Sau đõy xin trớch dẫn thụng tin chớnh về thiết kế cụng trỡnh.
4.1.2 Thụng tin chung phục vụ tớnh toỏn thiết kế
(a) Thụng số thủy hải văn thiết kế
Cụng trỡnh thuộc cấp IV, xỏc định theo TCVN 9901-2014. Chiều dài tuyến cụng trỡnh L= 2424m; tần suất thiết kế chọn P = 3,3%, tương ứng với tiờu chuẩn ỏn toàn là N = 30 năm. Thụng số thiết kế ghi trong bảng sau:
Bảng 4.1: Thụng số tớnh toỏn biờn thủy hải văn thiết kế
TT Thụng số chung Ký hiệu Trị số Đơn vị
1 Mực nước thiết kế MNTK 3,16 (m)
2 Chiều cao súng nước sõu (Vựng 1) H0 10,33 (m)
3 Chiều cao súng quõn phương Hrms 7,30 (m)
4 Chu kỳ đỉnh phổ Tp 12,3 (s)
5 Chiều dài súng nước sõu L0 236,01 (m)
6 Khoảng tra tham số súng TK L0/4 59 (m)
7 éộ dốc súng nước sõu s0 0,044 -
8 Gúc súng tới β0 0 (độ)
(b) Xỏc định súng thiết kế tại chõn cụng trỡnh
Dựa vào bỡnh đồ khảo sỏt tại tuyến kố, điều kiện biờn súng ngoài khơi vựng 1, tiến hành truyền súng từ vựng nước sõu vào chõn cụng trỡnh bằng phần mềm truyền súng Wadibe – 2014 do khoa Kỹ thuật biển- Trường Đại học Thủy lợi lập. Tỏc giả lựa chọn 10 vị trớ mặt cắt đại biểu của đường bờ, vị trớ tớnh súng tại mỗi mặt cắt được tớnh từ mộp nước ra một khoảng L0/4 = 59m và cho kết quả ghi trong bảng.
Bảng 4.2: Chiều cao súng tại chõn kố tại 10 mặt cắt đặc trưng TT Mặt cắt ds Hs TT Mặt cắt ds Hs (m) (m) 1 MC-0 2,83 3,01 2 MC-10 3,18 2,91 3 MC-19 2,09 2,53 4 MC-30 2,72 2,91 5 MC-40 3,41 3,16 6 MC-50 2,63 2,86 7 MC-60 3,02 3,11 8 MC-70 2,25 3,16 9 MC-80 2,08 2,5 10 MC-85 2,29 2,91
Nhỡn vào bảng trờn cho thấy mặt cắt cú chiều cao súng cao nhất là MC 40 và MC 70 (Hs= 3,16m). Chỳng tụi lựa chọn trị số cao nhất này để tớnh toỏn kiểm tra ổn định cấu kiện bảo vệ mỏi kố và vật liệu bảo vệ chõn kố.
4.2 Hiện tượng hư hại mỏi kố do vật rắn chà xỏt
Trong thực tế ta thường bắt gặp hiện tượng đỏ hộc tại chõn kố, khối bờ tụng bảo vệ mặt bói khu vực sỏt chõn kố, khối đỏ xõy hoặc khối vật liệu cứng nằm tại chõn kố vẫn bị súng lăn lờn mỏi. Thực tế cỏc cụng trỡnh kố ở Cỏt Hải, thềm kố tường biển tại Đồ Sơn, Hải Phũng, kố biển tại Thịnh Long, Hải Hậu, Nam Định và một số đoạn kố khỏc mỏi kố chỉ sau một thời gian khai thỏc mặt cấu kiện bảo vệ mỏi đó bị mài mũn. Nếu tớnh toỏn khối lượng viờn đỏ theo thức (1.37), với vận tốc khoảng trờn dưới 2 m/s thỡ trọng lượng viờn đỏ khoảng 40-60 kg. Tuy nhiờn vẫn cú khối đỏ xõy, cục bờ tụng lỏt mỏi cú trọng lượng trờn dưới 100 kg vẫn bị súng vần lờn mỏi. Nguyờn nhõn cú thể là do khi ỏp dụng cụng thức (1.37) để tớnh toỏn song cú thể chưa đủ an toàn hoặc nguyờn nhõn nào khỏc. Hỡnh ảnh sau đõy minh chứng cho hiện tượng này.
Khối đỏ xõy được súng đưa lờn mỏi kố Đỏ gom lờn mỏi kố.
Chõn kố và cấu kiện bảo vệ chõn bị hư hại Giải phỏp đổ trựm bờ tụng giữ khỏi bị mài mũn cấu kiện mỏi kố
Hỡnh 4.2: Một số hỡnh ảnh về sự mài mũn cấu kiện mỏi kố khi vật rắn chà xỏt
4.3 Thiết kế mố nhỏm chõn kố
Trong trường hợp gần đỳng khi súng tới chõn kố cũn giữ nguyờn hỡnh dạng con súng (súng chưa vỡ) để tớnh ảnh hưởng của mố nhỏm đến vận tốc dũng. Luận ỏn đó nghiờn cứu ứng dụng lý thuyết trờn để giảm năng lượng súng trườn lờn mỏi kố và nhiệm vụ quan trọng là cản lượng đỏ cú thể di chuyển lờn mỏi kố khi bị súng tỏc động. Việc bố trớ mố nhỏm cản đỏ đó được nhúm tỏc giả thiết kế thử nghiệm và đăng ký bản quyền tại cục sỏng chế -quyết định số QĐ 17147(PL số 5)[40]. Cấu trỳc cấu kiện như sau:
a)Mụ tả chi tiết kết cấu
Kớch thước của cấu kiện phụ thuộc vào chiều cao súng tỏc động và điều kiện thi cụng. Kớch thước hỡnh học cấu kiện như sau:
- Cạnh của hỡnh lục giỏc C (cm); - Chiều cao cấu kiện h (cm);
- Chiều cao nhụ khi xếp cú cấu kiện mỏi a (cm); - Chiều sõu đặt lỗ múc (c);
- Đường kớnh lỗ múc (mm);
- Đường kớnh múc treo bằng thộp trờn đỉnh d (mm); - Diện tớch của hỡnh lăng trụ S.
Sỏng chế sử dụng kết cấu mới thỏa món 3 yờu cầu sau:
-Hạn chế tối đa hiện tượng đỏ trượt trờn mỏi kố khi cú súng tỏc động; -Tiờu hao năng lượng súng tiếp xỳc với mài kố;
-Thuận tiện trong thi cụng, sửa chữa và quan trắc biến dạng của mỏi kố. b)Ưu điểm của kết cấu ỏp dụng
+ Cản đỏ khi di chuyển trờn mỏi kố: Trong bố trớ hiện trường, cỏc cấu kiện này được xếp
theo dạng hỡnh“ Hoa Mai“ xen kẽ cú cấu kiện cao, cấu kiện thấp. Khi súng xụ cỏc viờn đỏ lờn mỏi kố thỡ bị ngay cỏc cỏc khối cao ngăn cản (hàng tường cản thứ nhất). Trường hợp viờn đỏ chuyển động trong khụng gian giữa hai khối cao thỡ bị hàng thứ hai cản lại. Nếu năng lượng của viờn đỏ cũn lớn, vượt qua “bức tường thứ nhất“ thỡ lại bị cỏc bức tường sau ngăn cản. Độ cao và số hàng của cỏc “bức tường“ phụ thuộc vào năng lượng súng.
+ Tiờu tỏn năng lượng súng[40],[52],[56]: Với cỏch xếp hỡnh hoa mai nú sẽ triệt tiờu nhanh
năng lượng súng. Vỡ khi súng gặp khối cao sẽ bị ngay bức tường này ngăn cản dũng chuyển động, với dũng chảy qua hai khe của khối cao sẽ bị chuyển động xoỏy quanh khối, do hướng chuyển động của cỏc dũng xoỏy này ngược chiều nhau tạo nờn dũng rối nờn đó tự tiờu tỏn năng lượng khi dũng xụ vào nhau.
Như vậy nú tiờu tỏn cả theo phương đứng và phương ngang của dũng do súng trườn trờn mỏi kố.
Hỡnh 4.3: Viờn đỏ qua khe hàng thứ nhất và bị giữ lại tại hàng thứ hai
+ Thuận tiện trong thi cụng: Cấu kiện cú múc thộp trờn đỉnh khối để nõng hạ khối khi di chuyển và lắp đặt. Ngoài ra cú lỗ ngang để cú thể luồn thanh điều khiển xoay gúc khi hạ vào vị trớ. Mặt khỏc ngay chớnh lỗ xuyờn này lại cú tỏc dụng để múc dõy xuyờn qua lỗ khi múc trờn đỉnh khụng cũn làm việc.
Hỡnh 4.4: Sơ họa bố trớ mặt bằng và hỡnh ảnh thớ nghiệm mố nhỏm cản đỏ trờn mỏi kố c)Mụ tả vắn tắt cỏc hỡnh vẽ [40] 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