Bài giảng: Thiết kế đập chắn sóng pot

Một số công trình biển điển hình và công dụngTên tiếng Anh Loại công trình Tác dụng Đặc trưng Seadike Đê biển Bảo vệ và giảm nhẹ bão, lũ từ ngoài Revetment Kè lát mái Bảo vệ đường bờ chố

Thiết kế đập chắn sóng

vuminhanh@wru.edu.vn

Nội dung chính

3 Giới thiệu chi tiết:

Đê chắn sóng tường trọng lực

Đê chắn sóng mái nghiêng

Nội dung chính

Giới thiệu chi tiết đê chắn sóng tường trọng lực và

Một số công trình biển điển hình và công dụng

Tên tiếng Anh Loại công trình Tác dụng Đặc trưng

Seadike Đê biển Bảo vệ và giảm nhẹ bão, lũ từ ngoài

Revetment Kè lát mái Bảo vệ đường bờ chống xói mòn Củng cố một phần đường bờ

Bulkhead Tường chắn đất Bảo vệ và chống trượt cho phần đất

phía sau tường

Chống xói mòn bờ biển Giảm chiều cao sóng, đồng thời có tác dụng

giảm vận chuyển bùn cát dọc bờ

Reef breawaters Dải ngầm Chống xói mòn bờ biển Giảm chiều cao sóng khi tiến vào bờ

Submerged sill Ngưỡng tràn Chống xói mòn bờ biển Làm chậm lại quá trình chuyển động bùn cát

Beach drains Thoát nước bãi Chống xói mòn bờ biển Tập trung nước vật liệu vào rãnh thoát nước

Beach nourishment Bãi nuôi và đụn cát Chống xói mòn bờ biển và chống gió Bãi nhân tạo và các đụn cát có tác dụng chống

Một số công trình biển điển hình và công dụng

Tên tiếng Anh Loại công trình Tác dụng Đặc trưng

Breakwater Đập phá sóng Tạo vùng nước lặng trong cảng và

cho luồng tàu tránh tác động của sóng, dòng chảy

Giảm năng lượng sóng và/hoặc phản

xạ lại một phần năng lượng sóng

Floading breakwater Đập phá sóng nổi Tạo vùng nước lặng trong cảng và nơi

neo đậu thuyền chống hiện tượng cộng hưởng (nguyên nhân do sóng có chu kỳ ngắn)

Giảm chiều cao sóng do phản xạ hoặc

Training walls Tường hướng dòng Chống bồi, xói và bảo vệ nơi neo đậu

tàu thuyền dưới tác động của dòng chảy

Hướng dòng chảy tự nhiên hoặc tạo ra dòng chảy theo ý muốn con người bằng cách giảm tác dụng của dòng ven bờ

Storm surge barrier Barrier chắn sóng Bảo vệ vùng cửa sông tránh tác động

của bão biển

Tạo ra một lá chắn ngăn cửa sông và biển

Pipeline outfall Hệ thống ống chống sạt lở Vẫn chuyển chất lỏng Ổn định dưới tác dụng trọng lực

Scour protection Bảo vệ hố xói Bảo vệ các công trình tránh mất ổn

định bởi hố xói

Tăng độ cấu kết của đất dưới tác dụng của sóng và dòng

Đê biển

Tác dụng chính là

bảo vệ đường bờ

và vùng đất phía

sau đê khỏi ảnh

hưởng của bão, lũ

• Giảm năng lượng sóng khi tiến vào bờ

• Tạo vùng nước lặng cho tàu thuyền neo đậu

ngăn chặn bồi lắng

Giới thiệu chung về đập phá sóng

Phân loại đập phá sóng

to the shoreline)

- Đập phá sóng đỉnh thấp (Low crested structure)

- Đập phá sóng đỉnh cao (High crested structure)

Detached breakwater in Presque Isle, Pennsylvania

(1994)

Detached breakwater

Elmer, UK

Attached breakwater

Phân loại đập phá sóng

- Đập phá sóng nổi (Emerged breakwaters)

- Đập phá sóng chìm (Submerged breakwaters)

- Đập phá sóng dạng phao (Floating breakwater)

structure (Sandfilled concrete Caissons, stacked massive concrete blocks, composite structure)

- Đập phá sóng có mái bảo vệ - Sloping-front mound structure armored with rock or cocrete armor)

(rubble-Emerged breakwaters in Denmark

Emerged breakwaters in UK

Low crested during storm surge, IJmuiden, NL

Ưu điểm Nhược điểm

Đập phá sóng có mái • Phù hợp với đáy lồi lõm

• Phù hợp với địa chất yếu

• Xói chân không nhiều

• Hư hỏng mang tính chất tích lũy

• Công trình khá thông dụng

• Dễ sửa chữa

• Yêu cầu nguyên vật liệu tập trung khi xây dựng lớn trong thời gian ngắn.

• Chi phí sửa chữa lớn

• Yêu cầu vị trí xây dựng rộng

Composite Dạng

thẳng đứng

• Tiết kiệm vật liệu xây dựng (chủ yếu sử dụng vật liệu đá)

• Dễ dàng sửa chữa nhỏ

• Chiều sâu nước tại vi trí xây dựng công trình có thể xác định rõ ràng

• Yêu cầu địa chất tốt

• Công trình thường ( ất) cao

• Khó khăn khi sửa chữa

Đỉnh thấp • Xây dựng công trình được ở vùng

nước sâu với điều kiện địa chất không cần quá tốt

• Kinh tế/ linh động trong thiết kế

• Công trình phức tạp (cả thiết

kế lẫn thi công)

• Rất khó sửa chữa

Đỉnh cao • Xây dựng công trình được ở vùng

nước sâu với điều kiện địa chất không cần quá tốt

• Công trình rất phức tạp (cả thiết kế lẫn thi công)

• Dễ bị hỏng hóc, ảnh hưởng khi làm việc trong điều kiện

Vị trí xây dựng đập chắn sóng

Phụ thuộc vào mục đích xây dựng

Tính toán chi tiết

Tính toán thiết kế

A Đập chắn sóng tường đứng

trọng lực

Đập chắn sóng dạng thùng chìm

có mặt trước thẳng đứng

Tường đứng trọng lực

Đập chắn sóng dạng thùng chìm hỗn hợp có mặt trước thẳng đứng

Mặt cắt dọc

Mái dốc tự nhiên của đất

Phân đoạn Khe lún Đê tường đứng

Đệm đá

Đập chắn sóng thường có cấu tạo gẫy khúc và chia làm 3 phần : Gốc đập, thân đập và đầu đập

Mặt cắt dọc

Lưu ý:

• Gốc đập phải bố trí sâu vào

bờ 1 đoạn bằng 1,5 lần chiều cao sóng

• Cao trình dọc thân đập không đều nên kết cấu nên thiết kế dạng bậc thang

• Với đập xây dựng trên nền địa chất yếu dễ xảy ra hiện tượng lún không đều nên cần phân đoạn với chiều dài từ 25 ÷ 45m

Tường đứng trọng lực bao gồm hai bộ phận cơ bản:

Công dụng

xói

Cấu tạo lớp nệm đá

÷

1

Cấu tạo lớp nệm đá

• Đất yếu: nệm đá bao gồm lớp gối cát, tầng lọc ngược, lăng trụ đá.

Cấu tạo lớp lọc/ vải địa kỹ thuật

1

Cấu tạo tầng lọc Một số lưu ý khi thiết kế vị trí tầng lọc

• Đặt tại độ sâu > 3H max

• Nơi tác động của dòng dự đoán là nhỏ

• Có vật liệu làm nền công trình tương đối bền vững, tùy thuộc vào lớp vật liệu làm nền mà tầng lọc có thể thiết

Cấu tạo tầng lọc 1

Tường đứng trọng lực bao gồm hai bộ phận cơ bản:

Các bộ phận cơ bản

2

Phần kết cấu bên trên

Phần dưới nước

K ế t c ấ u ph ầ n dư ớ i nư ớ c

2

Kết cấu bê tông khối xếp

Kết cấu khi thiết kế:

Hình dạng hợp lý nhất: Khối hình chữ nhật

Theo mặt bằng: 1< tỉ lệ kích thước min/max < 3 xếp so le

1< tỉ lệ kích thước min/max < 4 cột đứng

Tránh lún: phân đoạn dài 25 ÷40m, chiều rộng khe lún <5cm

Khối lượng từng khối xếp phù hợp đk sóng tính toán

Tăng ổn định: các khối nên xếp so le

Liên kết giữa các khối trên mặt bằng nên có mộng

Mặt tường phải làm phẳng, hàng cuối có thể nhô ra < 0,6 chiều

Trong mặt cắt dọc 0,5 0,6

Mộng theo chiều thẳng

đứng ( có thể liên kết bằng

BT cốt thép)

Nhược điểm:

Khi tường bị vỡ, vật liệu dẽ dàng bị trôi mất

Tải trọng sóng

Tác động của tải trọng sóng

Có một số quan điểm tính toán

Quan điểm phân chia vùng sóng tác động

1 Tải trọng sóng nước sâu

2 Tải trọng sóng nước nông

3 Một số trường hợp đặc biệt

Tác động của tải trọng sóng

Sóng nước sâu

d b d d f d r

Tác động của tải trọng sóng

Sóng nước sâu

d b d d f d r

Z: tung độ của các điểm

ρ: khối lượng riêng của nước

Tác động của tải trọng sóng

Khi đỉnh sóng tiếp cận công trình

Tường đứng trọng lực

Một số phương pháp tính toán (CE)

Goda (VI-5-53, p.VI-5-139) dùng cho cả sóng vỡ và không

vỡ , cho phép nước tràn qua đỉnh, tính toán

sóng ngẫu nhiên không vỡ; không sử dụng cho sóng vỡ

và tràn đỉnh

sóng vỡ trước đây, độ sai lệch có thể vượt quá 15-18%,

do vậy tính toán theo phương pháp này giá thành công trình thường lớn hơn các phương pháp khác

Công thức Goda

Công thức Goda

β: góc tới của sóng (là góc giữa đỉnh sóng và mặt trước tường)

H design : chiều cao sóng thiết kế tại vị trí công trình

Ngoài vùng sóng vỡ H design =1,8.H s Trong vùng sóng vỡ H =2.Hs tại vị trí H max=5Hs

Công thức Goda

21

/ 4

sinh

/

4 5

, 0 6

=

L h

L h

s

s

π

π α

L: chiều dài sóng tại độ sâu h b ,

ứng với sóng có ý nghĩa T s ≈ 1,1T m (T m là chu kì trung bình);

h b : độ sâu nước cách tường khoảng 5H S ;

λ 1 , λ 2 , λ 3 : các hệ số biến đổi phụ thuộc vào loại kết cấu.

h h

s s

c w

/ 2

cosh

1 1

Thiết kế mặt cắt ngang đê

1 Xác định cao trình đỉnh

2 Kích thước thềm đá

• Cao trình lớp nệm đá

• Mái dốc thềm đá

• Chiều rộng, chiều cao thềm đá

• Kích thước viên đá phủ chân thềm

• Chiều cao đỉnh đê thỏa mãn lượng nước tràn qua không

gây phá hoại công trình mặt đê

Cao trình đỉnh

Lưu lượng tràn thường là hàm phụ thuộc nhiều yếu tố

0 , 3 exp

082 ,

Kích thước thềm đá

Cấu kiện tiêu sóng

Kích thước viên đá bảo vệ

Sử dụng công thức Hudson’s

Kiểm tra các kích thước thiết kế

Kiểm tra các tính toán thiết kế