4. Cỏch tiếp cận và phƣơng phỏp nghiờn cứu
2.3.2Cỏc nghiờn cứu xỏc định hệ số truyền súng Kt
Hiện tại chƣa cú cụng thức xỏc định hệ số truyền súng qua đờ ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật, chớnh vỡ thế trong luận văn này sẽ sử dụng cỏc cụng thức xỏc định Kt dựa vào cỏc nghiờn cứu cho đờ chắn súng đỏ đổ mỏi nghiờng ngập trong nƣớc.
Mụ hỡnh vật lý truyền súng qua đờ chắn súng ngầm đối với đảo AmWaj (Viện Thủy lực Delft, 2002).Trong nghiờn cứu này, hệ số𝐾𝑡 =𝐻𝑠𝑡
chiều cao lƣu khụng tƣơng đối 𝑅𝐶
𝐻𝑠𝑖 và chiều dài đỉnh tƣơng đụi 𝐵
𝐿 . Chiều dài súng L đó đƣợc xỏc định trờn đỉnh 𝐿𝐶 = 𝑇𝑝 𝑔𝑅𝐶 0.5, tại chõn, 𝐿 = 𝑇𝑝 𝑔𝑅𝐶 0.5, và tại nƣớc sõu 𝐿𝑜 =𝑔𝑇2
2𝜋. Bằng việc sử dụng ba định nghĩa này của L nú cú thể để tạo ra một sự so sỏnh với nhƣng sự trỡnh bày hiện tại trong lịch sử. d’Angremond & Van der Meer & de Jong (1996) đó đƣa ra cụng thức xỏc định Kt đối với cỏc cụng trỡnh ngập và đỉnh cao. 𝐾𝑡 = −0.4 ∗𝑅𝐶 𝐻𝑖 + 0.64 ∗ 𝐵 𝐻𝑖 −0.31 ∗ 1 − 𝑒(−0.5𝜉) 𝑣ớ𝑖 𝜉 = 𝑡𝑎𝑛𝛼 𝐻𝑖 𝐿𝑜 0.5 𝑛ế𝑢 𝐵 𝐻𝑖 ≤ 8 𝐾𝑡 = −0.35 ∗𝑅𝐶 𝐻𝑖 + 0.51 ∗ 𝐵 𝐻𝑖 −0.65 ∗ 1 − 𝑒 −0.41𝜉 𝑣ớ𝑖 𝜉 = 𝑡𝑎𝑛𝛼 𝐻𝑖 𝐿𝑜 0.5 𝑛ế𝑢 𝐵 𝐻𝑖 ≥ 12 Đối với 8 < 𝐵
𝐻𝑖 < 12, nội suy tuyến tớnh Kt.
Calabrese và cộng sự (2002) đó đề xuất một cụng thức mang tớnh dự bỏo dựa trờn cỏc thớ nghiệm tỷ lệ lớn giống với cụng thức của Van der Meer và Deamen (1994) bằng việc thay thế Dn50bằng B. 𝐾𝑡 = 𝑎 ∗𝑅𝐶 𝐵 + 𝑏 Trong đú: 𝑎 = 0.6957𝐻𝑖 𝑐 − 0.7021 𝑒 0.2568𝐵 𝐻 𝑖 𝑏 = 1 − 0.562𝑒−0.0507𝜉 𝑒−0.0854 𝐵 𝐻 𝑖 Vựng ỏp dụng của cụng thức là: −0.4 ≤ 𝑅𝑐 𝐵 ≤ 0.3 1.06 ≤ 𝐵 𝐻𝑖 ≤ 8.13 0.31 ≤ 𝐻𝑖 ≤ 0.61 3 ≤ 𝜉𝑜𝑝 ≤ 5.2
Cỏc nghiờn cứu mụ hỡnh vật lý đƣợc thực hiện tại Phũng thỡ nghiệm nghiờn cứu Kỹ thuật bờ biển Queen’s University tại Kingston, Canada năm 1998 bởi Stuart R.Seabrook và Kevin R.Hall để đỏnh giỏ sự giảm súng của cỏc đờ chắn súng đỏ đổ ngầm dƣới cỏc điều kiện biờn thiết kế rộng trong cỏc thiết lập 2D & 3D. Thụng qua cỏc thử nghiệm và cỏc sai số, một dạng cụng thức cuối cựng đó đƣợc phỏt triển thỏa món cỏc kết quả trong mụ hỡnh 2D. 𝐾𝑡 = 1 − 𝑒−0.65∗ 𝑅 𝐶 𝐻 𝑖−1.09∗ 𝐻 𝑖 𝐵 + 0.047 ∗ 𝐵 ∗ 𝑅𝐶 𝐿 ∗ 𝐷50 − 0.067 ∗ 𝑅𝐶 ∗ 𝐻𝑖 𝐵 ∗ 𝐷50
Cỏc nghiờn cứu mụ hỡnh vật lý đƣợc thực hiện tại hai phũng thớ nghiệm: Phũng thỡ nghiệm nghiờn cứu Kỹ thuật bờ biển Queen’s University tại Kingston, Canada và Phũng thớ nghiệm thủy lực và bờ biển trung tõm phỏt triển và nghiờn cứu kỹ thuật USACE, Mỹ năm 2013 bởi Buccino, M., Del Vita, I., và Calabrese, M., 2013 để đỏnh giỏ sự giảm súng của cỏc đờ chắn súng ngầm cú kết cấu bảo vệ đỉnh dạng Reef Balls. Thụng qua cỏc kết quả thớ nghiệm, Buccino đó kiến nghị cụng thức Kt nhƣ sau: 𝐾𝑡 = 1 1.18 ∗ 𝐻𝑖 𝑅𝑐 0.12 + 0.33 ∗ 𝐻𝑖 𝑅𝑐 1.5 ∗ 𝐵 𝐻𝑠𝑖∗𝐿𝑜𝑝 𝑛ế𝑢 2 > 𝑅𝐶 𝐻𝑖 > 0.83 2.3.3Mặt bằng bố trớ và cỏc đặc trưng hỡnh thỏi
Đặc điểm chung nhất của cỏc cụng trỡnh chắn phớa biển, chẳng hạn nhƣ một bói ngầm hoặc đảo sẽ gõy ra cho đƣờng bờ phớa trong khuất súng sự lồi ra, thiết lậm một salient hoặc tombolo. Lý do là bói ngầm làm giảm chiều cao súng trong phần khuất súng và do đú làm giảm khả năng vận chuyển bựn cỏt do súng. Do đú, bựn cỏt đƣợc dịch chuyển bởi dũng dọc bờ và cỏc súng sẽ bồi dần đƣờng bờ (Black, 2001). Mức độ bảo vệ đƣợc kiểm soỏt bởi kớch thƣớc và vị trớ xa bờ của bói ngầm, vỡ thế kớch thƣớc của salient hoặc tombolo khỏc nhau phự hợp với cỏc kớch thƣớc bói ngầm. dĩ nhiờn, ngƣời ta cú thể thay đổi hỡnh thỏi đƣờng bờ chỉ khi cú bựn cỏt (từ nguồn tự nhiờn hoặc từ việc nuụi bói).
Cụng thức kinh nghiệm đối với cỏc đờ ngầm đƣợc ra bởi Harris & Herbich (1986), Dally & Pope(1986) nhƣ sau:
𝐿𝑠
𝑋 > 1.0 − 1.5 đối với việc hỡnh thành tombolo. 𝐿𝑠
𝑋 = 0.5 − 1.0 đối với việc hỡnh thành salient.
𝐺 𝑋
𝐿𝑠2 > 0.5 đối với việc hỡnh thành salient của nhiều đờ ngầm.
Trong đú Ls là chiều dài của một đờ ngầm và X là khoảng cỏch từ bờ, G là bề rộng phần giữa hai đờ ngầm (nhƣ xem trong Hỡnh 2-7) và hệ số truyền súng Kt đƣợc định nghĩa đối với cỏc điều kiện súng khớ hậu.
Hỡnh 2-7: Cỏc định nghĩa đối với cỏc cụng trỡnh ngầm
Một tổng quan hoàn thiờn đƣợc đƣa ra trong US Corps, 1993 và Pilarczyk & Zeidler (1996) cú kể đến ảnh hƣởng của hệ số truyền súng nhƣ sau
𝐿𝑠
𝑋 > (1.0 𝑡ớ𝑖 1.5)/(1 − 𝐾𝑡) đối với việc hỡnh thành tombolo. 𝐿𝑠
𝑋 < 1/(1 − 𝐾𝑡) đối với việc hỡnh thành salient.
𝐺 𝑋
𝐿𝑠2 > 0.5(1 − 𝐾𝑡) đối với việc hỡnh thành salient của nhiều đờ ngầm.
Bề rộng giữa hai đờ ngầm thƣờng 𝐿 ≤ 𝐺 ≤ 0.8𝐿𝑠 trong đú L là chiều dài súng tại chõn cụng trỡnh đƣợc định nghĩa 𝐿 = 𝑇 𝑔 0.5 ; T là chu kỡ súng, h là chiều sõu cục bộ ở chõn đờ ngầm.
Một trong những nỗ lực đƣợc dẫn chứng đầu tiờn để đạt đƣợc tiờu chớ đối với cỏc đờ ngầm xa bờ đƣợc đƣa ra bởi Hanson và Krause (1989,1990) xem Hỡnh 2-8. Đƣợc dựa trờn cỏc mụ phỏng số (mụ hỡnh Genesis) và một vài kiểm định đƣợc giới
hạn từ dữ liệu mụ hỡnh nguyờn mẫu đang tồn tại, đó phỏt triển tiờu chớ dƣới đõy đối với một đờ ngầm đơn:
𝐿𝑠
𝐿 ≤ 48(1 − 𝐾𝑡)𝐻𝑜/ đối với việc hỡnh thành salient 𝐿𝑠
𝐿 ≤ 11(1 − 𝐾𝑡)𝐻𝑜/ đối với việc hỡnh thành tombolo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đú Ls là chiều dài của đờ ngầm, Ho chiều cao súng nƣớc sõu, L chiều dài đờ chắn súng, X = n x h là khoảng cỏch từ đƣờng bờ ban đầu (n là độ dốc đỏy), h là độ sõu tại đờ ngầm.
Hỡnh 2-8: Cỏc đặc trƣng đƣờng bở thụng qua mụ hỡnh toỏn nhƣ là một hàm của sự truyền súng và sự kiểm định tiếu chớ đƣợc đề xuất theo Hanson & Kraus, 1990.
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP Đấ NGẦM KẾT CẤU BAO ĐỊA KỸ THUẬT BẢO VỆ ĐƢỜNG BỜ TỈNH BẠC LIấU 3.1 Giới thiệu về đƣờng bờ tỉnh Bạc Liờu
3.1.1Phạm vi nghiờn cứu
Đoạn đƣờng bờ nghiờn cứu thuộc tỉnh Bạc Liờu nằm trong phạm vi của 03 huyện, thành phố đú là:huyện Đụng Hải, huyện Hũa Bỡnh, Thành phố Bạc Liờu.
Hỡnh 3-1: Đoạn đƣờng bờ nghiờn cứu
3.1.2Tổng quan về khu vực nghiờn cứu
3.1.2.1Vị trớ địa lý
Bạc Liờu là một tỉnh thuộc bỏn đảo Cà Mau, miền đất cực Nam của tổ quốc Việt Nam. Tỉnh cú chung địa giới nối thành phố Cần Thơ, Kiờn Giang ở phớa Tõy Bắc, Súc Trăng ở phớa Đụng Bắc, Cà Mau ở phớa Tõy Nam, phớa Đụng Nam giỏp biển Đụng. Bạc Liờu cú bờ biển dài 56 km nối với cỏc biển quan trọng nhƣ Gành Hào, Nhà Mỏt, Cỏi Cựng.
Diện tớch tự nhiờn 2.521 km2. Bạc Liờu cú 6 huyện là: Vĩnh Lợi, Hồng Dõn, Giỏ Rai, Phƣớc Long, Đụng Hải, Hũa Bỡnh và Thành phố Bạc Liờu - trung tõm hành chớnh của tỉnh.
Tọa độ địa lý của tỉnh Bạc Liờu
+ Điểm cực Bắc ở vĩ độ 9o37’00’’ Bắc tại xó Vĩnh Lộc A, huyện Hồng Dõn. + Điểm cực Nam ở Vĩ độ 9o00’00’’ Bắc tại thị trấn Gành Hào, huyện Đụng Hải. + Điểm cực Tõy ở Kinh độ 105o15’00’’ Đụng tại xó Tõn Thạnh, huyện Giỏ Rai. + Điểm cực Nam ở Kinh độ 105o52’30’’ Đụng tại xó Hƣng Thành, huyện Vĩnh Lợi.
3.1.2.2Đặc điểm địa hỡnh
Bạc Liờu cú địa hỡnh tƣơng đối bằng phẳng, chủ yếu nằm ở độ cao trờn dƣới 1,2 m so với mặt biển, cũn lại là những giồng cỏt và một số khu vực trũng ngập nƣớc quanh năm. Địa hỡnh cú xu hƣớng dốc từ bờ biển vào nội đồng, từ Đụng Bắc xuống Tõy Nam. Trờn địa bàn tỉnh cú nhiều kờnh rạch lớn nhƣ kờnh Quản Lộ - Phụng Hiệp, kờnh Cạnh Đền, kờnh Phú Sinh, kờnh Giỏ Rai.
Đƣờng bờ biển cú chiều dài hơn 56 km tƣơng đối thẳng. Hƣớng đƣờng bờ chủ đạo là Đụng Bắc – Đụng Nam
3.1.2.3Khớ hậu
Bạc Liờu nằm trong vựng khớ hậu nhiệt đới giú mựa, cú 2 mựa rừ rệt: mựa mƣa từ thỏng 5 đến thỏng 11, mựa khụ từ thỏng 12 đến thỏng 4 năm sau. Lƣợng mƣa trung bỡnh hàng năm 2.000 - 2.300 mm. Nhiệt độ trung bỡnh 260C, cao nhất 31,50C, thấp nhất 22,50C. Số giờ nắng trong năm 2.500 - 2.600 giờ. Độ ẩm trung bỡnh mựa khụ 80%, mựa mƣa 85%. Vựng này ớt chịu ảnh hƣởng của bóo và ỏp thấp nhiệt đới; khụng chịu ảnh hƣởng trực tiếp của lũ lụt của hệ thống sụng Cửu Long, nhƣng lại chịu tỏc động mạnh của thuỷ triều biển Đụng và một phần chế độ nhật triều biển Tõy.
3.1.2.4Điều kiện thủy văn
Tỉnh Bạc Liờu cú hệ thống kờnh rạch chằng chịt gồm cả cỏc kờnh tự nhiờn và kờnh đào. Cỏc con kờnh này đổ ra phớa biển qua cỏc cửa cống trờn hệ thống đờ Đụng. Hệ thống sụng, kờnh của tỉnh Bạc Liờu đƣợc chia làm hai nhúm chớnh:
Nhúm 1: chảy vào sụng Gành Hào sao đú đổ ra cửa biển Gành Hào phớa Nam của khu vực nghiờn cứu.
3.1.2.5Điều kiện hải văn
Khu vực đƣờng bờ nghiờn cứu cú chế độ thủy triểu là bỏn nhật triều khụng đều. Hầu hết cỏc ngày trong thỏng cú hai lần triều lờn và hai lần triều xuống. Độ chờnh mực nƣớc là đỏng kể.
Độ lớn mực nƣớc thủy triều trong kỡ nƣớc cƣờng trung bỡnh khoảng 3.0 - 3.5 m. Kỳ nƣớc cƣờng trong thỏng thƣờng xảy ra sau kỳ trăng non và trăng trũn 2 - 3 ngày.
Mực nƣớc triều đo đạc đƣợc tại cửa biển Gành Hào sỏng ngày 31-10-2011 ở mức +2.14 m là mức cao nhất trong vũng 20 năm trở lại đõy. Mực nƣớc này là tƣơng tự đỉnh triểu năm 1997 xảy ra do cơn bóo Linda.
3.1.2.6Điều kiện địa chất
Khu vực đƣờng bờ Bạc Liờu đƣợc cấu tạo bởi lớp phự sa cổ với thành phần chủ yếu là bựn sột màu nõu, bựn sột màu nõu sẫm chứa cỏt cú lẫn vụn vỏ xỏc sinh vật (dạng lớp kẹp).
Theo tài liệu khảo sỏt địa chất tại khu vực nghiờn cứu thỡ cỏc lớp đất đƣợc phõn loại nhƣ sau:
Lớp đất 1: đất đắp, trạng thỏi dẻo mềm. Chiều dày thay đổi từ 2m đến -1.2m. Lớp đất 2: lớp bựn sột màu xỏm xanh. Trạng thỏi chảy đến dẻo chảy. Chiều dày 1.0 – 18m.
Lớp đất 2A: lớp bựn ỏ sột màu xỏm xanh, dạng thấu kớnh. Trạng thỏi chảy đến dẻo chảy. Chiều dày 4.0.
Lớp đất 3: lớp đất sột màu xỏm nõu, pha ớt bột. Trạng thỏi dẻo chảy. Chiều dày 0 đến 3m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lớp đất 4: là sột màu nõu vàng. Trạng thỏi dẻo cứng. Chiều dày đến đỏy hố khoan là hơn 1m.
3.1.3Phõn tớch đặc điểm hệ thống cụng trỡnh đờ, kố biển đó xõy dựng
Toàn bộ đƣờng bờ tỉnh Bạc Liờu đó đƣợc bảo vệ bởi hệ thống đờ kố biển, tuy nhiờn hệ thống đờ này đó xuống cấp do tỏc động mạnh mẽ từ phớa biển trong nữa năm gần đõy. Cỏc dải rừng ngập mặn dần bị biến mất do tỏc động của tự nhiờn cũng nhƣ con ngƣời. Hiện tại hệ thống đờ biển tỉnh Bạc Liờu đang đƣợc nõng cấp.
Hỡnh 3-2: Hiện trạng một số cụng trỡnh đờ biển tại tỉnh Bạc Liờu.
3.2 Tớnh toỏn thiết kế đờ ngầm kết cấu bao địa kỹ thuật
3.2.1Mục đớch của việc thiết kế
Tuyến đờ ngầm sau khi đƣợc thiết kế và thi cụng sẽ gúp phần vào việc giảm súng trong điều kiện thƣờng nhằm phục vụ cho việc trồng và phỏt triển của rừng cõy ngập mặn phớa sau đờ ngầm. Mà cụ thể ở đõy, độ cao súng sau đờ ngầm phải nhỏ hơn 0.5m.
Mặt khỏc, việc bố trớ tuyến thiết kế đờ ngầm cũng đảm bảo cho việc hỡnh thành và tạo bói phớa sau đờ ngầm, giảm một phần tỏc động của súng biển trong điều kiện bóo và giú mựa.
3.2.2Cỏc tài liệu thiết kế
3.2.2.1Tài liệu cỏc mực nước
Mực nƣớc trung bỡnh đƣợc lấy tại trạm Cụn Đảo theo Tiờu chuẩn ngành 14TCN-2002 theo cao độ hải đồ +240 cm. Mặt khỏc , cao độ hải đồ tại trạm Cụn Đảo chờnh so với cao độ lục địa tại hũn Dỏu là -271.2 cm. Chớnh vỡ thế, ta cú mực nƣớc trung bỡnh tại khu vực nghiờn cứu so với cao độ lục địa là 240 -271.2 = -31.2 (cm).
Mực nƣớc cực đại thiờn văn lấy tại trạm Cụn Đảo theo Tiờu chuẩn ngành 14TCN-2002 theo cao độ hải đồ 376.85m. Tƣơng tự nhƣ cỏch quy đổi mực nƣớc
trung bỡnh ta cũng cú mực nƣớc thấp nhất tại vựng nghiờn cứu là 376.85 - 271.2 = + 105.65 (cm).
Mực nƣớc thấp nhất lấy tại trạm Cụn Đảo theo Tiờu chuẩn ngành 14TCN- 2002 theo cao độ hải đồ -0.99 (cm). Tƣơng tự nhƣ cỏch quy đổi mực nƣớc trung bỡnh ta cũng cú mực nƣớc thấp nhất tại vựng nghiờn cứu là -0.99 - 271.2 = -272.19 (cm).
Mực nƣớc thiết kế lấy theo mực nƣớc tổng hợp đƣợc đƣa ra trong hƣớng dẫn thiết kế đờ biển 2012 tƣơng ứng tại mặt cắt cú tọa độ (9o05’, 105o29’).
Hỡnh 3-3: Đƣờng tần suất mực nƣớc tổng hợp tại điểm 103 (105o29’, 9o05’) Long Điền Tõy, Gia Rai, Bạc Liờu
Căn cứ vào bảng tiờu chuẩn an toàn và phõn cấp đờ, hệ thống đờ biển Bạc Liờu bảo vệ vựng nụng thụn cú nụng nghiệp phỏt triển, cú quy hoạch khu đụ thị nờn ta sẽ lấy tiờu chuẩn là đờ cấp II, tuy nhiờn hệ thống đờ ngầm chỉ là dạng cụng trỡnh phụ trợ nờn cấp cụng trỡnh của đờ ngầm sẽ chọn là cấp III tần suất thiết kế là 2%. Tra trờn đƣờng tần suất ta xỏc định đƣợc mực nƣớc thiết kế là +261.5 (cm).
3.2.2.2Tài liệu súng nước sõu
Cỏc tham số súng cực trị nƣớc sõu lấy theo tiờu chuẩn thiết kế đờ biển 2012. Vựng nghiờn cứu nằm trong vựng 2: Cửa Định An – Phớa Đụng mũi Cà Mau. Từ đú ta xỏc định đƣợc chiều cao súng ý nghĩa và chu kỡ đỉnh phổ lần lƣợt là 5.95 m và 9.0 s.
Cỏc súng khớ hậu đƣợc lấy tại trạm đo Vũng Tàu. Hoa súng khớ hậu đo nhiều năm đƣợc tổng hợp theo Hỡnh 3-4.
Hỡnh 3-4: Hoa súng khớ hậu ở nƣớc sõu tại trạm Vũng Tàu
Nhỡn trờn hoa súng chỳng ta cú thể thấy rằng hai hƣớng súng chiếm ƣu thế đú là hƣớng Đụng Bắc và Tõy Nam. Hai hƣớng súng này đƣợc sinh ra theo hai hƣớng giú đặc trƣng theo mựa. Hƣớng Đụng Bắc vào mựa đụng và hƣớng Tõy Nam vào mựa hố.
Do mục tiờu của tuyến thiết kếlà giảm súng để trồng rừng cõy ngập mặn phớa sau đờ nờn trong luận văn này sẽ sử dụng súng cú phần trăm xuất hiện nhiều nhất theo cả hai hƣớng. Chớnh vỡ vậy, chỳng ta sẽ sử dụng chiều cao súng khớ hậu tớnh toỏn là 1.5 m.Chu kỡ súng tớnh thức cụng thức SPM 1984.
𝑇𝑝 = 12.1 ∗ 𝐻𝑜
𝑔 = 12.1 ∗ 1.5
3.2.2.3Tài liệu địa hỡnh
Ta cú bỡnh đồ khu vực nghiờn cứu và mặt cắt ngang địa hỡnh để truyền súng từ cao trỡnh bói là +0.9m đến điểm cú cao trỡnh -11.0m. Tƣơng ứng với cao trỡnh đú là khoảng cỏch ngang hơn 9140.0m. Nhƣ vậy cú thể thấy rằng độ dốc trung bỡnh của bói là rất nhỏ cỡ 0.15 %.
Hỡnh 3-5: Mặt cắt ngang bói.
Tiếp tục giả thiết độ dốc ra đến vựng nƣớc sõu dựa vào độ dốc bói đó khảo sỏt. Do bói rất thoải nờn ta giả thiết độ dốc là 1/400 tƣơng ứng 0.25 %.
3.2.2.4Tài liệu địa chất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Số liệu từ khảo sỏt địa chất tại cỏc hố khoan đại diện trong vựng nghiờn cứu. Theo tài liệu khảo sỏt địa chất tại khu vực nghiờn cứu thỡ cỏc lớp đất đƣợc phõn loại nhƣ sau:
Lớp đất 1: đất đắp, trạng thỏi dẻo mềm. Chiều dày thay đổi từ 2m đến -1.2m. Lớp đất 2: lớp bựn sột màu xỏm xanh. Trạng thỏi chảy đến dẻo chảy. Chiều dày 10.5m.
Lớp đất 2A: lớp bựn ỏ sột màu xỏm xanh, dạng thấu kớnh. Trạng thỏi chảy