CHƯƠNG 5: CễNG TRèNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐÁ Cể VỐN
5.5.1.1 Thiết kế cho những vị trớ cú “giới hạn độ sõu”
Tài liệu hướng dẫn thiết kế CUR/CIRIA 154 (1991) đề cập rằng việc lấy chiều cao súng H2% cú thể là phự hợp hơn so với Hs trong phạm vi vựng nước cú độ sõu hạn chế, và Van der Meer gợi ý về những điều chỉnh cho phương trỡnh của ụng cú sử dụng quan hệ giữa H2% và Hs cho vựng nước sõu. Gợi ý núi trờn dựa vào giả thiết rằng những súng lớn nhất thường gõy ra hư hỏng về kết cấu cụng trỡnh, khi càng vào vựng nước nụng thỡ tỉ số giữa Hs và H2% càng giảm xuống, tỉ số này từ 1.40 trong điều kiện nước sõu xuống cũn 1.20 trong vựng nước nụng. Sự giảm H2% do súng vỡ cú thể sẽ cú ý nghĩa trong việc điều chỉnh kớch thước lớp đỏ bảo vệ mặt ngoài nhỏ hơn so với kớch thước tớnh toỏn được.
Tài liệu cũng gợi ý rằng H2% cú thể được tớnh ở những nơi cú độ sõu hạn chế, theo phương trỡnh của Goda (vốn cho Hs và H0.4%). Tuy vậy, giỏ trịH2% tớnh được từ cỏc giỏ trị Hs và H0.4% của Goda đều khụng hoàn toàn thoả món. Một phương ỏn khỏc là dựng cỏc mụ hỡnh toỏn, vốn thường được dựng để đỏnh giỏ diễn biến phản hồi của mặt cắt bói biển, đểđỏnh giỏ cỏc thay đổi về năng lượng súng trờn một mặt cắt ngang bói biển. Mụ hỡnh cú thể được dựng kết hợp với nghiờn cứu về phõn bố chiều cao súng trờn những thềm biển nụng, như bỏo cỏo gần đõy của Battjes & Groenendijk (2000). Trong
cỏc trường hợp mụ hỡnh toỏn khụng dựng được thỡ việc dựng những biểu đồ thiết kế cho cỏc trường hợp tiờu chuẩn cũng cú ớch và rừ ràng là tốt hơn nhiều so với việc chọn lấy một chỉ tiờu súng vỡ đơn giản (chẳng hạn Hs = (0.45 -:- 0.65) ã h). Cỏc biểu đồ này được trỡnh bày trờn Hỡnh 5-10, trong đú bao gồm cả súng cuộn và súng vỡ (Van der Meer, 1990). Độ dốc của súng được xột đến bao gồm 0.05, 0.04, 0.03, 0.02 và 0.01; nếu độ dốc súng rơi vào khoảng giữa hai biểu đồ thỡ chỉ số súng vỡ cần được xỏc định theo cả hai biểu đồ này và sau đú là nội suy để tỡm kết quả.
Hỡnh 5-10 Chiều cao súng ý nghĩa ở vựng nước nụng cú độ dốc đỏy biển khụng đổi (CUR/CIRIA 154, 1991)
Phương phỏp tớnh toỏn chiều cao súng ý nghĩa lớn nhất được dựa trờn phương phỏp năng lượng. Tức là chiều cao súng ý nghĩa được dựng là Hm0. Vỡ cỏc giỏ trị chiều cao súng ý nghĩa Hm0 và H1/3đều gần bằng nhau trong vựng nước sõu và điều này thuận
tiện hơn trong tớnh toỏn khi thụng tin về súng được lấy từ vựng nước sõu. Dựa trờn giỏ trị của Hm0 tớnh cho một độ sõu cụ thể, cỏc giỏ trị H1/3 và H2% cú thể được tớnh theo phương phỏp do Battjes & Groenendijk (2000)đề nghị, với cỏc bước như sau:
Hm0 = 4 √(m0) Hrms = (2.69 + 3.24 √(m0)/hm) √(m0) Trong đú hm = độ sõu nước cục bộ m: mỏi dốc Htr = (0.35 + 5.8m) hm Ĥtr = Htr / Hrms
Bảng 5.2 dưới đõy đưa ra cỏc giỏ trị Ĥtr được cho tương ứng với cỏc giỏ trị chiều cao súng khụng thứ nguyờn Ĥ1/3 và Ĥ2%.
Bảng 5-2 Cỏc đặc trưng chiều cao súng khụng thứ nguyờn
Ĥtr 0.05 0.5 1 1.2 1.35 1.5 1.75 2 2.5 3 Ĥ1/3 1.279 1.28 1.324 1.371 1.395 1.406 1.413 1.415 1.416 1.416 Ĥ2% 1.548 1.549 1.603 1.662 1.717 1.778 1.884 1.985 1.978 1.978 Giỏ trị thực tế của H1/3 và H2%được tớnh bởi: H1/3 = Hrms . Ĥ1/3 H2% = Hrms . Ĥ2%
Tuy vậy, điều quan trọng cũn lại là phải đỏnh giỏ cỏc điều kiện súng tại một vị trớ thớch hợp đối với cụng trỡnh; bởi vỡ toàn bộ năng lượng súng khụng phải đột ngột hạ xuống do súng vỡ, mà cũn tiếp tục lan truyền về phớa bờ một đoạn nữa. Trong cỏc cụng thức của Goda, chiều sõu tại khoảng cỏch 5xHs kể từ điểm cần xột được sử dụng, mặc dự Van der Meer đề nghị rằng trong cỏc cụng thức của ụng sử dụng điều kiện súng tại chõn cụng trỡnh.
Vớ dụ về cỏch xỏc định chiều cao súng ở vựng nước cú độ sõu hạn chế
Một đập mỏ hàn được xõy dựng tại vị trớ với cỏc thụng số sau: Độ dốc bói biển khoảng 1:100
Điều kiện súng xa bờ Hso = 4.0 m, Tm = 5.5 s, Tp = 7 s Mực nước thiết kế = MNBTB + 3.0 m
Dựa vào điều kiện súng xa bờ, cú thể dựng phương trỡnh Van der Meer tớnh được khối lượng lớp đỏ vỏ. Lấy Sd = 2, α = 1.5, N = 3000 và P = 0.4, ta cú:
Wn50 = 7.7 tấn.
Tuy vậy vỡ cụng trỡnh được đặt trờn bói biển, một phần năng lượng súng sẽ bị tiờu hao bởi đỏy biển trước khi tới được cụng trỡnh. Nếu như cao độ của bói thấp nhất tại mũi đập mỏ hàn là −2.0 m dưới MNBTB (tớnh tới xúi lở bói đầu đập) thỡ chiều cao súng lớn nhất thiết kế cú thểđược xỏc định theo cỏc biểu đồ thiết kế, như sau:
Với cỏc điều kiện súng ngoài khơi ta cú thể giả sửHm0 = H1/3 = Hs h/Lop với Lop = gTp2/2π = 9.81 x 72 / (2 x 3.14) = 76.5 m
sop = Hs / Lop = 4.0 / 76.5 = 0.052 Với sop = 0.05 và h/Lop = 0.065, tra theo hỡnh 5.12 ta cú: Hs / h = 0.50 Do vậy, Hm0 = 0.50 x 5 = 2.5 m Do Hm0= 4 √(m0) nờn √(m0) = 2.5 / 4 = 0.625 Hrms = (2.69 + 3.24 √(m0)/h) √(m0) = (2.69 + 3.24 x 0.625/ 5) x 0.625 = 1.93 m Htr= (0.35 + 5.8 tan m) h = (0.35 + 5.8/100) x 5 = 2.04 m Ĥtr= Htr / Hrms = 2.04 / 1.93 = 1.06 do đú bằng cỏch nội suy từ Bảng 5.2 về cỏc chiều cao súng đặc trưng khụng thứ nguyờn ta cú: Ĥ1/3 =1.34 m, Ĥ2% = 1.62 m, H1/3 = 2.59 m và H2% = 3.13 m
Sử dụng cựng cỏc giỏ trị như trước trong cụng thức Van der Meer với cỏc giỏ trịCpl và
Csu:
H1/3cho ra Dn50 = 0.93 m và Wn50= 2.09 tấn
H2% cho ra Dn50 = 0.85 m và Wn50=1.61 tấn.
Do đú cấp phối của lớp đỏ bảo vệ mặt ngoài cú thể điều chỉnh xuống thấp hơn, gúp phần giảm giỏ thành, tận dụng được đỏ cú sẵn, giỏ rẻ tại địa phương và cỏc thiết bị thi cụng nhỏ hơn. Tổng khối lượng cụng trỡnh cũng sẽ được giảm xuống nếu như kớch thước của cụng trỡnh là một hàm số của lớp đỏ bảo vệ mặt ngoài. Chẳng hạn nếu bề dày của lớp vỏ là 0.91 x D50, bề rộng đỉnh là 3 viờn đỏ và chiều cao của đập là 3 lớp với mỏi dốc 1:1.5, diện tớch mặt cắt ngang của thõn đập sẽ giảm 16% so với giỏ trị tớnh toỏn theo H2% theo vớ dụ này. Việc tăng yờu cầu về độ ổn định của đầu đập cú thể cũn đem lại tiết kiệm hơn thế nữa.
Tuy nhiờn cũng cần chỳ ý rằng trong vựng nước cú độ sõu hạn chế việc thiết kế hiệu quả cỏc cụng trỡnh đỏ lại phụ thuộc vào phõn tớch xỏc suất kết hợp giữa súng – mực nước, và người thiết kế phải tớnh đến độ tăng chiều cao súng do mực nước biển dõng trong suốt thời kỡ hoạt động của cụng trỡnh. Cần lưu ý rằng cụng trỡnh thường được đặt trong điều kiện chuẩn thiết kế thường xuyờn hơn, nếu như khụng phải là vựng nước cú độ sõu hạn chế (bởi vỡ sự khỏc biệt giữa cỏc chiều cao súng bỡnh thường và bất thường khi đú sẽ khụng lớn).