c)Mụ tả vắn tắt cỏc hỡnh vẽ [40]
Cỏc cấu kiện được xếp theo hỡnh hoa mai, trong đú hàng số 1 và hàng số 2 là khối cao, cỏc hàng xung quanh nú cú chiều cao nhỏ hơn. Ở thớ nghiệm trờn đó bố trớ 3 hàng cao[56],[52].
a)
b) Hỡnh 4.5: Bố trớ cấu kiện trờn mỏi kố
(a) Mặt bằng bố trớ cỏc cấu kiện nằm trờn mỏi kố. (1) Mố nhỏm chắn thứ nhất, (2) Mố nhỏm chắn thứ hai, (b) Phối cảnh khụng gian cấu kiện .
Hỡnh 4.6: Cắt đứng biểu diễn cỏc mố nhỏm cản đỏ lăn (1), (2), (3), (4) là cỏc mố nhỏm cản đỏ
4.4 Đề xuất quy trỡnh kiểm tra điều kiện ổn định viờn đỏ tại chõn kố
Bước 1: Xỏc định vận tốc lớn nhất tại chõn kố theo cụng thức (3.10);
Bước 2: Tớnh toỏn lựa chọn khối lượng viờn đỏ thảo món điều kiện ổn định.
Kiểm tra kớch thước viờn đỏ theo điều kiện ổn định được quy định tại cụng thức (1.27) khi xột vận tốc ngang Uc. Khi này đường kớnh viờn đỏ được tớnh theo đường kớnh:
G=V*ρ= D3*ρ, hay D = 3√Gρ (4.1) 1 2 2 1 1 1 4 3 2 Mặt nền của cấu kiện lỏt Múc để nõng cấu Lỗ xuyờn ngang -d h a C
trong đú:
G là khối lượng viờn đỏ (kg); V là thể tớch viờn đỏ (m3), V = Dn3, Dn là đường kớnh quy đổi viờn đỏ, khi đổ theo lớp(m); ρ là khối lượng riờng của đỏ (kg/m3). Sau khi đó cú D sẽ kiểm tra cỏc điều kiện sau:
Kiểm tra kớch thước viờn đỏ theo điều kiện ổn định được quy định tại cụng thức (1.27) khi xột vận tốc ngang Uc.
Nếu xỏc định được vận tốc phương xiờn Ucr thỡ kiểm tra theo cụng thức (1.34):
Như vậy nếu viờn đỏ bị trượt thỡ chiều cao ngưỡng cản phải ớt nhất là bằng đường kớnh quy đổi D của viờn đỏ cú khối lượng là G (kg).
4.5 Tớnh toỏn lựa chọn cấu kiện bảo vệ
4.5.1 Nhận xột về cỏc lần sửa chữa và nõng cấp gần đõy tại tuyến đờ nghiờn cứu
Do đặc điểm của đoạn đường bờ cú địa hỡnh mặt đất tự nhiờn trung bỡnh tại chõn kố là 0.0m. Trước chõn kố đang cũn tồn tại nhiều viờn đỏ hộc của đờ cũ. Núi chung cỏc viờn đỏ nằm trờn bị lăn vờ trờn mỏi đờ cũ trong thời gian dài nờn đó vờ cạnh, chỳng cú dạng gần như khối cầu. Cỏc viờn đỏ nằm dưới lớp cỏt thỡ vẫn cũn nguyờn dạng. Tuy nhiờn đoạn đường bờ này luụn biến động, nờn vẫn cú thể cả những viờn chưa bị vờ trũn vẫn cú thể di động và bị đẩy lờn mỏi kố.
Trờn tồn tuyến đờ, vào năm 2009 đó cú đoạn phải xử lý giảm súng bằng xếp 2 lớp cỏc khối Tetraport (nơi cú độ cao súng lớn hơn). Tuy nhiờn vẫn cũn một số viờn đỏ nằm sút giữa mố nhỏm Tetraport và chõn kố, nú vẫn lăn lờn và chà xỏt mỏi kố khi cú súng mang lờn. Nếu xử lý tiếp bằng khối Tetraport giảm súng thỡ giỏ thành sẽ khụng thấp.
Ở đoạn đờ khỏc tư vấn đó sử dụng khối Holquader để bảo vệ, song vẫn cũn hiện tượng đỏ lăn lờn mỏi kố. Ở đoạn cuối tuyến đờ, vào năm 2015 tư vấn đó thiết kế lớp phủ bằng khối Ston-Block cú chiều dày tới D = 70cm. Thiết kế này mỏi kố ổn định, song ở đoạn này khụng cú đỏ sút lại trờn bói nờn khụng gõy nguy hại cho mỏi kố. Tuy nhiờn tư vấn thiết kế chọn chiều dày gia tăng và cường độ cấu kiện cao (BT mỏc 250) đề phũng bề mặt bị mài mũn như cỏc đoạn khỏc.
Từ những phõn tớch trờn, tỏc giả đó đề xuất giải phỏp bảo vệ khụng cho đỏ lăn lờn mỏi kố bằng cỏc mố nhỏm cản đỏ. Kớch thước chi tiết được thể hiện tại mục dưới đõy.
4.5.2 Thiết kế chi tiết mố nhỏm cản đỏ và hỡnh dỏng cấu kiện tạo nờn mố nhỏm
Mố nhỏm sẽ cú kớch thước chiều cao trờn cơ sở tớnh toỏn từ kớch thước chiều dày lớp bảo vệ cộng với chiều cao tớnh toỏn cản đỏ. Kớch thước trờn mặt bằng cú dạng hỡnh lục lăng, sẽ lựa chọn cạnh c để trọng lượng viờn cấu kiện khụng quỏ nặng, khụng gõy khú khăn cho thi cụng.
Từ những phõn tớch trờn, luận ỏn chọn phương ỏn sử dụng khối trụ bảo vệ mỏi phớa biển, hỡnh dạng lục lăng. Khu vực sỏt chõn kố sử dụng mố nhỏm cản đỏ. Kớch thước tiết diện cấu kiện lỏt chốn phần mố nhỏm mặt bằng giống với cấu kiện mố nhỏm, chỉ cú chiều cao khối là khỏc nhau (h=45cm). Sau đõy là phần tớnh toỏn kớch thước của cấu kiện bảo vệ mỏi và mố nhỏm cản đỏ.
(b) Tớnh toỏn kớch thước lớp bảo vệ mỏi
Áp dụng cụng thức tớnh chiều dày lớp bảo vệ trong tiờu chuẩn thiết kế đờ biển TCVN 9901- 2014.
- Chiều dày của vật liệu bảo vệ mỏi được xỏc định theo cụng thức Pilarczyk (1998)[7],[22],[39]:
(4.2)
trong đú:
Φ - Hệ số ổn định biểu thị cho ngưỡng chuyển động/ổn định của vật liệu.
Hệ số ổn định Φ cho cỏc hệ thống cốt liệu dạng rời dưới tỏc dụng của súng, được xỏc định theo cụng thức của Van der Meer (1984):
(4.3) Trong đú:
Pb- Hệ số phản ỏnh khả năng thấm/thoỏt nước của thõn và nền kố; thường chọn Pb = 0,1 đối với kố bảo vệ mỏi đờ;
Sb- Tham số hư hỏng ban đầu, cú thể lấy bằng 0,5 đến 2,0 đối với cấu kiện bờ tụng đỳc sẵn xếp độc lập.
N- Số con súng tới cụng trỡnh trong một trận bóo. + Tớnh chiều cao súng tại chõn cụng trỡnh
Từ kết quả trờn, kớch thước của mố nhỏm và cấu kiện trờn mỏi được lựa chọn như sau: + Cấu kiện mố nhỏm thiết kế mặt cắt ngang dạng lục lăng, cỏc cạnh được mụ tả chi tiết như sau:
- Cạnh lục lăng c = 23cm, cạnh ngang giữa 40cm; - Chiều cao khối h = 70 cm;
- Cường độ bờ tụng thiết kế R = 250kg/cm2;
- Chi tiết phục vụ thi cụng, mọc treo d = 10mm, lỗ xuyờn ngang để điều chỉnh khối khi lắp đặt n = 30mm, cỏch đỉnh 150mm.
+ Cấu kiện chốn chõn mố nhỏm
Cấu kiện bảo vệ chốn chõn mố nhỏm cú kớch thước mặt bằng như mố nhỏm, chiều cao cấu kiện h =50cm.
Cỏc hỡnh vẽ sau đõy mụ tả chi tiết cấu kiện đề xuất.
Bảng 4.3: Tớnh toỏn chiều dày lớp bảo vệ dạng cột
TT Thụng số tớnh Trị số Ghi chỳ
1 Chiều cao súng Hs= 3,16 (m)
2 Chu kỳ súng T= 5,3 s
3 Chiều sõu nước d= 3,41 (m)
4 Mỏi dốc m= 3,0 - 5 Hệ số mũ b = 0,67 [độ nhẵn trung bỡnh] 6 P = 0,1 [đờ biển] 7 N = 3000 (con súng) 8 S = 2 [bắt đầu hư hỏng] 9 L0 = 236,01 (m) 10 sop = 0,044 - 11 ζbp = 1,37 - 12 cosα = 0,962 -
13 Ψu = 3 [Giỏ trị chuẩn - hư hỏng tối đa]
14 Ψu = 2 [cấu kiện chất lượng cao]
15 Chiều dày bảo vệ Dmin = 0,43 (m)
Hỡnh 4.6 : Mặt cắt đứng bố trớ mố nhỏm cản đỏ
(a) (b) Hỡnh 4.8: Chi tiết cấu tạo cấu kiện chốn chõn mố nhỏm (h =50cm)
(a) Hỡnh chiếu bằng khối chõn gỡm cạnh hàng rào, (b) Cắt đứng khối chốn (h = 50cm)
(a) (b) ( c)
Hỡnh 4.9: Chi tiờt cấu kiện bảo vệ mỏi kố
(a) Hỡnh chiều bằng cấu kiện mố nhỏm, (b) cắt đững (h = 70cm), ( c) Khối chốn bự
4.5.3 Kết quả quan trắc mố nhỏm thiết kế
Qua một số năm đưa cụng trỡnh vào sử dụng, kết quả cho thấy:
- Khu vực thiết kế sửa chữa đó làm việc ổn định, cỏc cấu kiện vẫn giữ được hỡnh dạng chế tạo ban đầu. Khụng cú hiện tượng mài mũn trờn bề mặt do đỏ lăn như cỏc đoạn khỏc chưa được sửa chữa, khụng cú hiện tượng xụ lệch khối xếp.
- Đó cú những viờn đỏ to, khối xõy, cấu kiện bờ tụng cũ do nơi khỏc mang tới, khi súng đưa lờn mỏi thỡ bị giữ lại ngay trờn vị trớ cỏc mố nhỏm.
- Chỉ cần 3 mố nhỏm ngăn cản (tớnh từ dưới chõn kố lờn trờn mỏi kố). Hầu như đỏ chỉ mắc lại tại sau hàng mố nhỏm thứ nhất.
- Mặt bói trước mố nhỏm cú cao độ đồng đều theo trục dọc, khụng cú hiện tượng xuất hiện hố xúi cục bộ trước chõn kố.
- Kiểm tra cao độ mố nhỏm khụng thấy xuất hiện lỳn cục bộ. Cú thể nguyờn do nhà thầu thi cụng đó đầm, chốn chặt khi lắp đặt cấu kiện. Điều này cũng chứng tỏ là vật liệu đệm dưới cấu kiện (mố nhỏm và cấu kiện bảo vệ mỏi khụng bị rửa trụi).
(a) Toàn cảnh mỏi kố và mố nhỏm cản đỏ (b) Cận cảnh mố nhỏm cản đỏ Hỡnh 4.11: Ảnh chụp đoạn kố sửa chữa thực tế thỏng 6 năm 2016
4.6 So sỏnh tớnh toỏn khối lượng viờn đỏ tại chõn kố
Tỏc giả luận ỏn đó sử dụng cụng thức (3.10) để tớnh vận tốc dũng chảy lướn nhất tại chõn kố, so sỏnh trị số tớnh toỏn với cựng điều kiện khi ỏp dụng cụng thức (1.37) cho thấy hai trị số này khỏc nhau. Trị số tớnh thưo cụng thức (3.10) cú giỏ trị trung bỡnh khoảng 1,5 lần so với cụng thức (1.37). Kết quả so sỏnh được thể hiện qua bảng 4.4.
- Khối lượng viờn đỏ bảo vệ chõn tăng đỏng kể tới 21% ứng với kịch bản 3 khi sử dụng cụng thức tớnh vận tốc theo phương ngang lớn nhất giỏp chõn theo cụng thức (3.10) và cụng thức (1.37) của TCVN 9001-2014.
- Khi vận tốc dũng < 2,0 m/s thỡ cho phộp lấy khối lượng viờn đỏ 40kg để đảm bảo an toàn và tiện cho thi cụng. Tuy nhiờn khi ỏp dụng cụng thức (1.37) thỡ cú 2 trường hợp vận tốc cựng điều kiện như nhau song khi tớnh theo cụng thức (3.10) cho vận tốc lớn hơn 2,0m/s. Như vậy kớch thước viờn đỏ sẽ tăng lờn trờn 40 kg.
- Nhiều kịch bản cú vận tốc xấp xỉ 2,0 m/s trong khi đú khi ỏp dụng cụng thức (1.37) thỡ trị số này khỏ nhỏ.
Bảng 4.4: Kết quả so sỏnh sự khỏc nhau giữa cụng thức (1.37) và (3.10)
TT Độ sõu nước chõn kố ds(m) Hs (m) T (s) Ls (m) g (m/s2) a Umax T Q (m/s) UmaxT CVN(m /s) G theo UmaxT Q (kg) G theo UmaxT CVN (kg) G tăng (%) KB1 1 0,8 5 15,66 9,81 0,0 1,26 1,64 1,19 40 40 0% KB2 1 0,8 6 18,79 9,81 0,0 1,38 1,93 1,21 40 40 0% KB3 1 0,8 7 21,92 9,81 0,0 1,50 2,21 1,22 48 40 21% KB4 1 0,8 5 15,66 9,81 0,5 1,26 1,60 1,19 40 40 0% KB5 1 0,8 6 18,79 9,81 0,5 1,38 1,90 1,21 40 40 0% KB6 1 0,8 7 21,92 9,81 0,5 1,50 2,18 1,22 47 40 18%
4.7 Nhận xột chung về phương ỏn đề xuất
- Phương ỏn đề xuất đó thỏa món yờu cầu về tăng cường khả năng tiờu giảm vận tốc dũng khi chảy luồn qua cỏc mố nhỏm.
- Chiều cao ngưỡng mố nhỏm h= 43cm đủ ngăn cản cỏc cấu kiện rời khi di động qua. - Kiểu dỏng hài hũa với kết cấu chung của cụng trỡnh.
Khi ỏp dụng cụng thức (3.10) để tớnh vận tốc chõn kố sẽ cho giỏ trị lớn hơn khi ỏp dụng cụng thức cụng thức (1.37) của TCVN 9001-2014, tương ứng khối lượng tối thiểu của viờn đỏ thảm chõn kố sẽ an toàn hơn. Việc mất ổn định của đỏ thảm chõn kố đờ biển Cỏt Hải hiện nay rất cú thể do nguyờn nhõn kớch thước tớnh toỏn thiết kế viờn đỏ cũn thiờn nhỏ.
Bố trớ cỏc mố nhỏm cú tỏc dụng giảm vận tốc lớn nhất tại chõn kố, làm tăng độ ổn định của thảm chõn kố hoặc làm giảm khối lượng tối thiểu viờn đỏ thảm chõn kố. Kớch thước mố nhỏm cản đỏ cú thể tham khảo bản đăng ký độc quyền sang chế của tỏc giả và nhúm nghiờn cứu để lựa chọn[40].
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết quả đạt được của luận ỏn
(a) Nghiờn cứu lý thuyết
- Khi nghiờn cứu chõn kố biển núi riờng, thõn kố núi chung nú phụ thuộc nhiều vào đặc điểm địa chất nền, độ sõu dũng chảy, chiều cao súng, chu kỳ súng, mỏi dốc kố và hướng tỏc dụng của dũng chảy so với trục chớnh của kố; ổn định của nền bói cú ảnh hưởng trực tiếp đến chõn kố, ổn định của mỏi kố và thõn đờ. Việc tớnh toỏn xỏc định vận tốc lớn nhất thiết kế cú xem xột cỏc yếu tố ảnh hưởng trờn đó gúp phần làm rừ cơ chế di chuyển đỏ tại chõn kố.
- Luận ỏn đó tổng hợp, phõn tớch cỏc phương phỏp nghiờn cứu về ổn định, mất ổn định của thềm bói biển vựng sỏt chõn kố, đồng thời nờu được ưu nhược điểm cỏc dạng kố khỏc nhau, từ đú đó đề xuất cỏc phương phỏp nghiờn cứu và phạm vi ỏp dụng cụng thức tớnh vận tốc lớn nhất tại chõn kố để xỏc định kớch thước vật liệu bảo vệ chõn kố.
(b)Nghiờn cứu thực nghiệm bằng mụ hỡnh vật lý và mụ hỡnh toỏn
Để tỡm ra nguyờn nhõn hư hại chõn kố, vật liệu di động khỏi chõn kố, luận ỏn đó tiến hành làm thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý, thực hiện tại Phũng TNTL tổng hợp, Đại học Thủy lợi, kết quả chỉ ra rằng: vận tốc đo đạc của 24 kịch bản cho thấy vận tốc thực đo lớn hơn 1,1 đến 1,68 lần (hoặc lớn hơn với chu kỳ T lớn) vận tốc tớnh toỏn theo cụng thức quy định trong tiờu chuẩn thiết kế hiện nay.
Trờn cơ sở kết quả của mụ hỡnh vật lý, tỏc giả đó sử dụng mụ hỡnh toỏn để mở rộng cỏc biờn tớnh toỏn. Kết quả cuối cựng thu được: vận tốc dũng chảy do súng mang tới chõn kố bị ảnh hưởng của cỏc yếu tố như: Chiều cao súng (Hs), chu kỳ súng (T), chiều dài bước súng (Ls), độ sõu nước tại chõn kố (ds), độ dốc mỏi kố (m). Vận tốc này đó phụ thuộc rất lớn vào chu kỳ súng, Hs, ds, mỏi dốc và chỉ số Irribaren. Nếu Hs tăng, mỏi dốc dốc hơn thỡ vận tốc càng tăng. Vận tốc ngang lớn nhất tại chõn kố được xỏc định tại cụng thức (3.10)
(c) Nghiờn cứu ứng dụng vào cụng trỡnh thực tế
Đờ biển một số đoạn thuộc bắc bộ và bắc trung bộ núi chung cũng như đờ biển Cỏt Hải, Hải Phũng núi riờng… cỏc cụng trỡnh này đều tồn tại nhược điểm là cỏc cấu kiện, đỏ hộc của cụng trỡnh cũ, khối đỏ xõy nằm trờn bói biển, nú luụn bị súng vần lờn mỏi kố, gõy mài mũn và dẫn đến hư hại, giảm yếu chất lượng mỏi kố.
Luận ỏn đó ỏp dụng cỏch tớnh toỏn ổn định của cấu kiện bảo vệ mỏi và chõn kố khi thiết kế cho một cụng trỡnh tại Hải Phũng. Đề xuất quy trỡnh kiểm tra 2 bước và lựa chọn khối lượng viờn đỏ bảo vệ chõn kố.
Kết quả tớnh toỏn thiết kế phự hợp với thực tế và hiện trạng cụng trỡnh đang ổn định, bền vững, mỹ thuật từ khi sỏng chế được cấp bằng sở hữu trớ tuệ[40],[phụ lục số 3].
2. Những đúng gúp mới của luận ỏn
Luận ỏn đó đưa ra được những đúng gúp chớnh sau:
- Đó xõy dựng cụng thức tớnh vận tốc ngang lớn nhất tại chõn kố khi xột tổng hợp nhiều yếu tố bao gồm: T, Hs, ds, L, tanα, a, như đó thể hiện tại cụng thức (3.10).
- Luận ỏn đó làm sỏng tỏ được một số yếu tố ảnh hưởng đến dũng chảy do súng ở khu vực chõn kố nụng.
3. Tồn tại và hướng phỏt triển
(a) Những tồn tại
Luận ỏn đó đề xuất cụng thức tớnh toỏn vận tốc lớn nhất xuất hiện tại chõn kố khi súng tỏc động. Tuy nhiờn số kịch bản thớ nghiệm cũn khiờm tốn.
Luận ỏn đó nghiờn cứu ảnh hưởng của mỏi dốc bằng mụ hỡnh toỏn tuy nhiờn chưa cú kiểm nghiệm bằng mụ hỡnh vật lý một cỏch đầy đủ nờn chưa được đưa vào cụng thức tổng quỏt.
(b)Hướng phỏt triển
Cần nghiờn cứu bổ sung tiếp về ảnh hưởng của mỏi dốc cụng trỡnh và độ dốc bói bằng cỏc mụ hỡnh thực nghiệm để xõy dựng cỏc cụng thức vận tốc lớn nhất tại chõn kố liờn quan đến hai yếu tố này.
4. Kiến nghị
Luận ỏn đó đưa ra kết quả tớnh toỏn vận tốc lớn nhất của dũng chảy do súng gõy ra lớn hơn trị số quy định hiện hành. Đõy là cơ sở ban đầu để tham khảo, hiệu chỉnh cụng thức tớnh toỏn vận tốc lớn nhất trong tiờu chuẩn thiết kế đờ biển hiện hành cho phự hợp với thực tế hơn.
DANH MỤC CễNG TRèNH ĐÃ CễNG BỐ
1) Le Xuan Roanh1, Pham Van Lap2, Hoang Duc Thao3. Le Tuan Hai4 “Toe dike- Traditional Structure and needed improvement requirements”, Tạp chớ Giao thụng vận tải, số đặc biệt (năm thứ 57), ISSN 2354-0818, Trớch đăng tuyển tập hội thảo quốc tế-