Bài giảng Công trình bảo vệ bờ 2

Coastal & Marine Engineering 25 Phân loại đê  Theo cấu tạo mặt cắt ngang: * Khối trọng lực monolithic: tường đứng, thùng chìm caisson * Khối đổ rời đá, cấu kiện BT mound: đá đổ mái nghi

Trang 1

Đại học Thủy Lợi - Khoa Kỹ thuật Biển

Bộ môn KTCT Biển

Tập bài giảng môn học CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ II

Tập 1

Đê chắn sóng đá đổ (mái nghiêng)

Phân bố: + Lý thuyết: 45 tiết

+ Đồ án (học phần riêng): 15 tiết Trọng số điểm quá trình: 30% (bắt buộc tham gia đồ án) Hình thức thi: tự vấn đáp (được phép mở tài liệu)

Giảng viên: GS.TS Thiều Quang Tuấn

Cập nhật: K58B

Trang 2

ThuyLoi University (TLU) 1

Công trình bảo vệ bờ II

GS.TS Thiều Quang Tuấn

Email: Tuan.T.Q@tlu.edu.vn, Tel: 0976401973

Bài giảng cho K58B 02/2020

Coastal & Marine Engineering

Các vấn đề chung

Vai trò, phân loại

Bố trí không gian đê chắn sóng

Các điều kiện biên thủy lực thiết kế

Trang 3

3

Danh mục tài liệu tham khảo

[1] K' d Angremond and F.C Van Roode 2003 Breakwaters

and Closure dams

[2] Coastal Engineering Manual CEM, 2002

Trang 4

5

Vai trò của đê chắn sóng

6

Trang 5

7

1 Vai trò của đê chắn sóng

Gijon, Tây Ban Nha

Trang 6

9

10

• Giảm năng lượng sóng khi tiến vào bờ

• Che chắn tạo vùng nước lặng (bể cảng)

cho tàu thuyền neo đậu

• Chống xói lở bờ, hoặc giảm bồi lắng

luồng tàu

Là công trình hạn chế các tác động của

sóng đến vùng bảo vệ phía sau

Trang 7

11

3

1

2

3 - Khu neo ®Ëu

2 - Khu chuyÓn t¶i

1 - Khu quay trë Diện tích hữu dụng của bể cảng

Bố trí không gian ĐCS (mặt bằng)

NM Lọc hóa dầu Nghi Sơn

Trang 9

15

Công trình hay không công trình ?

Trang 10

3 Giảm thiểu bùn cát bồi lắng vào luồng tàu

4 Thuận tiện cho tàu ra vào (tránh va chạm

trong điều kiện sóng, gió)

5 Phù hợp với quy hoạch phát triển cảng

trong tương lai

Phương án bố trí tuyến đê bể cảng

c)b)

BBBCCA

AA

Phương án tuyến đê bể cảng (1)

Trang 11

19

Phương án tuyến đê bể cảng (2)

A

p)k)

l)AB

Am)

Hướng luồng cửa vào (1)

• Không song song với bờ

• Không dọc theo hướng sóng

• Tránh hướng gió ngang tàu

 > 30 o - 55 o

 > 30 o

Trang 13

23

Phân loại đê

Đê nối bờ, đê đảo (tách bờ), kết hợp

Đê ngầm (chìm, đỉnh thấp), Đê nhô (không

ngập)

Đê chắn cát, Đê chắn sóng, Đê hướng dòng

Emerged breakwaters in Denmark

Emerged breakwaters in UK

Low crested during storm surge, IJmuiden, NL

Trang 14

25

Phân loại đê

 Theo cấu tạo mặt cắt ngang:

* Khối trọng lực (monolithic):

tường đứng, thùng chìm (caisson)

* Khối đổ rời (đá, cấu kiện BT) (mound):

đá đổ mái nghiêng, đê mái cơ (berm)

Trang 15

27

Phân loại đê

Trang 16

Xói chân không nhiều

Hư hỏng mang tính chất tích lũy

Dễ xây dựng, sửa chữa, bảo dưỡng

Yêu cầu nguyên vật liệu tậptrung trong thời gian ngắn

Chi phí sửa chữa cao

Chiếm nhiều không gian xâydựng

Độ sâu nước trung bình

Đê tường đứng

Tiết kiệm vật liệu xây dựng

Dễ dàng sửa chữa nhỏ

Độ sâu nước lớn

Tiết kiệm không gian xây dựng

Thời gian xây dựng nhanh

Yêu cầu địa chất cao

Yêu cầu thiết bị thi côngchuyên dụng

Khó sửa chữa, bảo dưỡng

Kinh tế/ linh động trong thiết kế

 Yêu cầu thiết bị thi côngchuyên dụng

 Khó sửa chữa, bảo dưỡng

Khó sửa chữa, bảo dưỡng

Yêu cầu thiết bị thi côngchuyên dụng

Trang 17

Trang 19

Sóng cạn & nhiễu xạ

 Sóng khúc xạ, sóng cạn, sóng đổ

 Sóng nhiễu xạ qua đê

Mô hình toán hoặc giải tích

Trang 20

 Tham số sóng dọc các bến neo đậu

38

Sóng nhiễu xạ

Mô hình sóng họ Boussinesq

Trang 21

Trang 22

 Mực nước theo tần suất đảm bảo p%

 Nước dâng (phân bố dài hạn)

Trang 23

2 Cấu tạo mặt cắt ngang

3 Khối phủ bê tông dị hình

4 Tải trọng và ổn định của khối phủ

5 Thiết kế mặt cắt ngang đê

NỘI DUNG

Trang 24

1 Điều kiện áp dụng

6 Cơ chế phá hỏng

NỘI DUNG

Đê đá đổ mái nghiêng

Trang 25

Đê Dung Quất (1)

Đê Dung Quất (2)

Trang 26

Đê NM Lọc hóa dầu Nghi Sơn

Điều kiện áp dụng

hợp với hầu hết các loại đất nền

Trang 27

hiện đại và thủ công (landborn & waterborn)

Nhược điểm

 Tốn nhiều vật liệu

 Tàu thuyền không neo đậu được

 Chiếm diện tích, giảm bề rộng hữu ích

gần cửa cảng

 Khi làm đường giao thông trên đỉnh

phải dùng các khối bê tông

 Tốc độ thi công chậm so với tường

Trang 28

6 Cơ chế phá hỏng

NỘI DUNG

Lớp phủ ngoài (Armour layer)

Lớp giữa (Under layer) Lõi đê (core) Chân đê (toe)

Mũ BT (Crown/Cap)

Cấu tạo mặt cắt ngang

Trang 30

Cấu tạo nhiều lớp

Trang 31

Cấu tạo lớp

 Vật liệu có kích thước tăng dần từ trong ra

ngoài Lõi đê và các lớp đệm đắp bằng đá cấp

phối

 Làm việc ổn định theo nguyên tắc của tầng

lọc

 Tính thấm của các lớp có ảnh hưởng lớn đến

ổn định chung của đê

 Ổn định của lớp phủ có ý nghĩa quyết định

NỘI DUNG

Trang 32

Lịch sử phát triển

Đê chắn sóng thời La mã cổ đại, cảng Citavecchia

Lịch sử phát triển

Khối phủ Xuất

xứ Năm Khối phủ Xuất xứ Năm

Tetrapod Pháp 1950 Seabee Úc 1978

Lập phương (cải biên) Mỹ 1959 Accropode TM Pháp 1980

Akmon Hà Lan 1962 Holhquader Đức 1991

Tripod Hà Lan 1962 Core-loc Mỹ 1996

Trang 33

Phân loại (1)

Phân loại (2)

Ưu điểm ?

Nhược điểm ?

Trang 34

 Cấu trúc khối lớn: Accropode, Core-loc,

X-block, Dolos (với tỷ lệ eo lớn)

K D > 8

 Làm việc một lớp: Accropode (I & II) (Yêu

cầu thi công đặc biệt)

Trang 35

Hệ khối phủ một lớp & hai lớp

Hai lớp

- Nhiều khối lượng bê tông

- Giảm khối lượng đá

- Lắp đặt khối phủ dễ hơn

Một lớp

- Giảm khối lượng bê tông

- Tăng khối lượng đá

Trang 36

Xu thế phát triển của họ khối phủ xếp rối

1963 Dolos (KD= 31)

1978 Hư hỏng của ĐCS Sines (Bồ Đào Nha) Dolos, 42 t

Trang 37

ThuyLoi University (TLU)

Seabee Diahitis Cob Shed

Phân loại khối phủ

Trang 38

Có thể không kinh tế (bê tông)

Cơ chế nhảy (xoay lắc)

Khối phủ một lớp

Có hiệu quả kinh tế

Trang 39

Hệ thống một lớp (single layer)

CUBE XBLOC

SOGREAH - TETRAPOD (1950)

Trang 41

a/H = 0.370 b/H = 0.222 c/H = 0.093 d/H = 0.555 e/H = 0.259

A = 3.46H 2

V = 0.34H 3 SOGREAH - ACCROPODE  (1981)

ACCROPODE II

Trang 43

Xbloc ®

Trang 44

Tetrapod

Trang 45

Tetrapod Ngọc Hải-Hải Phòng

7/2005

Tetrapod

Ngọc Hải-Hải Phòng

7/2005

Trang 47

US CORPS

CORE-LOC  (1994)

Trang 48

V = 0.288 H 3

“04 hốc lõm“

K D = 10,8 RAKUNA-IV NIKKEN KOGAKU (2007)

Trang 49

Trang 50

Khối phủ dị hình sử dụng ở Nhật Bản

Burj Al Arab, Dubai, Sheds

Trang 51

Holhquader (square hollows)

NỘI DUNG

Trang 52

Tải trọng <> Ổn định

Các tham số chi phối (1)

(1) Đặc trưng của công trình

 Loại công trình: đá đổ, thùng chìm, hỗn hợp (có hay

không kết cấu tiêu phá sóng)

 Độ dốc mái khối phủ

 Vị trí và điều kiện làm việc của khối phủ (đầu đê, thân

đê, chân đê, mức độ ngập, lượng sóng tràn,…

 Cao trình và bề rộng đỉnh đê, khối bê tông đỉnh

 Cấu tạo lớp dưới (hình dạng, độ thấm, bề dày, )

Trang 53

(2) Đặc trưng của khối phủ

 Hình dạng khối phủ (hình dạng khối phủ bê tông/đá,

cấp phối đá)

 Hình thức xắp đặt (xếp rối, xếp đều, số lớp: một lớp,

hai lớp, nhiều lớp)

 Cường độ vật liệu khối phủ (ổn định kết cấu)

 Quy định về mức độ hư hỏng cho phép (S, N od ,…)

(3) Đặc trưng thủy hải văn (sóng)

 Phổ sóng (chiều cao, chu kỳ, phân bố…), hướng sóng,

Trang 56

Trang 58

Tham số kết cấu công trình (1)

1 Tỷ trọng riêng vật liệu khối phủ

3 Chỉ số ổn định của mái khối phủ N s

M 50 - khối lượng chiếm 50% (cân)

s

50

sn

H N

D

hoặc

4 Phân loại hình dạng và cấp phối tiêu chuẩn

Phân loại cấp phối ~ D 85 /D 15

 Cấp phối hẹp: D 85 /D 15 < 1.5

 Cấp phối rộng: 1.5 < D 85 /D 15 < 2.5

 Cấp phối rất rộng: D 85 /D 15 > 2.5

Trang 59

Đường đường kính cấp phối

Phân loại hình dạng đá

Trang 60

Khối lượng (W) Đường kính D

Trang 61

Cấp phối/Cỡ đá tiêu chuẩn

Trang 62

Cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683 (2)

Cỡ đá tiêu chuẩn CIRIA C683 (3)

Trang 63

5 Độ thấm tượng trưng của mái đê P: 0.1 - 0.6

Không lọc, không lõi đê

e n

A S D



S ~ Số viên đá/cấu kiện

bị di dời ra khỏi mặt cắt Tham số kết cấu công trình (4)

Trang 64

 Không hư hỏng:

Không có CK dịch chuyển S = 0

 Bắt đầu (giới hạn) hư hỏng :

0 - 5 % số cấu kiện bị dịch chuyển trong phạm vi từ

giữa mái trên đến  1.0Hs từ MNT

S ~ từ 1 đến vài CK bị dịch chuyển

 Hư hỏng trung gian:

Một số CK bị dịch chuyển nhưng chưa làm lộ lớp

giữa/lớp lọc

 Hỏng:

Số CK dịch chuyển vượt quá giới hạn, làm lộ lớp lọc

Diện tích xâm thực tương đối S

Mái

đê

Ngưỡng bắt đầu hư hỏng

(không cần bảo dưỡng)

Hư hỏng trung gian (cần bảo dưỡng)

Hỏng (lộ lớp đệm)

Trang 65

N od là số cấu kiện bị dịch chuyển vượt quá giới

hạn (so với vị trí ban đầu) trên một dải bề rộng D n

(b) Số cấu kiện dịch chuyển tương đối N od

 Dịch chuyển vĩnh viễn:

Không quay lại vị trí ban đầu

 Dịch chuyển tạm thời:

Quay lại vị trí ban đầu

Ý nghĩa và lựa chọn Nod

Các dạng dịch chuyển của cấu kiện

 Bật ra khỏi mái đê

 Trượt lấp chỗ

 Dịch chuyển quá một khoảng 0.5Dn

 Xoay lắc (rocking) - có thể bị gãy vỡ

Tổng số cấu kiện dịch chuyển trên dải B

N od là giá trị tương đối !!!

Trang 67

Liên hệ giữa S và Nod

khối phủ CK bê tông

 Lựa chọn S, N thích hợp khi khi tính

Loại cấu kiện Mái đê Bắt đầu Trung gian Hư hỏng

Trang 68

 b - khối lượng riêng của lớp đắp = f(thi công, cấp phối)

 r - khối lượng riêng của đá, cấu kiện

8 Bề dày lớp t và số cấu kiện N cần thiết

50

2 50

.(1 )

n - Số viên (số lớp) cấu kiện

A - Diện tích cần bao phủ (mặt cắt ngang)

K t - Hệ số lớp, phụ thuộc loại CK và pp thi công

Đá mỏ không đều cạnh Đổ rối 0,75 0,40

Đá mỏ không đều cạnh Đặc biệt 1,05 – 1,20 0,39

Trang 69

Tổng

Từ lực liên kết

& ma sát mặt

Từ trọng lượng bản thấn Góc mái đê Góc mái đê

Ổn định của khối phủ trên mái dốc

Ảnh hưởng của độ dốc mái đê

Trạng thái ổn định theo Iribarren

Trang 70

Ổn định pha sóng leo ( cos  + sin ) 3

Ổn định ở pha chuyển tiếp

Công thức thực nghiệm tính toán

ổn định lớp phủ mái đê

 Loại khối phủ: loại đá, loại CKBT

 Điều kiện sóng (nước sâu, nước nông)

 Điều kiện hình học đê

* Độ cao tương đối của đỉnh đê (sóng tràn,

không tràn, ngập nước)

* Độ dốc mái đê

* Kết cấu đỉnh đê (khối bê tông đỉnh)

Trang 71

H M

Trang 72

Về PP ổn định của khối phủ

• Tăng  r (đá, BT đặc biệt)

• Tăng W: làm cấu kiện khối lớn, gắn CK

• Giảm độ dốc mái đê

• Chế tạo cấu kiện có hình dạng đặc biệt

để tăng K D , tiết kiệm vật liệu

Ý nghĩa của công thức Hudson

Trang 73

Giá trị K D cho một số loại lớp phủ

Khối phủ

Số lớp (N)

0.20.13

10.31

 

 

Đá đổ 02 lớp, không tràn

Trang 74

Khối lập phương 02 lớp, không sóng tràn

Van der Meer (1988)

• Sóng ngẫu nhiên, không bị hạn chế độ sâu

• Khối lập phương 02 lớp trên mái dốc 1:1,5

• Khối Tetrapod 02 lớp trên mái dốc 1:1,5

• Số Iribarren 3,5 <  m < 6 (sóng không vỡ)

Trang 75

• Khối Tetrapod 02 lớp trên mái dốc 1:1,5

Xoay lắc - Rocking

Trang 76

Accropode 01 lớp (Van der Meer)

Van der Meer (1988)

3,7 4,1

s s

• Sóng ngẫu nhiên, không vỡ

• Khối Accropode 01 lớp trên mái dốc 1/1,33 thi công

theo quy trình của SOGREAH

• Không chịu ảnh hưởng của Nz, trừ phi sau khi bắt



s s

n

H N

D

bị hư hỏng không bị hư hỏng

hoặc

Trang 77

Lớp khối phủ đá 02 lớp cho đê ngầm

Van der Meer (1991)

o S c là độ ngập của đỉnh đê so với MNT

Tham số thường dùng trong thiết kế

Accropode Core-loc Tetrapod Khối lập Khối lập

Trang 78

Trang 79

* Giảm độ dốc mái đê

* Tăng kích thước khối phủ (giảm K D )

* Tăng mật độ khối phủ

* Thay đổi cấu tạo hình học đầu đê

Tăng ổn định đầu đê

Thêm đuôi Mở rộng đầu đê

Trang 80

Ổn định khối phủ mái phía trong

Kích thước khối phủ chân đê

(Gerding, 1995)

Kích thước cơ:

Bề rộng B t = (35) D n 50

Chiều dày d t = (23) D n 50

Trang 81

Kích thước khối phủ chân đê

N od = 0,5 Bắt đầu hư hỏng (chân)

N od = 2,0 Hư hỏng cho phép (thảm bảo vệ đáy)

N od = 4,0 Hỏng

5 TK mặt cắt ngang (hình học và kết cấu)

NỘI DUNG

Trang 82

* Sóng truyền qua đê

 Cấu tạo đỉnh đê

 Kích thước đá/cấu kiện cho các lớp dưới

 Phạm vi bảo vệ của khối phủ

Hình học mặt cắt ngang đê

NỘI DUNG

Trang 83

Cao trình đỉnh đê mái nghiêng

Theo tiêu chuẩn Sóng leo hoặc Sóng tràn

1 Với đê không có tường đỉnh

* Van der Meer (1998) ( xem phần TK đê)

Lưu ý: giá trị hệ số chiết giảm sóng tràn cho mái khối

R q

Sóng tràn qua đê đá đổ Van der Meer (1998)

(TAW-2002 cho đê biển với Sóng không vỡ)

Trang 84

Khối lập phương 01 lớp, xếp ngẫu nhiên 0,50

Khối lập phương 02 lớp, xếp ngẫu nhiên 0,47

Đá 01 lớp, nền không thấm 0,8 Mái sỏi, rọ đá 0,7

Đá đổ 02 lớp 0,5 – 0,6

0 0

1 exp

Trang 85

Bradbury (1988)

s 0 m – độ dốc sóng nước sâu theo T m (= 0,75 ~ 0,85T p )

Lớp phủ đá Lớp phủ đá

s

Q a R

s Q

Tính toán sóng tràn theo mạng nơ-ron

nhân tạo (NN-Overtopping)

Trang 86

Mạng nơ-ron nhân tạo

NN: não người

NN nhân tạo: thuật toán

(Artificial) Neural Networks

Xe Mercedes !

Trang 87

March 17, 2020

129

NN-Overtopping (Deltares, HR Wallingford)

Bao gồm hầu hết các dạng hình học và kết cấu công trình

NN-Overtopping

• Mạng phức tạp

• Bao gồm CSDL sóng tràn của toàn thế giới (các thí nghiệm)

Tiêu đề	Công Trình Bảo Vệ Bờ II
Tác giả	GS.TS. Thiều Quang Tuấn
Trường học	Đại học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Coastal & Marine Engineering
Thể loại	bài giảng
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	179
Dung lượng	17,25 MB