CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG SÔNG THẠCH HÃN ĐOẠN QUA XÃ HẢI LỆ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
2.5. Thiết kế giải pháp bảo vệ bờ đoạn sông nghiên cứu
2.5.2. Phương án thiết kế kè lát mái
Cấu tạo kè lát mái gồm 3 bộ phận chính: chân kè, thân kè và đỉnh kè.
1. Thiết kế chân kè lát mái: Chân kè là phần đáy ở chân mái dốc, có tác dụng chống xói chân mái dốc và làm nền tựa cho thân kè.
▪ Kết cấu và vật liệu xây dựng chân kè phải thoã mãn 4 yêu cầu sau đây:
+ Chống được sự kéo trôi của dòng chảy và dòng bùn cát.
+ Phải thích ứng với sự biến hình của lòng sông.
+ Phải chống được sự xâm thực của nước.
+ Thuận tiện cho việc thi công trong nước.
+ Giải pháp công trình dùng rọ đá để bảo vệ bờ dưới mực nước kiệt.
▪ Cao trình đỉnh chân kè: được lấy cao hơn mực nước kiệt tương ứng với tần suất 95% (MNMin =0m)với độ gia thăng bằng 0.5m.
đỉnh chân kè > ( mực nước kiệt + a) = 0.0 + 0.5 = 0.5 (m) Như vậy, lựa chọn cao trình đỉnh chân kè lát mái là +1.0 m.
▪ Tính toán kích thước vật liệu
Trọng lượng tối thiểu của viên đá hoặc cấu kiện lát mái được xác định theo công thức Hudson:
3
B SD
B D
G .H
K . cot g
= −
Trong đó:
- G là trọng lượng viên đá hoặc cấu kiên (T) - B trọng lượng riêng của cấu kiện (T/m3) - là trọng lượng riêng của nước (T/m3)
- là góc nghiên của mái kè so với mặt phẳng nằm ngang, cot g =m - HSD là chiều cao sóng thiết kế (m)
- KD là hệ số ổn định tùy theo dạng khối lát. Với đá đổ rối 2 lớp KD = 3, đá hộc lát khan KD = 4.
Áp dụng tính toán cho công trình ta có:
- Chiều dài sóng tính toán:
( )
0.5 0.5
L=0.304 W D =0.304 10 5 =6.8 m
Hình 2.27: Cấu tạo chân kè bằng đá thả rời - Chiều cao sóng tính toán theo công thức An-đơ-re-ép:
hs =0.0208 W 5/4.D1/3=0.0208 10 5/451/3 =0.63 Như vậy, chọn chiều cao sóng thiết kế HSD = 0.63 (m) Suy ra,
3 3
B SD
3 B
D
.H 2.65 0.63
G 0.0185
2.65 1
K . cot g 4 2
1
= = =
− −
(T) = 18.5 (kg)
Theo TCVN 8419:2010 thì đường kính viên đá được xác định theo điều kiện:
Chống được tác động của dòng chảy. Khi đó đường kính viên đá được xác định từ công thức tính lưu tốc khởi động: .U= K 5.45 h 0.14.d0.36 . Hay là:
Trong đó:
- Um là lưu tốc bình quân thủy lực lớn nhất thực đo, lấy Um = 2.5m/s - K là hệ số điều chỉnh lấy bằng 0.6 0.9.
- là hệ số ổn định lấy bằng 1.25 với công trình cấp IV.
- h là độ sâu kể từ mực nước lũ thiết kế đến hòn đá tính toán, h = 4 m.
Suy ra: 0.36 .Um 0.14 1.25 2.50.14
d 0.539
5.45 K h 5.45 0.8 4
= =
hay: d ≥ 0.18m
▪ Kết cấu chân kè bằng đá thả rời được mô tả như hình 2.27
0,36
0,14
. 5, 45. .
Um
d K h
Như vậy, lựa chọn thiết kế chân kè lát mái với các kích thước cơ bản như sau:
+ Cao trình đỉnh chân kè: +1.0 m + Bề rộng đỉnh chân kè: 1.0 m + Hệ số mái m = 1.5
+ Vật liệu thiết kế: Đá thả rời
- Đường kính viên đá d 0.18m - Trọng lượng viên đá G 18.5kg 2. Thiết kế thân kè lát mái
Thân kè lát mái là phần kể từ đỉnh chân kè tới đỉnh kè, là nơi chịu tác động của dòng chảy, sóng, áp lực nước và áp lực dòng thấm.
▪ Kết cấu và vật liệu làm thân kè phải đảm bảo các yêu cầu như sau:
+ Đảm bảo ổn định của thân kè và công trình;
+ Chống được sự kéo trôi của dòng chảy và sóng;
+ Chống được xói ngầm bờ sông do dòng thấm;
+ Chống được sự phá hoại do các vật trôi.
▪ Vật liệu làm thân kè:
Vật liệu thiết kế thân kè bao gồm ba lớp: sau khi bạt mái đất bờ sông đạt m =1.5, tiến hành trải một lớp vải địa kỹ thuật HD200, trên lớp vải rải một lớp sỏi (1x2) dày 10 cm, trên lớp sỏi là lớp đá hộc lát khan.
▪ Thiết kế kết cấu thân kè bằng đá hộc lát khan
Kết cấu thân kè bằng đá hộc lát khan được quy định như sau:
+ Hệ số mái dốc thân kè thường bằng 2 đến 3 và phải dựa vào tính toán ổn định thân kè
+ Đá hộc phải xếp đứng và chèn chặt
+ Dưới lớp đá hộc bố trí lớp lọc, thương làm bằng đá dăm dày từ 0.1m đến 0.15m và vải lọc địa kỹ thuật.
Đường kính đá lát thân kè được xác định theo 2 điều kiện:
+ Chống được tác động của dòng chảy (đã xác định như ở phần thiết kế chân kè d0.18m)
+ Chống được được tác động của sóng: đường kính viên đá được xác định theo công thức:
3 0 s
d
d .d .h . .
= −
Trong đó:
- d là đường kính đá hộc
- hs = 0.63m là chiều cao sóng
- d0 là hệ số phụ thuộc vào mái dốc chân kè, với m = 2.0 lấy d0 = 0.13m
- là tỷ số giữa chiều dài và chiều cao sóng,
s
L 6.8
h 0.63 10.8
= = =
- =1.2 là hệ số an toàn Suy ra:
0 s 3 3 ( )
d
d .d .h . . 1.2 0.13 0.63 10.8. 1 0.13 m
2.65 1
= − = − =
Từ hai điều kiện trên, để đảm bảo điều kiện an toàn, chọn kích thước tối thiểu của viên đá dmin = 20cm. Tuy nhiên để đảm bảo khối lăng thể đá đổ ổn định và tiết kiệm các viên đá lớn, phần lỏi lăng thể đá đổ có thể trộn 20% đá có kích thước từ 10 ÷ 20cm để chen vào các lỗ trống. Phần mặt ngoài khối lăng thể phải đổ đá lớn.
3. Thiết kế đỉnh kè
Căn cứ vào điều kiện địa hình, yêu cầu thiết kế và thi công, lựa chọn bề rộng đỉnh kè lát mái là 2m. Trên đỉnh kè có bố trí tường chạch đá hộc xây M100 cao 0.3m dọc kè so với mặt đất để chống trôi đất, thiết kế bê tông lát đỉnh kè dày 0.3m. Do công trình được xây dựng tại các đoạn sông dốc, cao trình đỉnh kè ở đây thấp hơn cao trình mặt đất tự nhiên, tiến hành gia cố mái bờ sau kè đảm bảo không bị sạt lở.
Hình 2.28: Mặt cắt đại diện kè lát mái