặc biệt tàu lớn nhiều giải pháp hút cát, nạo vét nhằm khơi thông cửa thực hiện, nhiên qua mùa, cát lại lấp cũ Với mục tiêu giải bồi lấp cửa cách lâu dài hơn, dự án cảng neo đậu tránh trú tầu thuyền cửa biển Mỹ Á khởi công từ đầu năm 2009 nhằm xây dựng bến cá, vũng neo trú cho 400 tầu, thuyền nạo vét luồng vào cảng, kết hợp với xây dựng đê chắn sóng ngăn cát… Mặc dù vậy, từ xây đê chắn cát, cửa biển lại bị bồi lấp nặng gió từ biển thổi vào bị đê chắn cát ngăn cản gây nên luồng xoáy đem theo cát lấp lại cửa SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B -5- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Thực tế cho thấy, cơng tác nghiên cứu, tính tốn để tìm biện pháp thích hợp giảm thiểu q trình bồi lấp cửa Mỹ Á tiếp tục việc thực đề tài mong muốn góp phần vào cơng tác I MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Từ số liệu thu thập được, sử dụng mơ hình MIKE 21 để mơ thuỷ lực, trường sóng vận chuyển bùn cát quy hoạch, thiết kế cơng trình lựa chọn nhằm giảm thiểu bồi lấp cửa sông Mỹ Á, ổn định luồng tàu vào cảng II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực mục tiêu đề ra, phương pháp công cụ sử dụng để nghiên cứu bao gồm: - Thu thập, xử lý chỉnh lý số liệu phục vụ nghiên cứu - Phương pháp điều tra phân tích tổng hợp ngun nhân hình thành - Phương pháp phân tích thống kê - Ứng dụng mơ hình tốn mơ xác định trường sóng, dòng chảy bùn cát - Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học công nghệ có nước giới III BỐ CỤC ĐỒ ÁN PHẦN MỞ ĐẦU Chương I: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU Chương II: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 21 MƠ PHỎNG SĨNG VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT KHU VỰC CỬA SÔNG MỸ Á Chương III: QUY HOẠCH, LỰA CHỌN VỊ TRÍ CƠNG TRÌNH VÀ TÍNH TỐN CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ Chương IV: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B -6- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sơng Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Chương I TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu Vùng cửa biển Mỹ Á thuộc địa phận xã Phổ Quang, huyện Đức Phổ, Tỉnh Quảng Ngãi, nằm cách thị xã Quảng Ngãi 45 km phía Nam Đây cửa sông Thoa, sông Trà Câu, sông Trường Giang số sông nhỏ khác gặp trước đổ biển Hình Bản đồ vùng cửa biển Mỹ Á SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B -7- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Hình Ảnh vệ tinh vùng cửa biển Mỹ Á 1.2 Địa hình địa mạo đặc điểm địa chất ven biển Đường bờ biển tỉnh Quảng Ngãi dài 130 km, thuộc địa phận huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa, Mộ Đức Bờ biển Quảng Ngãi bị chia cắt cửa sông đầm phá ven biển cửa Sa Cầu, cửa Sa Kỳ, cửa Đại, cửa Lở, cửa Mỹ Á cửa Sa Huỳnh Địa hình bề mặt đồng thoải thấp dần từ phía Tây sang Đơng, tương ứng với độ cao từ 1-30m Ngoại trừ vùng biển tương đối cao khu vực phía Bắc phía Nam Tỉnh Phần lớn vùng bờ biển Quảng Ngãi thấp thuộc bờ vùng đồng hạ lưu sơng vừa nhỏ (với diện tích lưu vực nhỏ 3,500 km2) sông Trà Bồng, sông Trà Khúc, sơng Vệ, sơng Trà Câu Trầm tích bề mặt có nguồn gốc đa dạng từ nguồn gốc sông, nguồn gốc biển đến hỗn hợp sông – biển – đầm lầy Vùng ven biển Quảng Ngãi có kiểu địa hình thấp đặc trưng, dạng đầm lầy cửa sông bị bồi lấp (Liman) đầm phá ven biển (Lagoon) Lớp 1: cát hạt thô – trung bình, màu xám vàng, lớp bão hồ nước chặt vừa Cát lớp có cường độ chịu tải cao, biến dạng, dùng làm móng cơng trình; nhiên, lớp cát dễ bị rửa trơi lớp đất rời, mức độ thẩm thấu cao Lớp phân bố rộng khắp diện tích vùng lộ bề mặt địa hình Khi xây dựng cơng trình cần phải có giải pháp móng thích hợp Lớp 2: Đá granit, màu xám đen, xám trắng, cấu tạo khối, kiến trúc hạt thô, nứt nẻ mạnh, đá cứng rắn Đá có cấu tạo khối, kiến trúc hạt thô, bị nứt nẻ mạnh Các SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B -8- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình khe nứt theo khảo sát có độ rộng ngang từ – 10mm Lớp đá phân bố rộng khắp vùng nằm sát lớp cát có độ sâu 6.5m Lớp 3: Đá granit, màu xám đen, xám trắng, lớp đá có cấu tạo khối, kiến trúc hạt thơ, rắn Lớp phân bố rộng khắp nằm liền kề lớp độ sâu – 11m Đá lớp có cường độ kháng nén cao, biến dạng làm móng vững cho cơng trình 1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng Khí hậu vùng nghiên cứu nằm vùng Duyên hải miền Trung mang đặc tính chung khí hậu nhiệt đới gió mùa đồng thời chịu ảnh hưởng khí hậu vùng sườn núi phía Đơng cao nguyên Kon Tum Vùng chịu ảnh hưởng luân phiên nhiều luồng khơng khí có nguồn gốc khác tràn tới Tuỳ thuộc vào vị trí địa lý điều kiện địa hình khác nhau, nên địa phương ảnh hưởng khơng khí gây khác Những đặc trưng điều kiện khí hậu ven biển Quảng Ngãi, gồm: 1.3.1 Chế độ nhiệt Hàng năm, vùng cửa Mỹ Á nói riêng tỉnh Quảng Ngãi nói chung, mặt trời qua thiên đỉnh hai lần, lần thứ vào khoảng cuối tháng IV đến đầu tháng V; lần thứ hai vào trung tuần tháng VIII Lượng xạ tổng cộng thực tế phổ biến từ 130 – 150 kcal/cm2/năm, lượng xạ phân bố không theo tháng tất yếu dẫn đến phân bố không theo mùa Lượng xạ tổng cộng mùa khô (từ tháng I – tháng VII) chiếm 70 – 75%, mùa mưa (từ tháng IX – tháng XII) chiếm từ 25 – 30% Bức xạ tổng cộng vụ Đơng Xn chiếm 41%, vụ Hè Thu chiếm 59% SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B -9- Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Bảng 1: Bức xạ tổng cộng thực tế tháng năm (Kcal/cm2) 10 11 12 Năm Sơn Tây 7.2 9.5 11.6 13.8 15.2 13.1 14.4 13.3 11.9 8.7 5.9 4.7 129 Trà Bồng 7.4 9.3 11.2 13.9 15.1 13.0 14.6 13.6 12.7 8.2 6.8 4.7 131 Minh Long 7.2 10.1 12.9 14.0 15.2 13.4 14.9 12.6 12.5 9.3 7.2 4.9 134 Ba Tơ 7.3 10.2 13.1 14.1 15.6 13.5 15.0 12.8 12.6 9.7 7.4 4.9 136 Châu Ô 8.0 10.1 12.7 15.2 17.1 16.3 16.7 14.1 13.2 10.2 6.8 5.9 146 Quảng Ngãi 7.8 9.8 12.4 15.6 17.4 16.3 16.5 14.2 13.3 10.5 7.4 6.2 147 Sa Huỳnh 8.7 10.4 13.6 16.5 17.6 16.4 16.8 14.3 13.4 11.2 7.8 6.7 153 Lý Sơn 8.8 10.6 14.1 16.5 17.4 16.4 16.9 14.0 13.5 11.0 8.2 7.4 155 Nền nhiệt độ trung bình năm cao, từ 25 – 260c, tổng nhiệt độ hàng năm khoảng 8,500 – 9,0000c Tháng I có nhiệt độ trung bình thấp (21 oc) tháng VII – VIII có nhiệt độ trung bình cao (27o – 28oc) Số nắng trung bình năm từ 2,200 – 2,500 khu vực cửa Sa Huỳnh có số nắng cao lên tới 2,700 giờ/năm 1.3.2 Chế độ mưa Hồn lưu gió mùa với địa hình tạo nên chế độ mưa mang nét đặc trưng riêng tỉnh Quảng Ngãi vùng cửa Mỹ Á Tổng lượng mưa trung bình năm phổ biến đồng từ 2,200 – 2,500 mm; vùng trung du, thung lũng thấp vùng núi có lượng mưa từ 3,000 – 3,600 mm; vùng đồng ven biển phía Nam có lượng mưa 2,000 mm SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 10 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Chọn giá trị ht = 5m giá trị phù hợp với hai điều kiện trên, ta tính tốn khối lượng đá trung bình để ổn định chân khay sau: Hình 4.7 Bảng tính tốn ổn định chân khay theo BREAKWAT Từ đây, khối lượng viên đá trung bình Wck = 1143.751 (kg) chọn Wck = 1150 (kg) Dựa vào công thức (4.3.2) để tính chiều dày chân khay: W r = n k∆ ÷ Wr (4.3.2) Với n = 2, k∆ = 1.15; ta tính r = 1.74 (m); ta chọn r = 1.8 (m) Đối với độ sâu -1.0 tính tốn chân khay sau: Hình 4.8.1 Bảng tính tốn ổn định chân khay theo BREAKWAT SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B - 93 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Đối với độ sâu -3.0, tính tốn chân khay sau: Hình 4.8.2 Bảng tính tốn ổn định chân khay theo BREAKWAT Bề rộng chân khay tính sau: Bck = 3xDn50 = 3x0.756 = 2.3 (m) 4.1.2.4.2 Tính tốn lớp lọc chân đê Trong điều kiện sóng nước nơng, chân đê chắn sóng chịu tác động sóng vỡ Các vận tốc nước cao đảo chiều Gradient thủy lực gây xói đáy biển (trừ đá) lún chân cơng trình Vì vậy, lớp lọc chân khay giải pháp tốt cho nhược điểm Theo CEM Wđáy/Wloi > 15 – 20 Ta chọn Wđáy = Wloi × 20 = 3.25 × 20 = 65 kg Theo CEM chiều dày tầng lọc nhỏ 0.6 m chiều dài từ chân khay ngồi lớn 1.5m Vì vậy, ta chọn chiều dày tầng lọc 0.6m, chiều dài từ chân khay ngồi 2m 4.1.2.5 Tính toán mở rộng đầu đê Các yếu tố gây ổn định đầu đê bao gồm: Nếu với tác động sóng u cầu ổn định vật liệu đầu đê cao thân đê; vây, đầu đê bị ổn định nguyên nhân sau: - Các khối phủ hình nón đầu đê liên kế thân đê - Vận tốc tràn phần hình nón có giá trị lơn hơn, đơi tăng lên sóng khúc xạ - Các khối phủ phía sau chịu tác động chiều với phương trượt SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 94 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Hình 4.9 Sơ đồ đầu đê Đối với chân khay đầu đê bị ảnh hưởng mạnh so với thân đê, sóng nước nơng chân khay bị trượt xói chân Độ ổn định đầu đê tăng lên cách tăng hệ số mái dốc, tăng kích thước đầu đê Cao trình đỉnh đầu đê lấy cao cao trình thân đê, đê chắn cát ta lấy cao trình thân đê Bề rộng đỉnh đê rộng bề rộng thân đê chiều dài lấy theo kinh nghiệm sau: Bđ = (1.5 – 2) Bt (4.5) Lđ = (2 – 2.5) Bđ (4.6) Chọn Bdd = 1.5x7 = 10.5 (m); L = 2x7= 14 (m) 4.2 Tính tốn ổn định 4.2.1 Tải trọng sóng lên đê mái nghiêng Tải trọng sóng lên đê mái nghiêng tính trường hợp kè ốp bờ (thiên an toàn) Ngoài lực tác dụng lên đê mái nghiêng tính ổn định chủ yếu áp lực sóng Áp lực sóng tác dụng lên đê mái nghiêng xác định theo tiêu chuẩn ngành 22TCN222 – 95 mái dốc gia cố lắp ghép đổ chõ có mái dốc 1.5 ≤ m ≤ SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 95 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Áp lực tính Pd tính theo cơng thức sau: Pd = k s ⋅ k f ⋅ Prel ⋅ ρ ⋅ g ⋅ h (4.7) Trong đó: ks: xác định theo công thức sau: k s = 0,85 + 4,8 ⋅ h h + ctgϕ ⋅ 0,028 − 1,15 ⋅ λ λ (4.8) h: chiều cao sóng trước chân cơng trình/ λ: bước sóng nước nông kf: Hệ số phụ thuộc vào độ thoải sóng λ / h ; tra theo bảng 4.6 Prel: giá trị áp lực sóng tương đối lấy theo bảng 4.7 Hình 4.11 Sơ đồ tính áp lực sóng lên mái nghiêng Trong sơ đồ trên, Pd áp lực sóng lên cơng trình, Z2 cao độ ứng với áp lực sóng lớn nhất, li khoảng giá trị ứng với giá trị áp lực sóng băng 0.4Pd 0.1Pd Bảng 4.6 Bảng hệ số kf Độ thoải sóng λ / h 10 15 20 25 35 kf 1,15 1,3 1,35 1,48 SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 96 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Bảng 4.7 Bảng giá trị Prel Chiều cao sóng 0.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 /4 Prel 3,7 2,8 2,3 2,1 1,9 1,8 1,75 1,7 Sau tính tốn phần, thay vào công thưc (4.7) (4.8) để tính Bảng 4.8 Bảng tính áp lực sóng lên mái nghiêng h λ ctgφ 3.45 81.7 1.5 h/ λ λ /h ks kf Prel Pd 0.4 Pd 0.1 Pd 0.042 23.68 1.021 1.336 1.755 83.52 33.41 8.35 Cao độ Z2 (m) xác dịnh theo công thức sau: z2 = A + ( ) 1 − 2ctg 2ϕ + ( A + B ) ctg ϕ (4.9) Trong đó: A B hai đại lượng tính m, xác định theo cơng thức: λ + ctg 2ϕ A = h 0,47 + 0,023 h ctg 2ϕ (4.10) h B = h 0,95 − ( 0,84ctgϕ − 0,25) λ (4.11) Cao độ điểm có áp lực lớn tính tốn kết đưa bảng sau: Bảng 4.9 Bảng tính tung độ điểm có áp lực lớn Z2 h λ ctgφ h/ λ λ /h A B Z 3.45 81.7 1.5 0.042 23.68 5.056 3.13 0.162 Tính tốn khoảng giá trị li ứng với áp lực sóng 0.4P d 0.1Pd, giá trị xác định theo công thức sau: l1 = 0.0125lω (m) (4.11) l2 = 0.0325lω (m) (4.12) l3 = 0.0265lω (m) (4.13) l4 = 0.0675lω (m) (4.14) lϕ = λ⋅ctgϕ ctg 2ϕ−1 (4.15) Các giá trị tính tốn khoảng giá trị đưa bảng sau: SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 97 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Bảng 4.10 Bảng tính gia trị li h λ ctgφ lφ l1 l2 l3 l4 3.45 81.7 1.5 116 1.45 3.77 3.07 7.82 Gọi P1, P2, P3, P4 lực sóng tập trung ứng với vùng biểu đồ áp lực sóng Giá trị tải trọng (tấn) tập trung tính sau: h λ Pd 0.4Pd 0.1Pd P1 P2 P3 P4 3.45 81.7 83.52 33.41 8.35 99.22 179.57 84.7 48.4 Trong đó: P1 = ×( 0,1Pd + 0, Pd ) ×( l4 − l3 ) (4.16) P2 = ×( 0, Pd + Pd ) ×l3 = 135, 67T (4.17) P3 = ×( 0, Pd + Pd ) ×l1 = 64T (4.18) P4 = ×( 0, Pd + 0,1Pd ) ×( l2 − l1 ) = 36,57T (4.19) Tổng hợp lực ta có: ∑P = P + P + P3 + P4 + P5 = 412T 4.2.2 Kiểm tra mặt phẳng đê mái nghiêng Vì đầu đê có kích thước khối lượng lớn nên ta kiểm tra ổn định cho đầu đê Nếu thỏa mãn điều kiện ổn định tồn đê ổn định Nếu khơng thỏa mãn điều kiện ổn định ta cần có biện pháp khắc phục phải kiểm tra cho phân đoạn lại đê SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B - 98 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Điều kiện ổn định: nc n.md Rt ≤ m G f ms Kn (4.20) Trong đó: fms: Hệ số ma sát đáy cơng trình đất nền, lấy fms = 0.5; nc: Hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 1; n: Hệ số vượt tải, n = 1.25; mđ: Hệ số điều kiện làm việc bổ xung, md = 1; m: hệ số điều kiện làm việc, m = 1.15; Kn: hệ số tin cậy, Kn = 1.25 4.2.3 Phương pháp xử lý Trong mục đề cập đến phương pháp sử lý thường gặp xây dựng cơng trình biển 4.2.3.1 Các dạng cần phải xử lý 1.Đánh giá qua thành phần đất - Đất sét mềm; - Đất than bùn: hàm lượng hữu > 13%; - Cát chảy; - Đất có hàm lượng tạp chất hoà tan muối clorua lớn 5%, muối sunphat muối sunpphat clorua lớn 10% tính theo trọng lượng; - Đất phù sa, đất bùn, đất mùn đất khả chịu lực 2.Theo ngun nhân hình thành - Loại có nguồn gốc khống vật, lẫn hữu q trình trầm tích (hàm lượng hữu tới 10 - 12%) Ngồi vùng thung lũng hình thành đất yếu dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8) - Loại có nguồn gốc hữu thường hình thành từ đầm lầy; - Đất yếu đầm lầy than bùn 3.Đánh giá theo kết thí nghiệm - Đối với loại đất rời: Độ chặt D 0,25 4.Yêu cầu xác định đặc trưng lý đất yếu a Phương pháp thí nghiệm tiêu kháng cắt - Trường hợp nguy hiểm ổn định đê đê bị rút nước đột ngột trường hợp ngập nước bão hoà hoàn toàn Do nên chọn sơ đồ khơng cố kết, cắt nhanh khơng nước (sơ đồ UU) mẫu chế bị hoàn toàn bão hoà nước; - Nếu đắp trực tiếp thiên nhiên: Thí nghiệm nén trục UU xác định (cuu φ uu) theo sơ đồ thí nghiệm khơng cố kết, khơng nước; - Nếu đắp có gia cố: Sử dụng sơ đồ thí nghiệm cắt nhanh, cố kết khơng nước xác định c, φ; - Nếu đắp đất theo thời gian: Thí nghiệm nén trục CU xác định (ccu φ cu) theo sơ đồ cố kết, khơng nước, đo áp lực lỗ rỗng b Để tính biến dạng đất đắp cần thí nghiệm xác định tiêu nén lún a, môduyn biến dạng E hệ số nở hông (ngang) 4.2.3.2 Sử dụng vải địa kỹ thuật Lót vải ĐKT hố đào thân đê Do đặc điểm đất yếu sức chịu tải nhỏ tính nén lún lớn nên đào bỏ phần móng thay lớp cát lớp đất tốt cải thiện phần lún ổn định Tuy nhiên, giai đoạn đầu q trình thi cơng khai thác thường có tượng lớp đất thay bị lún chìm vào đất yếu đẩy trồi đất yếu phía hai bên Tận dụng khả phân cách vải ĐKT lót (hoặc vài) lớp vải vào hố đào để vừa ngăn chặn tượng lún chìm đồng thời vải có tác dụng phân bố lại tải trọng cơng trình phía xuống Trường hợp thay phần lớp đất yếu đê khơng ổn định đặt vài lớp vải vào thân đê để tăng khả chống cắt đất đắp tăng ổn định cho đê Khối đất thay bọc túi vải ĐKT SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B - 100 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sơng Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Khối đất thay bọc túi vải ĐKT tạo loại vật liệu tổng hợp tốt cho việc xử lý nguyên nhân sau: - Cường độ chống cắt đất + vải lớn nhiều so với đất khả chịu tải tăng - Khối đất thay có tính ép co thấp nên giảm độ lún cơng trình - Túi vải có khă thoát dẫn nước tốt làm tăng nhanh trình cố kết chịu tải trọng ngoài; Yêu cầu vải ĐKT dùng để lót bọc đất Vải ĐKT dùng để lót hố đào thay đất bọc đất thay yêu cầu phải đảm bảo điều kiện sau đây: - Chặn đất tốt: Các lỗ vải phải đủ nhỏ để giữ khơng cho hạt đất có độ lớn định lớp đất thay di chuyển vào đất Kích thước lỗ lọc vải chọn tuỳ theo độ đồng C u d50 đất Cu xác định theo công thức: Cu = d 60 d10 (4.21) Trong đó: d60 - đường kính hạt đất có 60% khối lượng hạt nhỏ d10 - đường kính hạt đất có 10% khối lượng hạt nhỏ d50 - đường kính hạt đất có 50% khối lượng hạt nhỏ Tuỳ theo đặc trưng hạt độ đồng C u đất để chọn kích thước lỗ lọc vải - Thấm nước tốt: Vải đặt vào phải đảm bảo khơng làm thay đổi qui luật dòng thấm, nghĩa vải phải có độ thấm đủ lớn cho nước qua không gây áp lực đẩy mức cho phép Hệ số thấm vải địa kỹ thuật phải thoả mãn yêu cầu: kg ≥ t.k 5.d 50 (4.21) Trong đó: kg - hệ số thấm vải địa kỹ thuật t - độ dày vải SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 101 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình k - hệ số thấm đất - Chống tắc: Vải phải có độ hổng đủ lớn để khơng bị tắc q trình làm việc Theo kinh nghiệm nước ngồi, vải khơng dệt, tỷ diện tích lỗ hổng so với tổng diện tích vải phải 30%; vải dệt, tỷ diện tích lỗ so với diện tích vải phải 4% - Bền: Vải địa kỹ thuật dùng để tăng cường ổn định đất yếu phải dựa vào tính tốn mục 3, cần phải đảm bảo tiêu sau: Để đầm nén đạt hiệu cao lớp đắp phải chọn vải có cường độ chịu kéo đứt tối thiểu từ 25 kN/m trở lên; Độ giãn dài đứt: ≤ 25%; Khả chống xuyên thủng (CBR): 1500 + 5000N (BS 6906-4) - Chỉ khâu vải phải chuyên dụng có đường kính 1,0 ÷ 1,5mm, cường độ kéo đứt > 40N/1 sợi - Phải có máy khâu vải chuyên dụng để khâu vải địa kỹ thuật Máy khâu vải loại máy khâu chuyên nghiệp có khoảng cách mũi từ đến 10mm - Vải ĐKT dùng để tăng cường ổn định cho đắp đất yếu bố trí nhiều lớp (1÷ lớp), có nhu cầu tăng nước, lớp vải xen kẽ cát đắp dày 30~50cm Tổng cường độ chịu kéo đứt lớp phải phải chọn trị số Fmax xác định nói (b) Chú ý: Các lớp vải phía nằm cát đắp (mặt mặt tiếp xúc với cát) trị số Fcp tính theo (4.24) (4.25) nhân 2, từ tính tổng lực ma sát cho phép lớp vải - Tính tốn ổn định tổng thể cơng trình: Tính tốn ổn định trượt sâu với hệ số ổn định trượt quy định Kmin > 1,20 theo phương pháp phân mảnh cổ điển: M momengiu + F Y Kmin (4.27) M momentruot SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 102 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Kết Luận Và Kiến Nghị Kết luận Với đường bờ biển dài 3260km khu vực kinh tế trọng điểm ven biển đóng góp phần quan trọng vào phát triển kinh tế xã hội chung đất nước Chính cơng trình bảo vệ bờ biển ngày giữ vị trí quan trọng đời sống kinh tế xã hội việc nghiên cứu, tính tốn thiết kế, đánh giá ổn định cơng trình bảo vệ bờ ngày phải quan tâm Trong nhiều năm qua, kỹ thuật công nghệ thiết bị mới, sử dụng phần mềm mô hình tốn đưa vào triển khai áp dụng phục vụ cho công tác nghiên cứu đem lại nhiều kết khả quan, phù hợp với thực tế Trong trình nghiên cứu tiến hành thực đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp”, sử dụng phần mềm mô cho khu vực nghiên cứu, từ đưa quy luật, diễn biến dòng chảy, vận chuyển bùn cát khu vực nghiên cứu Từ việc nghiên cứu mơ hình hóa cơng đoạn thiết kế thi cơng, tơi rút số kết luận sau: - Việc ứng dụng mơ hình đại Mike 21Couple Flow FM giải pháp hiệu hợp lý để nghiên cứu dòng chảy khu vực cửa Mỹ Á lân cận với địa hình đáy bờ bị chia cắt bãi cạn, cửa sông, luồng tàu bị chia cắt thêm có cơng trình Jetty chắn sóng luồng tàu kèm theo - Các sỏ liệu nhập cần thiết liên quan đến dòng chảy vùng nghiên cứu lân cận xây dựng hợp lý, bảo đảm tính đắn nghiệm số mơ hình thủy lực số Vị trí chọn đặt đoạn biên lỏng cân nhắc từ nhiều phía cho sát với biên tự nhiên, đủ xa vùng nghiên cứu phù hợp với cơng nghệ tính toán Các sở liệu nhập thơng số mơ hình kiểm định chặt chẽ trước ứng dụng để tính tốn dòng chảy trạng dự báo tác động cơng trình - Phương án thiết kế cơng trình phù hợp, giảm thiểu tác động cơng trình lên dòng chảy thể hiện: + Vị trí xây dựng cơng trình kè chắn sóng nằm vùng bồi tụ địa hình nhơ cao, giảm thiểu tác động đến dòng chảy + Phương cơng trình song song với hướng dòng chảy cửa Mỹ Á, mức độ ngăn dòng tối thiểu - Thiết kế sơ hệ thống đê chắn sóng cửa Mỹ Á tiêu chuẩn thiết kế SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 103 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình Kiến nghị Các kết nghiên cứu đồ án sử dụng để - Làm đầu vào công tác tư vấn thiết kế xây dựng đê chắn sóng cửa Mỹ Á; - Làm đầu vào để tính tốn bồi/xói vùng khu vực nghiên cứu điều kiện trạng sau có cơng trình Đề nghị quan chủ đầu tư cho tiếp tục quan trắc, đo đạc dòng chảy, bùn cát, diễn biến bồi bồi khu vực cửa Mỹ Á bước nghiên cứu, thiết theo sau có cơng trình để kịp thời xử lý vấn đề xuất biến động khí hậu tồn cầu hoạt động người vùng khu vực lân cận SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 104 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO Dự án: “Biến động cửa Thuận An, Tư Hiền (Phá Tam Giang – Cầu Hai) ảnh hưởng đến xói lở bờ biển” - Viện Cơ Học , Viện khoa học công nghệ Việt Nam Chun đề “Phân tích đánh giá ảnh hưởng cơng trình thủy lợi, thủy điện lưu vực sơng Trà Câu đến cửa Mỹ Á” – TS Lê Đình Thành, trường đại học Thủy Lợi DHI (2005) User guide and Reference Manual Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 222-95 Tải trọng tác động (so sóng tàu) lên cơng trình thủy Đại học Thủy Lợi Giáo trình cơng trình bảo vệ bờ biển Đại học Thủy Lợi Giáo trình hình thái bờ biển Số liệu thống kê sóng trạm Sơn trà từ năm 1982 – 2009 Số liệu thống kê trầm tích trạm cửa Mỹ Á Trang thông tin www.quangngai.gov.vn 10 Trang thơng tin www.wikipedia.org SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B - 105 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình PHỤ LỤC Bảng phụ lục 1.3 Tiềm đất đai trạng sử dụng đất khu vực cửa Mỹ Á Khu vực cửa Mỹ Á Trong Đất trồng hàng năm (ha) Diện tích (ha) vụ TT Xã Phổ Quang 1050 225, Phổ Minh 902 345 Phổ Vinh 1575 220 vụ vụ 138 Đất khác (ha) Đất có khả trồng hàng năm Đất hoang hố Đất ni trồng thuỷ sản 98,37 30,40 470 233,44 230,25 Diện tích mặt nước (ha) Nước Nước lợ Nuôi trông thuỷ sản 78,94 48 33,55 33 33 33 10 73,91 35,6 Đồng cỏ Bảng phục lục 1.4 Thống kê trạng quy hoạch nuôi trồng thuỷ hải sản khu vực cửa Mỹ Á Quy hoạch đến năm 2020 Hiện trạng nuôi trồng TT Xã Sản lượng Số ao nuôi Số hộ nuôi/ tổng số hộ Diện tích ni (ha) Loại Tấn/ năm 109VND 6.000 240 Phổ Quang 184 126 67 Tôm Phổ Minh 33 18 17,9 Tôm Phổ Vinh 33 19 12,6 Tôm Sản lượng %GDP ngành kinh tế Diện tích ni Tấn/ năm %GDP 100 50 248 95 35 Bảng phụ lục 1.5 Thống kê trạng số lượng tầu cá tầu từ nơi khác đến khu vực cửa Mỹ Á SV: Đào Hoàng Tùng – Lớp 48B - 106 - Niên khóa 2006 – 2011 Nghiên cứu chế bồi lấp cửa sông Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình ST T Mã lực tầu Loại tầu Tầu đánh cá (có đăng ký theo địa phương cửa Mỹ Á) Tầu từ nơi khác đến (đánh cá neo trú tính trung bình năm) Tổng số SV: Đào Hồng Tùng – Lớp 48B >140 Tổng số Đơn vị 17C 9C 200C Tầu 2663W 1580W 2010W 10096W Công suất 50C 33C 9C 5C 100C Tầu 38W 1883W 1332W 790W 1200W 5243W Công suất 9C 153C 98C 26C 14C 300C Tầu 114W 5650W 3995W 2370W 3210W 15,339W Cơng suất 20 ÷ 45 ÷ 75 ÷ 45 75 140 6C 103C 65C 76W 3767W 3C 1.75 - 0 0 0 Phần trăm sóng 27.12... Lặng sóng N NE E SE S SW W NW 0.00 - 0.20 21 0 0 0 0 0.25 - 0.50 - 20 37 1 0.55 - 0.75 - 0 0 0 0.80 - 1.00 - 0 0 0 1.05 - 1.25 - 0 0 0 1.30 - 1.50 - 0 0 0 0 >1.75 - 0 0 0 0 Phần trăm sóng 22.58 Độ... Mỹ Á thiết kế giải pháp cơng trình 0.25 - 0.50 - 16 25 0 5 0.55 - 0.75 - 0 0 0.80 - 1.00 - 1 0 0 0 1.05 - 1.25 - 0 0 0 1.30 - 1.50 - 0 0 0 >1.75 - 0 0 0 Phần trăm sóng 21.74 26.09 34.78 1.09 0.00