Thiết kế môn học công trình bảo vệ bờ và đê chắn sóng

Chương 1 : Hiệu chỉnh bình đồ. Dựng và trươn hoá các đường đồng mức, dựng các đường trung gian: trên bình đồ ta có nhiều đường đồng mức nên ta sẽ chọn chính các đường đồng mức làm các đường trung gian sao cho trên bình đồ ta có được 5 ÷ 7 đường trung gian để phục vụ cho việc thực hiện yêu cầu của đề tài. Sau khi hiệu chỉnh, ta có bình đồ như sau:

Mục lục

Chương 1 :

Hiệu chỉnh bỡnh đồ.

Dựng và trươn hoỏ cỏc đường đồng mức, dựng cỏc đường trung gian: trờn bỡnh đồ

ta cú nhiều đường đồng mức nờn ta sẽ chọn chớnh cỏc đường đồng mức làm cỏc đường

trung gian sao cho trờn bỡnh đồ ta cú được 5 ữ 7 đường trung gian để phục vụ cho việc

thực hiện yờu cầu của đề tài Sau khi hiệu chỉnh, ta cú bỡnh đồ như sau:

đư ờngưtrungưgian

đư ờngưđồngưmức

Pump H

Hỡnh 1.1 Hiệu chỉnh bỡnh đồ.

Chương 2 :

Tính toán thông số gió.

1.2 Chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt nước.

Khi xác định tham số sóng và nước dồn cần chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặtnước Tốc độ gió trên 10m so với mực nước trên biển được xác định theo công thức:

+ A: Địa hình trống trai (bờ biển, đồng cỏ, rừng thưa, đồng bằng);

+ B: Thành phố, rừng rậm hoặc địa hình tương tự có chướng ngại vật phân bố đều,chiều cao hơn 10m so với mặt đất;

+ C: Địa hình thành phố với chiều cao nhà hơn 10m

Với loại địa hình B, và tốc độ gió vt = 20m/s, tra bảng trên ta được Kf = 1,26

10 5.10 220458

Chương 3 :

Xác định mực nước lan truyền sóng.

1.4 Chiều cao nước dâng do gió.

Chiều cao nước dâng do gió h set được xác định qua quan trắc thực tế Nếu không

có số liệu quan trắc thực tế thì có thể xác định h set theo phương pháp đúng dần (coi độsâu đáy biển là hằng số)

+ h set: Nước dâng do nước dồn và bão;

+ h b: Nước dâng do bão (chênh lệch áp suất), b

n

P h





 

Với: + ΔP: Độ chênh áp, lấy ΔP = 0,1 atm;P: Độ chênh áp, lấy ΔP: Độ chênh áp, lấy ΔP = 0,1 atm;P = 0,1 atm;

+ γn: Trong lượng riêng của nước, γn = 1,025 T/m3

+ d: Độ sâu trung bình trên đà gió, d = 20 ÷ 25m, chọn d = 25m

+ αw: Góc hợp bởi hướng gió với pháp tuyến của đường bờ, αw = 300

o set

set set set

v L

c h

1.5 Mực nước lan truyền sóng.

lan truyền sóng = MNTT + h set = 2,5 + 1,9 = 4,4m

Chương 4 :

Xác định thông số sóng khởi điểm.

Vì công trình của chúng ta là công trình nằm ở ven bờ nên việc xác định thông sốsóng phải trải qua nhiều giai đoạn tương ứng với từng phân vùng sóng khác nhau:

- Vùng sóng khởi điểm : vùng mà sóng chưa bị biến dạng,khúc xạ

- Vùng sóng biến dạng : vùng mà sóng đã chịu ảnh hưởng của đường bờ

- Vùng sóng đổ

- Vùng sóng tràn lên bờ theo chu lỳ (sóng leo)

Phương pháp tính toán các thông số sóng khởi điểm tùy thuộc vào tính chất củasóng, Sóng khởi điểm là sóng có thể chịu ảnh hưởng của đường bờ hoặc không

Ta sử dụng phương pháp 6 tia để xem thông số sóng trong vùng không ảnh hưởngđường bờ hay là thông số sóng trong vùng chịu ảnh hưởng đường bờ Ta nhận thấy trongphạm vi xét thì đường bờ không phức tạp nên ta tính toán trong trường hợp thông số sóngtrong vùng không ảnh hưởng đường bờ

Sóng khởi điểm không chịu ảnh hưởng của đường bờ được chia làm 2 loại,cơ sở đểphân chia là sự liên quan giữa d và / 2 (với  là chiều dài sóng)

+ Sóng nước sâu: D  / 2

+ Sóng nước nông: D  / 2

1.6 Xác định chiều cao, chu kì, chiều dài sóng trung bình.

Chiều cao trung bình h (m) và chu kỳ trung bình của sóng d T(s) ở vùng nước sâuphải xác định theo đường cong ở đồ thị hình 4.1

Hình 1.1 Đồ thị xác định chiều cao, chu kì sóng.

Căn cứ vào các giá trị của các đại lượng không thứ nguyên gt/Vw, gL/V w2, gd/V w2

để xác định các trị số ghd/Vwvà gT/Vw, lấy các giá trị bé nhất tìm được để tính rachiều cao và chu kỳ trung bình của sóng Thời gian gió thổi t lấy bằng 21600s khi không

có số liệu

Nếu điểm tra nằm ngoài vùng đồ thị thì chỉ tra trên đường cong bao trên và khẳngđịnh được sóng khởi điểm là sóng nước sâu, nếu điểm tra nằm dưới đường cong bao trênthì sóng khởi điểm là sóng nước nông

Khi tốc độ gió thay đổi dọc theo đà gió thì cho phép lấy h theo kết quả xác địnhd

liên tiếp chiều cao sóng cho các đoạn có tốc độ gió không đổi

v gT

Như vậy ta lấy T 6,59( );s h d 2,36( )m

Chiều dài sóng khởi điểm: Chiều dài trung bình d của sóng xác định theo côngthức sau:

Vậy sóng tính toán là sóng nước nông

1.7 Phân vùng sóng khởi điểm.

Khi đã xác định được tham số sóng khởi điểm có thể là sóng nước sâu, có thể sóngnước nông, ta cần xác định ranh giới của vùng sóng khởi điểm

Vẽ mặt cắt dọc theo phương của gió

- Nếu là sóng nước sâu lấy từ MNTT một đoạn

Dựa vào phần đã tính toán ở trên, ta có kết luận sóng khởi điểm là sóng nước nông,rang giới của sóng khởi điểm là vùng có độ dốc i<0,001

Chương 5 :

Xác định thông số sóng biến dạng.

1.8 Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao của sóng.

Khi xác đinh độ ổn định và độ bền của công trình, suất đảm bảo tính toán của chiềucao sóng trong hệ sóng được lấy theo bảng 2.1- Xác định xuất bảo đảm thông số sóng củacông trình thuỷ “ trang 18, giáo trình Công trình đê chắn sóng và bảo vệ bờ biển TS ĐàoVăn Tuấn” Với công trình đê chắn sóng mái nghiêng có gia cố bằng các khối kì dị, trabảng ta được suất đảm bảo tính toán của chiều cao sóng là 2%

1.8.1 Chiều cao sóng biến dạng.

Chiều cao sóng có suất đảm bảo i% ở vùng nước nông với độ dốc đáy 0,001 đượcxác định theo công thức:

Trên mặt bằng khúc xạ, các tia sóng ở vùng nước sâu phải lấy theo hướng lantruyền sóng đã được cho trước, còn ở vùng nước nông thì phải kéo dài các tia đó phù hợpvới sơ đồ và các đồ thị trên hình 5-2.

Hình 2.1 Sơ đồ khúc xạ sóng.

Để xác định các giá trị a, ad trên ta cần làm như sau:

- Giả định 3 chùm tia sóng vùng sóng khởi điểm;

- Vẽ các tia khúc xạ

+ Trơn hoá đường đồng mức,

+ Lấy các đường đồng mức trung gian (các đường trung bình – sóng bắt đầu lệchhướng từ đây)

+ Vẽ ta sóng từ vùng khởi điểm vào vùng khúc xạ:

Tia sóng từ vùng khởi điểm gặp đường trung bình thứ nhất, xác định góc α1 là góchợp bởi tia tới với pháp tuyến của tiếp tuyến đường cong trung bình tại điểm tới

Xác định giá trị d / d ứng với 2 đường đồng mức 2 bên đường trung bình Xácđịnh ΔP: Độ chênh áp, lấy ΔP = 0,1 atm;α dựa vào đồ thị (lấy min d d1, 2

- Xét 3 chùm tia sóng từ vùng nước sâu cách nhau 25m (ad = 25m) Vẽ tia khúc xạcủa 3 chùm tia này theo các bước như trên Ta được 3 chùm tia tới đầu đê, thân đê và gốc

đê như hình vẽ

chïm tia 1

1 2 1 2

Hình 2.2 Sơ đồ tính thông số sóng biến dạng.

Vẽ được các tia lên bình đồ và đo được khoảng cách giữa các tia sóng, ta có bảngtính sau:

Bảng 2.1 Xác định hệ số khúc xạ k r theo hướng 1 (chùm tia 1).



0 1

gL

Bảng 1.4 Chiều cao sóng biến dạng theo hướng 2 (chùm tia 2).

1.8.2 Xác định chiều dài sóng biến dạng.

Bước sóng chuyển từ vùng nước sâu vào vùng nước nông phải được xác định theo

1.8.3 Xác định độ vượt cao của sóng.

Độ cao của đỉnh sóng trên mực nước tính toán ηc (m) phải tính toán theo trị số

Bảng 1.3 Độ vượt cao sóng biến dạng theo hướng 3 (chùm tia 3)

1.9 Phân vùng sóng biến dạng, vị trí sóng đổ lần đầu.

Khi tính toán thông sô sóng biến dạng cần xác định dọc theo tia khúc xạ đến tậnđường bờ, coi như sóng chưa đổ, dựa vào đồ thị hình 5-1 và giá trị hi với giá trị độ dốci<0,02 ta thiết lập được bảng tính sau:

Bảng 1.1 Giá trị độ sâu sóng đổ lần đầu theo hướng 1 (chùm tia 1)

2

h gT

cr d

cr d

Bảng 1.3 Giá trị độ sâu sóng đổ lần đầu theo hướng 3 (chùm tia 3).

2

h gT

cr d

Hình 1.2 Vị trí sóng đổ lần đầu theo hướng 1 (chùm tia 1)

Hình 1.3 Vị trí sóng đổ lần đầu theo hướng 2 (chùm tia 2).

Hình 1.4 Vị trí sóng đổ lần đầu theo hướng 3 (chùm tia 3).

Căn cứ vào đồ thị hình 5-7, ta thấy tại độ sâu d = 6,42m thì d=dcr Vậy tại vị trí đósóng theo chùm tia 1 đổ lần đầu

Căn cứ vào đồ thị hình 5-8, ta thấy tại độ sâu d = 6,41m thì d=dcr Vậy tại vị trí đósóng theo chùm tia 1 đổ lần đầu

Căn cứ vào đồ thị hình 5-9, ta thấy tại độ sâu d = 6,43m thì d=dcr Vậy tại vị trí đósóng theo chùm tia 1 đổ lần đầu

1.10.3 Độ vượt cao của sóng đổ.

Độ lệch của đỉnh sóng so với MNTT được xác định theo đường cong abo trên cùngcủa đồ thị hình 5.6 Ta có bảng tính sau:

Bảng 1.1 Độ vượt cao của sóng đổ.

c s i

Chương 7 :

Xác định thông số sóng đổ tại chân công trình.

Xác định thông số sóng tại chân công trình là vị trí đặt công trình có chiều sâu nước

là d và độ dốc là i Nếu công trình nằm trong vùng nào thì thông số sóng tính cho vùng

đó Tính toán đê mái nghiêng ta tính cho hai điểm ở đầu công trình và phần giữa côngtrình

Căn cứ vào tính toán ở chương 5 ta phân vùng được vùng sóng đổ và vùng sóngbiến dạng Ta thấy công trình nằm trong vùng sóng đổ và vùng sóng biến dạng nên cácthông số sóng tại chân công trình tính như thông số sóng trong vùng sóng đổ và vùngsóng biến dạng tùy từng điểm trên công trình

-Ta tính với ba điểm :

+Đầu đê: Có d = 7,8m nằm trong vùng sóng biến dạng được phân vùng bởi chùmtia thứ nhất

+Thân đê: Có d = 6m nằm trong vùng sóng đổ được phân vùng bởi chùm tia thứhai

+ Gốc đê: Có d = 5,1m nằm trong vùng sóng đổ được phân vùng bởi chùm tia thứba

Thực hiện các bước tính toán như ở các chương 5, 6 tính cho sóng biến dạng vàsóng đổ

1.12.1 Tính thông số sóng biến dạng với điểm đầu đê.

Các thông số sóng tại đầu đê như sau:

Bảng 1.1 Chiều cao sóng tại đầu đê.

Bảng 1.1 Chiều cao sóng tại thân đê.

c s i

1.12.3 Tính thông số sóng đổ với điểm gốc đê.

Bảng 1.1 Chiều cao sóng tại gốc đê.

c s i

Cần xác định giá trị sóng nhiễ xạ dọc theo chiều dài đê Các thông số sóng tới tại

Nhiệm vụ chính trong quá trình tính sóng nhiễu xạ là xác định được hệ số nhiễu xạ.

Hệ số nhiễ xạ được xác định tuỳ thuộc vào tính chất của sóng nhiễ xạ là nhiễu xạ qua 1

đê hay 2 đê chắn, điều này tuỳ thuộc vào hướng sóng và bình đồ tuyến đê Từ bình đồtuyến đê và hướng sóng đã tính toán, ta thấy sóng nhiễ xạ qua 1 đê (đê 2)

- Ta tính toán sóng nhiễ xạ cho 3 điểm nằm trên đê 1

+ Chọn điểm A tại vị trí đầu đê, có cao độ đáy là -3,4m, bán kình từ đầu đê tới điểm

1.13.1 Tính toán cho điểm đầu đê: điểm A.

Từ đầu đê, ta kẻ hai tia song song với hướng sóng ta được biên khuát sóng

A

B

C h­ íng­sãng­tíi

Hình 1.1 tính toán cho điểm đầu đê.

Ta có:

+ φ: Góc hợp bởi biên khuất sóng và đê, φ = 1200

+ β: Góc hợp bởi giủa biên khuát sóng và tia tới điểm tính A, nếu nằm phía trongbiên khuát sóng mang dấu dương, nếu nằm ngoài biên khuát sóng mang dấu âm, β = 640

Hệ số sóng nhiễu xạ được tính theo công thức:

if ,

11

 

5 3

Với φ, β tính theo radian

Hoặc có thể xác định theo tiêu chuẩn 22TCN222-95 (tương đương nhau) Khi a < 0thì Kdif,A = 1

Ta có:

5 3

1.13.2 Tính toán cho điểm thân đê: điểm B.

Từ đầu đê, ta kẻ hai tia song song với hướng sóng ta được biên khuất sóng

5 3

1.13.3 Tính toán cho điểm gốc đê: điểm C.

Từ đầu đê, ta kẻ hai tia song song với hướng sóng ta được biên khuất sóng

A

B

C h­ íng­sãng­tíi

Hình 1.1 Tính toán cho điểm gốc đê.

Ta có:

+ φ: Góc hợp bởi biên khuất sóng và đê, φ = 1200

+ β: Góc hợp bởi giữa biên khuát sóng và tia tới điểm tính A, nếu nằm phía trongbiên khuát sóng mang dấu dương, nếu nằm ngoài biên khuát sóng mang dấu âm, β = 470.Tính tương tự như đối với điểm đầu đê, Ta có:

5 3

1.13.4 Chiều cao sóng nhiễu xạ.

Chiều cao sóng nhiễu xạ hdif (m)trong khu nước được che chắn xác định theo côngthức:

Trong đó:

+ kdif: Hệ số nhiễu xạ;

+ hi: Chiều cao sóng với suất đảm bảo i%, hi phải lấy ở vị trí bắt đầu nhiễu xạ

Ts có bảng tính toán sau:

Bảng 1.1 Chiều cao sóng nhiễu xạ.

Theo quy phạm Nhật Bản:

1 3

+ H1%: Chiều cao sóng ứng với suất đảm bảo i = 1%

- Với đầu đê: d = 7,8m

s

H

+ H LW : Cao trình mược nước lặng: H LW = 2,5m

Như vậy cao trình đỉnh đê là: đỉnh đê = 0,6.3,09 + 2,5= 4,354m

- Với thân đê: d = 6m

gd

V   , ta được k1% = 2,18

Vậy ta lấy k1% = 2,18 Nên ta có H1% = 2,18.2,36 = 5,145m.

1%

1/3

5,145

3,0361,68 1,68

s

H

+ H LW : Cao trình mược nước lặng: H LW = 2,5m

Như vậy cao trình đỉnh đê là: đỉnh đê = 0,6.3,036 + 2,5=4,322m

s

H

+ H LW : Cao trình mược nước lặng: H LW = 2,5m

Như vậy cao trình đỉnh đê là: đỉnh đê = 0,6.3,02 + 2,5=4,312m

Vậy chọn cao trình đỉnh đê, thân đê và gốc đê bằng nhau và bằng 4,3m

 Đối với phần đầu đê: m = 2

Trọng lượng khối phủ Accropode theo công thức Hudson là:

3 3

b s b d

H W

+ b = 2,4 T/m3: Trọng lượng riêng của khối phủ

+  = 1,025 T/m3: Trọng lượng riêng của nước

Trong lượng khối phủ Accropode theo công thức Hudson là:

3 3

b s b d

H W

+ b = 2,4 T/m3: Trọng lượng riêng của khối phủ

+  = 1,025 T/m3: Trọng lượng riêng của nước

3 3

 Đối với gốc đê: m = 2

Trong lượng khối phủ Accropode theo công thức Hudson là:

3 3

b s b d

H W

+ b = 2,4 T/m3: Trọng lượng riêng của khối phủ

+  = 1,025 T/m3: Trọng lượng riêng của nước

3 3

.

n K W

Tróng đó:

+ n = 1: Số lớp

+ KΔP: Độ chênh áp, lấy ΔP = 0,1 atm;: hệ số, tra bảng 4.19, sách giáo trình, ta có KΔP: Độ chênh áp, lấy ΔP = 0,1 atm; = 1,51

+ W: trọng lượng khối phủ

+ Wa = 2,4 T/m3: Trọng lượng riêng của khối phủ

Chiều dày lớp phủ đầu đê

1 3

2,381.1,51 1,5

2,861.1,51 1,6

2,11.1,51 1, 4

Trọng lượng của viên đá lớp lót có thể lấy bằng 1/10 trọng lượng khối phủ

Kích thước của một viên đá lớp lót phải đảm bảo sao cho không bị trôi ra ngoài lớpphủ bởi sóng hoặc dòng chảy

Lớp lót có chức năng:

- Hoạt động như một lớp lọc giữa lớp lõi và lớp phủ;

- Tạo ra một nền ổn định cho lớp phủ;

- Tiêu hao năng lượng sóng khi đi qua lớp phủ;

- Bảo vệ vật liệu lõi khi có sóng vừa phải và khi thi công

Khối lượng viên đá lớp lõi là: W 2,86 0, 286

 Tính toán viên đá lớp lõi:

Khối lượng viên đá lớp lõi được lấy bằng W W

200 4000

Khối lượng đá lớp lõi thân đê là W 2,86 0,0286

Số khối phủ được sắp xếp trên một đơn vị diện tích xác định theo công thức sau:

+ Na: Số khối phủ trên một đơn vị diện tích A = 1m2

+ P: Hệ số rỗng của vật liệu phủ mái, với Accopode TT < 5m3 tra bảng 4.19 (trang

B

Trong đó;

+ B: Bề rộng đỉnh đê;

+ n = 4: Số khối phủ;

+ KΔP: Độ chênh áp, lấy ΔP = 0,1 atm; = 1,52: Hệ số tra bảng 4.19 – Giá trị KΔP: Độ chênh áp, lấy ΔP = 0,1 atm; và P đối với khối Accopode (trang

130, sách giáo trình)

+ W = 2,86T: Trọng lượng khối phủ;

+Wa = 2,4T/m3: Khối lượng riêng của khối phủ

1 3

2,864.1,51 6, 4

1.18.2 Tính toán đầu đê:

 Kích thước, cấu tạo đầu đê:

Chọn cao trình đầu đê bằng 1,5 cao trình thân đê:

Bd = 1,5.6,4 = 9,6m

 Kích thước khối phủ đầu đê:

Kích thước khối phủ đầu đê được xác định theo công thức của Hudson:

3 3

b s b d

H W

+ b = 2,4 T/m3: Trọng lượng riêng của khối phủ

+  = 1,025 T/m3: Trọng lượng riêng của nước

3 3

Trọng lượng viên đá lớp lõi tương ứng với suất đảm bảo

Chương 9 :

Xác định cao trình đỉnh đê, kích thước đá chân khay.

Khi tính toán chiều rộng chân khay ta phải tính toán cho trường hợp bất lợi nhất đó

là khi mực nước xuống thấp nhất Khi đó phần trọng lượng nằm trên mặt nước khôngchịu tác động của áp lực đẩy nổi sẽ là lớn nhất

Để tính toán ổn định ta cắt ra 1m dài dọc theo thân đê

Chiều dày đá chân khay không nhỏ hơn 0,5 lần bề dày lớp gia cố Mái dốc 2 bên là1÷1,5

chân khay < MNLTS - 1,25 hTK

Trong đó :

MNLTS = 4,44m

hTK= hi : chiều cao sóng tại các vị trí tính toán

Ta có bảng cao trình chân khay tại các vị trí tính toán như sau:

Bảng 1.1 Cao trình chân khay.

H N

D



Trong đó:

+ HS: Chiều cao sóng đáng kể tại chân công trình

Với ρs = 2,4T/m3: Khối lượng riêng của đá;

ρW = 1,025T/m3: Khối lượng riêng của nước biển

+ hb: Độ sâu khu nước tại điểm đang xét.

Ta có bảng tính toán sau: Với 3

S

N tra đồ thị 4.39 – Đồ thị xác định kích thước viên

đá chân khay (trang 138, sách giáo trình)

Bảng 1.1 Tính toán viên đá chân khay.

h h

Chiều rộng chân khay phải tối thiểu chứa được 4 khối gia cố

Dựa vào đường kính viên đá chân khay, ta có bảng sau:

Bảng 1.1 Tính toán chiều rộng chân khay.