3.3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH LỰA CHỌN
3.3.2 Tính toán, xác định qui mô, kích thước, bố trí công trình trên mặt bằng
Trình tự xác định quy mô công trình gây bồi trong nội dung này được thực hiện như sau: Xác định mặt cắt ngang đê ngầm, xác định hệ số truyền sóng Ktvà tính toán bố trí mặt bằng công trình (xác định Ls, Lg, Y).
Hình 3- 2: Sơ họa định nghĩa các thông số thiết kế của hệ thống công trình đê ngầm kết hợp mỏ hàn
+ Xác định mặt cắt ngang đê ngầm[2][3][5]
• Cao trình đỉnh: Do chức năng chính của đê ngầm giảm sóng là gây bồi,nhằm khôi phục rừng ngập mặn,nên đê phải có cao trình hợp lý và đảm bảo tính hiệu quả.
Tham khảo tiêu chuẩn 14-TCN 130-2002 “Hướng dẫn thiết kế đê biển” của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, cao trình đỉnh đê ngầm có thể được chọn theo hai phương án như sau:
* Tính toán cao trình đỉnh đê theo cách 1:Zđ = Ztp-1/2 Hs + Độ lún
Trong đó: Ztp là mực nước biển và Hs là chiều cao sóng tính toán tại vị trí đê ngầm. Do chức năng chính của công trình là giảm sóng gây bồi nên Ztp và Hs sẽ được lựa chọn dựa vào số liệu mực nước và số liệu sóng trong điều kiện khí hậu xảy ra thường xuyên như sau:
Ztp≡ Z5%= +1,0m;Hs= 1,4m.
Từ đó, cao trình đỉnh đê ngầm khi chưa xét đến bù lún theo theo cách 1 sẽ là:
Zđ = + 0,30m. Cao trình này tương đương với mực nước Z45% của chuỗi mực nước giờ thống kê tại trạmcửa Lấp (Phước Tỉnh).
* Tính toán cao trình đỉnh đê theo cách 2: Zđ = Z50%+ Độ lún
Trong đó: Z50%(mực nước giờ trạm cửa Lấp) = +0,20m. Từ đó cao trìnhđỉnh đê ngầm khi chưa xét đến bù lún theo theo cách 2 sẽ là: Zđ= + 0,20m.
• Chiều rộng và hệ số mái: Các thông số chiều rộng, hệ số mái của đê ngầm được lựa chọn sơ bộ như sau:
B = 4,00m (chiều rộng đỉnh đê).
m1 = 2 (hệ số mái đê phía ngoài), m2= 1.5 (hệ số mái đê phía trong).
+ Xác định hệ số triết giảm sóng Kt
• Xác định Kttheo kết quả thí nghiệm hiện trường của Hirose và nnk (2002).
L=
5 )) 1 6 ( 1 (
2
L L
L
K K K
πD với KL=
g D T)2 / 2 ( π
KL< 1.0; g là gia tốc trọng trường
• Xác định Kt theo công thức của Schiereck (2001) đề xuất từ kết quả thí nghiệm.
Kt= ( C
H B
i
) 5 . 0 exp(
1
) 0,31 ξ với ξ= 0.5
) / (
tan L Hi
α
Trong đó: C là hệ số vật liệu mái đê ngầm lấy bằng 0.8 α là gốc nghiêng mái đê
• Xác định Kt theo Van der Meer (1990) bằng cách tra biểu đồ từ kết quả mô hình vật lý
• Xác định Kttheo công thức kinh nghiệm của Fribel và Harris (2004) Kt= 0.4969 0.0292 0.4257 0.0696ln( ) 0.1359 1.0905
) (
B R L
B d
h D
e H B c
R
si c
Trong đó: d là chiều sâu cột nước phía trước đê ngầm lấy bằng 3m h là chiều cao đê ngầm lấy bằng 2.3m
Bảng 3- 1: Kết quả tính toán hệ số truyền sóng theo các phương pháp khác nhau
Số TT Phương pháp tính Kt
1 Hirose và nnk (2002) 0,55
2 Schiereck (2001) 0,45
3 Van der Meer (1990) 0,57
4 Fribel và Harris (2004) 0,51
Các thông số dùng để xác định Ktđược xác định với mực nước Z5% = +1,0m, chiều cao sóng Hs = 1,40m, chu kỳ sóng Tp = 4,9s, tương ứng thì độ sâu mực nước trên đỉnh đê ngầm Rc= 0,5m, chiều dài sóng tại đê ngầm Lc= 9,5m. Sơ bộ bố trí đê ngầm tại vị trí cách bờ một khoảng Y = 150m tương ứng độ sâu nước biển tính toán tại vị trí đê là h = 3,0m, chiều cao đê D = 2,30m (TCVN 9901-2013). Kết quả xác định hệ số triết giảm Kttheo một số phương pháp kinh nghiệm.
+ Nghiên cứu bố trí mặt bằng công trình: Với khoảng cách từ đê ngầm đến đường bờ ổn định Y = 150m như trên, sơ bộ lựa chọn bề rộng khe hở giữa hai đê ngầm là Lg = 100m. Với kết quả tính hệ số truyền sóng như trong bảng 3-2, sử dụng các biểu thức kinh nghiệm , xác định được giới hạn chiều dài các đê ngầm Ls như trong bảng 3-2.
Bảng 3- 2: Chiều dài đê ngầm xác định theo các phương pháp kinh nghiệm
Số TT Phương pháp xác định Kiểu đường bờ Ls(m)
1 Pilarczyk (2003) Tombolos >1000 ÷ 1500
Salient >447
2 Hanson và Krause (1990)
Tombolos < 110
Salient < 480
3 Andrew (1997)
Tombolos > 300
Salient < 1000
Trên cơ sở này, sơ bộ lựa chọn Ls= 500m, Lg= 100m.
Mặt bằng bố trí các đê ngầm được trình bày trên hình 3-1.
- Đê hướng dòng ngăn cát và ổn định tuyến luồng
Từ những phân tích trên, hệ thống công trình chỉnh trị tại cửa Lấp được lựa chọn trên cơ sở đảm bảo che chắn các hướng gió chính gây nguy hiểm cho luồng tàu vũng đậu tàu và tạo điều kiện cho việc phát triển cảnh quan, du lịch hiện tại và tương lai của toàn tỉnh Bà Rịa –Vũng Tàu.
b. Cao trìnhđỉnh đê [2][3][5]
Nhiệm vụ của công trình này là ngăn cát và giảm sóng ổn định luồng tàu, vì vậy cao trình đỉnh đê cần lựa chọn cho phù hợp với hai nhiệm vụ này. Cao trình đỉnh đê ngăn cát giảm sóng xác định theo Tiêu chuẩn kỷ thuật áp dụng cho Chương trình củng cố, bảo vệ và nâng cấp đê biển tháng 8/2012 của Bộ Nông Nghiệp và PTNT đối với đê nhô:
* Đối với nhiệm vụ đê ngăn cát và giảm sóng cao trìnhđỉnh đê được tính:
Zđ = Zp50% + 1/2Hs + a Trong đó:
Zđp: Cao trìnhđỉnh đê
Zp50%= 1,33 m: Mực nước cao thiết kế với tần suất p=50% tại Cửa Lấp Hs= 3,0m: Chiều cao sóng thiết kế[6]
a = 0,4 m chiều cao dự phòng lún.
Thay các thông số vào công thức trên ta được Zđp= 1,33 + 1/2*3,0 + 0,4 = 3.23 m
Chọn cao trìnhđỉnh đê Zđp= 3,4 m
• Chiều rộng và hệ số mái
Các thông số chiều rộng, hệ số mái của đê ngầm được lựa chọn sơ bộ như sau:
B = 4,00m (chiều rộng đỉnh đê).
m1 = 2 (hệ số mái đê phía biển), m2= 2 (hệ số mái đê phía luồng).
• Chiều dài tuyến đê
Về chiều dài, trên lý thuyết thì cácđê ngăn cát cần kéo dài qua đới vận chuyển cát ven bờ. Độ sâu xác định giới hạn đới vận chuyển cát ven bờ có thể được xác định theocông thức của Hallermeier (1981) như sau:
Trong đó Hs là chiều cao sóng có nghĩa ở ngay bên ngoài vùng sóng vỡ xuất hiện trên 12h trong một năm, tương đương xác suất vượt là 0.137% trong một năm.
Từ kết quả tính toán sóng khí hậu tại khu vực nghiên cứu cho năm khí hậu 2009, xác định Hs = 1.9 m và T = 4.7s tại vị trí có cao trình -10.0 m phía ngoài khu vực nghiên cứu.
Thay số vào ta được hin = 3.19 m. Giá trị độ sâu này được xác định với mực nước thấp trung bình MLW, sử dụng số liệu mực nước thực đo tại Vũng Tàu từ 2000-2008 sơ bộ xác định được MLW = -1.15 m. Từ đó xác định được cao trình đáy biển tương ứng với độ sâu giới hạn đới vận chuyển cát ven bờ khu vực là -4.4 m.
Bên cạnh đó, theo tổng kết kinh nghiệm của Phòng thí nghiệm thủy lực và ven biển của Quân đội Mỹ (CHL - Coastal and Hydraulic Laboratory) đối với các công trình tương tự ở Mỹ, chiều dài tuyến đê tốt nhất là kéo dài đến độ sâu tương ứng đáy của tuyến luồng tàu, tức cao trình -5.5 m khu vực đang nghiên cứu.
• Khoảng cách giữa các tuyến đê
* Luồng hai chiều cho tàu tính toán cỡ trung bình là tàu cá 200cv :
Theo Quyết định 27/QĐ-BTS, cũng như theo kinh nghiệm và khuyến cáo của các chuyên gia, chiều rộng của luồng tàu tối thiểu bằng 8 lần chiều rộng của tàu cá cỡ trung bình ra vào khu tránh trú bão (tàu cá 200 CV) :
BL min = 8 x Bt200cv= 8 x 5.6 = 44.80m.
* Theo Tiêu chuẩn phân cấp đường thủy nội địa :
Theo Quyết định số 2530/QĐ-UBND ngày 12/10/2010 của UBND Tỉnh Bà rịa Vũng Tàu về việc công bố luồng, tuyến đường đường thủy nội địa trên địa bàn tỉnh Bà rịa Vũng Tàu sông Cửa Lấp đoạn 1 từ Km0.000đến Km 5+370 là cấp II – ĐTNĐ. Theo Tiêu chuẩn quốc gia : TCVN 5664:2009 - Phân cấp kỹ thuật đường thủy nội địa Việt Nam với cấp II đường thủy nội địa có chiều rộng > 65m và chiều sâu >3.5m.
Chọn chiều rộng luồng (khoảng cách giữa 2 đê) B=65m là đáp ứng yêu cầu.
Hình 3- 3: Thông số thiết kế của đê ngăn cắt
Hình 3- 4: Thông số thiết kế của đê phá sóng