Tính toán, gia cố ổn định mái dốc trong công trình cảng cá, phù hợp với điều kiện địa chất ven song, biển Phú Yên

LVTS38 Tính toán, gia cố ổn định mái dốc trong công trình cảng cá, phù hợp với điều kiện địa chất ven song, biển Phú YênLVTS38 Tính toán, gia cố ổn định mái dốc trong công trình cảng cá, phù hợp với điều kiện địa chất ven song, biển Phú Yên

Ngô đình thiện

tính toán, gia cố ổn định mái dốc trong công trình cảng cá, phù hợp với điều kiện địa chất ven sông, biển phú yên

LUẬN VĂN THẠC SĨChuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp

HÀ NỘI - 2011

Ngô đình thiện

Khóa: 2008-2011 lớp: 2008x

tính toán, gia cố ổn định mái dốc trong công trình cảng cá, phù hợp với điều kiện

địa chất ven sông, biển phú yên

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp

Mã số: 60.58.20

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS vương văn thành

HÀ NỘI - 2011

Hỡnh 1.7 Đường tần suất chiều cao súng cực trị nước sõu cho Tuy Hũa

Hình 2.7: a, Mái dốc vô hạn với dòng chảy song song mặt dốc; b, Phân

tách trọng lượng W

37

Hình 3.1 : Mặt cắt ngang thiết kế kè tường đứng 80

Hình 3.6 : Sơ đồ vị trí các điểm nút phần tử và vị trí của các kiểm tra ổn

định (trong vùng khối trượt) và ứng suất nền (tại đáy mũi cừ bản)

89

Hình 3.7 : Khả năng hình thành mặt trượt sâu về phía lưng tường, tổ hợp

Hình 3.12 : Mô men uốn trong cọc cừ bản trường hợp tổ hợp tải trọng

thiết kế

93

Hình 3.13 : Khả năng hình thành mặt trượt sâu về phía biển, tổ hợp tải

trọng kiểm tra - ổn định khi bị xói chân sau bão

94

Hình 3.14: Hệ số an toàn ổn định trượt, tổ hợp tải trọng kiểm tra - ổn

Hình 3.15: Khả năng hình thành mặt trượt sâu về phía biển, tổ hợp tải

Hình 3.16: Hệ số an toàn ổn định trượt , tổ hợp tải trọng kiểm tra - chênh

lệch mực nước thượng lưu qua tường kè, K = 1,95

Hình 3.19: Hệ số an toàn ổn định trượt, khi không có hàng cọc thứ 2 – tổ

hợp tải trọng kiểm tra K = 1,41

99

Danh môc c¸c b¶ng biÓu

TrangBảng 1.1: Tần suất bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào Nam vĩ

tuyến 17°N và tỉnh Phú Yên

17

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã

được cảm ơn và các thông tin trích dẫn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả

Ngô Đình Thiện

lời cảm ơn

Trước hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong Khoa sau đại học - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội với những chỉ dẫn và giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như khi tiến hành làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Vương Văn Thành người trực tiếp hướng dẫn khoa học, các thầy giáo trong Bộ môn Nền móng - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho nội dung của luận văn.

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn gia đình và các bạn đồng nghiệp đã

động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.

Tác giả

Ngô Đình Thiện

MỞ ĐẦU

* TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Việt Nam là một quốc gia nằm trên bờ của Biển Đông thuộc Thái BìnhDương, với hơn 75% dân số sống dọc theo bờ biển dài hơn 3200 km, ViệtNam thuộc vào loại các nước bị uy hiếp nhiều nhất bởi sự biến đổi khí hậutoàn cầu và mực nước biển dâng Câu hỏi hiện nay không còn là “ Liệu cáchiện tượng có ảnh hưởng đến đất nước ta không? ” mà là “ Ứng phó như thếnào để giảm thiểu thiệt hại, bảo vệ tối đa thành quả lao động quá khứ và tiếptục phát triển bền vững”

Vùng duyên hải miền Trung được cấu tạo bởi một đất kẹp giữa dãyTrường Sơn về phía Bắc, và vùng cao nguyên Nam Trung Bộ (Tây Nguyên)

về phía Nam, và Biển Đông Dải đất bị chia cắt bởi nhiều nhánh núi TrườngSơn vươn ra đến tận biển, và một số con sông ngắn và lưu vực chả y về phíaBiển Đông Từ vài thập kỷ gần đây, rừng đầu nguồn bị tàn phá nhiều, địa mạovùng duyên hải Trung bộ ngày càng không ổn định, các cơn lũ tràn và lũ quét

đổ ra Biển Đông thường xuyên hơn Lòng sông, địa mạo các cửa sông thayđổi nhiều sau mỗi mùa lũ, hậu quả của nó làm cho cơ sở hạ tầng vùng vensông biển khá nặng nề Những năm gần đây tình hình vùng ven sông biển bịxâm thực xảy ra nhiều hơn do hiện tượng lũ quét và biển dầng

Để bảo vệ cơ sở hạ tầng cảng cá trước hiện tượng lũ quét và biển dângphải sử dụng mái dốc Thực tế cho thấy, mặc dù kết cấu kè được thiết kế khákiên cố nhưng hàng năm số lượng mái dốc, kè chắn vẫn bị trượt lở gây thiệthại không nhỏ

Tính toán và gia cố ổn định mái dốc trong công trình cảng cá, phù hợpvới địa chất ven sông, biển tỉnh Phú Yên là một việc làm cần thiết Từ việcnghiên cứu này, chúng ta có thể đánh giá hiệu quả của giải pháp thiết kế vàtính phù hợp với điều kiện địa chất công trình và kỹ thuật thi công, lựa chọn

được giải pháp tối ưu Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao hiệu quảquản lý kỹ thuật, kinh tế đối với dự án xây dựng.

* MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU :

Mục đích: Luận văn nghiên cứu nhằm đưa ra một cách tiếp cận mang tínhtổng quát khi giải quyết bài toán ổn định mái dốc trong công trình cảng cá cóxét đến các yếu tố khách quan và chủ quan Trên cơ sở phân tích, kiểm tra vàđánh giá các công trình đã thực hiện, để từ đó, đưa ra một số kiến nghị về giảipháp gia cố mái dốc tối ưu phù hợp với điều kiện địa chất công trình và điềukiện thi công mà vẫn đảm bảo các chỉ tiêu thông số kinh tế, xã hội, kỹ thuậthợp lý của dự án

Nhiệm vụ: Nghiên cứu áp dụng các lý thuyết tính toán về ổn định mái dốctrong công trình cảng cá có xét đến sự làm việc đồng thời của các giải phápgia cố bằng các phương pháp phân tích, tổng hợp

Sử dụng các phương pháp, lựa chọn giải pháp hợp lý

Áp dụng phần mềm plaxis cho một công trình được áp dụng tại PhúYên

* PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Phân tích các số liệu thống kê

Điều tra, khảo sát các công trình xây dựng, tổng hợp các tài liệu của cáctác giả đã nghiên cứu về những vấn đề liên quan đến đề tài rút ra những vấn

đê chung về xử lý gia cố mái dốc và những vấn đề đặt ra về mặt công trìnhđáp ứng yêu cầu ổn định của chúng

Tính toán các vấn đê kỹ thuật của mái dốc, phân tích đánh giá, đề xuấtgiải pháp và khả năng ứng dụng vào điều kiện xây dựng các công trình vensông, biển tỉnh Phú Yên

* ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

Đối tượng nghiên cứu là các công trình xây dựng

Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các công trình xây dựng, tổ ng hợp cáctài liệu của các tác giả đã nghiên cứu về những vấn đề liên quan đến đề tài rút

ra những vấn đề về xử lý gia cố mái dốc công trình xây dựng và những vấn đềđặt ra nhằm đáp ứng yêu cầu ổn định của chúng Từ đó, có giải pháp gia cố ổnđịnh mái dốc trong công trình cảng cá, phù hợp với địa chất ven sông, biểntỉnh Phú Yên

* HƯỚNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Đề xuất giải pháp và khả năng ứng dụng gia cố mái dốc trong công trình cảng

cá, phù hợp với địa chất ven sông, biển tỉnh Phú Yên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MÁI DỐC

TRONG CÔNG TRÌNH CẢNG CÁ

1.1.Tổng quan và ổn định mái dốc trong công trình cảng cá Phú Yên

+ Cảng cá là nơi phải đảm trách các chức năng cơ bản sau đây [ 7 ] :

- Là nơi tiếp nhận, sơ chế, bảo quản, phân phối tiêu thủ sản phẩm hảisản

- Là nơi cung ứng các dịch vụ hậu cần nghề cá như: Nhiên liệu, nước

đá, nước ngọt, lương thực, thực phẩm, ngư lưới cụ cho tàu thuyền

- Là nơi giải quyết nhiều công việc cho người lao động, đồng thời kíchthích nhiều ngành nghề khác phát triển

- Kích thích đánh bắt xa bờ, nhờ đó góp phần bảo vệ an ninh, chủquyền vùng biển - hải đảo và là nơi tránh trú bão cho các tàu thuyền hoạtđộng trong vùng

+ Mái dốc trong công trình cảng cá là công trình bảo vệ bờ ven sông biển, làdạng công trình giữ cho đường bờ được ổn định hoặc phát triển theo ý muốncủa con người, tránh sự tàn phá của sóng, gió, dòng chảy, triều, nước dâng + Ổn định mái dốc trong cảng cá nhằm bảo vệ bờ chống xói lở giữ đất, tạoluồng lạch ra vào cảng neo đậu và cư trú khi gió bão

1.2 Đặc thù của mái dốc trong công trình cảng cá

1.2.1 Kè ngang (Kè mỏ hàn) [ 8 ]: Thiết kế trục kê vuông góc với đường bờ

nhằm giảm lượng bùn cát bị xói, nhằm bồi dọc để giữ ổn định luồng và cắt

đứt dòng chảy ven hạn chế xói sau

Hình 1.1: Kè ngang (kè mỏ hàn) [ 2 ]

(I): Lõi kè: Vật liệu bằng đất dính Sét, sét pha

(II): Lớp lót: Đá dăm, đá có kích thước nhỏ

(III): Đá hộc có chiều dày và kích thước viên đá phải được tính toán,hoặc bằng kết cấu bê tông sẵn

1.2.2 Kè dọc bờ) [ 8 ]: Loại này phổ biến và song song với đường ven bờ.

Với chiều dài bản thân nhất định đủ để đảm bảo yêu cầu bảo vệ

Hình 1.2: Kè dọc bờ [ 2 ]Vật liệu kè này cũng giống kè mỏ hàn được cấu tạo, song phần áo kènày phải lưu ý là các viên đá lớn sao cho đảm bảo việc ngăn cản sóng cũng

không làm cho lớp áo bị phá vỡ ổn định Loại kè này được sử dụng để ổn địnhđường bờ và bãi.

1.2.3 Công trình hỗn hợp [ 8 ]: Sự kết hợp hài hoà giữa 2 loại công trình này:

Kè ngang và kè dọc Để nhằm đạt được yêu cầu kè dọc giữ ổn định đường bờ

và kè mỏ hàn để cản dòng chảy, tuỳ theo thực tế mà tạo ra sự bồi lắng của bãi

Hình 1.3: Công trình hỗn hợp [ 2 ]

1.2.4 Đê kè mái nghiêng [ 8 ]:

Hình 1.4: Đê mái nghiêng [ 2 ]

Cấu tạo:

(II) Lớp lót ngập nước: Là lớp chuyển tiếp vật liệu nhỏ của thân đê sang lớpbảo vệ Nó cớ chức năng tầng lọc ngược cho phép thoát nước từ thân đê cógiảm áp lực lên đê

(III) Lớp áo mái đê: Có thể bằng đá hộc hoặc bê tông đúc sẵn

(IV) Cơ mái đê: Mục đích giảm chiều cao thực tế của đê Đồng thời tạo điềukiện thay đổi độ dốc đê

(V) Chân khay: Chống trượt cho mái đê và áo đê

(VI) Mặt đê

(VII) Mái đê phía sau

1 3 Các thông số môi trường ven sông biển Miền Trung và Phú Yên) [ 15 ]

1.3.1 Đặt vấn đề:

Các công trình ven bờ như mái, đê, kè, chịu tác động của nhiều yếu tốmôi trường ven sông, biển Ngoài tải trọng như công trình trên đất liền, cònchịu tác động của môi trường qua các thông số sau:

+ Từ số liệu mực nước đã chọn, biết được chỉ số đỉnh triều hoặc chântriều hàng ngày

+ Phân cấp mực nước đỉnh (chân) triều và thống kê số lần xuất hiện

mực nước trong mỗi cấp nước.

+ Sắp xếp các cấp nước theo thứ tự từ cao đến thấp và thống kê số lầntích luỹ của các cấp

b./ Nước dâng, nước hạ trong gió bão: Dưới tác dụng của gió bão, vùng nướcven sông, biển xuất hiện sự dâng, hạ khác thường Lúc gió bão từ ngơài khơithổi vào bờ, có thể xuất hiện sự tăng lên đột ngột của mực nước ven bờ Lúcgió bão ở trong bờ thổi ra biển khơi, mực nứơc ở ven bờ có thể hạ xuống thấtthường Hiện tượng đó gọi là nước dâng, nước hạ

Khi xuất hiện nước dâng, độ dốc mặt biển thoải Lúc ban đầu, dòngchảy mặt chảy vào vùng bờ, sau đó dòng chảy đáy cũng đi về vùng bờ Nếunước dâng xuất hiện lúc triều cường gây ra mực nước cao đặc biệt

Khi xuất hiện nước hạ, đầu tiên là mực nước biển thấp, khiến tốc độdòng chảy vùng ven bờ tăng lên, năng lực gây ra xói của dòng chảy tăng lên.Đặc biệt, khi gió xoáy đột ngột ngừng lại, hiện tượng nước dâng bỗng chuyểnthành nước hạ, vùng nước nông gần bờ bị ứ dềnh nên chảy ngược về biển vớitốc độ lớn, lúc này khả năng gây xói vô cùng lớn

1.3.3 Dòng chảy

a./ Dòng chảy vùng ven biển: Dòng chảy xảy ra trong vùng ven sông, biển làdòng chảy tổng hợp, thông thường là tổng của một số dòng chảy thành phầnnhư dòng triều, dòng chảy sông, dòng ven do sóng, dòng gió, dòng mật độ Trong một vùng ven biển nào đó thường một hay hai thành phần trên chiếm

ưu thế, ở miền Trung Việt Nam dòng ven do sóng là dòng chiếm ưu thế

b./ Dòng triều ven bờ: Thông thường khi triều lên, dòng triều có phương gầnnhư song song với đường bờ và có hướng từ xích đạo về 2 cực trái đất Ngượclại, khi triều xuống, hướng của dòng triều chuyển từ 2 cực về xích đạo Ở bờbiển Việt Nam, nói chung dòng triều có hướng từ Nam đến Bắc khi triều lên

và ngược lại khi triều xuống

là đường trung bình sóng.

Hình 1.5 : Sóng [ 4 ]Thông thường ngọn sóng tương đối nhọn, bụng sóng tương đối thoải,

độ cao ngọn sóng thường lớn hơn độ sâu bụng sóng, vì vậy, đường trung bìnhsóng thường cao hơn đường mặt nước tĩnh Độ cao chênh lệch đó ký hiệu là

Δ Thời gian để sóng lan truyền khoảng cách L gọi là chu kỳ T Trong quátrình lan truyền các phần tử nước di chuyển về phía trước với tốc độ sóng C (

L

C

T

 )

Độ cao sóng H, chiều dài sóng L, độ dốc sóng σ , tốc độ sóng C và chu

kỳ sóng T đều là những đại lượng chủ yếu xác định hình thái sóng

Sóng đã dấy lên thì sẽ lan truyền đi Sự lan truyền sóng từ ngoài khơi

vùng sóng leo vùng sóng vô bờ

vùng sóng nước nông vùng sóng nước sâu

R

Phân vùng sóng

vào được chia thành 4 vùng: Vùng nước sâu; vùng nước nơng; vùng nước vỗ

tố như: hình dạng và độ nhám bề mặt kết cấu, độ sâu nước tại chân cơng trình,

độ dốc bãi biển Đối với các cơng trình phải tính tốn sĩng vượt qua (đê chắnsĩng ngần) gọi là sĩng vượt Tốc độ sĩng vượt qua phụ thuộc vào chiều cao

và chiều rộng cơng trình, độ sâu nước tại chân cơng trình, độ dốc bãi biển vàcấu tạo mái đê

1.3.5 Thơng số mơi trường ven sơng biển Phú Yên ) [ 15 ]

a./ Chế độ thủy triều:

Thủy triều Phú Yên nằm trong đặc điểm chung của thủy triều từ QuảngNgãi đến Nha Trang Chế độ thủy triều chủ yếu là nhật triều khơng đều Sốngày nhật triều trong tháng từ 17 - 26 ngày, vào các ngày nước kém thường

cĩ thêm một con nước nhỏ trong ngày

Thời gian triều dâng thường lâu hơn thời gian triều rút 1 - 2 giờ, đây làđiểm dặc biệt của chế độ triều vùng này Nó thuận lợi cho việc sử dụng nướcdâng để tưới ruộng và đưa tàu thuyền vào cảng, vào sông Tuy nhiên cũng ảnhhưởng đến lũ dâng và mặn sâu hơn.

Dùng cho mục đích thiết kế kè thì cần nhất là mực nước triều thiên vănlớn nhất Theo số liệu đo đạc và nghiên cứu của Trung tâm Khí tượng Thủyvăn biển - Tổng cục Khí tượng Thủy vă n thì mực nước triều thiên văn lớnnhất tại Tuy Hòa lấy theo tương quan với trạm triều Quy Nhơn sau khi đã quyđổi về hệ cao độ VN2000 là 1,95 m Một số đặc trưng về độ lớn triều phục vụcho mục đích thiết kế tại khu vực xây dựng công trình như sau:

- Chênh lệch triều trung bình: 1,50 m

- Mực nước triều thiên văn thấp nhất: H min=  0,40 m

b./ Nước dâng:

Số liệu về đường đi của các cơn bão từ năm 1970 đến 2008 của Trungtâm Liên hợp cảnh báo bão Hoa Kỳ (JTWC), kết quả tính toán nước dângđược xây dựng thành đường tần suất cho khu vực T uy Hòa được thể hiện trênhình 1.6

FFC 2008 © Nghiem Tien Lam

© FFC 2008

Hình 1.6: Đường tần suất nước dâng do bão tại Tuy Hoà [ 15 ]

Có thể thấy rằng nước dâng trong bão ở khu vực Phú Yên là khá thấp,phù hợp với số liệu lịch sử về chiều cao nước dâng lớn nhất đã từng xảy ra ở

khu vực này là 0.8 m (nguồn: Viện Cơ Học Việt Nam, xem 14TCN-103-2002)

Nguyên nhân chủ yếu là do yếu tố địa hình: thềm lục địa khu vực này dốc,nước sâu và đường bờ có hình cung lồi hạn chế khả năng lũy tích nước dânggây ra bởi lực tương tác giữa gió bão và nước

c./ Bão và sóng bão: Có thể nói, Phú Yên tuy là một trong những tỉnh venbiển nằm trong khu vực đón bão, song bão không nhiều như Bắc Trung Bộ vàmiền Bắc, và xen kẽ có năm không có bão Mùa bão ở Phú Yên trùng với mùamưa (tháng IX đến tháng XII) nhưng có năm cuối tháng VI đầu tháng VII đã

có bão đổ bộ vào khu vực này (năm 1978), cho nên vào giữa mùa gió Tây khônóng cũng không loại trừ khả năng bão đổ bộ

Dựa vào bộ số liệu đường đi của các cơn bão của Trung tâm Liên hợpcảnh báo bão Hoa Kỳ (JTWC) cho thấy số cơn bão và áp thấp nhiệt đới có

ảnh hưởng đến tỉnh Phú Yên từ 1945 đến 2008 có 128 cơn (trung bình 2,0trận/năm), trong đó có 50 cơn bão có sức gió mạnh nhất đạt từ cấp 12 trở lên.Tuy nhiên trong giai đoạn này chỉ có 28 cơn bão đổ bộ trực tiếp vào tỉnh PhúYên.

Các cơn bão và áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) đổ bộ trực tiếp vào tỉnh PhúYên thường gây ra sóng, gió mạnh và mưa rất lớn, song có khá nhiều cơn đổ

bộ vào các vùng lân cận như Bình Định, Khánh Hòa, Ninh Thuận, có khi cảQuảng Ngãi hoặc Bình Thuận, nhưng vẫn gây ra mưa gió lớn ở các vùng củaPhú Yên, gây lũ lớn làm thiệt hại đôi khi rất nghiêm trọng về người và tài sản.Bão hoạt động trên biển là một tại họa đối với ngư dân vì gió to, sóng lớn dữdội đánh đắm và cuốn trôi tàu thuyền như cơn bão số 9 ngày 7/XI/1984 làmhai tàu bị đắm (một tàu Cam Ranh II bị đắm tại Phù Mỹ Bình Định và mộtchiếc khác bị đắm tại sông Cầu, làm tổn thất 60 tấn muối) Bão còn gây rasóng thần phủ nước biển vào các vùng duyên hải Cơn bão số 12 ngày15/X/1979 đã gây ra sóng thần phủ nước vào phường VI (thị xã Tuy Hòa), AnNinh, An Hải (Tuy An) làm ngập hoa màu và nhiều nhà cửa Bão còn làmnước mặn tràn vào đồng trũng ven biển, gây ra ún g ngập nước mặn, nhất làkhi triều dâng kết hợp

Trên quan điểm thống kê, theo dõi từ năm 1977 - 1991 ở khu vực Nam

vĩ tuyến 17°N hàng năm có khoảng trận bão và ATNĐ đổ bộ, trong đókhoảng 28% có ảnh hưởng đến Phú Yên (xem Bảng 1) Số liệu này khá phùhợp với bộ số liệu đường đi của các trận bão của Trung tâm Liên hợp cảnhbáo bão Hoa Kỳ (JTWC) về các trận bão và áp thấp nhiệt đới có ảnh hưởngđến tỉnh Phú Yên trong giai đoạn từ 1945 đến 2008 có 128 trận (trung bình2,0 trận/năm)

Bảng 1.1: Tần suất bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào Nam vĩ tuyến

Năm nhiều bão và ATNĐ đổ bộ nhất vào Phú Yên là các năm 1980,

1983, 1990, cũng đều không quá 2 trận, ngược lại có một số năm không cótrận nào như các năm 82, 85, 86, 89, 91

Từ năm 1976 đến nay mới quan sát được tốc độ gió bão đạt trên 40 m/s(tương ứng trên cấp 12) tại trạm miền Tây (Tân Lương) khi tr ận bão số 2 ngày30/VI/1978 đổ bộ vào khu vực Nam Nghĩa Bình Bắc Phú Khánh cũ, và mộ tlần tại trạm Tuy Hòa trong trận bão số 10 đổ bộ vào Phú Yên - Khánh Hòangày 23/X/1998 Thời kỳ trước giải phóng miền Nam tốc độ gió bão mạnhnhất quan sát được không quá 37 m/s

Trong 11 trận bão và ATNĐ đổ bộ vào Phú Yên suốt 19 năm qua có 45%

số trường hợp gây ra gió mạnh cấp 8 cấp 9 trên đất liền, 34% có tốc độ gió

bằng và trên cấp 10 còn lại đều dư ới cấp 8 Nhìn chung các trận bão cuối mùathường có cường độ yếu, hơn nữa do quá trình di chuyển vào đất liền, sức giógiảm yếu đi (và cũng có thể do mạng lưới theo dõi thưa nên thu thập được sốliệu tốc độ gió bão trên cấp 10 chưa nhiều).

Tổng kết lại theo thống kê tài liệu theo dõi bão ( 14TCN-130-2002) thìxác suất bão đổ bộ trực tiếp vào Phú Yên là khoảng 4,1 % (trung bình khoảng

1 trận/ 25 năm) Tuy nhiên trung bình chưa đến 50 % trong số này (50/128trận) có sức gió mạnh từ cấp 12 trở lên Vì vậy có thể kết luận rằng xác suấtxuất hiện bão cấp 12 trở lên đổ bộ trực tiếp vào Phú Yên là khoảng 1,6 ~ 2 %.Trong bão gió mạnh nhất khi đổ bộ có thể ở bất kỳ hướng nào, tuy nhiênthường quan sát được các hướng từ Bắc đến Đông Nam nếu như bão hoặcATNĐ đổ bộ vào các tỉnh lân cận phía Nam (từ Khá nh Hòa trở vào) và hướngTây đến Tây Tây Nam nếu vào các tỉnh lân cận phía Bắc (từ Bình Định trởra) Nếu bão, ATNĐ đổ bộ vào Phú Yên, gió mạnh nhất có hướng thiên vềBắc đến Đông và Tây đến Tây Tây Nam

Từ chuỗi số liệu JTWC về đường đi của các cơn bão từ 1970-2008, sửdụng phương pháp SPM 1984 với trường khí áp trong bão được tính toán theo

mô hình Fujita (1952) và trường khí áp trong bão được tính toán theo mô hìnhxoáy Rankine cải tiến (Depperman, 1947), độ cao sóng trong bão được xácđịnh cho điểm nước sâu ở ngoài khơi tỉnh Phú Yên được tính toán cho từngcơn bão Chuỗi kết quả độ cao sóng lớn nhất hàng năm được lấy mẫu và trìnhbày trong Bảng 2 Một số năm không có bão hoặc do ảnh hưởng của bão ở xa

mà chiều cao sóng trong bão tính toán được quá nhỏ s o với điều kiện biểnđộng trong gió mùa đông bắc như năm 1976 và 1989 Với những năm này,chiều cao sóng được chọn lấy mẫu bằng với chiều cao sóng lớn nhất của giómùa đông bắc là 2.5 m Từ Bảng 2 với số liệu sóng cực trị trong bão đã được

hiệu chỉnh cho những năm có độ cao sóng quá nhỏ, vẽ đường tần suất sóngcực trị trong bão sử dụng phân bố Weibull bằng phần mềm FFC 2008 đượccác kết quả thể hiện trên Hình 1.7.

FFC 2008 © Nghiem Tien Lam

TB=5.91, Cv=0.26, Cs=-0.53

© FFC 2008

Hình 1.7 Đường tần suất chiều cao sóng cực trị nước sâu cho Tuy Hòa tính

toán theo SPM 1984 [ 15 ]Bảng 1.2: Kết quả tính toán sóng cực trị nước sâu trong bão [ 15 ]

Năm H S (m) Năm H S (m) Năm H S (m) Năm H S (m)

1977 8.41 1987 7.19 1997 6.03 2007 5.58

d./ Sóng khí hậu:

Trong điều kiện thời tiết bình thường, khu vực ngoài khơi cửa Đà Rằng

có độ cao sóng trung bình vào khoảng 0,6 m Chế độ sóng phụ thuộc vào chế

độ gió mùa và có 2 hướng sóng thịnh hành trong một năm: Sóng hướng ĐôngBắc (NE) thịnh hành từ tháng IX đến tháng đầu tháng IV với độ cao sóngtrung bình 0,7 m Sóng hướng Tây (W) thịnh hành từ tháng V đến tháng IXvới độ cao trung bình 0,5 m Thời kỳ có độ cao sóng trung bình lớn nhất làcác tháng XI, XII với độ cao sóng bình quân xấp xỉ 1 m Biểu đồ hoa sóngbiểu diễn chế độ sóng các tháng ngoài khơi khu vực Tuy Hoà như Hình 1.8

Tháng 1

>=4 3.5-4 3-3.5 2.5-3 2-2.5 1.5-2 1-1.5 0.5-1

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

Tháng 3

>=4 3.5-4 3-3.5 2.5-3 2-2.5 1.5-2 1-1.5 0.5-1

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

Tháng 9

>=4 3.5-4 3-3.5 2.5-3 2-2.5 1.5-2 1-1.5 0.5-1

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

<=0.5

Hs (m) N

Hình 1.8: Biểu đồ hoa sóng ngoài khơi Tuy Hoà[ 15 ]

4 Ổn định mái dốc và biện pháp tăng cường ổn định

1.4.1 Cấu tạo mái dốc trong cảng cá:

Đối với các công trình gia cố bờ và ngăn sóng như đê, kè, các côngtrình chức năng chịu lực như bến, mố trụ Kết cấu mái dốc sẽ là giải pháp tốtvới các ưu điểm về tính mềm của kết cấu, tính thấm nước tốt, khả năng tăngcường ổn định nền đối với vùng địa chất yếu, ngoài ra còn có các ưu điểm về

mỹ quan và tính kinh tế khi tận dụng được tối đa vật liệu đất đắp sẵn có Máidốc trong cảng cá thường có các dạng sau:

a./ Tường chắn bằng cừ ván bê tông cốt thép ở bờ sông:

Hình 1.9 : Cừ bê tông cốt thép [ 2 ]b./ Tường đá xếp:

Hình 1.10 : Tường đá xếp [ 2]

c./ Kè ven sông:

Hình 1.11 : Kè ven sông [ 15 ]

Tường kè có cấu tạo là tường bê tông cốt thép hình chữ L có khả năngchịu tải trọng từ cả hai phía: tải trọng xe cộ và áp lực đất đắp lưng tường phíađường và áp lực sóng trong bão phía biển Phía trên đỉnh kè làm mũi hắt sóngnhằm giảm lưu lượng sóng tràn qua tường trong bão, đảm bảo an toàn cho xe

cộ qua lại trên đường phía sau tường ngay cả trong điều kiện bất lợi nhất

Để gia tăng khả năng ổn định chống trượt của tường kè ch ỉ chịu tảitrọng, tường kè được đặt trên hệ móng cọc ván BTCT dự ứng lực C30 vàC40, đóng thành 2 hàng cách nhau 2 m Hàng cọc phía ngoài có nhiệm vụ chủyếu là giữ ổn định cho tường kè ngay cả khi chân kè bị xói sâu trong bão thiết

kế Hàng cọc phía trong kết hợp với hàng cọc phía ngoài có nhiệm vụ gia tăng

ổn định chống trượt, chống lật, và giữ cỏt nền cho tường kố trong cỏc điềukiện làm việc bất lợi như: chịu ỏp lực cao do súng trong bóo, ỏp lực đất chủđộng, và tải trọng động do phương tiện cơ giới qua lại Chiều dài cỏc hàng cọcđược xỏc định thụng qua cỏc tớnh toỏn hỡnh thỏi xúi lở, ổn định và kết cấu.

Sử dụng thảm đỏ kết hợp với rọ đỏ ở chõn tường kố phớa biển để giacường chống xúi chõn tường kố trong bóo Rọ thộp sử dụng là loại cú bọcnhựa PVC chống xõm thực mặn Thảm rọ đỏ được đặt trờn một lớp lọc ngượcbao gồm đỏ lút cấp phối và vải địa kỹ thuật Ưu điểm của thảm đỏ là bảo vệlinh động với sự biến đổi xúi của nền cỏt Phạm vi bảo vệ của rọ đỏ sẽ đượcxỏc định thụng qua tớnh toỏn xúi lở Sau khi xõy dựng xong, phần kết cấu bảo

vệ chống xúi sẽ nằm chỡm dưới mặt bói biển (chỉ làm v iệc trong điều kiệnbóo) do vậy sẽ khụng làm ảnh hưởng đến cảnh quan mụi trường cũng như làcỏc hoạt động bỡnh thường của đoạn bói biển

1.4.2 Yờu cầu về ổn định, chống trượt mỏi dốc trong cảng cỏ :

Mỏi dốc đối với cỏc đặc trưng của mụi trường ven sụng biển cú tớnh xúi

lở và tớnh ăn mũn cao, cần cú cỏc giải phỏp kết cấu hợp lý của kết cấu tườngmặt đảm bảo độ kớn khớt cũng như giải phỏp chống xúi cho chõn tường, trỏnhviệc sử dụng kết cấu cốt kim loại dễ bị ăn mũn

Tớnh toỏn ổn định của mỏi dốc là một yờu cầu quan trọng trong cỏccụng trỡnh ven sụng, biển

Việc xác định nguyên nhân trượt thường rất khó khăn Hiếm khi chỉ cómột nguyên nhân đơn độc, trong hầu hết các trường hợp, mặc dù có thể có

mới thực sự khống chế sự bắt đầu của một chuyển động trượt sườn dốc

Xác định nguyên nhân gây trượt là tìm được các yếu tố tác động chínhphá huỷ cân bằng ổn định sườn dốc, đó là sự tăng lên của các yếu tố sản sinh

ra lực gây trượt, hoặc sự giảm đi của các yếu tố sản sinh ra lực chống trượt.Khi đó:

Mỏi dốc mất ổn định trong điều kiện khớ tượng thủy văn khụng bỡnhthường: Mực nước triều cao hoặc cú giú cấp 8 trở lờn

1.4.3 Cỏc giải phỏp cải tạo mỏi dốc [ 3 ]:

a Giải pháp san gạt hạ thấp độ dốc sườn, mái dốc:

Trong lăng thể trượt bao gồm 3 phần: Phần chủ động, vùng bị động vàvùng chuyển tiếp Việc làm giảm thể tích vùng trượt chủ động và tải trọngngoài tác động lên khối trượt, tăng hệ số mái dốc hay giảm độ dốc của mái

kinh tế, kỹ thuật người ta thường thiết kế hai hoặc ba hệ số mái dốc, nghĩa làmái dốc có dạng đường gãy khúc Đồng thời với việc san gạt hạ độ dốc làtrồng cây và cỏ trên mái dốc ngăn chặn việc sói mòn của nước mặt

b Bệ phản áp:

Đây là biện pháp giảm ứng suất tiếp tuyến trong giới hạn đới nguy

(phần chân) của khối trượt Biện pháp này cú thể áp dụng với các khối trượt

của khối trượt , có nghĩa là tăng lực gây trượt và chiếm diện tích trờn mặtbằng

c Thoát nước mặt:

Biện pháp thoát nước mặt có tác dụng hạn chế nước chảy vào sườn khối

Biện pháp này thường áp dụng cho công trình cạnh đường giao thông và một

Dưới chân mái dốc, hoặc toàn bộ chiều cao mái dốc được xây dựng cáctường chắn Kích thước tường chắn phụ thuộc vào các điều kiện địa chất, địahình và các tải trọng tác động lên công trình

b Tường khan :

Đây là biện pháp làm tăng trọng lượng bị động, hoặc lực chống trượtbằng các biện pháp công trình kết hợp với chất tải Biện pháp này được ápdụng rộng rãI đối với đường miền núi

Để chống trượt cho mái dốc, dưới chân mái dốc người ta xây các tườngchắn với chiều cao và chiều dày khác nhau phụ thuộc vào hệ số mái dốc, chiềucao và tính chất cơ lý của khối trượt.

c Rọ đá :

bào xói của dòng nước Biện pháp này được sử dụng phổ thông để bảo vệ các

Các rọ đá hoặc khối bê tông được thả xuống lòng sông làm tường chắn,

điều tiết dòng chảy theo ý muốn Đây là biện pháp đơn giản ít tốn kém, dễ thicông và có thể tận dụng hiệu quả vật liệu địa phương

CHƯƠNG II MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ BÀI TOÁN TÍNH TOÁN CỤ THỂ CHO CÔNG TRÌNH

CẢNG CÁ

2.1 Khái quát chung về ổn định mái dốc [ 12 ]

Mái dốc là khối đất có mặt giới hạn là mặt dốc (Hình vẽ 2.1) Mái dốcđược hình thành do tác động tự nhiên ( sườn núi, bờ sông ) hoặc do tác độngnhân tạo (taluy, đất đắp, hố móng, đê, kè )

Hình 2.1: Sơ đồ mặt cắt ngang một mái dốc [ 4 ]Mái dốc càng thoải thì độ ổn định càng cao, nhưng khối lượng vật liệuđắp và diện tích mặt bằng chiếm chổ lớn, không hiệu quả kinh tế Các giảthiết về mặt trượt như sau:

2.1.1 Các giả thiết [ 4 ]:

a./ Giả thiết mặt trượt có dạng là mặt phẳng gãy khúc:

Hình 2.2: Sơ đồ các dạng mặt trượt theo mặt phẳng gãy khúc [ 4 ]:

Hình II.2a : Giả thiết mái dốc bị trượt theo mặt phẳng gãy khúcthường xảy ra khi mái dốc gồm nhiều lớp đất có tính chất cơ lý khác nhau

Hình II.2b : Khi dưới nền của khối đất có lớp chịu lực yếu hoặc gặplớp đá cứng

Việc tính toán ổn định trượt khi mặt trượt có dạng gãy khúc được tiếnhành bằng cách xét cân bằng lực của khối trượt tương ứng với các mặt trượtgiả thiết khác nhau Độ ổn định được đánh giá thông qua mặt trượt có hệ số

ổn định nhỏ nhất

b./ Giả thiết mặt trượt có dạng là một cung tròn:

Hình 2.3 : Sơ đồ dạng mặt trượt là cung tròn [ 4 ]Giả thiết về mặt trượt có dạng cung tròn do học giả Thụy Điển K.E.Pettecxơn đề xuất năm 1916 Về sau, được nhiều nhà nghiêng cứu về ổn địnhmái dốc xác nhận giả thiết này phù hợp với nhiều công trình thực tế, nhất làđối với những mái dốc đồng chất

Phương pháp tính toán ổn định mái dốc theo giả thiết mặt trượt cungtròn, xem khối đất trượt ABCD bị trượt theo vòng tròn ABC, đối với mái dốc

có thể giả thiết nhiều mặt trượt có tâm O và bán kính khác nhau là R, mỗi mặttrượt được đặc trưng bởi một hệ số ổn định khác nhau Nhiệm vụ cơ bản của

tính toán ổn định mái dốc là xác định được mặt trượt nguy hiểm nhất trong sốmặt trượt giả thiết tương ứng với hệ số ổn định nhỏ nhất, rồi so sánh với hệ số

ổn định cho phép của công trình mà quy phạm đã quy định để có thể kết luậnmức độ ổn định công trình

2.1.2 Trạng thái cân bằng giới hạn của mái dốc [ 4 ]:

Xét khối đất trượt ABCD giới hạn bởi mặt trượt (hình vẽ: 2.3) Khikhối đất nằm ở trạng thái cân bằng giới hạn, tính chất của đất được đặc trưng

vậy, với một khối trượt nhất định nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn có

bằng giới hạn Tức có lập được đường cong

trượt Nếu mái dốc đang xét có cặp trị số φ và C thực mà toạ độ của nó nằm

trạng thái ổn định, còn trường hợp ngược lại khi toạ độ của cặp φ và C nằm ở

Nếu gọi K là hệ số ổn định hay hệ số an toàn của khối đất đắp, thì hệ

số này chính là tỷ số so sánh toạ độ cặp trị số φ và C thực của vật liệu đắp với

trị số φ và C thực của vật liệu đắp nằm phía trên đường cong quan hệ Cgh = f

Như vậy, việc tính toán ổn định của mái dốc bất kỳ là đi lập đường

phương trình cân bằng giới hạn của khối đất trượt

Để lập phương trình này các tác giả nghiên cứu về ổn định mái dốcđều dựa vào biểu thức của A.C Culông:

Để lập phương giới hạn, hiện nay các tác giả dựa vào hai loại mô hìnhtính toán sau đây:

2.1.3.Mô hình tính toán thứ nhất : [ 4 ]

Chia khối đất trượt thành nhiều cột thắng đứng, mỗi cột đất được giớihạn bởi hai mặt thẳng đứng và được xem như một vật rắn nguyên khối tựatrên cung trượt, các tác giả nghiên cứu trên cơ sở mô hình này của K.Terzaghi.

Hình 2.5: Sơ đồ tính toán ổn định theo phương pháp phân mãnh.[ 4 ]Xét một cột đất phân tố bất kỳ i trong khối đất trượt (hình vẽ 2.5),trong trường hợp tổng quát và khối đất ở trạng thái cân bằng giới hạn, các lựctác dụng lên cột đất này gồm:

trung tâm đáy cột đất

Trong đó: b: Bề rộng của cột đất

h: Chiều cao trung bình của cột đất

γ : Dung trọng tự nhiên của đất

trường hợp tổng quát có trị số và phương chưa biết

không tính đến lực dcgh thì hợp của dNgh và dTgh là dP, ở trạng thái cân bằng

tác dụng của phản lực dP của cột đất bất kỳ đều phải tiếp tuyến vòng tròn tâm

Trong đó:

O: Tâm của bán kính cung trượt

R: Bán kính cung trượt

Do mỗi cột đất đều ở trạng thái cân bằng giới hạn, nên các lực nêu trên

xem như là những nội lực của khối đất trượt cho nên khi xét tổng quát toànkhối đất trượt thì không cần xét đến nó

2.1.4.Mô hình tính toán thứ hai [ 4 ]:

Mô hình này do D Taylor, A.I.Ivanor kiến nghị Theo tác giả này,khối đất trượt được xem như một vật rắn nguyên khối và tại mỗi điểm trênmặt trượt chịu tác dụng của ứng suất tiếp τ thoả mãn công thức củaA.C.Culông, khi ở trạng thái cân bằng giới hạn thì khối đất này chịu tác dụngcủa các lực sau :

Hình 2.6: Sơ đồ tính ổn định xem khối đất trượt là vật rắn nguyênkhối.[ 4 ]

+ Nếu xét cả ngoại lực trên bề mặt, thì khối trượt có trọng lực g theo

phương Eo - Eo bất kỳ, còn nếu không có ngoại lực tác dụng trên bề mặt thìlực này chỉ gồm có trọng lượng bản thân và có phương thẳng đứng đi quatrọng tâm của khối trượt, đây là yếu tố gây trượt của khối đất và có trị số bằngdiện tích mặt cắt ngang nhân với dung trọng tự nhiên của đất.

có phương tiếp tuyến cung trượt

Trong đó:

ds : Chiều dài phân tố cung trượt

2 3 Các phương pháp ổn định mái dốc công trình [ 3 ]

2.2.1 Khái quát chung

Hiện nay trên thế giới tồn tại nhiều phương pháp tính toán ổn định máidốc khác nhau , tuy nhiên các lý thuyết đều dựa trên việc xác định mặt trượt

và khối trượt giả thiết được hình thành gây nên sự mất ổn định của mái dốc,mặt trượt hình thành có thể là mặt phẳng hoặc mặt trượt trụ tròn Từ các mặttrượt và khối trượt được giả thiết , các tác giả đã xét đến các thàn h phần gâytrượt và thành phần kháng trượt của khối trựơt để đánh giá sự ổn định của máidốc Đồng thời, với việc đó là sự hình thành các giải pháp gia cố nhằm giữ ổnđịnh cho mái dốc

Các giải pháp gia cố được đề xuất dựa trên các kết quả tính toán và kếtquả nghiên cứu thực tế nguyên nhân phát sinh sự trượt Do đó, trong quá trìnhtính toán phải xét đến sự làm việc đồng thời của các thành phần gia cố nhưtường chắn cọc neo gia cố, với khối trượt, các tác động của khối trượt nêncác thàng phần gia cố và ứng xử của các thành phần gia cố này khi chịunhững tác động đó

Việc tính toán và nghiên cứu các kết quả thực tế ngoài hiện trường làmột công cụ đánh giá tính đúng đắn của các gỉa thuyết sử dụng các kết quảcủa quá trình tính toán đó

2.2.2 Phân tích ổn định mái dốc theo lý thuyết trượt phẳng [ 3 ]

a/ Phân tích mái dốc vô hạn - Trượt phẳng song song [ 3 ]

Hiện tượng trượt theo mặt phẳng nông song song kéo dài thường xuấthiện trong điều kiện địa chất khi một tầng phủ nằm trên một lớp cứng hơnnằm dưới, việc phá hoại khi đó sẽ theo một mặt phẳng Phá hoại thường bịthúc đẩy do áp lực nước lỗ rỗng tăng thêm đột ngột, đặc biệt trong đất mà bềmặt bị sấy khô một phần rồi liên kết với nhau và di chuyển như một bảnphẳng mỏng hay còn gọi là trượt lớp

Mái dốc vô hạn bị phá hoại theo một mặt phẳng song song với mặt đất,các thành phần lực tác dụng do trọng lượng bản thân khối đất và các ngoại lực