Hiện tợng sóng leo phải đợc tính toán một cách thích đáng bằng cách xét đến hình dạng và vị trí của đê biển và địa hình đáy biển
[Chú giải]
Hiện tợng sóng leo phụ thuộc vào một loạt yếu tố, nh các đặc trng của sóng, hình dạng và vị trí của đê biển và địa hình đáy biển; vì vậy chiều cao sóng leo thay đổi rất phức tạp. Có thể dùng các đồ thị tính toán và các phơng trình dựa trên các kết quả của các nghiên cứu trớc đây, nhng chúng chỉ có thể áp dụng trong các điều kiện hạn chế nào đó. Khi đê biển và đáy biển có dạng phức tạp, để xác định chiều cao sóng leo, nên làm thí nghiệm mô hình thuỷ lực. Khi thiết kế đê biển loại mái dốc nhẹ và các loại t-
ơng tự, nên để cao độ đỉnh đê cao hơn chiều cao sóng leo đối với sóng ổn định. Tuy nhiên, đối với sóng không ổn định, tuỳ thuộc vào chiều cao sóng, có thể xẩy ra tràn, do đó cao độ đỉnh đê biển và hình dạng của nó đợc xác định sao cho lợng chảy tràn (xem 4.6.2 Sóng tràn) không lớn hơn một giá
trị cho phép nào đó [Chỉ dẫn kỹ thuật]
Sau đây mô tả phơng pháp tính chiều cao sóng leo trên mái dốc thoải không thấm nớc (1) Mặt cắt ngang đơn giản
"Một mặt cắt ngang đơn giản" là nói trờng hợp đê biển (kể cả một tờng thẳng đứng) có một mái dốc phía trớc có độ dốc đồng đều α đợc đặt tại một vị trí nào đó (chiều sâu nớc h) trên đáy biển có một độ dốc hầu nh đồng đều θ.
(a) Vùng sóng đứng
Takada kiến nghị phơng trình sau để xác định chiều cao sóng leo khi chiều sâu nớc h tại chân đê nằm trong phạm vi tồn tại sóng đứng (nghĩa là sâu hơn chiều sâu tại đờng sóng vỡ). Ông xử lý hai tr- ờng hợp riêng biệt, nghĩa là trờng hợp không xảy ra sóng vỡ trên mái dốc trớc và trờng hợp có xảy ra sãng vì
Đầu tiên, theo phơng trình Miche, góc nghiêng tối thiểu của độ dốc αc để không xẩy ra sóng vỡ tìm đ- ợc khi thoả mãn điều kiện sau:
(4.6.1) Theo đó khi góc nghiêng của mái dốc lớn hơn αc , không xẩy ra sóng vỡ trên mái dốc, trờng hợp này chiều cao sóng leo đợc cho bởi phơng trình :
(4.6.2) Trong đó Ho' là chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng , Ks là hệ số cạn , H1 là chiều cao sóng ở độ sâu nớc tại chân dốc, ηs là cao độ đỉnh, và R là chiều cao sóng leo
Takada dùng phơng trình sau đây cho ηs/H1, giả định rằng có sự tơng hợp tốt giữa giá trị có từ lý thuyết sóng đứng Miche và các số liệu thí nghiệm
(4.6.3) Khi góc nghiêng của mái dốc nhỏ hơn αc , xẩy ra sóng vỡ trên mái dốc, khi đó giả định chiều cao sóng leo tỷ lệ với tan2/3α, dẫn đến phơng trình sau :
(4.6.4)
Takada đã cho chiều cao sóng leo tại những vùng mà nớc đủ nông để xẩy ra sóng vỡ nh sau:
(4.6.5) Trong đó Ro là chiều cao sóng leo trên thân đê tại chỗ đờng nớc gặp đê (h = 0)
Dựa trên các kết quả kinh nghiệm của Toyoshima và các ngời khác, Ro/Ho' đợc cho nh sau :
độ dốc đáy 1/10
độ dốc đáy 1/20 (4.6.6)
độ dốc đáy 1/30
Số hạng hR trong phơng trình (4.6.5) là chiều sâu nớc ở chân đê mà chiều cao sóng leo lớn nhất. Nó đ- ợc tính bằng Hình T.4.6.1 hình này cho chiều cao sóng leo với một tờng thẳng đứng. Số hạng LR trong hình là chiều dài sóng ở độ sâu nớc hR, còn Rmax là chiều cao sóng leo lớn nhất cho vùng mà chiều sâu nớc cho các sóng đứng tồn tại (nghĩa là chiều cao sóng leo khi h = hR)
(2) Mặt cắt ngang phức tạp
Một "mặt cắt ngang phức tạp" là trờng hợp mà địa hình đáy biển và hình dạng và vị trí của đê biển ( về tổng thể) đợc cho trong H×nh T.4.6.2
(a) Khi mặt cắt ngang đợc xem là phức tạp, chiều cao sóng leo của đê biển có đợc nh sau (xem hình T.4.6.2)
1. Điểm sóng vỡ B đợc xác định từ các
đặc trng sóng nớc sâu
2. Sau đó, chiều cao sóng leo R đợc giả
định và điểm A đợc đặt tại điểm sóng leo cao nhất. Nối A và B bằng một đờng thẳng, và độ dốc của đờng này là độ dốc ảo cotα
3. Chiều cao sóng leo đối với độ dốc ảo này đợc tính theo Hình T.4.6.3 và chiều cao tính đợc đem so sánh với chiều cao sóng leo giả định lúc đầu. Nếu hai chiều cao đó không phù hợp nhau, khi
đó giả định lại một chiều cao sóng leo khác, và việc tính toán lại lập lại (nghĩa là chiều cao sóng leo mới đợc dùng để cho một độ dốc ảo mơí v.v...). Qúa trình lập đi lập lại này đ ợc tiến hành cho tíi khi cã héi tô.
4. Kết quả tính toán nh trên là chiều cao sóng leo với mặt cắt phức tạp tại vị trí nghiên cứu
(b) Khi các kết quả có đợc từ phơng pháp này đợc so sánh với các kết quả thí nghiệm thực tế
đôí với một mặt cắt ngang phức tạp, thờng thấy có sự tơng hợp tốt giữa hai kết quả đó, với sai số thờng không quá 10%. Tuy nhiên, nếu độ dốc đáy quá thoải, sự tơng hợp giữa chúng kém đi, do đó phơng pháp này chỉ dùng đợc khi độ dốc đáy hơn 1/30.
(c)Hình 4.6.4 trình bày các kết quả thực nghiệm với độ dốc đáy bằng 1/70. Hình này cung cấp số liệu tham khảo bổ ích để ớc tính chiều cao sóng leo đối với mặt cắt ngang phức tạp khi có độ dốc đáy thoaỉ.
Hình T.4.6.1. Đồ thị tính hR cho tờng thẳng đứng Hệ số cạn
§iÓm leo cao nhÊt
§iÓm sãng vì
Mặt cắt ngang thực
tế Độ dốc ảo
Hình T.4.6.2. Mặt cắt ngang phức tạp và độ dốc ảo
Hình T.4.6.3. Chiều cao sóng leo trên mái dốc
Hình T.4.6.4. Chiều cao sóng leo trên một đê biển nằm gần đất liền hơn điểm sóng vỡ (3) Sóng tới xiên
Hình T.4.6.5 cho quan hệ giữa hệ số góc tới Kβ và góc β. ở đây, β là góc giữa đờng đỉnh của sóng tới và đ- ờng tâm của đê biển và hệ số góc tới Kβ là tỷ lệ giữa chiều cao sóng leo với góc β và chiều cao sóng leo khi sóng tới vuông góc đê (nghĩa là khi β = 0). Hình này có thể dùng để ớc tính ảnh hởng của góc sóng tới
đến chiều cao sóng leo.
(4) ảnh hởng của công trình hấp thụ sóng
Chiều cao sóng leo có thể giảm đáng kể khi mặt trớc của đê đợc phủ hoàn toàn các khối bê tông tiêu sóng. Hình T.4.6.6 cho một ví dụ. Tuy nhiên, tác dụng của các khối bê tông thay đổi lớn tuỳ thuộc cách
đặt chúng, vì vậy nói chung nên xác định chiều cao sóng leo bằng các thí nghiệm mô hình thuỷ lực.
trong các trờng hợp cực đoan, chừng một nửa các sóng có thể vợt quá chiều cao này. Theo đó, chiều cao
đỉnh của đê biển không đợc quyết định chỉ dựa đơn thuần vào chiều cao sóng leo của các sóng ổn định, hơn thế, cần xem xét đến khối lợng nớc tràn (xem 4.6.2. Sóng tràn)
Holland : Hà Lan
Russia : Nga 4.6.2. Sóng tràn
Với các kết cấu mà lợng nớc tràn là một yếu tố thiết kế quan trọng, lợng sóng tràn phải tính toán bằng cách làm thí nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc sử dụng các dữ liệu thí nghiệm mô hình thuỷ lực đã làm trớc đây. Khi đó, phải xem xét đến tính không ổn định của sóng
[Chú giải]
Lợng nớc tràn là thể tích tổng cộng của nớc tràn. Còn lu lợng tràn là thể tích trung bình của nớc tràn trong một đơn vị thời gian, nó có đợc bằng cách chia lợng nớc tràn cho khoảng thời gian đó. Lợng nớc tràn và lu lợng tràn thờng đợc biểu thị cho một chiều rộng đơn vị
Nếu lợng nớc tràn lớn, khi đó không chỉ thân đê bị h hỏng, mà còn h hỏng cả đòng sá, nhà cửa và/hoặc các công trình cảng và bến đằng sau đê chắn sóng do bị ngập lụt, dù rằng đê có mục đích bảo vệ chúng.
Hơn nữa, còn nguy hiểm cho các ngời sử dụng các công trình tiện nghi ở vùng đất trớc biển vì họ có thể bị chết đuối hoặc bị thơng. Trong khi thiết kế, cần làm cho lợng nớc tràn không lớn hơn một giá trị cho phép nào đó đã đợc xác định cùng với các đặc điểm của kết cấu và vị trí liên quan đến việc sử dụng chúng.
Hơn thế nữa, khi ớc tính lợng nớc tràn bằng thí nghiệm, nên xem xét đến các sự thay đổi trong mực nớc thuỷ thiều, nghĩa là thí nghiệm với các mực nớc khác nhau
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Đồ thị để tính lu lọng tràn 38)
Với một đê biển thẳng đứng hoặc hấp thụ sóng có hình dạng đơn giản (nghĩa là không có gì giống nh ụ bảo vệ chân đê hoặc tờng chắn đỉnh) lu lợng tràn có thể ớc tính bằng các Hình T.4.6.7 ~4.6.10. Các đồ thị này đợc vẽ ra dựa trên các thí nghiệm sử dụng sóng không ổn định. Từ các kết qua so sánh giữa các kết quả thí nghiệm và quan sát hiện trờng, ngời ta cho rằng độ chính xác của các đờng cong cho ta lu lợng tràn thì nằm trong phạm vi liệt kê trong Bảng T.4.6.1. Lu lợng tràn đối với đê hấp thụ sóng có đợc trong
điều kiện lớp bảo vệ thấp hơn ở đỉnh đê gồm có hai dãy khối bê tông tiêu sóng
Bảng T.4.6.1. Phạm vi ớc tính đối với lu lợng tràn thực tế so với Giá trị ớc tính
Hình T.4.6.5. Quan hệ giữa góc tới và chiều cao sóng leo
(Đờng liền : Giá trị thí nghiệm do Viện nghiên cứu công trình công cộng, Bộ xây dựng)
Hà Lan
Nga(cò)
Hình T.4.6.6. Độ giảm chiều cao sóng leo do công trình hấp thụ sóng
Bề mặt nhẵn Bề mặt phủ khối bê
tông tiêu sóng
Đê biển thẳng đứng Đê biển có tiêu sóng
Ghi nhớ rằng khi có các giá trị ớc tính thô thiển về lu lợng tràn đối với sóng không ổn định bằng cách sử dụng các Hình T.4.6.7 ~4.6.10 phải xét nh sau đây:
(a) Nếu giá trị thực của độ dốc đáy và độ dốc sóng nớc sâu không khớp với các giá trị trên đồ thị, phải dùng đồ thị nào có giá trị ăn khớp nhất hoặc có thể tiến hành nội suy
(b) Các khối bê tông tiêu sóng trong các hình gồm có hai lớp khối tetrapod. Nếu dùng một loại khối bê tông tiêu sóng khác, hoặc nếu vẫn dùng loại khối bê tông tiêu sóng nh vậy nhng nếu có sự khác nhau trong bề rộng đỉnh về cách đặt khối tetrapod hoặc về hình dạng các chân, khi đó có nguy cơ lu lợng tràn thực tế có thể khác đáng kể với giá trị có đợc trên hình
(c) Nếu số lợng các dãy khối bê tông ở đỉnh tăng thêm, lợng nớc tràn có xu hớng giảm đi.
(d) Khi có khó khăn trong việc áp dụng các đồ thị để ớc tính lu lợng tràn, có thể sử dụng ph-
ơng trình gần đúng của Takayama và các nguồn khác (2) Lu lợng tràn cho phép
Lu lợng tràn cho phép phụ thuộc vào các yếu tố nh loại kết cấu của đê, tính trạng sử dụng đất sau đê biển và khả năng của các công trình thoát nớc, lu lợng cho phép này phải đợc quy định thích hợp với từng tình hình riêng biệt. Tuy không thể cho một giá trị tiêu chuẩn đối với lu lợng tràn cho phép, nhng Goda cũng cho các giá trị đối với lu lợng tràn giới hạn h hỏng liệt kê trong Bảng T.4.6.2 dựa trên các trờng hợp tai hoạ
đã qua. Hơn nữa, Nagai và các ngời khác đã xét mức độ quan trọng của công trình đàng sau đê biển và
đa ra các gía trị của lu lợng tràn cho phép liệt kê trong Bảng T.4.6.3. Có sử dụng các kết quả thí nghiệm với sóng ổn định
Bảng T.4.6.2. Lu lợng tràn giới hạn gây ra h hỏng
Loại Lớp phủ Lu lợng tràn (m3/(m-s)
Kè Lớp phủ có lát đá
Lớp phủ không lát đá 0,2
Đê Mái dốc trớc, đỉnh và mái dốc sau bê tông 0,05
Mái dốc trớc và đỉnh bằng bê tông, mái dốc sau không bê tông Chỉ bê tông mái dốc trớc
0,050,02 0,005 hoặc ít hơn Bảng T.4.6.3. Lu lợng tràn cho phép (m3/m-s) tuỳ theo
mức độ quan trọng của công trình
Các khu vực có tập trung cao nhà cửa, công trình công cộng sau đê biển, do đó
đoán đợc rằng lụt hoặc nớc phun sẽ gây ra các h hại đặc biệt nghiêm trọng Khoảng 0,01
Các khu vực quan trọng khác Khoảng 0,02
Các khu vực khác 0,02 ~ 0,06
(3) Hệ số chiều cao đỉnh tơng đơng
Hệ số chiều cao đỉnh tơng đơng có thể dùng để hớng dẫn khi quyết định lợng nớc tràn đối với một đê biển trên đó đặt các khối bê tông tiêu sóng hoặc đối với đê biển loại tiêu sóng với các rãnh thẳng đứng. Hệ số chiều cao đỉnh tơng đơng là tỷ lệ giữa chiều cao đê đang xem xét với chiều cao của một đê thẳng đứng t- ởng tợng cũng có lợng nớc tràn nh nhau khi các điều kiện về sóng và địa hình đáy biển đợc lấy nh nhau trong cả hai trờng hợp. Nếu hệ số chiều cao đỉnh tơng đơng nhỏ hơn 1,0 có nghĩa là đỉnh của đê đang nghiên cứu có thể hạ thấp hơn chiều cao của tờng thẳng đứng và vẫn cho lợng nớc tràn nh nhau; nói cách khác, đê đang nghiên cứu có một hình dạng có hiệu quả để giảm lợng nớc tràn. Dới đây là các giá trị tham khảo của hệ số chiều cao đỉnh tơng đơng β đối với các loại đê điển hình
Đê hấp thụ sóng với các khối bê tông 40) β = 0,9 ~ 0,7
Đê loại có rãnh thẳng đứng40) β = 0,6
Đê loại tờng chắn trên đỉnh 39) β = 1,0 ~ 0,5
Đê có bậc 39) β = 1,7 ~ 1,0
Khi sóng tới xiên 42)
(θ là góc tới của sóng; góc này bằng 0 khi sóng tới vuông góc với tờng)
Hình T.4.6.7. Đồ thị ớc tính lu lợng tràn cho một đê thẳng đứng (độ dốc đáy 1/30)
Hình T.4.9. Đồ thị ớc tính lu lợng tràn cho một đê hấp thụ sóng (độ dốc đáy 1/30)
Nói chung, gió có ảnh hởng tơng đối lớn đến lợng nớc tràn khi nó nhỏ, mặc dầu có nhiều biến đổi. Tuy nhiên, ảnh hởng tơng đối của gió giảm đi khi lợng nớc tràn tăng lên. Hình T.4.6.11 cho các kết quả nghiên cứu về ảnh hởng của gió đến lợng nớc tràn, còn tung độ chỉ lợng nớc tràn trên diện tích đơn vị. Có thể thấy từ hình vẽ là khi lợng nớc tràn nhỏ, vận tốc gió càng lớn, gradien không gian của lợng nớc tràn càng nhỏ. Khi lợng nớc tràn lớn, gradien không gian của lợng nớc tràn tăng. Điều này cho thấy khi lợng nớc tràn nhỏ khoảng cách mà một khối nớc bắn toé bị ảnh hởng mạnh bởi vận tốc gió khoảng cách xa hơn nếu vận tốc gió lớn hơn; Tuy nhiên, khi lợng nớc tràn lớn, sự khác nhau về khoảng cách bắn toé càng nhỏ
Hình T.4.6.11. ảnh hởng gió đến Gradien không gian của lợng nớc tràn (5) Hiện tợng tràn của sóng ngẫu nhiên đa hớng
Trong các vùng nớc mà tính chất đa hớng của sóng rõ rệt, lu lợng sóng tràn có thể hiệu chỉnh phù hợp với Smax
4.6.3. Sù truyÒn sãng
Cần phải tính chiều cao của sóng lan truyền đằng sau một đê chắn sóng do nớc tràn hoặc/và do thấm qua lõi đê hoặc móng đê chắn sóng qua các kết quả thí nghiệm mô
hình thuỷ lực hoặc các dữ liệu đã có trớc đây [Chú giải]
Cần phải ớc tính một cách thích đáng chiều cao sóng truyền sau khi các sóng tràn qua hoặc xuyên qua đê, bởi vì các sóng truyền
ảnh hởng đến sự phân bổ chiều cao sóng sau đê chắn sóng. Các sóng truyền gồm có các sóng tràn qua hoặc chảy qua, cũng nh các sóng đã thấm qua một đê chắn sóng đá hộc hoặc móng của một đê chắn sóng hỗn hợp. Mới đây, một vài đê chắn sóng đã đ- ợc xây dựng bằng các thùng chìm (chúng lúc đầu không thấm nớc) có các lỗ thông để làm tăng sự trao đổi nớc biển trong cảng.
Trong trờng hợp này, cần xem xét gía trị của hệ số truyền sóng, vì hệ số này dùng làm chỉ số về hiệu quả của việc trao đổi nớc biển.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Hệ số truyền đối với một đê chắn sóng hỗn hợp
Hình T.4.6.12 có thể dùng để tính chiều cao sóng truyền trong một bến cảng khi chúng tràn qua một đê chắn sóng hỗn hợp hoặc thấm qua móng đá hộc. Ngay cả khi sóng không ổn định, hệ số truyền rất phù hợp với các hệ số cho trong Hình T.4.6.12. Hình này có giá trị không chỉ đối với chiều cao sóng có ý nghĩa, mà cả cho chiều cao sóng một phần mời cao nhất và chiều cao sóng trung bình
L ợng n ớc tràn trên diện tích đơn vị