Tkc q6 chuong 04 thiet ke de chan song (rev3)

Một số phương án mặt bằng các tuyến đê chắn sóng có thể gặp trong thực tế xây dựng bể cảng... Các loại dạng sắp xếp các tuyến đê chắn sóng của bể cảng Trong đó: A: là hướng sóng chủ yếu

THIẾT KẾ ĐÊ CHẮN SÓNG

4

1 TỔNG QUAN 1

2 YÊU CẦU THIẾT KẾ 1

2.1 Thông số thiết kế 1

2.2 Tiêu chuẩn áp dụng 2

2.3 Phần mềm áp dụng 4

3 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 5

3.1 Phương án mặt bằng các tuyến đê chắn sóng 6

3.2 Cửa cảng 8

3.3 Phân loại kết cấu đê chắn sóng 9

3.4 Đê chắn sóng mái nghiêng 11

3.5 Các bộ phận cơ bản của đê mái nghiêng 12

3.6 Kết cấu thân đê 14

3.7 Xác định trọng lượng các khối phủ mái 16

3.8 Thiết kế mặt cắt ngang đê mái nghiêng 17

3.9 Tính toán đê mái nghiêng 24

1 TỔNG QUAN

Nhà máy nhiệt điện than phần lớn được xây dựng ở các vùng ven bờ biển để thuận lợi cho việc cung cấp nước làm mát và nhập nguyên liệu than Vì vậy, cảng than nhà máy nhiệt điện than thường sẽ là cảng nằm ở ven bờ biển Về mặt tác động, nó chịu các yếu

tố tự nhiên của động lực biển như sóng, bão, thuỷ triều, hải lưu, nước dâng, chuyển động của bùn cát ven bờ, nước ngầm, động đất - sóng thần,…

Do nhu cầu than cho nhà máy là liên tục nên cảng than cần phải làm việc liên tục Để đảm bảo cho cảng than làm việc liên tục trước các tác động của sóng, dòng chảy, bồi lắng thì cần phải có đê chắn sóng để bảo vệ

Đê chắn sóng là công trình bảo vệ cho khu vực phía trong đê tránh khỏi tác động của sóng

Đê chắn sóng tạo ra vùng lặng sóng phía trong, bảo vệ cho cảng và tạo điều kiện thuận lợi cho tàu quay trở, neo đậu, bốc hàng

Góp phần làm giảm khả năng bồi lắng phía trong bể cảng

2 YÊU CẦU THIẾT KẾ

2.1 Thông số thiết kế

2.1.1 Phân cấp công trình đê chắn sóng

Theo thông tư 03/2016/TT-BXD ngày 10/03/2016 của Bộ Xây Dựng về quy định về phân cấp công trình xây dựng thì công trình đê chắn sóng được phân thành các cấp như sau:

Tiêu chí phân cấp

Cấp công trinh Đặc biệt I II III IV

1% (1 lần trong 100 năm) – đối với công trình cấp I;

5% (1 lần trong 20 năm) – đối với công trình cấp II, III;

10% (1 lần trong 10 năm) – đối với công trình cấp IV;

- Cấp I, II

- Cấp III, IV

1

5 Công trình chắn sóng có mái dốc gia cố bằng:

 Mô đun phổ sóng gió ven bờ MIKE 21- NSW: Mô đun này được sử dụng để xác định trường sóng tại các khu vực ven bờ

 Mô đun tính sóng xâm nhập MIKE 21 - EMS: Mô đun này để tính sóng xâm nhập vào khu vực ven bờ và vào trong bể cảng

 Mô hình MIKE 21 SW (Spectral Waves) là mô hình tính toán quá trình sóng lan truyền, phát triển và suy tàn trong khu vực ven bờ của sóng gió

Một số dữ liệu đầu vào dùng để tính toán sóng như: Địa hình đáy biển khu vực dự án, gió mùa và gió bão khu vực dự án, mực nước thủy triều thiết kế khu vực dự án

2.2 Tiêu chuẩn áp dụng

Bảng 1 Tiêu chuẩn được áp dụng trong thiết kế

No Tiêu chuẩn Mã hiệu

A Tiêu chuẩn việt nam

1 Quy trình khai thác kỹ thuật Công trình cảng

biển và khu nước – Tiêu chuẩn cơ sở

TCCS03:2010/CHHVN

2 Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ cảng biển –

Tiểu chuẩn cơ sở

TCCS04:2010/CHHVN

3 Quy định kỹ thuật khai thác cầu cảng 109/QĐ-CHHVN ngày

3 tháng 10, 2005

4 Tiêu chuẩn thiết kế cảng biển 22 TCN 207: 1992

5 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737:1995

6 Công trình thủy công - Tải trọng và tác động

(do sóng và tàu) lên công trình thủy (Tiêu

chuẩn thiết kế)

TCVN8421:2010

7 Hướng dẫn thiết kế đê biển 14 TCN 130:2002

8 Công trình thủy lợi – Yêu cầu thiết kế đê

biển

TCVN 9901: 2014

9 Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển 1613/QĐ-BNN-KHCN

10 Quy trình thi công & nghiệm thu công tác

nạo

924-QĐ/KT4 (21/4/1975)

11 Công tác đất - Thi công, nghiệm thu TCVN 4447:2012

12 Quy trình thiết kế kênh biển 115-QD-KT4

13 Kết cấu BT và BTCT thủy công – Tiêu

No Tiêu chuẩn Mã hiệu

17 Kết cấu Bê tông và bê tông cốt thép – Yêu

cầu bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường

19 Quyết định về báo hiệu hàng hải 53/2005/QĐ-BGTVT

20 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về báo hiệu

hàng hải

QCVN 20:2010/BGTVT

21 Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu –

2 Maritime structures – Part 1: Code of

practice for general criteria

BS 6349– Part 1

3 Maritime structures – Part 5: Code of

practice for dredging and land reclamation BS 6349– Part 5

4 Maritime structures – Part 7: Guide to the

design and construction of breakwaters BS 6349– Part 7

2.3 Phần mềm áp dụng

Bảng 2 Bảng phần mềm áp dụng trong tính toán

1 SLOPE/W (GeoStudio, America) Tính toán mái dốc và ổn định nền đất

2 PLAXIS (PLAXIS, Netherland) Tính toán mái dốc và ổn định nền đất

4 MICROSOFT EXCEL (Microsoft,

America)

Hỗ trợ lập bảng tính, thuyết minh tính toán

5 MICROSOFT WORD (Microsoft,

America)

Hỗ trợ lập thuyết minh tính toán, thuyết minh báo cáo

STT PHẦN MỀM ÁP DỤNG

6 AUTODESK AUTO CAD

(Autodesk, America) Lập bản vẽ Xây dựng

Hình 1 Quy hoạch đê chắn sóng

 An toàn cho tàu đậu với mọi hướng sóng tác dụng

 Ngăn chặn hoặc giảm đến mức tối thiểu sự lắng đọng của bùn cát, song song với yêu cầu chắn sóng, hệ thống đê của bể cảng biển phải ngăn sự di chuyển của bùn cát do dòng ven hoặc dòng lục địa mang đến Giải pháp hữu hiệu hơn cả là đẩy bùn cát ra

xa bờ hoặc tích tụ bùn cát ở phía ngoài đê (khu vực sát bờ) tạo thành bãi biển nhân tạo

Hình 2 Sơ đồ tuyến đê chắn sóng đẩy bùn cát ra xa bờ

Hình 3 Sơ đồ bố trí tuyến đê và cửa cảng

 Có khả năng để mở rộng cảng trong tương lai

 Tàu ra vào thuận tiện

Điều này gắn chặt với tuyến kênh biển sao cho:

+ Luồng vào ra của tàu là ngắn nhất;

+ Hệ thống báo hiệu hàng hải đơn giản;

+ Tốc độ phát triển ngưỡng cạn vô cùng chậm hoặc bằng không

Các yêu cầu trên đây là các định hướng cơ bản đồng thời cũng là các nguyên tắc quy hoạch các tuyến đê chắn sóng cho một bể cảng biển Bể cảng tối ưu nhất là có diện tích hữu hiệu nhất Muốn thế cần dựa vào tuyến đê và hướng sóng giải các bài toán nhiễu xạ trong bể cảng bằng mô hình toán học hoặc mô hình vật lý hoặc đồng thời cả hai

3.1 Phương án mặt bằng các tuyến đê chắn sóng

Một số phương án mặt bằng các tuyến đê chắn sóng có thể gặp trong thực tế xây dựng

bể cảng

Hình 4 Các loại dạng sắp xếp các tuyến đê chắn sóng của bể cảng

Trong đó:

A: là hướng sóng chủ yếu đi vào cửa cảng

B: là đường bờ tự nhiên

C: là tuyến mép bến

3.2 Cửa cảng

Cửa cảng là vấn đề rất cốt lõi, ảnh hưởng trực tiếp tới các yêu cầu nêu ở mục 2, cụ thể phải xem xét các vấn đề: số lượng cửa cảng, hướng tàu vào, chiều rộng cửa cảng, vị trí đặt cửa

3.2.1 Số lượng cửa cảng

Một bể cảng biển chỉ nên bố trí một cửa cảng, bất đắc dĩ mới bố trí hai cửa trong các trường hợp sau:

 Quân cảng, bắt buộc phải có cửa thứ hai để tháo lui lúc nguy cấp

 Thương cảng khi chỉ xây dựng có duy nhất một tuyến đê đảo, mỗi cửa nằm

ở một đầu của tuyến đê đó

 Bể cảng thương mại được mở rộng, tạo thành hai tầng cửa trong và ngoài, thậm trí có trường hợp ba tầng cửa

3.2.2 Hướng tàu vào

Hướng tàu vào cửa cảng, trước hết không được song song với bờ vì tạo ra diện tích hứng gió và sóng tối đa, làm tàu dễ bị chệch hướng khó lái

Hình 5 Sơ đồ hướng tàu vào cửa cảng

Góc α hợp bởi giữa hướng tàu vào (trục dọc luồng kênh biển) và bờ phải thoả mãn: α

≥ 30º Ngoài ra hướng tàu vào không được trùng với hướng sóng chính thống, khi trùng

dễ bị va quệt vào hai đầu đê Góc β giữa hướng sóng chính thống và hướng tàu vào nên lấy: β = 30º ÷50º

Đối với các cảng biển có tàu viễn dương: B = 200÷300m

Các chiều rộng B ở trên là ứng với chiều rộng đủ độ sâu cho tàu ra vào Nếu kết cấu đê mái nghiêng thì chiều rộng thực tế thường lớn hơn chiều rộng tính toán Chiều rộng tối

ưu được chọn thông qua hàng loạt các thí nghiệm mô hình vật lý về chế độ sóng trong

bể cảng với đầy đủ các hướng sóng tác dụng

 Có độ sâu cho tàu ra vào và thực hiện các thao tác khác;

 Đẩy được nhiều bùn cát ra xa bờ

3.3 Phân loại kết cấu đê chắn sóng

3.3.1 Phân loại theo mặt bằng đê chắn sóng

Theo mặt bằng vạch các tuyến đê có thể phân loại thành

 Đê nhô: là tuyến đê một đầu cắm vào bờ, còn một đầu kia vươn ra xa biển tới cửa cảng đây là loại thường gặp và một bể cảng gồm hai đê nhô bao bọc;

 Đê đảo: là tuyến đê chắn sóng cả hai đầu đều không gắn với bờ Nếu một

bể cảng chỉ có một tuyến đê đảo thì thường áp dụng cho vịnh với ba phía là bờ;

 Đê hỗn hợp: hệ thống các tuyến đê của bể gồm cả đê nhô và đê đảo áp dụng giải pháp này khi bể cảng rộng và đi kèm với nó có từ 2÷3 cửa cảng

3.3.2 Phân loại đê chắn sóng theo tương quan với mực nước

Theo quan điểm này đê chắn sóng được phân thành hai loại: đê ngập và đê không ngập

 Đê ngập (Đê chìm) có cao trình đỉnh đê thấp hơn cao trình mực nước thi công, thậm chí còn thấp hơn cả mực nước thấp thiết kế Loại kết cấu này xây dựng khi bể cảng dùng làm bãi tắm hoặc chỉ ngăn cát, phù sa

 Đê không ngập có cao trình đỉnh đê luôn cao hơn mực nước cao thiết kế đối với cảng thương mại, cảng khách, cảng thuỷ sản chỉ nên thiết kế đê không ngập

3.3.3 Phân loại đê chắn sóng theo công dụng

Theo công dụng đê chắn sóng được phân thành các loại:

3.3.4 Phân loại đê theo hình dạng mặt cắt ngang

Cách phân loại này là chính xác nhất vì nó phản ánh được các đặc trưng cơ bản của kết cấu, không những về cấu tạo mà cả về phương pháp tính toán, các giải pháp thi công Dựa trên góc độ này kết cấu đê được phân thành:

 Đê tường đứng trọng lực;

 Đê chắn sóng mái nghiêng;

 Đê chắn sóng bắng cừ, cọc;

 Kết cấu đê hỗn hợp (nửa đứng, nửa nghiêng);

 Đê thuỷ khí và các loại kết cấu đặc biệt khác

Hình 6 Sơ đồ cấu tạo các loại đê chắn sóng

a) Tường đứng trọng lực; b) Mái nghiêng; c) Bằng cừ và cọc;

d) Đê hỗn hợp - Composite

Mỗi loại kết cấu đều có ưu và nhược điểm:

Bảng 1 Phân tích lựa chọn kết cấu đê

Nội dung

đánh giá

Đê tường đứng trọng lực

Đê mái nghiêng Đê cọc và cừ Đê hỗn hợp

Thi công chậm Thi công

nhanh

Thi công nhanh

Nội dung

đánh giá

Đê tường đứng trọng lực

Đê mái nghiêng Đê cọc và cừ Đê hỗn hợp

Bãi thi công Cần bãi thi

công đúc sẵn lớn,

Không cần bãi thi công

Cần bãi thi công cọc, cừ, bãi tập kết

Cần bãi thi công đúc sẵn lớn,

Công tác chuẩn

bị, chế tạo

Đòi hỏi nhiều công đoạn chế tạo

Không cần chế tạo sẵn

Đòi hỏi công đoạn chế tạo cọc, cừ

Đòi hỏi nhiều công đoạn chế tạo

Kỹ thuật, trình

độ thi công

Kỹ thuật cao,

có nhiều kinh nghiệm

Thi công đơn giản

Thi công đơn giản

Kỹ thuật cao,

có nhiều kinh nghiệm

Điều kiện địa

chất

Địa chất tốt Thi công được

cả nơi địa chất yếu

Thi công được

cả nơi địa chất yếu

Địa chất tốt

Sóng phản xạ

trong bể cảng

Sóng phản xạ cao

Có khả năng tiêu hao năng lượng sóng cao

Sóng phản xạ cao

Có khả năng tiêu hao năng lượng sóng cao Tận dụng vật

liệu địa

phương

Không tận dụng được

Tận dụng được Không tận

dụng được

Tận dụng 1 phần

Sửa chữa, bảo

dưỡng

Khó và chi phí cao

Đơn giản và chi phí thấp

Khó và chi phí cao

Khó và chi phí cao

Mức độ phổ

biến

Không phổ biến

Phổ biến Không phổ

biến

Không phổ biến

Kết luận Từ các phân tích trên cho thấy đê chắn sóng mái nghiêng là có nhiều

ưu điểm hơn cả Và đê chắn sóng mái nghiên nên được chọn làm đê chắn sóng cho cảng than nhà máy nhiệt điện

3.4 Đê chắn sóng mái nghiêng

3.4.1 Điều kiện áp dụng

Đê chắn sóng mái nghiêng được sử dụng ở những nơi có địa chất không cần tốt lắm, độ sâu không quá 20m

Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng rộng rãi nhằm tận dụng được các vật liệu sẵn

có, tại chỗ: đá, bêtông v.v Ngoài ra đê chắn sóng mái nghiêng còn ứng dụng nhiều khối bêtông có hình thù kì dị nhằm tiêu hao năng lượng sóng và liên kết với nhau

Đê mái nghiêng có các ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm:

 Tận dụng được vật liệu địa phương;

 Tiêu hao năng lượng sóng tốt, sóng phản xạ ít, nhất là khi mái nghiêng có

độ nhám cao;

 Thế ổn định tổng thể khá vững chắc vì là các vật liệu rời Nếu xảy ra mất

ổn định cục bộ Do đó đê mái nghiêng thích hợp với hầu hết các loại nền đất

 Cao trình đỉnh đê mái nghiêng thấp hơn so với đê tường đứng;

 Công tác điều tra cơ bản nền đất ít tốn kém hơn (lỗ khoan thưa và nông);

 Công nghệ thi công đơn giản có thể kết hợp hiện đại và thủ công

Nhược điểm:

 Tốn vật liệu gấp hai, ba lần so với tường đứng ở cùng một độ sâu;

 Không thể sử dụng mép ngoài để neo cập tàu;

 Đoạn gần cửa cảng giảm bề rộng hữu ích;

 Khi muốn làm đường gia thông trên mặt đê phải dùng các khối bê tông đỉnh;

 Tốc độ thi công chậm so với tường đứng ở cùng độ sâu

Mặc dù có các nhược điểm trên, đê chắn sóng mái nghiêng vẫn là giải pháp kết cấu thông dụng cho tất cả các nước Ở Việt nam, kết cấu đê chắn sóng mái nghiêng có mặt tại mọi bể cảng đã thi công và đang thiết kế: Phú quý, Bạch long vĩ, Phan thiết, Vũng áng, Chân mây, Dung quất, Liên chiểu, Duyên Hải, Vĩnh Tân

Dựa vào đặc điểm vật liệu và đặc thù cấu tạo, kết cấu đê chắn sóng mái nghiêng được phân loại thành:

 Đê mái nghiêng bằng đá;

 Đê mái nghiêng với khối bêtông gia cố hình hộp;

 Đê mái nghiêng với các khối bêtông phức hình

3.5 Các bộ phận cơ bản của đê mái nghiêng

3.5.1 Kết cấu chân khay

Chân khay được đưa vào đê giữ lớp phủ chính và chống xói Chân khay thường được làm bằng đá đổ tuy nhiên trong một số trường hợp phải dùng khối bê tông do kích thước lớn

Hình 7 Chân khay đê chắn sóng mái nghiêng

Trong trường hợp chân khay nằm trên đất nền có thể bị xói thì độ sâu bảo vệ của chân khay phải được xác định có tính đến phần dự phòng khả năng xói

3.5.2 Kết cấu khối bê tông đỉnh

Khối bê tông đỉnh được xây dựng nhằm mục đích tăng ổn định tổng thể, phục vụ giao thông, khối bê tông đỉnh có thể có gờ hắt sóng để giảm cao trình đỉnh đê

 Khối bê tông đỉnh hình chữ nhật:

Hình 8 Khối bê tông đỉnh chữ nhật

 Khối bê tông đỉnh chữ nhật có chân:

Hình 9 Khối bê tông đỉnh chữ nhật có chân

 Khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng

Hình 10 Các khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng

 Khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng và có chân

Hình 11 Các khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng, có chân

3.6 Kết cấu thân đê

3.6.1 Đê mái nghiêng bằng đá

Đá là vật liệu chiếm tỷ lệ lớn của đê mái nghiêng và thường được cung cấp tại chỗ Mặt khác đá không bị hạn chế bởi độ sâu nước

Đê mái nghiêng bằng đá có thể phân thành nhiều lớp, kích thước bên ngoài phụ thuộc vào chiều cao sóng Kích thước đá của lớp lõi được xác định sao cho đảm bảo về mặt kinh tế

Để chung chuyển kích thước giữa lớp lõi và lớp phủ mặt cần phải làm lớp đệm Nguyên tắc xác định đường kính của viên đá lớp đệm là sao cho nó không bị lọt ra bên ngoài lớp phủ mặt kết cấu

3.6.2 Đê mái nghiêng bằng khối bêtông hình hộp

Khi kích thước của lớp bên ngoài lớn hơn so với điều kiện cung cấp ta cần thay nó bằng các khối bêtông Các khối bêtông hình lập phương và khối hộp là một trong các phương

án phủ mặt đê mái nghiêng Chúng được sử dụng ở mọi độ sâu với chiều cao sóng từ 5

÷6m, trọng lượng từ 10÷50T

Các khối bêtông hình hộp có nhược điểm: trọng lượng lớn nhưng sự liên kết giữa các khối không bằng khối kỳ dị Tuy nhiên các khối hình hộp vẫn được sử dụng làm lớp phủ mặt ngoài của thềm đá hoặc gia cố phần mái nghiêng bên trong nơi có chiều cao sóng

bé

3.6.3 Đê mái nghiêng bằng khối dị hình:

Để tăng sự liên kết giữa các khối với nhau đối với những nơi có tải trọng sóng lớn người

ta thay khối chữ nhật bằng các khối dị hình Các khối dị hình ngoài ra còn có khả năng tiêu sóng tốt với mọi chiều cao sóng neo, do đó giảm áp lực nên đê mái nghiêng Khối

dị hình thường được sử dụng để phủ mặt ở phía bên ngoài và phía bên trong ở phần đầu

đê Các khối dị hình có thể khác, tuy nhiên ở Việt Nam thông dụng nhất là tetrapot Dưới lớp phủ mặt có thể có lớp đệm đá phụ thuộc kích thước của lớp ngoài và vật liệu lõi Lớp lõi được xác định giống như đê mái nghiêng bằng đá

Kết cấu điển hình của đê mái nghiêng với khối dị hình có thể như sau:

Hình 12 Đê mái nghiêng bằng khối Tetrapode

Hình 13 Cấu tạo đê mái nghiêng bằng khối Tribar