IV. Nội dung của Luận văn
3.3.2.6: xuất biện pháp bảo vệ an toàn cho đê biển
Do được xây dựng từ lâu, biện pháp thi công thô sơ và không được tu sửa thường xuyên nên hầu hết các tuyến đê biển đều bị xuống cấp trầm trọng và có nguy cơ sạt lở, xói mòn và mất ổn định khi có triều cường và sóng tràn qua.
Bài toán trên ngoài việc xác định diễn biến được sự làm việc của đê biển khi có sóng tràn qua kết hợp với triều cường (khi nào xảy ra xói lở, mất ổn định), ngoài ra còn là cơ sở cho việc cảnh báo, đề xuất biện pháp khắc phục làm gia tăng độ ổn định của đê.
Trong giới hạn luận văn này, tác giả chỉ xin đề xuất một số biện pháp gia cường, xử lý đang áp dụng thực tế vào các công trình đê biển.
- Biện pháp khắc phục tức thời: Khi có mưa lũ tức thời, do không được tu sửa nên những đoạn đê xung yếu rất hay bị sạt trượt, để đề phòng cần chuẩn bị các bao tải đất, cát ngay trên những đoạn xung yếu đó, kết hợp đổ đá hộc gia cường chân đê, đóng cọc tre bảo vệ bao tải cát...
- Biện pháp sửa chữa, gia cố thường xuyên.
Theo tiêu chuẩn ngành 14TCN 157-2005, thì hiện tại hầu như các tuyến đê chưa được sửa chữa đều không đáp ứng được yêu cầu về mái thượng, hạ lưu và cao trình mặt đê cũng như chất lượng đất đắp và biện pháp bảo vệ mái đê, nên cần bổ sung thêm cao trình đê và gia cố mái đê. Ví dụ, trồng cỏ mái hạ lưu đê phía đồng, lát tấm bê tông phía biển, làm rãnh thoát nước phía hạ lưu, bê tông hóa bề mặt đê biển....
- Một số biện pháp cụ thể:
+ Gia cường cường độ của lõi đập bằng Chế tạo cọc đất – vôi; Cọc xi măng đất; Phương pháp điện silicat cho công trình là đất sét và đất bùn; Phương pháp nhiệt dùng để gia cường các loại đất hoàng thổ có hệ số thấm khi 10-20 cm/phút.
+ Gia cố mái đê biển:
Kè lát mái bằng đá xây - đá chít mạch: - Kè lát mái bằng đá xây; - Kè lát mái bằng đá chít mạch. Kè bằng bê tông:
- Kè lát mái bằng bê tông đổ tại chỗ;
- Kè lát mái bê tông tấm lập phương;
- Kè lát mái tấm bê tông lắp ghép có lỗ thoát nước;
- Kè lát mái bằng bê tông lắp ghép có ngàm liên kết 1 chiều;
- Kè lát mái bằng bê tông lắp ghép có ngàm 2 chiều TAC- 2, TAC- 3; - Kè lát mái bằng bê tông lắp ghép có ngàm 3 chiều TSC – 178.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. KẾT LUẬN
Tác giả đã vận dụng được những kiến thức nâng cao trong chương trình đào tạo cao học của Trường Đại học Thuỷ Lợi và thực tế để nghiên cứu ảnh hưởng của sóng tràn tới trạng thái ổn định của đê biển áp dụng kiểm chứng cho mặt cắt đê biển tại Tỉnh Nam Định. Luận văn đã nêu được tính cấp thiết, ý nghĩa thực tiễn của đề tài, tính toán phân tích ảnh hưởng của các thông số sóng tràn và hệ số thấm của đất, hệ số mái đập, chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và biện pháp gia cố đê tới trạng thái biến đổi thấm và hệ số ổn định của đê biển khi có sóng tràn qua từ đó xác định nguyên nhân và đề xuất biện pháp xử lý.
Các nội dung nghiên cứu trong luận văn đã đạt được:
1. Xác định được các trường hợp, yếu tố xảy ra gây bất lợi đối với đê biển khi có sóng tràn qua.
2. Xác định các thông số truyền sóng tới chân đê do một con bão sinh ra từ ngoài khơi, phục vụ tính toán ổn định thấm và tổng thể của đê biển.
3. Phân tích, xác định được các yếu tố biến đổi trước và trong quá trình có bão lớn tràn qua mặt đê.
4. Đề xuất một số biện pháp xử lý, gia cường đê biển.
3. Đã ứng dụng kết quả nghiên cứu trong luận văn tính toán cụ thể cho tuyến đê biển Nam định. Tác giả đã phân tích nguyên nhân, diễn biến quá trình hình thành và phát triển đường bão hòa và sự biến đổ của hệ số ổn định đê biển. Kết quả tính toán tương đối chính xác và phù hợp với thực tế công trình, làm cơ sở cảnh báo khi có bão lũ về.
2. NHỮNG HẠN CHẾ
- Tổ hợp tính toán của luận văn chưa nhiều. Mới chỉ tính toán cho một vài giá trị thời gian cụ thể, chưa kiểm tra quá trình biến đổi của đập với thời gian khi hết bão, hệ số mái và kết cấu đê khác nhau, mặt cắt đập khác nhau...
- Cách tiếp cận bài toán và sử dụng các phương pháp phân tích khác nhau với những mô hình vật liệu khác nhau có thể cho kết quả khác nhau.
- Cần sử dụng các phầm mềm tính toán ứng suất - biến dạng khác (VD phần mềm plaxis...) để so sánh.
3. KIẾN NGHỊ
Với một công trình cụ thể cần căn cứ và địa hình, địa chất thực tế, kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cụ thể phục vụ tính toán kiểm tra, kết hợp với các yếu tố ảnh hưởng khác từ đó sẽ đánh giá chính xác hơn sự hoạt động của đê biển khi có sóng tràn qua và có biện pháp cảnh báo, xử lý hiệu quả nhất đảm bảo an toàn cho công trình.
Hà Nội, tháng 12 năm 2011 Học viên
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Phụ lục 1: Kết quả tính toán- TH1- chưa có sóng tràn qua:
U
1.1: Đường đẳng cột nước tổng,q thấm= 6.6523x10UPU
-6
UPU l/m/s
U
1.2: Đường đẳng Gradien Jxy
U
U
1.5: Ổn định mái hạ lưuU.
Phụ lục 2: Kết quả tính toán- TH2- Có sóng tràn qua trong 1 tiếng.
U
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
2.3: Biểu đồ đẳng cột nước tổng tại biên hạ lưu đê biển
Phụ lục 3: Kết quả tính toán- TH2- Có sóng tràn qua trong 2 tiếng.
3.1: Đường đẳng cột nước tổng,q thấm= 5.8519x10P
-6
P l/m/s
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
3.4: Ổn định mái hạ lưu
Phụ lục 4: Kết quả tính toán- TH2- Có sóng tràn qua trong 3 tiếng.
4.1: Đường đẳng cột nước tổng,q thấm= 6.2390x10P
-6
P l/m/s
4.3: Biểu đồ Gradient XY tại biên hạ lưu đê biển
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
5.1: Đường đẳng cột nước tổng,q thấm= 6.4434x10P P l/m/s
5.2: Đường đẳng Gradien Jxy
Phụ lục 6: Kết quả tính toán- TH2- Có sóng tràn qua trong 5 tiếng.
6.1: Đường đẳng cột nước tổng,q thấm= 6.6030x10P
-6
P l/m/s
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
6.4: Ổn định mái hạ lưu.
Phụ lục 7: Kết quả tính toán tổng hợp.
7.3: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ổn định đê biển TT Giai đoạn MNTL (m) MNHL (m) q(l/s/m) Jxy
max KRminHL q thấm qua mặt cắt đập 1 TH1- Thấm ổn định 2.5 0 0 0.4785 1.276 6.6523x10P -6 2 TH2- 1 giờ 2.5 0 87,65 8.971 1.217 4.8747x10P -6 3 TH2- 2 giờ 2.5 0 87,65 6.638 1.178 5.8519x10P -6 4 TH2- 3 giờ 2.5 0 87,65 4.985 1.146 6.2390x10P -6 5 TH2- 4 giờ 2.5 0 87,65 4.084 1.062 6.4434x10P -6 6 TH2- 5 giờ 2.5 0 87,65 3.541 0.997 6.6030x10P -6 7.4: Đường quan hệ KRhlR-t Biểu đồ K hl min- t 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 Thời gian- t K h l m in K hlmin [Kat]
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Gradient max hạ lưu đê biển
TT Time XY-Gradient max
1 0.00E+00 3.28E-01 2 1.80E+03 1.29E+01 3 3.60E+03 8.97E+00 4 5.40E+03 6.27E+00 5 7.20E+03 4.80E+00 6 9.00E+03 4.12E+00 7 1.08E+04 3.70E+00 8 1.26E+04 3.38E+00 9 1.44E+04 3.12E+00 10 1.62E+04 2.91E+00 11 1.80E+04 2.72E+00
7.6: Đường quan hệ Gradient hạ lưu max-t
Quan hệ Gradient hạ lưu max-t
0.00E+00 5.00E+00 1.00E+01 1.50E+01
0.00E+00 5.00E+03 1.00E+04 1.50E+04 2.00E+04
Thời gian gr ad ie nt h ạ l ư u m ax
SLOPE/W có các lựa chọn cho phép tính toán khối trượt gồm nhiều loại đất đá, ngập trong nước hoặc không và theo các dạng khối trượt khác nhau như dạng trụ tròn, dạng gãy khúc trong trường hợp có lớp mềm yếu, có nền đá, trượt theo các mặt cắt giả định như theo mái hố móng. Nhiều dạng tải trọng như trường hợp áp dụng kết cấu neo, cọc nhồi ...
3.3: Áp dụng phần mềm tính toán ổn định đê biển khi có sóng leo đoạn cửa biển Nam Định:
3.3.1: Tính toán thông số sóng leo, sóng leo:
Sử dụng phầm mềm WaDiBe tính toán điều kiện biên phục vụ cho tính toán ổn định của đê biển.
3.3.1.1: Tính toán sóng từ bão
Điều kiện bài toán đặt ra là có 1 cơn bão cấp 9 xuất hiện ở ngoài khơi khu vực nghiên cứu. Sóng hình thành từ cơn bão này di chuyển vào khu vực nghiên cứu gây nguy hiểm cho tuyến đê biển đang nghiên cứu. Chiều cao sóng do cơn bão này gây ra xác định dựa vào phầm mềm WaDiBe như sau:
Theo thang sức gió Beaufort với bão cấp 9 có vận tốc gió ở 10m trên mực nước biển từ 76÷87 (km/h) ≈ 21,1÷24,2 (m/s). Chọn vận tốc gió UR10maxR = 24,2 (m/s) để tính toán.
Độ sâu trung bình của Vịnh Bắc bộ khoảng 30÷50 (m). Chọn độ sâu vùng nước d = 40 (m).
Theo “Bài giảng thiết kế đê và công trình bảo vệ bờ - Bộ môn Thủy công,
trường Đại học Thủy lợi” đối với vùng không có yếu tố địa hình hạn chế, giá trị
trung bình của đà sóng đối với một vận tốc gió tính toán cho trước được xác định theo công thức (***): (***) Trong đó: - υ: Hệ số nhớ động học của không khí, υ=10P -5 P (mP 2 P /s); - U: Vận tốc gió tính toán, U = UR10maxR = 24,2 (m/s);
Thời gian bão chọn TRbR = 48 (h).
Kết quả tính toán sóng từ bão như trong hình 3.12
Hình 3.12: Tính sóng từ bão Kết quả tính toán:
Chiều cao sóng: HR0 R= 6,18 (m) Chu kì sóng: TRpR = 9,87 (s)
3.3.1.2: Tính toán các tham số sóng tuyến tính
Từ kết quả tính toán sóng từ bão ở mục trên, ta tính toán được các tham số sóng tuyến tính như hình 3.13:
Sóng ở vùng nước trung gian; Độ dốc sóng Sp (%) = 4,32;
Hình 3.13: Tính toán tham số sóng tuyến tính
3.3.1.3: Tính toán truyền sóng vào bờ
a. Xác định mực nước thiết kế phục vụ tính toán
MNTK = MNTB + ARtrmaxR + ARndR(P%) (3.1)
Trong đó:
MNTK: Mực nước thiết kế (m).
MNTB: Mực nước trung bình tại khu vực xây dựng công trình (m)
ARtrmaxR: Biên độ triều lớn nhất tại khu vực xây dựng công trình (m).
ARnd R(P%): Mực nước dâng ứng với tần suất thiết kế (m)
Mực nước thiết kế được tra trong phụ lục A “Tiêu chuẩn kỹ thuật Thiết kế đê
biển” .
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1 10 100 P (%) : 1 2 5 10 20 50 100 Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1 H (cm) : 365.4 298.7 228.9 187.2 153.1 116.9 88.2 Tr (Năm 1 2 4 5 10 20 50 100 200 Tr(năm)
Hình 3.14: Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC14 (106°19', 20°08') Hải Lý, Hải Hậu, Nam Định
Lựa chọn tần suất bão lặp lại là 20 năm, tra đường tần suất được mực nước tổng hợp bằng 2,289m.
MNTK = 2,289 (m)
b. Lựa chọn mặt cắt ngang truyền sóng.
Cao trình bãi khu vực Hải Hậu – Nam Định thay đổi từ 0 – 0,5, có nơi thấp cao trình bãi chỉ khoảng -0,5. Bề rộng bãi trung bình 200 – 300m với độ dốc khoảng 2%. Độ sâu đáy biển -40 cách bờ khoảng 50km. Giả thiết mặt cắt ngang bãi sử dụng để truyền sóng như hình 3.15: MẶT CẮT NGANG BÃI -4 -2 0 2 4 -100 0 100 200 300 400 500 600 K/C ra phía biển C a o t rì n h
Hình 3.15: Mặt cắt ngang truyền sóng (phóng to khu vực ven bờ)
c. Tham số sóng thiết kế tại chân công trình
Chiều cao sóng sử dụng trong các tính toán thiết kế mặt cắt ngang đê (như sóng leo, sóng tràn, ổn định kết cấu và bảo vệ mái, vv…) là chiều cao sóng tới có nghĩa Hs được xác định tại vị trí chân công trình do sóng tương ứng với tần suất thiết kế tại khu vực nước sâu truyền vào (gọi tắt là sóng thiết kế tại chân công trình).
Vị trí chân công trình: Được xác định là vị trí phía biển theo phương vuông góc với hướng đường bờ, cách đường mép nước một khoảng L/2 đến LR0R/4 theo phương vuông góc với đường bờ về phía biển.
Với L, LR0R lần lượt là chiều dài sóng cục bộ tại chân công trình và chiều dài sóng vùng nước sâu.
Đường mép nước: Là đường giao tuyến giữa mặt nước biển tại mực nước thiết kế với mặt bãi trước đê hoặc mái đê.
Tính toán truyền sóng bằng WaDiBe. - Điều kiện biên:
- Cao trình mực nước biển: MNTK = +2,289 (m)
- Chiều cao sóng tại biên phía biển Hrms = = 4,37 (m) - Chu kì đỉnh sóng Tp = 9,87 (s)
- Góc sóng tới tại biên phía biển, chọn αR0R = 5P
0
Hình 3.16: Thông số đầu vào tính toán truyền sóng Kết quả truyền sóng
Hình 3.17: Kết quả truyền sóng bằng WaDiBe
Từ kết quả tính toán các tham số sóng tuyến tính có L0 = 152,1 (m) Chiều cao sóng tại chân công trình là chiều cao sóng tại vị trí cách mép nước 1 khoảng bằng 38 (m).
3.3.1.4: Tính toán sóng tràn, sóng leo
a. Điều kiện biên
Chiều cao sóng ở chân đê HRm0 R= Hs = 1,81(m) Chu kì sóng Tp = 8,58 (s)
Góc sóng tới = 5P
0
Tỷ số Tp/ TR m-1,0R = 1,15
Độ dốc mái phía biển m = 2
Khoảng vượt không ∆RC của đỉnh đê trên phía trên mực nước thiết kế
∆RC = Cao trình đỉnh đê hiện tại – Mực nước thiết kế ∆RC = 4,5 – 2,289 = 2,211 (m)
b. Kết quả tính toán sóng tràn, sóng leo.
Lưu lượng tràn qua đê q = 87,65 (l/m/s) – (lưu lượng tàn tb – TAW)
Chiều cao sóng leo Ru2%= 6,33 (m)– (chiều cao sóng leo 2%- Van der Meer- TAW)
TIẾNG VIỆT
1. Báo cáo tổng hợp thiên tai Tỉnh Nam Định từ năm 1976 đến năm 2005.
2. Công ty tư vấn XDTL I (2005), Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén 14TCN
157 – 2005, Hà Nội.
3. Dự thảo lần 11: Hướng dẫn thiết kế đê biển tháng 11/2009. 4. Hướng dẫn thiết kế đê biển 14TCN 130- 2002.
5. Trường Đại Học Thuỷ Lợi (2004), Giáo trình thuỷ công tập 1, Hà Nội.
6. Tiêu chuẩn xây dựng Việt nam- TCXDVN 285:2002.
7. Nguyễn Cảnh Thái, Bài giảng cao học – Thiết kế đập vật liệu địa phương, Trường Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội.
8. Nguyễn Cảnh Thái, Bài giảng cao học – Thấm qua công trình thủy lợi, Trường Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội.
9. Nguyễn Văn Thìn, Ngô Trí Viềng, Nguyễn Bá Quỳ, Cơ chế phá hoại đê biển do sóng trong trường hợp có bão lớn.
10. TS. Thiều Quang Tuấn, Tổng quan về các nghiên cứu và phương pháp tính toán sóng tràn qua đê biển.
11. TS. Thiều Quang Tuấn, Hướng dẫn thiết kế, sử dụng phần mềm WADIBE. 12. PGS.TS. Nguyễn Trọng Tư, Đề tài nhánh Nghiên cứu điều tra đánh giá tài liệu
và số liệu (khí tượng thủy văn, địa hình, địa chất, bùn cát…) vùng đê biển nước tràn, Mã số: KC08.15/06-10.
13. Nguyễn Xuân Trường (1976), Thiết kế đập đất, Hà Nội.
TIẾNG ANH