XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐÊ BIỂN NAM BỘ
3.3.2.2. Cơng trình gia cố mái đê biển
a. Các yêu cầu đối với kết cấu bảo vệ mái
Ổn định trên lớp đất bề mặt của mái dốc đê ;
Linh hoạt và dễ biến dạng theo đất của mái dốc và nền; Bền vững lâu dài của kết cấu và của vật liệu;
Cĩ khả năng phát hiện được sự cố; Dễ sửa chữa khi cĩ hư hỏng cục bộ; Giá thành hạ;
An tồn;
Đảm bảo mỹ quan;
Dễ quan sát, kiểm tra cho người quản lý; Tận dụng vật liệu địa phương.
b. Phân tích sự làm việc của kết cấu bảo vệ mái đê
Kết cấu kè mái chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng trực tiếp lên bề mặt phía ngồi và các tải trọng sinh ra ở phía trong kè và thân đê. Các tác động này sinh
ra từ nguồn gốc của các tác động thủy động lực và tác động địa kỹ thuật.
Sự tác động của các áp lực từ mơi trường nước vào các kết cấu kè và tải trọng sinh ra từ phía bên trong thân đê, cĩ thể mơ phỏng bằng một hệ tương tác giữa 3 mơi trường: Nước - Đất – Cơng trình như hình 3.6. Mơ tả sự làm việc theo sơ đồ này như sau:
Quá trình I là quá trình chịu tác động theo điều kiện biên thuỷ lực như sĩng, vận tốc trung bình của dịng chảy được mơ phỏng là tải trọng phía ngồi Po (y,t).
Quá trình II là quá trình chuyển hố từ tải trọng từ phía ngồi tới phía bên trong tạo ra các tải trọng tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu kè với đất thân đê gọi là tải trọng phía trong Pt(y,t).
Quá trình III là sự làm việc của kè dưới tác dụng của các tải trọng từ 2 phía.
Hs I II III Pn(y.t) Pt(y.t) Y Z'
Hình 3.6: Sơ đồ mơ phỏng sự làm việc tương tác nước - đất - kết cấu kè * Các lực tác dụng lên phía ngồi (Pn):
Áp lực tác dụng lên mái dốc là loại tải trọng cĩ chu kỳ được nghiên cứu cụ thể đối với từng loại kết cấu. Các nghiên cứu được tiến hành kết hợp giữa mơ hình tốn và mơ hình vật lý (thí nghiệm trong bể sĩng). Trong thực tế sử dụng các mơ hình tốn cịn nhiều hạn chế nhất là khi xét đến yếu tố thời gian.
Một cách gần đúng tính tải trọng tức thời với trường hợp nguy hiểm nhất khi cĩ sĩng rút lớn nhất.
Xét trường hợp sĩng tác dụng lên mái dốc như hình 3.7. Trong đĩ là gĩc đổ lớn nhất. Φb là áp lực nước lớn nhất tác dụng lên bề mặt mái dốc. Lập được mối quan hệ hàm giữa các đại lượng thuộc thành phần của sĩng và kích thước cơng trình.
( / ) ;1,511 11 , 0 min . 9 , 5 cot 2 , 2 ; min 8 . 0 = = = = Φ Lo H tg H ds tg g tg tg H o o b α ξ α β θ α ξ Lo H tg o α/ / ξ =
Mái Thay đổi áp lực trong kè
Mực nước trung bình Áp lực trên mái
Sóng vỡ
b ds
Hình 3.7: Sĩng tác dụng lên mái kè đê.
Phương trình dùng để nghiên cứu thực nghiệm khi mái dốc trong giới hạn ½ <tgα < ¼ các sĩng cĩ độ dốc 0,01 < H/Lo < 0,07 được viết như sau:
Trong đĩ:
Kết quả thực nghiệm cho thấy với các sĩng xiên cĩ gĩc nhỏ hơn 450 được tính như sĩng phẳng.
* Lực tác dụng phía dưới (Pt):
Các lực tác dụng phía dưới lớp vỏ kè được chia làm 2 loại:
- Loại thứ nhất là các áp lực được xét cùng với các lực phía trên gây ra hiện tượng đẩy ngược lên lớp vỏ kè.
- Loại thứ hai là Grdien thuỷ lực dưới lớp vỏ kè (song song với mái dốc) gây ra hiện tượng dịch chuyển các hạt trong lớp đệm.Các hạt này phụ thuộc nhiều vào cấu tạo và vật liệu của lớp chuyển tiếp giữa vỏ kè và đất thân đê.
Tùy khả năng kinh tế, kỹ thuật và mục đích sử dụng để chọn loại kết cấu gia cố mái đê cho phù hợp. Đối với đê biển Nam Bộ thường sử dụng các loại kết cấu sau:
* Kè bảo vệ mái đê bằng đá hộc lát khan - Đặc điểm cấu tạo:
Dùng đá chọn với kích thước nhỏ nhất là 20x30cm xếp khan trên mái thật khít. Với kích thước viên đá được chọn thì đảm bảo sẽ khơng bị sĩng đánh văng ra khỏi vị trí cần bảo vệ.
Lớp vải địa kỹ thuật đặt giữa nền và lớp đá lát khan cĩ tác dụng vừa chống xĩi ngầm (lọc ngược) vừa chống xĩi mặt (tác dụng chắn giữ đất) cho thân và mái đê.
Thi cơng vào mùa nước kiệt, các cơng tác diễn ra trên mái đất khơ tương đối đơn giản: Sau khi hồn thiện cơng tác đắp và đầm chặt mái đê theo đúng yêu cầu kỹ thuật, các cơng tác trải vải địa kỹ thuật, xếp đá khan thực hiện hồn tồn trên cạn.
Hình 3.8: Cắt ngang kết cấu gia cố mái đê bằng đá lát khan - Ưu nhược điểm:
+ Ưu điểm: Độ nhám bề mặt kè lớn, khả năng phá sĩng tốt, hạn chế chiều cao sĩng leo. Thi cơng nhanh, đơn giản, kinh phí rẻ. Cĩ khả năng ổn định tốt trong điều kiện mái lún khơng đều và biến dạng của nền đất mái đê trong thời gian thi cơng và sử dụng.
+ Nhược điểm: Phải cung cấp khối lượng đá chọn (20x30)cm lớn cĩ khả năng khơng đủ nguồn vật liệu cung cấp kịp theo tiến độ; Khi thi cơng phải xếp đá thật
khít thì cơng trình mới vận hành hiệu quả an tồn; Vật liệu thi cơng phải chọn lựa cẩn thận theo thiết kế; Độ bền và tính mỹ quan của cơng trình khơng cao.
- Điều kiện áp dụng:
+ Thường áp dụng ở những nơi cĩ nguồn đá phong phú, cĩ loại đá đáp ứng yêu cầu về ổn định;
+ Mái đê thốt nước tốt.
Hình 3.9: Kè biển Cần Giờ
* Kè bảo vệ mái đê bằng thảm, rọ đá: - Đặc điểm cấu tạo:
+ Bảo vệ mái đê bằng thảm đá:
Hình 3.10: Cắt ngang kết cấu gia cố mái đê bằng thảm đá
Hình 3.11: Cắt ngang kết cấu gia cố mái đê bằng rọ đá
Rọ đá liên kết mảng các viên đá rời lại với nhau, khi kết hợp với vải địa kỹ thuật lọc và giữ đất phía mái đê tạo thành lớp kết cấu bảo vệ mặt chống tác động của dịng thấm, dịng chảy và áp lực sĩng.
Rọ đá cĩ độ nhám khá cao làm giảm vận tốc dịng chảy ven bờ, giảm năng lượng sĩng, cĩ khả năng chịu tác động của sĩng và lực cuốn trơi của dịng chảy trong điều kiện nguy hiểm (vận tốc cao và sĩng lớn).
Lớp vải địa kỹ thuật đặt giữa nền và lớp thảm đá cĩ tác dụng vừa chống xĩi ngầm (lọc ngược) vừa chống xĩi mặt ( tác dụng chắn giữ đất) cho thân và mái đê.
- Ưu nhược điểm:
+ Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, thi cơng nhanh và cĩ thể thi cơng trong nước; giá thành thấp. Thảm, rọ đá là kết cấu mềm cĩ thể thích ứng tốt với sự biến dạng và lún khơng đều của nền đất yếu.
+ Nhược điểm: Tuổi thọ cơng trình khơng cao do vỏ bọc PVC dễ bị trĩc, phong hĩa theo thời gian ảnh hưởng đến tuổi thọ cơng trình; Vệ sinh mơi trường khơng tốt, do độ nhám lớn của rọ đá, rong rêu và rác dễ dính bám vào và phát triển.
- Điều kiện áp dụng:
+ Khả năng cung cấp đá lớn khĩ khăn; + Sĩng lớn, cĩ dịng chảy mạnh;
+ Các cơng trình cĩ yêu cầu bảo vệ khơng lâu dài, thường nhỏ hơn 10 năm.
Hình 3.12: Kè rọ đá bảo vệ khu du lịch Ba Động - Trà Vinh * Kè bảo vệ mái đê bằng tấm bê tơng đúc sẵn:
- Đặc điểm cấu tạo:
Bảo vệ mái đê hồn thiện bằng các viên bê tơng lắp ghép tự chèn 3 chiều chống xĩi mặt do tác động của sĩng và dịng chảy. Bố trí tầng lọc ngược trên mái phía dưới các viên bê tơng tự chèn với tác dụng giảm áp lực và hạ mực nước ngầm dịng thấm. Đảm bảo ổn định cơng trình.
Viên bê tơng lắp ghép với cấu tạo hình nêm nên cĩ khả năng tự chèn và sắp xếp theo cả 3 chiều tạo liên kết mảng tăng khả năng liên kết trọng lượng chống tác động của sĩng. Do được lắp ghép nên giữa các viên bê tơng này cĩ khe hở, sẽ tạo ra hệ lên kết cĩ khe hở làm giảm áp lực thấm, mềm và lún đồng bộ với nền thích hợp với nền đất yếu của cơng trình.
Tầng lọc ngược được bố trí 2 lớp: Các viên bê tơng đặt trực tiếp trên lớp đá dày 10cm cĩ tác dụng lọc thốt, hạ và giảm áp lực nước ngầm trong đê ngồi ra cịn cĩ tác dụng như mặt đệm tạo phẳng mái thi cơng. Dưới cùng là lớp vải lọc cĩ tác dụng lọc chắn giữ đất chống xĩi ngầm ở mái đê.
Đất nền mái đê phải được đầm chặt đạt dung trọng và độ chặt yêu cầu:
γ=1,45÷1,50 tấn/m3, K=0,90. Để hạn chế khả năng lún và biến dạng mái lớn ảnh hưởng đến sự ổn định cơng trình.