V. Cấu trúc của luận văn
4.3.1. Tính toán thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng
Thiết kế đê chắn sóng theo công trình cấp II với tần suất thiết kế p = 2% chu kỳ lặp lại 50 năm.
Tính cao trình đỉnh đê:
Cao trình đỉnh đê chắn sóng đƣợc xác định theo công thức:
Ztp= Ztk,p+ Rcp (4-1) Ztp: Cao trình đỉnh đê ứng với tần suất thiết kế p% (m)
Ztk,p: Mực nƣớc thiết kế ứng với tần suất thiết kế p% (m) Rcp: Độ cao lƣu không (m)
Xác định các giá trị
Ztk,p- Mực nước thiết kế ứng với tần suất thiết kế p%
Theo nhƣ tính toán ở trên ta có đƣợc giá trị mực nƣớc thiết kế ứng Ztk,p = 2,13 m.
Sử dụng phần mềm WADIBE để tính độ cao lƣu thông Rcp.
Sau khi nhập các giá trị tham số sóng thiết kế cần thiết, tính toán bằng chƣơng trình WADIBE ta có đƣợc kết quả Rcp = 3,9 m.
Hình 4.5. Kết quả tính toán độ cao lƣu thông Rcp Vậy ta có đƣợc cao trình đỉnh đê thiết kế:
Ztp= 2,13+ 3,90 = 6,03 (m)
Tính toán lớp khối phủ đê chắn sóng:
Tính theo công thức Hudson
= ( 1/3 (4-2)
H: Chiều cao sóng có ý nghĩa; H = 3,5m
Δ = = = 1,34
KD: hệ số an toàn, lấy KD = 10,8 tƣơng ứng với cấu kiện RAKUNA IV Từ đó tính ra đƣợc
Dn50 = = 0,81 Khối lƣợng của khối RAKUNA IV
Theo điều kiện kích thƣớc hình học có sẵn của khối RAKUNA IV, ta chọn khối lƣợng của khối RAKUNA IV trong trƣờng hợp này M = 1,7 (T)
Bảng 4.6. Kích thƣớc tính toán của khối RAKUNA IV
(m) Wtt (T) H L D a b c e f g i j k m 1,51 1,71 1,89 0,45 0,45 0,41 0,75 0,93 0,52 0,39 0,76 0,87 0,14 2,2 1,71 1,87 2,06 0,49 0,49 0,45 0,82 1,03 0,57 0,43 0,84 0,95 0,15 3,3 1,37 1,50 1,66 0,39 0,39 0,36 0,65 0,83 0,46 0,34 0,67 0,76 0,12 1,7 1,22 1,34 1,47 0,35 0,35 0,32 0,58 0,74 0,41 0,30 0,59 0,68 0,11 1,2
Hình 4.6. Hình dạng, kích thƣớc của khối RAKUNA IV
Tính toán lớp đá lót dưới lớp phủ
Theo SPM 1984chiều dày của lớp lót tính theo công thức:
t = n.kt.Dn50 (4-3) e e H H D D L L f f f f c c b b 2a 2a
t – Chiều dày lớp phủ
n – Số lớp khối phủ, chọn n = 2
kt – Hệ số phụ thuộc vào loại khối phủ, cách xếp (Tra bảng 7-13-SPM1984 có đƣợc kt = 0,98)
Kết quả tính toán: t = 2.0,98.0,81 = 1,6 (m)
Tính toán bề rộng mặt đê
Theo điều kiện ổn định của đê chắn sóng, bề rộng mặt đê B đƣợc tính theo công thức:
B = 3.kt.Dn50 (4-4) Kết quả tính toán: B = 3.0,98.0,81 = 2,4 (m)
Hình 4.7. Mặt cắt thiết kế của đê chắn sóng 4.3.2. Xác định chiều sâu ảnh hƣởngtheo cơ sở lý thuyết
Theo nhƣ cơsởlý thuyết chƣơng III, ta có đƣợc phƣơng trình xác định mỗi quan hệ giữa áp lực dƣkhe rỗng u(z,t) và độ sâu z.
u(z,t) = u0 . cos (4-5)
Chia cả 2 vế cho U0 ta đƣợc
= .cos( ) (4-6)
Trong đó theo công thức (3-22): A= T: Chu kỳ sóng
k: Hệ số thấm của đất
Eeod: Mô đun đàn hồi của đất
Bảng 4.6. Kết quả tính toán theo lý thuyết Grace
z 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 U(z,t)/Uo 1,00 0,75 0,53 0,35 0,20 0,09 0,02 -0,03 -0,06 -0,07 -0,07
e(-Az) 1,00 0,78 0,61 0,47 0,37 0,29 0,22 0,17 0,14 0,11 0,08
Hình 4.8. Biểu đồ quan hệ áp lực dƣ khe rỗng và độ sâu
Dựa vào kết quả tính toán ta xác định đƣợc độ sâu ảnh hƣởng của khu vực nghiên cứu z = 5 m.
Tính toán áp lực dƣ khe rỗng u(z,t) theo lý thuyết của Grace
Áp lực dƣ do thủy triều tác động đến mấtổnđịnh của công trình diễn ra trong thời gian dài. Trong trƣờng hợp này ta chỉ xét tới tải tọng tác động do sóng biển Đối với áp lực dƣ dó sóng
= (4-7)
Kết quả thực nghiệm của Grace
(Nguồn tài liệu: Robert A. Grace “surface wave heights from pressure records”)
Độ sâu tại khu vực tính toán, trích xuất kết quả từ mô hình truyền sóngd = 7 (m)
Hình 4.9. Trích xuất kết quả độ sâu từ mô hình truyền sóng
Vậy ta có giá trị = = 0,063. Tra theo kết quả thực nghiệm ta có đƣợc n = 1,273.
= = = 8,338 (Kpa) - Tại vị trí z = 0 U(z,t) = .U0 = 1.8,338 = 8,338 (Kpa) - Tại vị trí z = 5 U(z,t) = .U0 = 0,1.8,338 = 0,8338 (Kpa) 4.3.3. Tính toánổn định bằng phần mềmGEO-SLOPE a, Xácđịnh mặt cắt ngang điển hình của công trình
Đối với toàn tuyếnđê, ta chọn mặt cắt xung yếu trên phạm vi toàn tuyến Vị trí
MC
Tên MC
địa chất Zđ Zđáy HS MNTK
Đầuđê CW-38 +6,03 0,0 3,5 +2,13
Hình 4.10. Mặt cắt đại diện của đê chắn sóng b, Xácđịnh biên tải trọng tácđộng lên công trình
Xétảnh hƣởng của sóng biển tác động tớiổnđịnh của công trình dƣới tác động của 1 con sóng trong điều kiện mực nƣớc triều nhỏ nhất Zmin = +0,5 m.
Theo nhƣ tính toánở trên ta cóáp lực tác động tới các lớp đất lần lƣợt là:
- Tại vị trí z = 0
- Tại vị trí z = 5
U(z,t) = .U0 = 0,1.8,338 = 0,8338 (Kpa)
Quy đổi 1m = 10 Kpa ta có đƣợc các giá trịáp lực quy đổi lần lƣợt là U(z = 0) = 0,8 (m) và U(z = 5) = 0,08 0,1(m)
c, Tải trọng của lớp vật liệu thiết kế
Tải trọng vật liệu thiết kế bao gồm tải trọng của khối phủ (RAKUNA IV), tải trọng của vật liệuđálõiđê và tải trọng của lớp đá lót. Trong phần mềm Geo-Slope các tải trọng của khối phủ, tải trọng của lớp đá lót đƣợc thể hiện qua dung trọng bản thân của vật liệu, tải trọng của thùng chìm đƣợc thể hiện qua vật liệu bê tông, trọng lƣợng riêng của vật liệu.
Bảng 4.7. Các chỉ tiêu của lớp vật liệu thiết kế
Loại vật liệu sat(kN/m3) unsat(kN/m3) (o) C (kN/m2) E
(kN/m2) Khối phủ RAKUNA IV 16 12 25 0,1 4x106 Lớp đá lót 15 12,6 22 0,1 1,6x105 Lớpđá lõiđê 17,7 14,7 20 0,1 1,44x105
d, Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tại mặt cắt CW-38
Dựa vào “Báo cáo địa chất công trình” của khu vực nghiên cứu, đặc điểm chung của nền địa chất tại khu vực tính toán:Ranh giới giữa các lớp đất, đá rõ ràng không bị lẫn vào nhau.Tồn tại lớp đất yếu (lớp thấu kính, lớp sét) bị kẹp giữa lớp cát 3, lớp cát 3a dày từ 1,2 đến 2,4m và các lớp đá (lớp8a, 8b, 8c). Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất của hố khoan CW38 đƣợc thể hiện trong phụ lục tính toán.
Hình 4.11. Bình đồ khu vực bố trí các hố khoan địa chất Tuyến đê chắn sóng
Đặc trƣng của các lớp đất tại hố khoan CW38:
- Lớp 3a: Cát pha xám đen, xám trắng, xám ghi, xám vàng, dẻo.
Lớp 3a phân bố cục bộ, chỉ xuất hiện trong hố khoan DC7, DC8, DC11 và DC15, nằm dƣới lớp 3a tại chiều sâu từ 2.2m (DC15) đến 15.3m (DC8). Mặt lớp tại cao độ -4.0m đến -9.3m. Bề dày của lớp tƣơng đối ổn định trung bình 3.0m. Thành phần chủ yếu của lớp là Cát pha xám đen, xám trắng, xám ghi, xám vàng, trạng thái dẻo.
- Lớp 5b: Sét pha màu xám trắng, xám ghi, xám xanh, đôi chỗ nâu vàng, lẫn ít sỏi sạn thạch anh, trạng thái dẻo mềm
Lớp 5b chủ yếu nằm dƣới lớp 4 một phần nhỏ nằm dƣới lớp 3a hoặc nằm ngay dƣới lớp 3. Lớp này bắt gặp ở độ sâu 7.3m đến 16.0m. Mặt lớp gặp tại cao độ -4.3 -:- -10.5m, đáy lớp kết thúc tại cao độ -7.5 -:- -12.8m. Bề dày của lớp thay đổi từ 1.4m đến 5.3m, trung bình 3.4m. Thành phần chủ yếu của lớp là Sét pha màu xám trắng, xám ghi, xám xanh, đôi chỗ nâu vàng, lẫn ít sỏi sạn thạch anh, trạng thái dẻo mềm.
- Lớp 5: Sét pha màu xám trắng, xám ghi, xám xanh, đôi chỗ nâu vàng, lẫn ít sỏi sạn thạch anh, trạng thái dẻo mềm
Lớp này bắt gặp ở độ sâu 1.1m đến 9.6m. Mặt lớp gặp tại cao độ -2.50 -:- - 9.3m, đáy lớp kết thúc tại cao độ -4.40 -:-- 12.6m. Bề dày của lớp thay đổi từ 1.3m đến 4.9m, trung bình 3.1m. Thành phần chủ yếu của lớp là Sét pha màu xám trắng, xám ghi, xám xanh, đôi chỗ nâu vàng, lẫn ít sỏi sạn thạch anh, trạng thái dẻo mềm.
- Lớp 8a: Đá riolit phong hoá mãnh liệt thành sét pha lẫn dăm sỏi, sạn màu xám vàng, xám trắng, trạng thái cứng.
Lớp 8a nằm dƣới lớp 5 hoặc lớp 3, tại độ sâu 7.1m đến 9.2m. Cao độ mặt lớp thay đổi từ -8.5m-:- -11.7m. Bề dày của lớp thay đổi từ 1.9m đến 2.1m, trung bình 2.0m. Thành phần chủ yếu của lớp là đá riolit phong hoá mãnh liệt thành thành sét pha lẫn dăm sỏi, sạn màu xám vàng, xám trắng, trặng thái cứng.
Lớp 8b bắt gặp tại tất cả các hố khoan. Lớp 8b nằm dƣới lớp 8a, lớp 7 hoặc một phần lớp 5 ở độ sâu 11.6m đến 21.83m. Bề dày của lớp thay đổi từ 0.6m đến 9.2m, trung bình 4.9m. Mặt lớp có cao độ thay đổi từ -11.8m đến -22.9m, trung bình -16.0m. Thành phần chủ yếu của lớp là đá riolit phong hoá, nứt nẻ, vỡ vụn mạnh, màu xám vàng, nâu vàng. Đá gốc bị phong hoá trung bình đôi chỗ phong hoá mạnh, khối đá nứt nẻ mạnh. Thành phần khoáng vật bị biến đổi khiến mầu sắc ban đầu của đá gốc thay đổi sang màu xám vàng, nâu nhạt. Bề mặt khe nứt thƣờng đọng lớp mỏng oxyt Fe, Mn mầu nâu đen, một phần khe nứt đƣợc lấp nhét bằng sét, sạn. e, Thiết lập cáctrƣờng hợp tính toán
Các trƣờng hợp tính toán sử dụng trong luận văn để kiểm tra ổn định tổng thể của công trình:
TH1:Tính toán ổn định tổng thể chƣa xét tới tải trọng sóng biển
TH2: Tính toán ổn định tổng thể có xét tới áp lực của sóng biển khi chƣa sử dụng vải địa kỹ thuật
TH3: Tính toán ổn định tổng thể có xét tới áp lực của sóng biển có sử dụng vải địa kỹ thuật trong điều kiện tổ hợp tải trọng cơ bản
Tổ hợp tải trọng cơ bản đƣợc xét đến trong trƣờng hợp này bao gồm áp lực do dao động của sóng ứng với mực nƣớc triều thấp trong nhiều năm.
TH4: Tính toán ổn định tổng thể có xét tới áp lực của sóng biển có sử dụng vải địa kỹ thuật trong điều kiện tổ hợp tải trọng đặc biệt
Tổ hợp tải trọng đặc biệt đƣợc xét đến trong trƣờng hợp này bao gồm áp lực do dao động của sóng ứng với mực nƣớc triều thấp nhất trong nhiều năm.
Phƣơng pháp tính toán:
Tính toán ổn định theo phƣơng pháp mặt trƣợt trụ tròn, áp dụng theo phƣơng pháp tính toán của Bishop
Hình 4.14. Sơ đồ tính toán theo phƣơng pháp Bishop
Hệ số ổn định Kj ứng với một mặt trƣợt tròn có tâm Oj đƣợc xác định theo công thức sau: Kj = n i i i j i n i i i i i Q R Y F m tg Q l c 1 1 sin ) / ( cos (1) Với mi = (1 + j k tg i tg i)-1 (2)
- li: chiều dài cung trƣợt trong phạm vi mảnh i - n: tổng số mảnh trƣợt trong phạm vi khối trƣợt
- i: góc giữa pháp tuyến của cung li với phƣơng của lực Qi - Rj: bán kính đƣờng cong của cung trƣợt
- Ci và i: lực dính và góc ma sát trong của lớp đất chứa cung trƣợt li của mảnh trƣợt thứ i
- F: lực giữ (chống trƣợt) do vải địa kỹ thuật gây nên.
Theo phƣơng pháp của Bishop, hệ số ổn định cho phép: 1,25 ≤ [Kfs] ≤ 1,30
TH1: Tính toán ổn định tổng thể chƣa xét tới tải trọng sóng biển
Trong trƣờng hợp tính toán này chỉ xét tới tổ hợp tải trọng cơ bản ứng với mực nƣớc thiết kế z = +2,13 m
Hình 4.15. Vẽ mặt cắt thiết kế của đê, khai báo vật liệu và chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
Hình 4.16. Vẽ đƣờng áp lực nƣớc tƣơng đƣơng với mực nƣớc thiết kế
Hình 4.17. Kết quả tính toán ổn định, kfs = 1,25
Kết quả tính toán ổn định cho hệ số ổn định kfs = 1,25 phù hợp với điều kiện hệ số an toàn cho phép
TH2: Tính toán ổn định tổng thể có xét tới áp lực của sóng biển khi chƣa sử dụng vải địa kỹ thuật
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 1819 20 21 22 23 2425 26 27 28 29 30 31 3233 34 35 36 37 3839 40 41 42 43 44 45 4647 48 49 50 51 5253 54 55 56 57 58 59 6061 62 63 64 65 6667 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 Khoang cach 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 C a o d o -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 1.252 Khoang cach 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 C a o d o -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12
Trong trƣờng hợp này,tính toán ổn định dựa trên tổ hợp tải trọng cơ bản có xét đến sử ảnh hƣởng của áp lực khe rỗng u của các lớp đất nền dƣới tác động của sóng biển theo lý thuyết của DE ROUCK:
(1)Xét sự ảnh hƣởng của mực nƣớc do sóng tác động trong điều kiện mực nƣớc nhỏ nhất MN min = +0.5 m, chiều cao sóng H = 3,5m
(2)Xét ảnh hƣởng áp lực U tới các lớp đất dƣới nền do tác động của sóng theo công thức của DE ROUCK
Hình 4.19. Vẽ áp lực tác động tới lớp đất cát (h = 1 m)
Hình 4.20. Áp lực tác động tới lớp đất sét (h = 0,1 m)
Hình 4.21. Kết quả tính toán ổn định, kfs = 1,07 Kết quả tính toán hệ số ổn định kfs = 1,07 < [kfs]
Khi tính toán có xét đến áp lực nƣớc khe rỗng từ trong các lớp đất nền và sóng thiết kế ứng với thời điểm mực nƣớc nhỏ nhất trong tổ hợp tải trọng cơ bản, công trình bị mất ổn định tổng thể. Do đó cần phải có giải pháp gia cố nền đê
TH3: Tính toán ổn định tổng thể có xét tới áp lực của sóng biển có sử dụng vải địa kỹ thuật trong điều kiện tổ hợp tải trọng cơ bản
Qua tính toán ổn đinh theo theo trƣờng hợp 2 ta có đƣợc hệ số an toàn của công trình kfs = 1,07 nhỏ hơn hệ số ổn định cho phép 1,25 ≤ [kfs] ≤ 1,30. Do đó cần phải có thêm biện pháp gia cƣờng làm tăng tính ổn định cho công trình. Trong trƣờng hợp này ta sử dụng vải địa kỹ thuật làm biện pháp để gia cố ổn định tổng thể cho công trình 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 1.083 Khoang cach 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 C a o d o -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12
Bố trí vải địa kỹ thuật
Việc bố trí vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: Địa hình và địa chất của khu vực xây dựng công trình, phƣơng án thi công, kết cấu của công trình. Do địa hình khu vực sâu dƣới mực nƣớc rất khó để nạo vét lớp đất đá hữu