Một số yêu cầu khi thi công

i. Giải pháp phi công trình

6.5. Một số yêu cầu khi thi công

- Sử dụng các phương tiện thi công ít gây ô nhiễm, chọn thời gian thi công thích hợp, để tránh tác động của thủy triều, tránh gây ách tắc giao thông,tai nạn.

- Trong suốt quá trình thi công phải tưới nước đường thi công để tránh bụi, ô nhiễm cho dân trong vùng.

- Nâng cao hiểu biết của cộng đồng về bảo vệ môi trường.

- Cần tổ chức thông tin, phổ biến về quy mô và lợi ích của dự án để người dân hiểu rõ để có ý thức tham gia thực hiện và quản lý khai thác dự án.

CHƯƠNG 7: CHUYÊN ĐỀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN XÓI TRONG BÃO 7.1. Mở đầu

Xói, đặc biệt là xói trong điều kiện bão là một trong những cơ chế phổ biến gây hư hỏng và mất ổn định đối với công trình đê, kè biển. Mức độ xói lở trở nên nghiêm trọng hơn đối với những bờ biển cát và đụn cát dưới tác động của bão. Trong bão, quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ do tác động của sóng và nước dâng là nguyên nhân chủ yếu gây nên các hố xói trước chân công trình và hạ thấp bãi.

Việc dự báo tin cậy mức độ xói trong bão có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật quan trọng trong công tác thiết kế xây dựng công trình. Từ trước đến nay trong tính toán thiết kế đê biển, các tính toán xói chân công trình đều dựa trên các công thức kinh nghiệm được xây dựng cho trường hợp tường đứng. Qua quan sát thực tế cho thấy những công thức này thường chưa kể đến hết các yếu tố ảnh hưởng của các tham số và thường cho ra kết quả thiên lớn khi áp dụng cho đê biển, kè biển.

Vì những lý do trên, chuyên đề này xem xét, đánh giá phạm vi của hố xói trước chân công trình trong điều kiện bão sử dụng mô hình số WADIBE-TC. Kết cấu bảo vệ chân kè được mô phỏng là hệ thống cọc cừ và thảm đá.

 Ưu điểm:

- Ưu điểm của mô hình là ta có thể mô phỏng được kết cấu bảo vệ chân đê bằng những dạng bảo vệ khác nhau,có thể là đê mái nghiêng hoặc đê tường đứng...

- Mô hình toán Wadibe - CT cho phép lựa chọn điều kiện biên, điều kiện thuỷ động lực học một cách mềm dẻo.

- Ngoài ra, mô hình này có thể tính toán với nhiều hình dạng bãi với các kết cấu chân công trình khác nhau

7.2. Tính theo xói theo phương pháp mô hình

7.2.1 Giới thiệu về mô hinh Wadibe – CT

Mô hình số trị Wadibe CT được phát triển bởi Khoa Kỹ thuật Biển Trường đại học Thủy lợi. Wadibe CT mô phỏng sự phát triển theo thời gian hố xói trước chân công trình dựa trên sự mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ. Các quyluật vật lý chi phối quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ của mô hình được xâydựng dựa trên cơ sở mô hình Unibest TC (DELFT, Hà Lan) với phần nghiên cứu thêm về các ảnh hưởng của công trình.

Mô hình gồm các mô đun sau :

• Mô đun sóng

• Mô đun mặt cắt phân bố lưu tốc dòng phản hồi

• Mô đun vận tốc phân tử sóng

• Mô đun vận chuyển bùn cát lơ lửng và bùn cát đáy

• Mô đun biến đổi bùn cát đáy.

 Cơ sở của phương pháp

Mô hình mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát ngang bờ dựa trên sự phân bố lưu tốc dòng phản hồi.

Phân bố lưu tốc dòng phản hồi:

- Trên cùng một đoạn đường bờ, ứng suất tạo ra do ảnh hưởng của độ sâu theo

phương ngang bờ cân bằng với độ dềnh của sóng. Cụ thể, khi sóng tiến vào bờ, sự chênh lệch ứng suất do độ cao sóng bị hạ thấp và thay đổi động lượng trong sóng cuộn bề mặt, cùng với sự chênh lệch áp suất dẫn tới mặt nước bị dềnh lên. Chính vì vậy, dưới mặt nước xuất hiện dòng chảy vòng như sau:

- Phía trên mặt nước là khối thông lượng hướng về phía đất liền. - Phía dưới là dòng phản hồi hướng về phía biển (dòng chảy đáy).

Ở sát đáy biển xuất hiện dòng hướng về phía đất liền do sự ảnh hưởng của lớp biên sóng để cân bằng động lượng.

Hình 7.1: Phân bố lưu tốc dòng phản hồi do sóng bão

Sự phân bố lưu tốc dòng chảy được tính toán dựa trên phương trình cân bằng hướng ngang. Roelvink và Reniers (1994) đã giải phương trình này với mô hình 3 chiều. Mô hình có kể tới ảnh hưởng của ứng suất gió, lực do sóng vỡ, độ dốc mặt nước và ảnh hưởng của lớp biên sóng.

Mô hình này chia lớp nước trước chân công trình thành 3 lớp để nghiên cứu như sau:

 Lớp mặt : từ vị trí chân sóng lên tới mặt nước.

 Lớp giữa : từ vị trí đỉnh của chân sóng tới mực nứoc biển trung bình.

 Lớp đáy: là lớp biên tại đá.

 Các bước thực hiện tính toán theo mô hình WADIBE - CT

• Bước 1: Nhập các thông số đầu vào cho mô hình

− Mực nước thiết kế: MNTK = + 2,43 (m)

− Chiều cao sóng trung bình quân phương (Hs=1.41Hrms)

 ^{Lấy cách bờ 2km, từ mô hình truyền sóng WADIBE => Hrms= 4,173 m.} − Chiều cao sóng trung bình quân phương tại vùng nước sâu

( Hrms.0 = 4,67 m )

− Chu kỳ sóng nước sâu Tp = 8.21 (s).

− Góc sóng tới chọn bằng 0.

− Đường kính hạt cát : d90 = 0,35 (mm) ; d50 = 0,45 (mm)

− Thời gian bão tác dụng : t = 4 ÷ _{6 (giờ)}

− Hệ số Ks ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu.

− Hệ số Rc (m) ảnh hưởng của dòng chảy.

− Hệ số Rw (m) ảnh hưởng của sóng.

− Hệ số Ks ảnh hưởng của ma sát (tự chọn).

• Bước 2 : Nhập file mặt cắt *.prl và file công trình *.str lưu file dự án.

7.2.2 Hiệu chỉnh mô hình

Mô hình được hiệu chỉnh bằng cách thay đổi lần lượt các thông số ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán của mô hình nhằm đưa đến kết quả ổn định nhất tại các mặt cắt đại diện được chọn.

Xét 2 mặt cắt đại diện cho khu vực nghiên cứu là: MC2 (P33) và MC3 (P49) đại diện cho 2 vị trí khác nhau, vị trí có đỉnh đụn cát thấp và cị trí đỉnh đụn cao. Với mỗi một mặt cắt tiến hành hiệu chỉnh các thông số mô hình dễ gây biến đổi nhất trong mô hình gồm thông số về số mắt lưới (∆X1_{), thông số khoảng cách sóng vỗ (}

nl

H ), thông số làm trơn mặt địa hình..các thông số này được hiệu chỉnh như bảng sau:

Bảng 7.1: Bảng biểu diễn sự ảnh hưởng của các thông số mô hình đến kết quả

Mặt Cắt ^∆X1 Hnl Thông số làm trơn Chiều sâu hố xói (hx ) Đáy Vùng cát bồi MC2 3.5 0,35 0,001 0,001 1,615 3.5 0,4 0,001 0,001 1,618 4 0,35 0,001 0,001 1,507 4 0,4 0,001 0,001 1,507 MC3 3.5 0,35 0,001 0,001 4,233 3.5 0,4 0,001 0,001 5,206 4 0,35 0,001 0,001 3,887 4 0,4 0,001 0,001 3,863

Như vậy qua quá trình thay đổi các thông số mô hình, ta chọn được các thông số làm kết quả tính toán ổn định nhất:

 Tại MC2 [P33]: ∆X1 =4; Hnl = 0,4; Thông số làm trơn = 0,001.

 Tại MC3 [P49]: ∆X1 =4; Hnl = 0,4; Thông số làm trơn = 0,001.

7.2.3 Kiểm tra độ nhạy mô hình

Kiểm tra độ nhạy của mô hình qua các thông số mô hình gây ảnh hưởng đến kết quả tính toán cho ta biết được sai số tính toán của mô hình ảnh hưởng đến bài toán đặt ra lớn hay nhỏ tùy vào mức độ để có các giải pháp sử lý phù hợp.

Do điều kiện có hạn chế tác giả chỉ đi đến phân tích độ nhạy của 3 thông số mô hình gây ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả tính toán là: thông số về số mắt lưới (∆X1

), thông số khoảng cách sóng vỗ (Hnl), thông số làm trơn mặt địa hình như sau:

 Thông số về số mắt lưới (∆X1):

Thông số mắt lưới ∆X1 là các mắt lưới được chia từ phía đụn cát ra đến vùng sóng vỗ. Tiến hành phân tích kết quả khi thay đổi giá trị ∆X1 từ giá trị ổn định tăng

lên và giảm xuống 0,5 đơn vị tương ứng với các giá trị chiều sâu hố xói ( hx ) được

thể hiện qua đồ thị sau:

Hình 7.2: Đồ thị phân tích độ nhạy của thông số mắt lưới tại MC2

Hình 7.3: Đồ thị phân tích độ nhạy của thông số mắt lưới tại MC3

- Qua đồ thị có thể thấy khi tăng hoặc giảm giá trị ∆X1 thì giá chiều sâu hố xói

cũng tăng lên hoặc giảm đi, nhưng không theo một quy luật rõ ràng.

- Đường thẳng trung bình tại 2 mặt cắt trên đều đi qua điểm ổn định hoặc điểm ổn định này gần nhất với đường trung bình này.

- Tuy chiều sâu hố xói không theo quy luật rõ ràng, nhưng vẫn có xu hướng giảm

 Thông số khoảng cách biên sóng vỗ (Hnl):

Khoảng cách biên sóng vỗ là khoảng cách tính từ vùng sóng vỗ vào đến đụn cát. Phân tích độ nhạy bằng cách tăng lên hoặc giảm Hnl từ mốc ổn định 0,1 đơn vị, kết quả tính toán được thể hiện trên đồ thị sau:

Hình 7.4: Đồ thị phân tích độ nhạy của thông số khoảng cách biên sóng vỗtại MC2

Hình 7.5: Đồ thị phân tích độ nhạy của thông số mắt lưới tại MC3

 Nhận xét:

- Chiều sâu hố xói không tăng theo một quy luật rõ ràng.

- Khi tăng lên hoặc giảm các thông số Hnl chiều sâu hố xói gần như giữ ở mức độ ổn định.

- Thông số mô hình Hnl làm ổn định mô hình nhất nằm tiệm cận với đường trung bình của các thông số thay đổi

 Thông số làm trơn mặt địa hình:

Gồm các thông số làm trơn nhẵn đáy và phần cát bồi. Phân tích độ nhạy bằng cách tăng thông số lên 0,001 lần đơn vị, kết quả phân tích được thể hiện qua đồ thị sau:

Hình 7.6: Đồ thị phân tích độ nhạy của thông làm trơn tại MC2

Hình 7.7: Đồ thị phân tích độ nhạy của thông làm trơn tại MC3

 Nhận xét:

- Chiều sâu hố xói không tăng theo một quy luật rõ ràng.

- Thông số làm trơn này làm ổn định mô hình nhất nằm tiệm cận với đường trung bình của các thông số thay đổi.

7.2.4 Kết quả tính toán cho các mặt cắt trước và sau khi có công trình

Sau khi đã hiệu chỉnh các thông số mô hình, kết quả tính hiệu chỉnh mô hình đã cho kết quả ổn định, tiến hành tính toán cho từng mặt cắt với các bước tính toán đã xác định như phần 7.2.1 . Kết quả tính toán cho từng mặt cắt như sau:

 Mặt cắt 2 ( P33): Là mặt cắt nằm ở cọc P33, mặt cắt này đại diện cho các vị trí có đụn cát thấp, cần được gia cố đỉnh chắc chắn như thiết kế đê.

Hình 7.8: Diễn biến xói lở tại MC2 khi chưa có công trình

Hình 7.9: Diễn biến xói lở tại MC2 biến đổi qua thời gian khi chưa có công trình

 Khi có công trình: Mái, đỉnh và chân kè được giá cố chắc chắn.

Hình 7.11: Diễn biến xói lở tại MC2 biến đổi qua thời gian khi có công trình

 Nhận xét:

- Quá trình mô phỏng trong thời gian xảy ra bão trong 4 giờ, cho ta kết quả :

+ Chưa có công trình: hx = 1,507 m + Sau khi có công trình : hx = 0,631 m

- Qua kết quả tính toán ta thấy chiều sâu hố xói giảm đi đáng kể khi ta cho công trình vào. Chiều sâu hố xói giảm đi ∆h = 0,876 m như vậy công trình có thế nói là đã đảm bảo tốt cho đụn cát ổn định khi xảy ra bão.

 Mặt cắt 3 ( P49): Là mặt cắt nằm ở cọc P49, mặt cắt này đại diện cho các vị trí có đụn cát cao, khi thiết kế tính toán chỉ cần gia cố chân kè chắc chắn.

 Khi chưa có công trình:

Hình 7.13: Diễn biến xói lở tại MC3 biến đổi qua thời gian khi chưa có công trình

 Khi có công trình: Chân kè được giá cố chắc chắn.

Hình 7.15: Diễn biến xói lở tại MC3 biến đổi qua thời gian khi có công trình

 Nhận xét:

- Quá trình mô phỏng trong thời gian xảy ra bão trong 4 giờ, cho ta kết quả:

+ Chưa có công trình: hx = 3,863 m + Sau khi có công trình : hx = 0,903 m

- Đây là mặt cắt đại diện cho khu vực có cao trình đụn cát cao, chỉ gia cố chân công trình. Kết quả tính toán ta thấy chiều sâu hố xói giảm đi rất nhiều khi cho công trình vào. Chiều sâu hố xói giảm ∆h = 2,96 m mức độ giảm rất lớn, như vậy công trình có thế nói là đã đảm bảo tốt cho đụn cát ổn định khi xảy ra bão.

7.3. Tính theo xói theo phương pháp kinh nghiệm.

Theo các nguyên tắc cơ bản do Coastal Engineering Manual (2001) đề ra : - Hố xói lớn nhất tại chân một công trình có mái dốc được ước lượng nhỏ hơn một chút so với giá trị tính toán được từ một công trình tường thẳng đứng đặt tại cùng vị trí và trong cùng điều kiện sóng. Do vậy, một cách tính toán xói được ước lượng từ các phương trình tính xói đối với tường thẳng đứng.

- Công trình có độ rỗng lớn hơn sẽ bị xói chân ít hơn.

- Chiều sâu hố xói tăng lên đáng kể nếu các dòng chảy dọc theo công trình có tác động cùng lúc với sóng.

- Các sóng đến chéo góc có thể gây ra xói mạnh hơn sóng thường vì các sóng đỉnh ngắn tăng lên về kích thước dọc theo công trình. Đồng thời sóng chéo còn sinh ra dòng chảy song song với công trình.

Trong thực tế xây dựng người ta chủ yếu dựa vào kích thước sóng và căn cứ vào tình hình tác động của sóng như mức độ phản xạ, vị trí sóng đổ… để điều chỉnh độ sâu và chiều rộng hố xói và cách lấy độ sâu hố xói cũng không giống nhau. Một số công thức dự báo chiều sâu hố xói chân công trình.

 Theo công thức kinh nghiệm của Việt Nam

Chiều sâu hố xói được giới hạn như sau:

hS ≤ 1,67.HS (7.1) Trong đó:

- hS : Là chiều sâu hố xói (m).

- HS : Chiều cao sóng thiết kế trước chân công trình, HS = 2,43(m). Thay giá trị HS vào phương trình (5.2) ta được:

hs ≤ 1,67.2,43 = 4,06 (m)

 Tính toán chiều sâu hố xói theo phương pháp Xie (1981) cho tường đứng.

1,35 0 0, 4 2. . S S h H _h Sinh L π =    ÷   (7.2) Trong đó:

- h0 : là độ sâu nước tại chân công trình, h0 =2,75 (m). - L: Chiều dài bước sóng tại chân công trình, L = 42,23 (m). Thay các thông số vào (7.2) ta được:

1,35 0,4 2,43 _{2. .2,75} 42,23 S h Sinh

π

- Chỉ xét xói chân công trình dạng tường đứng.

- Chưa đề cập đến kích thước hạt, cấp phối hạt bùn cát. - Chưa kể đến thời gian tác động của bão.

Dựa trên nhiều series thí nghiệm mô hình máng sóng tỷ lệ lớn về xói lở đụn cát trong bão, Vellinga (1989) đã đưa ra mặt cắt xói như sau :

Hình 7.16: Mặt cắt xói Vellinga

Mặt cắt xói có gốc 0,0 đặt tại MNTK. Vị trí mặt cắt xói được xác định bằng cách di chuyển cho tới khi cân bằng giữa diện tích xói và bồi. Năng lượng sóng gây xói lở vùng đất phía trong (mặt cắt phía trên mực nước bão với độ dốc 1:1), phần xói lở này sẽ được sóng và dòng chảy mang ra ngoài khơi đến vị trí 0,75Hos và tại vị trí đó có độ dốc là 1: 12,5. Công thức mặt cắt xói: 0,5 0,56 0 1,28 os w 7,6 7, 6 0, 47. 18 2,0 0,0268 S S y x H H  