6.1 Nguyên lý thiết kế
Những vấn đề sau đây cần đợc xem xét khi thiết kế kè bảo vệ bờ:
(1) Chiều cao đỉnh thích hợp để có thể bảo vệ khu đất đợc bồi đắp chống sóng và sóng bão mà không gây trở ngại cho việc sử dụng đất.
(2) Kết cấu ổn định chống đợc các ngoại lực nh lực sóng và áp lực đất.
(3) Kết cấu ngăn ngừa đợc đất đắp đùn ra ngoài.
(4) Xem xét ảnh hởng đến các vùng nớc xung quanh, kể cả việc ngăn ngừa nớc bùn chảy ra ngoài khi tiến hành bồi đắp.
(5) Kết cấu an toàn và tiện lợi cho ngời sử dụng trong trờng hợp biển đợc định hớng dùng cho vui chơi giải trí.
[Chỉ dẫn kỉ thuật ]
Trong vùng cây xanh, kè bảo vệ nên đợc thiết kế có xét đến mặt vui chơi giải trí ngoàI bờ biển 1). (1) Kè bờ biển đợc định hớng vui chơi giải trí nên đợc thiết kế với mặt cắt ngang ngăn đợc ngời sử dụng
không bị rơi xuống biển. Ngoài ra, cần lắp đặt một cách thích hợp các thiết bị phụ nh lan can để giữ
cho ngời sử dụng không bị rơi ra ngoài.
(2) Đối với các công trình mà ở đó sóng cao có khả năng gây ra sóng tràn đỉnh và xô n ớc lên chỗ ngời sử dụng thờng dạo chơi, cần có các biện pháp thích hợp nh biển báo để báo động nguy hiểm cho ngời sử dụng.
(3) Tham khảo sổ tay 2) thiết kế tờng biển đợc định hớng dùng cho vui chơi giải trí.
(4) Chiều rộng và độ dốc của đờng đi dọc kè bảo vệ bờ nên đợc thiết kế bảo đảm các xe lăn dùng cho ngời già và/hoặc ngời tàn tật di chuyển an toàn.
6.2 Các điều kiện thiết kế
Các điều kiện thiết kế sau thờng đợc xem xét đến:
(1) Sóng, mực nớc triều, dòng triều, chiều sâu nớc.
(2) Các điều kiện của tầng đất nền tự nhiên.
(3) Động đất và lực động đất.
(4) áp lực thuỷ động trong khi động đất.
(5) Tính chất của đất dùng để bồi đắp.
(6) Hoàn cảnh sử dụng khu đất bồi đắp và kè bảo vệ bờ.
(7) Lực sóng tràn đỉnh cho phép.
(8) Điều kiện các vùng nớc xung quanh.
(9) Phơng pháp thi công (đặc biệt là phơng pháp hàn khẩu).
(10) Phơng pháp bồi đắp.
[ Chỉ dẫn kỉ thuật ]
(1) Khi xác định chiều cao đỉnh và kết cấu kè bảo vệ bờ, hệ số tràn đỉnh cho phép là một hệ số tới hạn.
Hệ số tràn đỉnh cho phép cần đợc xác định một cấch thích hợp có xét đến các điều kiện ở phía sau kè bảo vệ bờ. Đề nghị tham khảo chi tiết ở trong Phần II. 4.6.2 Sóng tràn đỉnh.
(2) Tham khảo Phần II. Chơng 11 Tầng đất nền thiên nhiên về các điều kiện của đất đắp.
(3) Tham khảo Phần II. Chơng 12 Động đất và lực động đất.
(4) Tham khảo Phần II. Chơng 14 áp lực đất và áp lực nớc về áp lực nớc động trong khi động đất.
(5) Trong trờng hợp bồi đắp một khu nớc lớn có làm kè bảo vệ bờ ở xung quanh, khoảng hở ngày càng
đợc thu lại theo tiến độ thi công kè bảo vệ bờ, và dòng chảy xiết lớn xuất hiện tại các điểm hàn khẩu sinh ra bởi độ chênh mực nớc giữa phía trong và phía ngoài kè bảo vệ bờ. Vì vậy, cần chú ý cẩn thận đến kết cấu của kè bảo vệ bờ tại điểm hàn khẩu cuối cùng, nó cần đủ ổn định để chống lại tốc
độ của dòng chảy tính toán.
(6) Đối với mực nớc ở phía trong khu đất bồi đắp có kè xung quanh, cần xem xét 2 loại mực nớc, đó là mực nớcủơ phía trong khu đất bồi đắp và mức nớc còn d sau khi lấp đầy. Mực nớc ở phía trong khu
đất bồi đắp dùng để tính toán dòng thấm hoặc để thiết kế xử lý nớc thải. Mực nớc còn d là mực nớc ngay sau kè bảo vệ bờ, mực nớc này dùng để tính toán ổn định kè bảo vệ bờ. Nhng khi dùng mực nớc còn d để tính toán phá hỏng do trợt cung tròn thì tính toán này có thể đánh giá thấp nguy hiểm của sự phá hỏng của trợt cung tròn nếu mực nớc ở phía trong gần kè bảo vệ bờ cao hơn mực nớc còn d. Trong trờng hợp nh thế, cần dùng mực nớc ở phía trong khu đất bồi đắp đê tính toán ổn định kè bảo vệ bờ.
(a) Mực nớc phía trong khu đất bồi đắp.
Mực nớc ở phía trong khu đất bồi đắp cần đợc xác định bằng cách xem xét sự ổn định của kè bảo vệ bờ cả trong khi thi công và sau khi hoàn công, và ảnh hởng đến khu nớc xung quanh.
(b) Mực nớc còn d.
(1) Đối với kè bảo vệ bờ khu đất bồi đắp, thờng dùng kết cấu có độ thấm thấp để giảm bớt ô nhiễm do thấm qua kè bảo vệ bờ. Vì vậy, mực nớc còn d sau kè thờng thờng cao hơn mực n- ớc còn d sau tờng bến hoặc kè bảo vệ bờ thông thờng.
(2) Theo kinh nghiệm của các thiết kế trớc về kè bảo vệ bờ khu đất bồi đắp loại trọng lực, trờng hợp làm giảm độ thấm bằng cách tăng chiều dầy của vật liệu lấp đầy đợc dùng nhiều hơn tr- ờng hợp làm kè bảo vệ bảo vệ bờ bằng kết cấu có độ thấm thấp. Nh vậy, với các dạng kè bảo vệ bờ trớc đây, mực nớc còn d dùng để thiết kế có thể lấy tơng đơng với mực nớc phía sau kè bảo vệ bờ dạng trọng lực.
(3) Đối với kè bảo vệ khu đất bờ khu đất bồi đắp làm bằng cọc ván, có những trờng hợp dùng vật liệu vữa xi măng đổ vào trong mối nối của cọc ván hoặc dùng kết cấu cọc ván kép để tăng độ không thấm nớc. Đối với những trờng hợp này, mực nớc còn d dùng thiết kế cần đợc xác định cẩn thận có xét đến độ thấm nớc của kè bảo vệ bờ cũng nh các phơng pháp thi công.
(7) Trong trờng hợp kè bảo vệ bờ bồi đắp làm tiếp giáp với khu đất hiện có, việc thi công kè bảo vệ bờ có thể làm cho mực nớc ngầm dâng lên hoặc có thể làm hỏng chất lợng nớc ngầm. Cần chú ý thích
đáng đến những khía cạnh này khi nghiên cứu sơ đồ bố trí mặt bằng của khu đất bồi đắp và kết cấu của kè bảo vệ bờ. Nên khảo sát trớc các điều kiện của nớc ngầm trong khu đất. Ngoài ra, trong trờng hợp có lo ngại về thi công kè bảo vệ bờ khu đất bồi đắp sẽ làm hỏng chất lợng nớc ngầm, cần xem xét các biện pháp nh xây dựng tờng chống thấm để cách ly nớc ngầm của khu đất với khu
đất bồi đắp.
- VII.58 -
(8) Cần phân tích thấm để đánh giá hệ số thấm ra biển qua kè bảo vệ bờ khu đất bồi đắp. áp phỏng lại
đợc các điều kiện của mối nối của kết cấu nguyên mẫu theo tỷ lệ thích hợp, do đó nên dùng dụng
định luật Darcy vào việc phân tích thấm.
(a) Độ thấm của kết cấu ván thép.
Độ thấm của kết cấu cọc ván thép không thể suy ra đợc từ định luật Darcy. Tuy nhiên có thể áp dụng định luật này bằng cách dùng một chiều rộng tơng đơng và một hệ số thấm tơng đơng thích hợp cho chiều rộng ấy. Ngoài ra, vì không thể bảo đảm đợc thí nghiệm trong phòng thí nghiệm có thể mô các trị số đo đạc tại hiện trờng.
(1) Tài liệu tham khảo 4) có thể dùng để tham khảo độ thấm của các kết cấu dạng cọc ván thép.
Nó mô tả kết quả phân tích có xét đến các đo đạc tại hiện trờng về mực nớc còn d tại 5 hiện trờng dự án. Trong phân tích đã giả định rằng tờng cọc ván nằm dới đáy biển là không thấm và phần tờng nằm trên đáy biển tơng đơng với tầng thấm dầy 1m có thể áp dụng đợc định luật Darcy. Các kết quả đạt đợc về hệ số thấm (hệ số thấm tơng đơng) nằm trong phạm vi từ 1x10-5 ~ 3x10-5 cm/s. Trong các kết quả phân tích tơng tự đợc thực hiện cho 2 mẫu tờng bến dạng cọc ống thép (đờng kính xấp xỉ 80cm) cho giá trị 6x10-5 cm/s. Cần nêu rằng hệ số thấm cho vật liệu lấp đầy theo các tài liệu khảo sát trớc đây nằm trong phạm vi từ 10-2 ~ 10-3 cm/s.
(2) Độ thấm của mối nối cọc ván có các đặc trng sau:
Trong trờng hợp không có vật liệu lấp, mối nối của cọc ván có bản chất tơng tự nh một lỗ hẹp của chỗ mặt cắt thu hẹp đột ngột và có thể đợc diễn tả bằng phơng trình (6.2.1) với hằng số n
= 0,5 5),6).
Q = K.hn (6.2.1)
Trong đó:
q : lu lợng dòng chảy trên một đơn vị chiêu dài mối nối (cm3/s/cm).
h : độ chênh mực nớc giữa phía trớc và phía sau cọc ván (cm ).
K, n : hằng số.
Trong trờng hợp có vật liệu lấp, đặc tính của vật liệu lấp có ảnh hởng lớn đến lợng thấm qua mối nối. Trong vùng lân cận của vật liệu lấp ở phía sau mối nối cọc ván, có những điểm mà tại đó định luật Darcy không áp dụng đợc. Ngời ta đã cố gắng đánh giá độ thấm nh là một mối nối hỗn hợp gồm một chiều dầy nào đó của đất lấp và mối nối của cọc ván. ý tởng này có hiệu quả đối với việc phân tích thấm. Shoji và các cộng sự 7) đã đề xuất một công thức kinh nghiệm căn cứ vào các thí nghiệm có xét đến cả chênh lệch về cấp của lực căng tại mối nối và điều kiện có hoặc không lấp cát. Theo kết quả thí nghiệm, đối với trờng hợp có lấp và mối nối đợc lấp bằng cát, ngời ta đã tìm đợc hằng số n có thể có trị số xấp xỉ bằng 1 và trị số K đặc trng cho kết quả thí nghệm.
(3) Trong trờng hợp dã áp dụng biện pháp chống thấm tại một mối nối của cọc ván, mức độ giảm thấm sẽ khác nhau phụ thuộc vào dạng vật liệu chống thấm và phơng pháp áp dụng và cần đợc đánh giá theo các kết quả thí nghiệm đáng tin cậy có xem xét đến các điều kiện thi công tại hiện trờng. Một vài thí dụ kiểm tra thực địa chỉ ra rằng hệ số thấm đợc giảm tới mức 20% đến 40% của hệ số thấm không có vật liệu chống thấm 8).
(b) Độ thấm của đất nền
(1) Độ thấm của đất tự nhiên.
(2) Về độ thấm của đất tự nhiên, hệ số thấm cho mỗi lớp đất cấu thành đất tự nhiên đợc tính toán bằng cách tham khảo Phần II. 11.2.3 Hệ số thấm của đất.
(3) Độ thấm của khu vực đợc cải tạo đất
(4) Trong trờng hợp áp dụng việc cải tạo đất khi xây dựng kè bảo vệ khu đất bồi đắp, cần phải khảo sát sự biến đổi về độ thấm gây ra bởi việc cải tạo việc đánh giá độ thấm của đất tự nhên.
(5) Trong trờng hợp nền là đá, cần khảo sát và xem xét kỹ độ thấm yêu cầu, vì nền đá có thể chứa các vết nứt hoặc đứt gẫy, chúng ảnh hởng đến hệ số thấm 9).