Trước hết cần nhấn mạnh rằng do điều kiện kinh tế cũn hạn hẹp, tần suất thiết kế đờ biển chọn quỏ thấp dẫn tới tỡnh trạng nước tràn thường xuyờn qua mặt đờ biển – là nguyờn nhõn chớnh gõy sạt trượt dẫn tới phỏ huỷ toàn bộ một đoạn đờ.
Cũng tương tự việc tớnh toỏn cỏc thụng số thiết kế chưa đỳng, xin dẫn ra một vớ dụ về tớnh toỏn cao trỡnh đờ biển.
Theo qui phạm A6.77 và 14TCN 130-2002 ỏp dụng cho việc xỏc định chiều cao đờ cửa sụng và đờ biển thỡ chiều cao thiết kế được tớnh theo cụng thức sau:
Hđđp = Htp +Hndp + Hsl +a (1- 1)
Trong đú: Hđđp : cao trỡnh đỉnh đờ thiết kế (m) Htp : Mực nước triều thiết kế (m) Hndp : Nước dõng thiết kế (m) Hsl : Chiều cao súng leo (m) a : Chiều cao gia cường (m)
Việc tớnh toỏn cỏc đặc trưng trờn trong cỏc bài toỏn thiết kế đờ biển và cửa sụng như sau:
1.4.3.1. Mực nước triều thiết kế (Htp)
Việc tớnh toỏn mực nước thiết kế thường sử dụng phương phỏp thống kờ trờn cơ sở tài liệu của cỏc trạm quan trắc ven biển và cửa sụng gần khu vực cụng trỡnh. Trong trường hợp khụng cú tài liệu, cú thể sử dụng tài liệu ở cỏc trạm cơ bản như Hũn Gai, Hũn Dỏu để đưa về khu vực tớnh toỏn. Theo phương phỏp này, mực nước thiết kế tớnh toỏn theo cỏc bước sau:
+ Thống kờ mực nước lớn nhất quan trắc tại trạm được chọn dựng cho tớnh toỏn. Thụng thường chọn theo phương phỏp mỗi năm một trị lớn nhất.
+ Sử dụng hàm phõn bố xỏc suất phự hợp để vẽ đường tần suất lý luận trờn cơ sở tài liệu thực đo. Hàm phõn bố Pearson III được sử dụng phổ biến trong cỏc trường hợp.
+ Trờn cơ sở tần suất qui định được xỏc định dựa theo qui phạm A6.77, ta cú thể xỏc định được mực nước triều thiết kế (Htp)
1.4.3.2. Nước dõng thiết kế (Hndp)
Nước dõng chủ yếu do hai nguyờn nhõn:
33
+ Do ảnh hưởng liờn tục của cỏc đợt giú thổi trờn mặt biển vào bờ biển, chủ yếu là giú mựa.
Cỏc nghiờn cứu đó đưa ra kết luận rằng nước dõng do bóo cú độ lớn đỏng kể so với nước dõng do hiệu ứng của giú mựa. Tuy nhiờn, việc tớnh toỏn độ lớn nước dõng chủ yếu là lấy theo kinh nghiệm trờn cơ sở cỏc tài liệu quan trắc của Viện Cơ học Việt Nam và Tổng cục Khớ tượng - Thuỷ văn hoặc cũng cú một vài tỏc giả mụ hỡnh trờn cơ sở thống kờ toỏn học nhưng lấy khỏc tần suất so với khi tớnh toỏn mực nước triều thiết kế. Việc tớnh toỏn cụ thể như sau:
Căn cứ vào tài liệu quan trắc nước dõng trong 101 lần quan trắc của Viện Cơ học Việt Nam, phõn loại để xỏc định độ lớn phổ biến cho từng đoạn bờ, cú kết hợp với việc phõn tớch tần suất xuất hiện trờn cơ sở đú quyết định trị số dựng cho tớnh toỏn.
Tớnh theo cụng thức:
+ Theo QP.TL.C-1-78 của Bộ Thuỷ Lợi 2 6 2.10 os nd V F H c gH α − = (1- 2)
+ Cụng thức Nguyễn Xuõn Trường
os 6,3
nd VF
H = c α (1- 3)
Trong đú: V : Tốc độ giú thiết kế (m/s) F : Đà giú (km);
H : Độ sõu trung bỡnh của vựng biển tớnh toỏn (m)
α : Gúc giữa hướng giú thịnh hành và đường bờ. 1.4.3.3. Tớnh toỏn súng leo (Hsl)
Chiều cao súng leo là chiều cao tớnh từ mặt nước trung bỡnh trước cụng trỡnh đến điểm cao nhất mà súng trườn lờn mặt cụng trỡnh. Việc tớnh chiều cao súng leo chủ yếu thụng qua cỏc cụng thức kinh nghiệm, dưới đõy là thống kờ một số cụng thức thường được sử dụng: s sl H H 3,8 cos m = α (1- 4)
nh s sl s K H H 0, 25 m H λ = + (1- 5) nh s sl 3, 2K H H m = (1- 6) Trong đú: m: hệ số mỏi dốc; Knh: hệ số nhỏm λ: Chiều dài súng (m)
α: gúc giữa hướng giú và đường vuụng gúc với trục dọc cụng trỡnh Hs: Chiều cao súng thiết kế trước chõn cụng trỡnh và được tớnh như sau:
1/5 s
H =0,028U.F (m) (1- 7)
Với U: vận tốc giú thiết kế tại độ cao 10 trờn mặt biển (m/s) F: Đà giú tớnh toỏn (km)
Khi cụng trỡnh được che chắn bởi cỏc đảo ngoài khơi hoặc hệ thống rừng ngập mặn thỡ chiều cao súng tại chõn cụng trỡnh thường nhỏ hơn do năng lượng súng bị giảm đỏng kể khi đi qua vật cản. Thụng thường vai trũ của dải rừng ngập mặn được đỏnh giỏ bằng hệ số chiết giảm kinh nghiệm.
Xem xột lại cụng thức tớnh cao trỡnh đỉnh đờ chỳng ta thấy cú một số vấn đề sau: – Việc chọn tần suất căn cứ vào tiờu chuẩn của ngành, tuy nhiờn căn cứ chọn là chưa thuyết phục, chẳng hạn mực nước lấy với p=5%, nước dõng p=20%, súng leo khụng rừ tớnh theo tần suất nào.
– Việc tớnh toỏn cao trỡnh đỉnh đờ về thực chất theo quan điểm khụng cho phộp súng gõy nước tràn qua đờ (tớnh theo tiờu chuẩn súng leo). Tuy nhiờn cụng thức tớnh toỏn chưa đỳng với bản chất của hiện tượng, chẳng hạn khỏi niệm triều 5% là mực nước thực đo ứng với tần suất P = 5% và nếu như vậy nước dõng đó được tớnh 2 lần. Như đó trỡnh bày trong phần đầu, với cỏch tớnh hiện tại nước vẫn tràn đờ ngay trong những điều kiện chưa phải là những tổ hợp nguy hiểm nhất.
– Việc tớnh toỏn kết cấu bảo vệ mỏi cũn mang tớnh kinh nghiệm. Thực tế khi xảy ra bóo rất nhiều tấm bảo vệ bị nhấc ra khỏi mỏi và là nguyờn nhõn gõy ra vỡ đờ. Điều
35
đú cú nghĩa là chọn và tớnh toỏn hỡnh thức bảo vệ mỏi chưa chớnh xỏc. Theo kinh nghiệm từ cỏc nước tiờn tiến, người ta quan tõm đến độ dày hơn là kớch thước bề mặt của tấm.
– Hầu như chưa nghiờn cứu và thiết kế cơ đờ phớa biển – một dạng kết cấu cú khả năng giảm súng leo đỏng kể, trong khi cú một số đoạn lại ỏp dụng cơ đờ phớa đồng.
– Trong thực tế đó thiết kế và xõy dựng tuyến II, tuy nhiờn chưa cú tớnh toỏn chi tiết cỏc thụng số liờn quan tới khu vực như mặt cắt và cỏc thành phần của đờ tuyến II; khoảng cỏch giữa 2 tuyến; giải quyết thoỏt nước khu giữa v.v…
– Giới hạn an toàn bảo vệ chõn đờ chưa được tuõn thủ, cú quỏ nhiều thựng đấu ngay sỏt chõn đờ phớa đồng; hiện tượng lấy cỏt bói ngoài khỏ phổ biến.
Sử dụng cỏch tớnh toỏn hiện tại thỡ cao trỡnh đỉnh đờ thiết kế cũng thấp hơn so với tớnh toỏn ớt nhất là 20%. Đõy chớnh là nguyờn nhõn gõy ra hiện tượng tràn nước thường xuyờn khi gặp bóo hay giú mựa thổi liờn tục nhiều ngày trong trường hợp chưa vượt tần suất thiết kế .
1.4.3.4. Tớnh toỏn viờn đỏ hoặc khối bờ tụng bảo vệ mỏi khụng đủ cường độ và khối lượng, hỡnh thức kết cấu khụng phự hợp dẫn tới bị phỏ hoại khi gặp điều kiện thuỷ động lực bất lợi.
Do sự đa dạng của vật liệu xõy dựng cũng như hỡnh thức bảo vệ ở mỗi quốc gia, mỗi địa phương, vỡ vậy khụng thể đưa ra một cụng thức tổng quỏt tớnh toỏn kớch thước cũng như trọng lượng của một viờn bảo vệ.
Mặt khỏc hỡnh thức lỏt mỏi cũng rất khỏc nhau. Cú thể đưa ra đõy một số dạng sau: – Cỏc viờn/khối xếp khụng liờn kết mà sự ổn định do trọng lượng bản thõn của khối.
– Liờn kết dạng ngoàn giữa cỏc viờn xếp – Viờn dạng tấm phẳng
– Viờn dạng cột
Khối lượng và chiều dày của cấu kiện bảo vệ đang được ỏp dụng cho đờ biển nước ta là nhỏ. Tuy nhiờn với phương phỏp thi cụng bằng thủ cụng là chủ yếu thỡ cũng
chưa thể đỏp ứng được với cỏc cấu kiện kớch thước lớn. Hiện nay chỳng ta đó bắt đầu sử dụng bờ tụng đỳc sẵn với khối lượng và kớch thước phự hợp để đảm bảo ổn định của vật liệu trờn mỏi đờ.
1.4.3.5. Hỡnh thức kết cấu của cấu kiện
Hiện nay lớp bảo vệ mỏi của ta hoặc là đỏ hộc lỏt khan và cỏc viờn đỏ rời nhau cú đường kớnh từ 15 cm – 25 cm và trọng lượng từ 15 đến 30 kg hoặc đỏ hộc liờn kết với nhau bằng bờ tụng cú cường độ từ 100 – 150. Cú một số nơi dựng cấu kiện liờn kết hoặc rời rạc cú trọng lượng thay đổi nhưng khụng vượt quỏ 100 kg.
Mỗi hỡnh thức tấm lỏt cú điều kiện làm việc khỏc nhau, chẳng hạn tấm liờn kết dạng ngàm cho phộp làm tăng độ ổn định nếu nền và thõn đờ khụng lỳn gõy bẻ góy cỏc liờn kết. Tuy nhiờn do cụng nghệ đỳc và chất lượng của vật liệu, phần lớn cỏc tấm kiểu liờn kết bị phỏ hỏng sau một thời gian ngắn làm việc gõy phỏ hoại mỏi đờ và cũng rất khú khi thay thế, bảo dưỡng. Nếu tấm là độc lập thỡ trong lượng của mỗi tấm/viờn lại quỏ nhẹ khụng đảm bảo ổn định trờn mỏi đờ. Xu hướng giải quyết hiện nay là sử dụng cỏc khối độc lập cú kớch thước ngẫu nhiờn được liờn kết với nhau nhưng tiết diện bề mặt nhỏ lại và tăng bề dày của cấu kiện. Sử dụng hỡnh thức này mỏi đờ kố sẽ ổn định hơn rất nhiều.
1.4.3.6. Chọn và thiết kế kết cấu bảo vệ chõn chưa phự hợp Cỏc dạng kết cấu bảo vệ chõn phớa biển thường bao gồm: + Lăng thể đỏ đổ trước chõn cụng trỡnh với dạng múng nụng
+ Ống bi đỳc xi măng đường kớnh d = 1.0 - 1.2m, L= 1.2m - 1.5m xếp 1 lớp hoặc 2 lớp, lừi đổ đỏ tại chõn đờ, phớa ngoài đổ đỏ cú chiều rộng khoảng 2m
+ Cừ bờ tụng hoặc cừ thộp với khoảng cỏch từ 1 – 2 m/cọc, phần giữa là cỏc tấm chắn bằng bờ tụng.
Phần lớn đờ biển hiện nay chõn cụng trỡnh được lựa chọn là dạng lăng thể đỏ đối với đờ thấp như đờ cỏc tỉnh miền trung và ống bi bờ tụng lừi đỏ đổ đối với đờ biển bắc bộ.
37
Chõn phớa trong được bảo vệ đơn giản hơn bằng lăng thể đỏ với quan niệm khụng cú nước tràn.
Vấn đề cần bàn ở đõy là việc lựa chọn kết cấu phự hợp trong mỗi trường hợp, chẳng hạn với bói bị hạ thấp với cường độ lớn thỡ nờn lựa chọn dạng múng sõu theo kiểu cọc và cú thờm giải phỏp hỗ trợ từ phớa ngoài làm giảm hoặc ngăn chặn hoàn toàn quỏ trỡnh xúi bói phớa trong, hoặc với bói luụn được bồi thỡ khụng nờn cứ phải dựng kiểu ụng bi mà cú thể dựng lăng thể đỏ – một dạng múng nụng đơn giản dễ thi cụng mà vẫn đảm bảo an toàn.
Khoảng cỏch bảo vệ bờn ngoài thường khụng được tớnh toỏn mà lấy cố định 2 -3m phớa ngoài chõn, tuy nhiờn một số nghiờn cứu đó chỉ ra rằng độ rộng cần bảo vệ phải lấy (8-10) chiều cao súng trước chõn cụng trỡnh thỡ mới đảm bảo an toàn cho chõn cụng trỡnh
1.4.3.7. Chưa chỳ trọng đến phần chuyển tiếp giữa cỏc bộ phận cụng trỡnh
Đú là khớp nối giữa chõn và lớp bảo vệ mỏi, giữa tường đỉnh với mỏi và giữa thõn đờ bằng vật liệu đất với tấm bờ tụng bảo vệ ngoài. Thụng thường cỏc hư hỏng xuất phỏt từ những vị trớ chuyển tiếp khụng được gia cố đủ cường độ.
1.4.3.8. Chưa cú giải phỏp phự hợp bảo vệ mỏi trong do nước tràn
Như đó trỡnh bày ở trờn, đờ biển thường thiết kế với tiờu chuẩn súng leo, nghĩa là về mặt lý thuyết khụng cho phộp nước tràn, nhưng trong thực tế nước tràn và súng tràn là khỏ phổ biến mà chỳng ta chưa quan tõm tới việc thiết kế bảo vệ mỏi trong phự hợp.
Chẳng hạn đờ vựng súng hạn chế hoặc cõy ngập mặn phỏt triển tốt thỡ súng tại chõn cụng trỡnh khụng lớn và khả năng tràn đỉnh là rất ớt, trong trường hợp này ỏp lực tỏc dụng lờn đờ là khụng lớn và vỡ vậy thậm chớ bảo vệ mỏi chỉ cần trồng cỏ là đủ. Tuy nhiờn đờ vựng miền trung cú lưu tốc dũng tràn từ phớa trong đồng ra là rất lớn, trong khi ỏp lực súng lại rất thường xuyờn ở mỏi phớa biển thỡ mỏi khụng chỉ phải gia cố phớa biển mà cần gia cố cả 3 mặt để đảm bảo an toàn cho đờ và kết hợp giao thụng nụng thụn.