i. Giải pháp phi công trình
4.4.3Chiều dài sóng nước sâu được tính theo công thức
L0 = Π 2 P gT = 2 9,81.8,13 = 103,25 (m)
⇒Chiều dài sóng nước sâu : L0 = 103,25 (m) 4.4.4 Độ dốc sóng S0 = 0 S H L = 103, 256,6 = 0,064 ⇒ Độ dốc sóng nước sâu : S0 = 0,064
4.5. Xác định chế độ sóng tại chân công trình
Sóng sau khi truyền vào bờ, do gặp sự cản trở của địa hình đáy mà chiều cao bị biến đổi, tại vị trí các mặt cắt khác nhau trên đoạn đường bờ sẽ cho những giá trị khác nhau. Để phục vụ cho việc tính toán thiết kế công trình, cần phải tính toán các tham số sóng sau khi truyền vào trước chân công trình và xem xét tại những mặt cắt nguy hiểm nhất.
Xét 3 mặt cắt nguy hiểm nhất, tại những vị trí đoạn đường bờ bị biến đổi nhiều nhất nguy hiểm nhất :
Hình 4.5: Mặt cắt đại diện dùng để tính toán chiều cao sóng trước chân công trình
Tiến hành đo cao độ và khoảng cách đồng thời hiệu chỉnh số liệu đầu vào của mặt cắt. Sử dụng phần mềm Wadibe tính toán sóng cho 3 mặt cắt đã lựa chọn để tính toán chiều cao sóng, nhập các thông số đầu vào ( MNTK, Hrms , Tp , φ0, S0 ) :
Hình 4.6: Các thông số đầu vào của Wadibe
Do quá trình truyền sóng từ nước sâu vào bờ, mà số liệu mặt cắt trong bình đồ còn chế, nên khi tính toán ta tiến hành kéo dài địa hình bãi ra ngoài vùng nước sâu (h≥1/2L) với độ dốc bãi biển m = 150 để tính toán cho các mặt cắt.
Mặt cắt 1 ( MC1 ) : [ P15 ] Bảng 4.5 Bảng tổng hợp địa hình mặt cắt ( MC1) Z 2.5 1.01 0.56 -0.29 -0.38 -0.52 -0.6 X 0 5.96 9.91 16.40 24.73 31.30 39.50 Z -0.59 -0.56 -0.7 -0.89 -1 -52.625 X 61.50 72.10 87.70 107.50 118.19 13024.44
Hình 4.7: Biểu đồ phân bố triều cao sóng tại mặt cắt 1 (MC 1)
Chiều cao sóng trước chân công trình được tính từ mép nước ra một khoảng X = L0/4 = 103,25/4 = 25,81 ( m ) => Hrms = 1,4 (m) => HS = Hrm . 2 = 1,98 (m)
Vậy chiều cao sóng trước chân công trình tại mặt cắt ( MC1) là: HS = 1,98 (m)
Mặt cắt 2 ( MC2 ) : [ P33 ] Bảng 4.6 Bảng tổng hợp địa hình mặt cắt ( MC2) Z 2.5 2.34 2.35 1.04 -0.21 -0.93 -1.09 -1.11 X 0 0.64 12.17 34.87 45.02 65.46 93.12 103.33 Z -1.25 -1.19 -0.99 -1.15 -1.3 -2 -53.63 X 126.06 159.03 169.16 189.41 226.46 240.31 13146.56
Chiều cao sóng trước chân công trình được tính từ mép nước ra một khoảng:X = L0/4 = 103,25/4 = 25,81 ( m ) => Hrms = 1,15 (m) => HS = Hrm . 2 = 1,63 (m).
Vậy chiều cao sóng trước chân công trình tại mặt cắt 2 là: HS = 1,63 (m)
Mặt cắt 3 ( MC1 ) : [ P49 ] Bảng 4.7 Bảng tổng hợp địa hình mặt cắt ( MC3 ) Z 6.6 4.65 2.46 1.47 1.44 0.15 -0.56 X 0 7.38 11.31 10.19 12.34 22.03 16.69 Z -0.62 -0.79 -0.94 -1.15 -1.32 -1.44 -53.065 X 27.94 37.96 47.62 57.66 67.71 87.77 12994.02
Hình 4.9: Biểu đồ phân bố triều cao sóng tại mặt cắt 3 (MC 3)
Chiều cao sóng trước chân công trình được tính từ mép nước ra một khoảng X = L0/4 = 103,25/4 = 25,81 ( m ) => Hrms = 1,72 (m) => HS = Hrm . 2 = 2,43 (m)
Vậy chiều cao sóng trước chân công trình tại mặt cắt 3 là: HS = 2,43 (m)
Kết Luận : So sánh kết quả HS của 3 mặt cắt MC1, MC2, MC3 cho 3 kết
quả khác nhau lấy kết quả chiều cao sóng HS lớn nhất để tính toán. Với kết quả của 3 mặt cắt nhận thấy HS = 2,43m tại mặt cắt 3 (MC3) cho kết quả lớn nhất, vì vậy ta lấy kết quả chiều cao sóng trước chân công trình của tại mặt cắt 3 (MC3) để tính toán
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI PHÁP BẢO VỆ BỜ THEO PHƯƠNG ÁN CHỌN
Như đã phân tích và tính toán ở chương 3, khu vực nghiên cứu bị xói lở do dòng ven bờ và do bão nên công trình áp dụng ở khu vực là hệ thống kè mỏ hàn kết hợp với cứng hóa đường bờ bằng hệ thống kè biển kiên cố. Do hạn chế về mặt thời gian nên đồ án chỉ đi vào tính toán bảo vệ đụn cát chống xói dưới tác động của bão bằng hệ thống kè biển.
5.1. Các cơ chế phá hoại của đụn cát
Qua quá trình khảo sát đo đạc tại khu vực nghiên cứu, công trình được xây đựng trên nền của các đụn, các đụn cát này có cao trình đỉnh khác nhau có vị trí cao trình + 1,1 m có vị trí cao trình lên tới +7 m. Như vậy sự chênh lệch độ cao của các đụn cát là rất lớn, có nơi rất cao nhưng cũng có nơi rất thấp, để giảm chi phí và thời gian thi công ta có thể chia đoạn bờ thành 3 vị trí để tính toán áp dụng công trình hợp lý tiết kiệm nhất :
Vị trí có cao trình đỉnh đụn cát lớn:
Tại vị trí này do cao trình đụn cát cao để thuận lợi cho quá trình thi công và tiết kiệm khi thi công chỉ cần gia cố chân đụn cát, tăng sự ổn định cho đụn cát và bảo vệ vùng chân đụn cát khỏi bị xói do bão.
Vị trí có cao trình đỉnh đụn cát thấp:
Là vị trí có cao trình đỉnh đụn cát nhỏ, khi tính toán thiết kế theo tiêu chuẩn sóng tràn, ta tính toán tương tự như đê cho nước tràn qua.
Vị trí nuôi đụn cát trong trường hợp có bão: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Là vị trí mà công trình đã được áp dụng vào, nhưng do bão lớn gây xói lỡ phía trên đỉnh đụn cát và chân đụn cát, giải pháp được đưa ra tối ưu nhất là nuôi đụn cát. Trường hợp này sẽ được nghiên cứu ở phần chuyên đề.
Các tác động gây mất ổn định công trình bảo vệ đụn cát :
• Xói lở chân đụn cát trong bão :
Khi bão lớn xuất hiện sinh ra các dòng phản hồi tại đáy và hiện tượng bất đối xứng của sóng trong vùng sóng vỡ gây khuấy động bùn cát đáy lượng bùn cát này được dòng chảy đưa ra phía ngoài gây ra hiện tượng xói tại chân đụn cát làm mất ổn định mái kè gây trượt mái làm hư hỏng công trình.
• Áp lực sóng tác động trong bão:
Bên cạnh quá trình thủy động lực học hình thái gây xói lỡ chân, trong điều kiện bão nước dâng cao áp lực sóng tăng lên với năng lượng lớn tác động lên mái kè do tính cố kết của cát kém nước biển xâm thực vào đụn cát mạnh, quá trình này cứ lặp đi lặp lại trong bão làm mất ổn định đụn cát và gây hư hỏng mái kè.
• Quá trình suy thoái đụn cát do gió :
Quá trình vận chuyển bùn cát do gió là một quá trình liên tục trong mọi điều kiện khác nhau của tự nhiên. Tuy nhiên khi gặp điều kiện bão lớn quá trình này xảy ra mạnh và nhanh hơn lượng bùn cát bị vận chuyển đi nhiều hơn. Quá trình này về lâu về dài sẽ gây ảnh hưởng lớn đến công trình do đụn cát bị suy thoái. Vì vậy bên cạnh những giải pháp công trình bảo vệ ngoài phía biển cần có những giải pháp như chồng cây chắn cát, cỏ biển…làm tăng ổn định của đun cát giảm tác động của gió.
• Các cơ chế đối với vị trí đụn cát thấp, công trình thiết kế tương tự đê :
Nước tràn đỉnh ;
Sóng tràn gây xói đỉnh và phía trong;
Sóng tràn gây mất ổn định và trượt mái trong;
Xói lở mái, mất chân đê phía biển;
5.2. Sơ bộ lựa chọn các giải pháp kết cấu
Theo quy tắc, khi thiết kế mặt cắt đê biển cần phải tiến hành cho từng phân đoạn. Các phân đoạn được chia theo điều kiện nền, vật liệu đắp, điều kiện ngoại lực và yêu cầu sử dụng. Mỗi phân đoạn được chọn một mặt cắt ngang đại diện làm đối tượng thiết kế thân công trình.
5.2.1 Kết cấu lõi, thân công trình
Theo khảo sát về mặt địa chất tại khu vực Phức Thể gồm 3 lớp cơ bản : lớp 1 là cát vàng lẫn xám đen dày từ 0,5 m đến 1,0 m, lớp 2 là đá cuội sỏi màu xám đen có đường kính > 10 m dày từ 2,5÷3,8 m, lớp 3 là đất á sét màu xám xanh xen lẫn xám
vàng.
Như vậy, tại vị trí các cồn cát này phần lõi là các đá cuội sỏi có tác dụng như một tầng lọc với các mặt trên là cát vàng và xám đen giúp giữ lại cát trong các lỗ giỗng của lõi đá khi dòng thấm đi qua, làm tăng ổn định chất lượng cho công trình.
5.2.2 Các phương án kết cấu lớp áo bảo vệ ngoàia. Mái kèa. Mái kè a. Mái kè
Hiện nay, mái kè nằm phía biển thường được thiết kế với ba dạng kết cấu bảo vệ cơ bản là kiểu kết cấu đá lát khan, kiểu asphalf, và kiểu kết cấu được lát bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn như TSC, cấu kiện âm-dương, cấu kiện Basalton các tấm bê tông…, trong đó kích thước viên vật liệu phải được tính toán và lựa chọn kỹ lưỡng. Do điều kiện mái kè nằm trên nền đụn cát nên phía dưới lớp vật liệu ngoài bố trí tầng lọc và lớp lót cần có một lớp đất sét phía dưới làm kết dính các hạt cát tăng độ kết dính cho hạt nhằm thuận lợi cho thi công và bố trí công trình.
Hình 5.1 Kết cấu mái kè bảo vệ
Hệ số mái dốc của kè là m = cotgα, với α là góc giữa mái đê và đường nằm ngang. Độ dốc được xác định thông qua tính toán ổn định có xét đến biện pháp thi công, yêu cầu sử dụng khai thác và kết cấu gia cố mái. Thông thường mái kè lấy m = 3 – 5 do tính chất bảo vệ là các đụn cát nên ta chọn hệ số mái m = 4.
b. Đỉnh kè
Tại các vị trí có cao trình đỉnh đụn thấp cần gia cố đỉnh kè chắc chắn, cho lưu lượng nước tràn qua mái, có thể lát bằng bê tông để đảm bảo lưu lượng tràn qua không làm ảnh hưởng đến công trình đồng thời có thể xây thêm tường đỉnh, tường hắt sóng để giảm cao trình đỉnh kè.
5.2.3 Các dạng kết cấu bảo vệ chân kè [ 4]
Chân kè hay còn gọi là chân khay, là bộ phận kết cấu chuyển tiếp của mái kè với và bãi trước đê biển. Loại hình và kích thước chân kè xác định trên cơ sở phân tích tình hình xâm thực bãi biển, chiều cao sóng (Hs), chiều dài bước sóng (Ls)và chiều dày lớp phủ mái (D). Chân kè được bố trí thấp hơn mực nước triều thấp nhất,
thường có 2 loại chân kè nông và chân kè sâu tùy vào mức độ ảnh hưởng xói lở và xâm thực để áp dụng:
Hình 5.2 Các kết cấu bảo vệ chân mái kè (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Do khu vực cho vùng bãi biển bị xâm thực mạnh, xói chân công trình khi có bão là chủ yếu, nên chân kè áp dụng ở đây là chân kè sâu dưới lớp cát bảo đảm ổn định khi mặt bãi bị xói sâu. Chân kè sâu phải có chiều sâu từ mặt bãi tự nhiên đến đáy chân kè tối thiểu 1 m, chân kè nằm phía dưới mực nước triều thấp nhất. Chân kè sâu có nhiều loại, thường dùng các loại sau:
- Chân kè bằng cọc bê tông cốt thép, ống bê tông cốt thép một hoặc nhiều tầng phía sau được đỡ bằng rọ đá hay thảm đá.
- Chân kè bằng cọc gỗ phía sau được đỡ bằng đá hộc, rọ đá hay thảm đá đảm bảo mái kè phía trên ổn định.
Khi thiết kế chân kè sâu cần tính toán xác định giới hạn độ sâu nước trước chân công trình và ổn định của thân kè, nếu khả năng bãi bị xói mạnh dẫn đến độ sâu trước chân công trình vượt quá độ sâu giới hạn thì phải thiết kế giảm độ sâu nước trước chân công trình bằng giải pháp thích hợp như trồng cây, mỏ hàn gây bồi hoặc nuôi bãi.
5.3 Tính toán phân tích các kích thước hình học cho các mặt cắt thiết kế điểnhình.hình. hình.
5.3.1 Ảnh hưởng của kết cấu và điều kiện hình học đến chiều cao đê
Công thức chung để xác đinh cao trình đỉnh đê [4]:
Hình 5.3 Xác định cao trình đỉnh đê
Trong đó:
- Zđp : cao trình đỉnh đê thiết kế (m); - Ztkp : cao trình mực nước thiết kế;
- Rc : Độ cao lưu không của đỉnh đê trên MNTK;
- a : Trị số gia tăng độ cao a= 0,3 m ( công trình cấp V ) [4].
a. Ảnh hưởng của kết cấu mái đến chiều cao đê :
Từ công thức (5.1), chiều cao đê thay đổi theo Rc (do hai trị số Ztkp và a đã xác định). Trị số độ cao lưu không Rc là biểu thức phụ thuộc vào hệ số chiết giảm trên trên mái dốc do độ nhám γf (xem công thức 5.4). γf là hệ số phụ thuộc vào kết câu mái. Giá trị của nó thay đổi tùy thuộc vào loại vật liệu.
b. Ảnh hưởng của điều kiện hình học đến chiều cao đê:
- Cơ đê: Cơ phía biển có tác dụng giảm chiều cao sóng leo. Trong trường hợp cơ
đê được đặt ngay tại cao trình mực nước thiết kế thì sẽ làm giảm chiều cao sóng leo một cách hiệu quả nhất. b h b bern B d 1 0,5 0.5cos L x γ = − + π ÷ Với 0,60< γ <b 1,0 [4] (5.2) b
γ : là hệ số chiết giảm cơ đê, được sử dụng trong công thức tính toán sóng leo.
b
γ có giá trị nhỏ hơn 1, do đó làm giảm sóng leo lên mái công trình, từ đó có thể giảm được cao trình đỉnh.
Tuy nhiên do điều kiện tính toán trên đụn cát, việc sử dụng cơ đê là rất khó khăn cho quá trình thi công, nên ở đây không sử dụng cơ đê cho quá trình tính toán (γb
=1)
- Tường đỉnh: Cao trình của tường đỉnh có thể bằng với cao trình của đỉnh đê
trong trường hợp không làm tường đỉnh. Theo quy phạm, chiều cao của tường cao không quá 1m. Nếu làm tường đỉnh, cao trình đỉnh đê sẽ được giảm đi một mức tương ứng với chiều cao của tường.
5.3.2 Xác định cao trình đỉnh đêa. Đưa ra phương án để tính toána. Đưa ra phương án để tính toán a. Đưa ra phương án để tính toán
Bảng 5.1 : Thống kê phương án áp dụng
Kích thước hình học
Cấu kiện sử dụng Bề rộng cơ
( m ) Chiều cao tường đỉnh( m ) Hệ số mái kè m
0 0 4 Basalton (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phương án trên được tính toán áp dụng theo tiêu chuẩn sóng tràn tại khu vực mái phía sau chất lượng tốt, được gia cố ổn định nên lưu lượng tràn cho phép được chọn cho khu vực nghiên cứu là [q] = 30 l/s/m [5] được áp dụng vào để tính toán độ
cao lưu không RC tại vị trí công trình có cao độ đụn cát thấp như sau:
• Tính toán RC[4] :
Theo TAW (2002) [3], công thức tính sóng tràn cho sóng cho cả sóng vỡ và sóng chưa vỡ mô tả lưu lượng tràn trung bình theo phương pháp tất định có dạng :
0 3 0 . ) tan( 067 , 0 γ ξ α b qd m gH q = exp − ν βγ γ γ ξ0 . 0 . . 1 3 , 4 f m C H R Với γbξ0< 1,77 (5-3) ( ) + − = 0 0 3 0 0,21.exp γf.γβ. m .0,33 0,022.ξ c m H R gH q Với γbξ0> 1,77 (5-4) Trong đó:
− q : Lưu lượng tràn trung bình (m3/s/m) ; − α qd : Góc nghiêng quy đổi của mái công trình ;
− γf : Hệ số ảnh hưởng do độ nhám mái đê ;
− γν : Hệ số ảnh hưởng do tường đứng trên mái đê ; − γβ : Hệ số ảnh hưởng của góc sóng tới ;
− ξ0 : Chỉ số sóng vỡ Iribarren ; 0 , 1 0 0 2 tan − = m m qd gT H π α ξ (5-5)
Bảng 5.2 : Thống kê các tham số sóng thiết kế tính toán
Chu kỳ sóng(s) Bước sóng (m) Độ cao sóng
(m) Độ sâu nước (m) Góc sóng tới Φ (0) Tp Tm-1,0 L0 L0,m-1 LS Hs Hm0 8,13 7,32 103,25 83,59 42,23 2,43 2,43 2,75 0
Bảng 5.3 : Hệ số ảnh hưởng do độ nhám mái đê [4]
Loại hình gia cố mái γr
Trơn phẳng không thấm nước (Bê tông nhựa đường) 1,0