Tiêu chuẩn kỹ thuật và chú giải đối với các công trình cảng - Phần Các điều kiện thiết kế - Chương 5 doc

Cần nhớ rằng khi sóng đang vỡ tác dộng lên một tường thẳng đứng đặt trên một lớp đệm đá cao cả khi nó được xây trên một đáy biển thoải, có thể sinh ra một lực sóng đang vỡ xung rất β :

Chương 5 : Lực sóng

5.1 Tổng quát (Điều 5, Khoản 1 Thông báo)

Lực sóng tác động lên một kết cấu được xác định bằng cách sử dụng các thử nghiệm mô hình

thuỷ lực thích đáng hoặc các phương pháp thiết kế mô tả trong 5.2 Lực sóng tác động lên tường thẳng đứng, với sóng tính toán xác định bằng các phương thức mô tả trong Chương 4 Sóng

[Chú giải]

(1) Loại kết cấu và lực sóng

Lực sóng nói chung có thể được phân loại theo loại kết cấu như sau:

(a) Lực sóng tác động lên một kết cấu loại tường

(b) Lực sóng tác động lên đá phủ bảo vệ hoặc khối bê tông

(c) Lực sóng tác động lên các bộ phận ngập nước

(d) Lực sóng tác động lên các kết cấu gần mặt nước

Lực sóng khác nhau đối với mỗi loại kết cấu Do đó cần sử dụng một phương pháp thích hợp với loại kết cấu

Đối với một số kết cấu có ít kinh nghiệm xây dựng, lực sóng của chúng chưa làm sáng tỏ đầy đủ Và vì vậy nên tiến hành nghiên cứu kể cả các thí nghiệm mô hình thuỷ lực đối với các kết cấu đó

(2) Tính không ổn định của sóng và lực sóng

Sóng biển không ổn định với chiều cao sóng và chu kỳ thay đổi từ con sóng này tới con sóng khác Tuỳ thuộc vào chiều sâu nước và địa hình đáy biển có thể xuất hiện các sóng không vỡ, các sóng vừa mới vỡ, và các sóng

đã vỡ Khi tính lực sóng, điều quan trọng là đưa vào các sóng tác động nghiêm trọng nhất đến kết cấu Cần xem

đầy đủ đến tính không ổn định của sóng và các đặc trưng của lực sóng được tạo ra tuỳ theo loại kết cấu

Nói chung, có thể giả định rằng, chiều cao sóng càng lớn, lực sóng càng lớn Do đó, có thể chấp nhận tập trung vào lực sóng của sóng cao nhất trong chuỗi sóng không ổn định tấn công kết cấu Tuy nhiên, đối với độ ổn định của các kết cấu nổi và kết cấu hình trụ có độ cứng nhỏ, và của các khối bê tông hoặc đá phủ bảo vệ trên mái dốc, nên xem xét ảnh hưởng của tác động liên tiếp của sóng không ổn định

(3) Tính lực sóng sử dụng thí nghiệm mô hình thuỷ lực

Khi nghiên cứu lực sóng bằng mô hình thuỷ lực cần chú ý thích đáng đến quá trình hư hỏng của kết cấu và sử dụng phương pháp đo đạc thích hợp Cũng cần chú ý thích đáng đến tính không đều của sóng Đặc biệt, khi tiến hành thí nghiệm với sóng điều hoà, phải nghiên cứu với sóng cao nhất

5.2 Lực sóng tác động lên tường thẳng đứng

5.2.1 Các vấn đề quan tâm chung

Lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng thay đổi theo các điều kiện của sóng, cũng như mức nước thuỷ triều, chiều sâu nước, địa hình đáy biển, dạng mặt cắt ngang kết cấu và hình thức bố trí kết cấu Lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng do đó phải tính toán thích

đáng có xét đến các vấn đề đó

Một tường thẳng đứng trên một đáy biển dốc hoặc một ụ cao thường phải chực lực phá huỷ của sóng va đập mạnh, vì vậy phải chú ý đầy đủ đến các điều kiện trong đó lực được sinh ra khi tính toán lực sóng

[Chú giải]

(1) Các thông số ảnh hưởng đến lực sóng lên một tường thẳng đứng 1)

Các thông số chính ảnh hưởng đến lực sóng tác động lên một đường thẳng đứng là chu kỳ sóng, chiều cao sóng, hướng sóng, mực nước, chiều sâu nước, độ dốc đáy, chiều sâu nước bên trên lớp đệm đá, chiều cao của tường thẳng đứng, và chiều sâu nước của chân tường thẳng đứng Ngoài ra, cũng cần xét đến ảnh hưởng của cách bố trí tường Lực sóng lên một tường thẳng đứng có hình dạng lõm có thể lớn hơn lực sóng lên một tường

thẳng đứng phẳng có chiều dài vô hạn Hơn nữa, nếu mặt trước của tường thẳng đứng được phủ một đống các

khối bê tông tiêu sóng, đặc trưng của các khối này và chiều cao đỉnh và bề rộng của lớp đệm đá sẽ ảnh hưởng

tới lực sóng

(2) Các loại lực sóng

Lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng có thể phân loại theo loại sóng như một lực sóng đứng, một lực

sóng đang vỡ, hoặc một lực sóng do một sóng đã vỡ Người ta xem là lực sóng thay đổi liên tục từ loại này sang

loại khác theo sự thay đổi chiều cao sóng ngoài khơi Lực sóng đứng được tạo ra bởi các sóng có chiều cao nhỏ

so với chiều sâu nước, và sự thay đổi áp lực sóng theo thời gian thì dần dần Khi chiều cao sóng tăng, lực sóng

cũng tăng Nói chung, lực sóng lớn nhất được sinh ra bởi các sóng vỡ ngay trước tường một chút Theo đó, trừ

các điều kiện nước rất nông, lực tác động bởi các sóng vỡ ngay trước một tường thẳng đứng lớn hơn lực sóng do

các sóng cao hơn đã vỡ hoàn toàn Cần nhớ rằng khi sóng đang vỡ tác dộng lên một tường thẳng đứng đặt trên

một lớp đệm đá cao (cả khi nó được xây trên một đáy biển thoải), có thể sinh ra một lực sóng đang vỡ xung rất

β : Góc giữa đường pháp tuyến với tường đứng và hướng tới của sóng

Góc này phải giảm đi 15o

, nhưng góc hợp thành phải không nhỏ hơn 00

Việc hiệu chỉnh này cho một dự phòng an toàn về tính không vững chắc trong hướng sóng

λ1 ,λ2 : hệ số hiệu chỉnh áp lực sóng (1,0 là giá trị tiêu chuẩn)

h : chiều sâu nước ở trước tường thẳng đứng (m)

L : chiều dài sóng ở chiều sâu nước h dùng trong tính toán như quy định trong mục (3)

dưới đây

HD : chiều cao sóng dùng trong tính toán như quy định trong mục (3) dưới đây (m):

Trong đó :

hb : chiều sâu nước ở khoảng cách ngoài khơi bằng 5 lần chiều cao sóng có ý nghĩa kể từ

tường thẳng đứng (m)

d : chiều sâu nước ở đỉnh của công trình bảo vệ chân hoặc các khối bảo vệ lớp đệm đá,

lấy số liệu nào cao hơn (m)

h' : chiều sâu nước ở chân tường thẳng đứng (m)

min {a,b} : giá trị nhỏ hơn của a hoặc b

(2) Lực đẩy nổi dưới tường thẳng đứng

Lực đẩy nổi tác động vào đáy một tường đứng được diễn tả bằng một phân bổ tam giác, với

cường độ áp lực ở chân trước pu được cho bởi phương trình sau và bằng 0 ở chân sau

pu = 0,5 (1 + cosβ) α1 α3 λ3 ρ0 g HD (5.2.8)

Trong đó :

pu : áp lực đẩy nổi tác động tại chân trước của tường thẳng đứng (kN/m2

)

λ3 : hệ số hiệu chỉnh áp lực đẩy nổi (1,0 là giá trị tiêu chuẩn)

(3) Chiều cao sóng và chiều dài sóng dùng trong tính toán áp lực sóng

Chiều cao sóng HD và chiều dài sóng L là chiều cao và chiều dài sóng của sóng cao nhất

Chiều dài sóng của sóng cao nhất tương ứng với chu kỳ sóng có ý nghĩa, còn chiều cao của

sóng cao nhất như sau:

(a) Khi tường thẳng đứng nằm ngoài vùng sóng vỡ:

Trong đó :

Hmax : chiều cao sóng cao nhất của sóng tới tại chiều sâu nước ở tường thẳng

đứng(m)

H1/3 : chiều cao sóng có ý nghĩa của sóng tới tại chiều sâu nước ở tường thẳng đứng (m)

(b) Khi tường thẳng đứng nằm trong vùng sóng vỡ :

HD là chiều cao sóng lớn nhất có xét đến hiện tượng sóng không ổn định bị vỡ (m)

[Chú giải]

Tiêu chuẩn quy định phải tính lực sóng nằm ngang lớn nhất tác động lên một tường thẳng đứng và áp lực đẩy nổi

đồng thời theo phương trình Goda mở rộng

Công thức áp lực Goda mở rộng là công thức do Goda kiến nghị và được sửa đổi để đưa vào các ảnh hưởng của hướng sóng và các vấn đề khác Công thức phương trình đơn của nó cho phép tính lực sóng từ điều kiện sóng đứng tới sóng vỡ mà không có một chuyển tiếp đột ngột nào Tuy nhiên, khi tường thẳng đứng nằm trên một

đáy biển dốc hoặc xây trên một lớp đệm đá cao, và chịu một áp lực sóng xung mạnh do các sóng đang vỡ, công thức có thể đánh giá thấp lực sóng Bởi vậy, phải áp dụng cẩn thận có xét đến khả năng xẩy ra áp lực sóng xung

do các sóng đang vỡ (xem 5.2.3 áp lực xung do sóng đang vỡ)

áp lực sóng tính theo công thức Goda lấy áp lực thuỷ tĩnh ở điều kiện nước tĩnh làm giá trị tham khảo Phải xem xét riêng nếu có một độ chênh áp lực thuỷ tĩnh giữa các mặt trong và mặt ngoài của tường Ngoài ra, phương trình có mục đích xem xét độ ổn định của toàn thể thân tường thẳng đứng Khi có tác động của sóng đang vỡ, phương trình không nhất thiết biểu thị áp lực sóng cục bộ lớn nhất tại các vị trí tương ứng; do đó các vấn đề đó phải xét đến trong khi nghiên cứu ứng suất của các thanh kết cấu

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) áp lực sóng ở mặt trước theo công thức mở rộng Goda

Hình T.5.2.1 minh hoạ sự phân bổ áp lực tác động lên một mặt cắt thẳng đứng của một đê chắn sóng Việc hiệu

chỉnh góc sóng tới β được cho ví dụ trong Hình T.5.2.2

Hình T.5.2.1 Phân bổ áp lực sóng dùng trong tính toán thiết kế

Hình T.5.2.2 Cách để có góc sóng tới β (2) Sóng cao nhất

Nói chung trong thiết kế đê chắn sóng, cần đánh giá lực sóng lớn nhất bằng cách tính công thức Goda và sử dụng sóng cao nhất Sự xuất hiện sóng cao nhất trong một nhóm sóng không ổn định là theo xác suất, và do

đó không thể xác định sóng cao nhất một cách rõ ràng Tuy nhiên, sau khi nghiên cứu các kết quả áp dụng phương pháp hiện hành cho các đê chắn sóng ở hiện trường, có thể lấy 1,8 lần chiều cao sóng có ý nghĩa là chiều cao của sóng cao nhất khi tường thẳng đứng nằm ngoài vùng sóng vỡ Tiêu chuẩn cũng cho sử dụng chiều dài sóng tương ứng với chiều dài sóng có ý nghĩa làm chiều dài sóng của sóng cao nhất

Đẩy nổi

Đường pháp tuyến tới tường

Hướng chính của sóng

Để xác định xem sóng cao nhất có bị phá vỡ hay không, các đồ thị xác định chiều cao sóng cao nhất (Hình

T.4.5.15 (a) ~(e) trong 4.5.6 Sóng vỡ) được sử dụng bằng cách dựa vào vị trí của chiều cao sóng đỉnh trong

khu vực về phía của đường suy giảm 2% Có thể chấp nhận cho rằng sóng cao nhất không bị phá vỡ khi nước sâu hơn chỗ có chiều cao đỉnh, và sóng đó bị phá vỡ khi nước nông hơn Nếu chiều cao sóng cao nhất có

được bằng cách sử dụng phương trình gần đúng (4.5.23) trong 4.5.6 Sóng vỡ, hb phải được thay thế vào h trong số hạng đầu trong dấu { } ở phía phải của phương trình Nếu sử dụng một giá trị khác 1,8 cho hệ số ở vế

phải của phương trình (5.2.9), cần tiến hành nghiên cứu đầy đủ về sự xuất hiện của sóng cao nhất và sau đó chọn một giá trị thích hợp (xem 4.1.3[2] Tính chất thống kê của sóng)

(3) Các hệ số hiệu chỉnh λ1 , λ2 , λ3

Phương trình (5.2.1) ~ (5.2.8) là dạng mở rộng của công thức Goda Chúng có ba hệ số hiệu chỉnh để có thể

áp dụng chúng cho tường có các hình dạng khác nhau và điều kiện khác nhau Với một tường thẳng đứng, hệ

số hiệu chỉnh tất nhiên là 1,0 áp lực sóng tác động lên các loại tường khác ví dụ một giếng chìm có phủ một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng hoặc một giếng chìm tường có khoan lỗ có thể biểu thị bằng cách sử dụng

công thức Goda mở rộng với các hệ số hiệu chỉnh thích hợp (xem 5.2.4 Lực sóng trên tường thẳng đứng

che phủ bằng các khối bê tông tiêu sóng)

(4) áp dụng các phương trình lý thuyết và tính toán khác

Khi tỷ lệ chiều cao sóng và chiều sâu nước nhỏ và có một lực sóng đứng tác động rõ ràng lên một tường thẳng

đứng, có thể áp dụng lý thuyết sóng đứng, chính xác cao Tuy nhiên, trong trường hợp này cần xem xét đầy đủ

đến tính chất không ổn định của sóng ở hiện trường và đánh giá lực do sóng cao nhất gây ra Hơn nữa, khi khả năng sử dụng có thể kiểm tra dựa trên các kết quả trước đây đối với các đê chắn sóng hiện có, cũng có thể sử dụng công thức Sainflou và công thức Hiroi để tính một lực sóng tính toán

(5) Các đặc điểm và giới hạn áp dụng của công thức Goda

Đặc điểm thứ nhất của công thức Goda là lực sóng từ sóng đứng cho tới sóng vỡ có thể được đánh giá liên tục,

kể cả tác động của chu kỳ Thông số α1 cho bởi phương trình (5.2.5) biểu thị tác động của chu kỳ (nói chặt chẽ

thì là h/L); nó có các giá trị giới hạn là 1,1 đối với sóng nước cạn và 0,6 đối với sóng nước sâu Tác động của chu kỳ cũng xuất hiện khi đánh giá chiều cao sóng lớn nhất sử dụng trong tính toán; với chiều cao sóng nước sâu không thay đổi, chu kỳ càng dài, chiều cao sóng lớn nhất trong vùng sóng tung bọt càng lớn Vì công thức Goda gắn kết tác động của chu kỳ vào áp lực sóng cũng như vào chiều cao sóng lớn nhất, nên cần cẩn thận khi xác định chu kỳ trong các điều kiện thiết kế

Một đặc điểm khác của công thức Goda là sự thay đổi lực sóng theo chiều cao của lớp đệm đá và độ dốc đáy

được xem xét theo thông số α2 Có thể thấy từ phương trình (5.2.6), khi chiều cao lớp đệm đá tăng dần từ số 0

(nghĩa là d = h) thì α2 tăng dần từ số 0 tới giá trị cực đại Sau khi đạt giá trị cực đại, α2 giảmcho tới khi nó đạt số

0 lần nữa khi d = 0 Giá trị cực đại của α2 là 1,1; kết hợp điều này với giá trị cực đại của α1 là 1,1 , cường độ áp lực sóng p, ở mực nước tính được cho bởi 2,2 ρ0gH0

Về ảnh hưởng của độ dốc đáy, hb trong phương trình cho α2 được lấy khi chiều sâu nước ở khoảng cách 5 lần chiều cao sóng có ý nghĩa kể từ tường thẳng đứng Do vậy, một độ dốc đáy dốc dẫn đến cùng một ảnh hưởng như một lớp đệm đá cao ảnh hưởng của độ dốc đáy cũng xuất hiện khi đánh giá chiều cao sóng lớn nhất

được dùng trong tính toán Trong vùng sóng vỡ, độ dốc đáy càng dốc, chiều cao sóng lớn nhất ở khoảng cách 5H1/3 về phía biển kể từ tường thẳng đứng Do đó, độ dốc đáy có một ảnh hưởng lớn đến lực sóng, do đó cần cẩn thận khi xác định độ dốc đáy trong các điều kiện thiết kế

Như đã giải thích trên đây, công thức Goda xem xét các ảnh hưởng của chiều cao lớp đệm đá và độ dốc đáy

đến áp lực nước Tuy nhiên, đối với tường thẳng đứng đặt trên một lớp đệm đá cao hoặc một đáy biển dốc, có thể bị một lực sóng vỡ xung lớn tác động, và trong các điều kiện như vậy, công thức Goda có thể đánh giá thấp lực sóng Khi áp dụng công thức Goda, cần chú ý đến nguy cơ nảy sinh lực sóng vỡ xung Đặc biệt, với một lớp đệm đá cao, cần xét không chỉ α2 trong phưong trình (5.2.6) mà cả hệ số lực sóng vỡ xung α1 theo

Takahasi và các cộng sự (xem 5.2.3 áp lực xung do sóng vỡ) và dùng α1 thay cho α2 nếu α1 lớn hơn α2 Một vấn đề khác đối với công thức Goda liên quan đến việc áp dụng nó vào nơi nước rất nông, ví dụ gần bờ Công thức Goda không thể áp dụng chính xác với các sóng đã vỡ Tuy nhiên, khó xác định rõ ràng giới hạn khả năng áp dụng nằm ở đâu Với các trường hợp như khi lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng gần bờ,

nên sử dụng các phương trình khác cùng với công thức Goda (xem 5.2.7 Lực sóng tác động lên một tường

thẳng đứng gần đường bờ hoặc trên b∙i biển)

(6) Sửa đổi công thức Goda nguyên thuỷ đối với hướng sóng

Tuy có thể có được các kết quả từ một số thí nghiệm về ảnh hưởng của hướng sóng đến lực sóng, vẫn còn nhiều điểm chưa rõ Thông thường, đối với sóng đứng, không có hiệu chỉnh về hướng sóng đối với lực sóng

ảnh hưởng của sóng chỉ được xét đối với sóng đang vỡ, bằng cách nhân lực sóng với cos2β, trong đó β là góc giữa hướng sóng tới với đường vuông góc với mặt tường thẳng đứng Tuy nhiên, việc này dẫn đến tình trạng phi lý vì lực sóng vỡ được giả định là giảm xuống khi góc sóng β tăng lên, đạt tới không ở giá trị giới hạn β =

900, và sóng đứng được giả định là vẫn duy trì như trong điều kiện sóng đứng hoàn hảo Một cách giải thích là vì các đê chắn sóng là hữu hạn về độ dài, khi góc tới lớn (nghĩa là sóng tới xiên) nó sẽ cách xa đáng kể đầu đê chắn sóng trước khi chiều cao sóng bằng hai lần chiều cao sóng tới Khi β tới gần giá trị giới hạn β = 900, khoảng cách tới chỗ mà chiều cao sóng lớn gấp hai lần tiến tới vô hạn Nói cách khác, trong trường hợp này, xem như là áp lực sóng của các sóng phát triển không ngừng tác động lên tường thẳng đứng Xem xét các

điểm đó và áp dụng vào các đê chắn sóng ở hiện trường, người ta đã quyết định hiệu chỉnh phương trình

(5.2.2) đối với hướng sóng bằng cách nhân α2 (đại diện cho ảnh hưởng của lớp đệm đá) với cos2β, và sau đó nhân toàn bộ số hạng với 0,5 (1+ cosβ)

(7) Lực sóng và chu kỳ sóng có ý nghĩa đối với các sóng tạo thành bởi hai nhóm sóng có chu kỳ khác nhau

Ví dụ về hai nhóm sóng có chu kỳ khác nhau chồng lên nhau là trường hợp các sóng từ bên ngoài biển vào trong vịnh và một nhóm sóng khác phát sinh trong vịnh do gió cục bộ Trường hợp khác là sự xếp chồng của các sóng nhiễu xạ đến từ cửa vào cảng và sóng truyền do tràn Trong các trường hợp đó, phổ sóng là "hai phương thức" (nghĩa là có hai đỉnh) và có các trường hợp thực tế quan sát được ngoài hiện trường Tanomoto thực hiện các thí nghiệm về lực sóng tác động lên tiết diện thẳng đứng của một đê chắn sóng hỗn hợp bằng cách sử dụng các sóng có phổ hai phương thức, và kiểm tra thấy rằng công thức Goda cũng có thể áp dụng cho trường hợp này Ông ta cũng kiến nghị một phương pháp để tính chu kỳ sóng có ý nghĩa để sử dụng trong

tính toán lực sóng (xem 4.5.4 Sự phản xạ của sóng) Nếu mỗi phổ tần số của hai nhóm sóng trước khi chồng

có thể xem là loại Bretschneider - Mitsuyasu, chu kỳ sóng có ý nghĩa sau khi chồng có thể có được bằng cách

sử dụng phương pháp của Tanimoto Sau đó có thể dùng chu kỳ sóng có ý nghĩa này trong tính toán lực sóng (8) Lực sóng đối với tường thẳng đứng đỉnh thấp

Theo các kết quả thí nghiệm mô hình, độ ổn định của tường thẳng đứng có xu hướng tăng lên khi chiều cao

đỉnh giảm Nakata và Terauchi đã kiến nghị một phương pháp để tính lực sóng đối với một đê chắn sóng có chiều cao đỉnh thấp Trong phương pháp này, áp lực sóng nằm ngang và áp lực đẩy nổi từ công thức Goda

được nhân với hệ số hiệu chỉnh λh , từ đó giảm lực sóng

(9) Lực sóng đối với tường thẳng đứng đỉnh cao

Khi đỉnh của một tường thẳng đứng cao hơn đáng kể so với một đê chắn sóng bình thường, sẽ không có sóng tràn, có nghĩa là lực sóng có thể lớn hơn lực sóng cho bởi công thức Goda Mizuno và Sugimoto tiến hành thí nghiệm lực sóng tác động lên một đê chắn sóng đỉnh cao

ổn định của đê chắn sóng Mohira và các cộng sự là những người đầu tiên kiến nghị một phương pháp để tính lực sóng trong trường hợp này Hosoyamada và các cộng sự đã tìm ra một phương pháp dựa trên phương pháp của Morihira, nhưng phương pháp của Hosoyamada tổng quát hơn và có thể áp dụng cho nhiều loại

thùng chìm đầu dốc hơn (xem Phần VII, 3.2.4 Đê chắn sóng thùng chìm đầu dốc)

(11) Lực đẩy nổi tác động lên một thùng chìm có đế

áp lực đẩy nổi p'u tác động vào chân trước, trong khi áp lực đẩy

và áp lực đẩy nổi ở chân sau bằng không

Tuy nhiên, nếu đế rất dài, cần tính lực đẩy nổi một cách thích đáng, có xét đến sự thay đổi trong áp lực đẩy nổi p'u ở chân trước của đế

(12) Thềm lớp đệm đá rộng ở trước tường thẳng đứng

Lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng của một đê chắn sóng hỗn hợp thay đổi không chỉ với chiều cao

lớp đệm đá mà cả với bề rộng thềm và độ dốc phía trước của lớp đệm đá (xem 5.2.3 áp lực xung do sóng

vỡ) Như đã giải thích, trong ba yếu tố đó, Goda chỉ đưa vào công thức ảnh hưởng của chiều cao lớp đệm đá

Do đó nếu bề rộng và độ dốc của lớp đệm đá khác đáng kể với bình thường, nên tiến hành nghiên cứu bằng thí nghiệm mô hình thuỷ lực Tuy nhiên, nên nhớ rằng nếu thềm đủ rộng, nó có thể được xem như một phần của địa hình đáy biển Ngay với công thức tiêu chuẩn, nếu bề rộng lớn hơn một nửa chiều dài sóng, phải sử dụng chiều sâu nước phía trên lớp đệm đá để đánh giá chiều cao sóng và chiều dài sóng đẻ dùng tính toán lực sóng

(13) Lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng được tạo thành bởi một hàng các hình trụ thẳng đứng

Nagai cùng các cộng sự và Hayashi đã tiến hành nghiên cứu về lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng gồm có một hàng các hình trụ (đê chắn sóng cọc) Qua các nghiên cứu này, đã kiểm tra thấy rằng lực sóng không khác nhiều so với lực sóng tác động lên một tương thẳng đứng có bề mặt phẳng Do đó có thể chấp nhận coi tường thẳng đứng gồm có một hàng các hình trụ như tường có một mặt phẳng và tính lực sóng bằng công thức Goda

[2] Lực sóng dưới chân sóng (Điều 5, Khoản 1 Số 2 Thông báo)

Lực sóng âm ở thời điểm chân sóng tác động lên một tường phải tính bằng cách sử dụng thí nghiệm mô hình thuỷ lực thích hợp hoặc một công thức tính toán thích hợp

[Chú giải]

Khi một chân sóng tác động vào một tường, một lực sóng âm tác động tương ứng với chiều sâu chân sóng của mặt nước từ mực nước tĩnh Một "lực sóng âm" là lực hướng ra biển Cần nhớ rằng lực sóng âm có thể so sánh được về cường độ với lực sóng dương khi nước sâu và chiều dài sóng ngắn

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Phân bổ áp lực sóng âm

áp lực sóng âm tác động lên một tường thẳng đứng lúc có chân sóng có thể ước tính gần đúng như đã cho

trong Hình T.5.2.4 Cụ thể, có thể giả định rằng áp lực sóng tác động về phía biển, với cường độ áp lực sóng

này bằng không ở mức nước tĩnh lặng và có một giá trị không đổi pn từ một chiều sâu 0,5 HD dưới mực nước tĩnh cho tới chân tường ở đây pn được cho bởi công thức :

Trong đó :

pn : cường độ áp lực sóng ở vùng không thay đổi (kN/m2)

ρ0 : dung trọng nước biển (thường là 1,03 t/m3)

g : gia tốc trọng trường (9,81 m/s2)

HD : chiều cao sóng sử dụng trong tính toán thiết kế

Hình T.5.2.3 áp lực đẩy nổi khi có đế

Hình T.5.2.4 Phân bố áp lực sóng âm

Ngoài ra, áp lực đẩy nổi âm tác động vào đáy tường thẳng đứng có thể được giả định tác động như trong Hình

T.5.2.4 Cụ thể, có thể giả định một lực đẩy nổi tác động hướng xuống dưới với cường độ bằng pn (như đã cho

trong phương trình (5.2.10) ở chân trước, bằng không ở chân sau, và ở giữa hai chân này là sự phân bố tam

giác Cần sử dụng chiều cao sóng cao nhất làm chiều cao sóng HD dùng trong tính toán

(2) Lực sóng âm theo lý thuyết sóng biên độ hữu hạn

Goda và Kakizaki đã tiến hành một tính toán lực sóng dựa trên các lời giải gần đúng bậc bốn của lý thuyết sóng đứng biên độ hữu hạn, và giới thiệu các biểu đồ tính toán áp lực sóng âm Đã kiểm tra thấy rằng các kết quả tính toán của chúng phù hợp tốt với các kết quả thí nghiệm Khi nước sâu và hình thành rõ rệt sóng đứng,

có thể chấp nhận sử dụng các kết quả của lý thuyết sóng đứng biên độ hữu hạn bậc gần đúng cao hơn Cần nhớ rằng, với một đê chắn sóng nước sâu, lực sóng âm ở chân sóng có thể trở thành lớn hơn lực sóng dương ở

đỉnh sóng, và tường thẳng đứng có thể trượt ra phía biển

5.2.3 áp lực xung do các sóng vỡ

(1) Khi thấy rõ một áp lực sóng xung có thể được tạo ra do sóng đang vỡ, phải tiến hành nghiên cứu kể cả thí nghiệm mô hình thuỷ lực

(2) Nên tránh không chấp nhận các dạng tiết diện ngang và các loại kết cấu có thể làm nảy sinh

áp lực xung lớn do sóng vỡ Nếu không thể tránh được một áp lực xung lớn do sóng vỡ, nên thiết kế lại kết cấu sao cho lực sóng giảm xuống, ví dụ bằng cách bố trí các công trình hấp thụ sóng thích hợp

[Chú giải]

Một áp lực xung sẽ phát sinh khi phía trước của một sóng đang vỡ đập vào mặt tường Từ các thí nghiệm mô hình,

có thể thấy rằng trong các điều kiện nào đó, áp lực sóng lớn nhất có thể lớn tới vài chục lần áp lực thuỷ tĩnh tương ứng với chiều cao sóng (1,0 ρ0 gHD) Tuy nhiên, một áp lực sóng như vậy chỉ tác động cục bộ và trong thời gian rất ngắn, và ngay cả các sự thay đổi nhẹ về các điều kiện dẫn đến sự giảm rõ rệt áp lực sóng Do tính chất xung của lực sóng, các ảnh hưởng đến độ ổn định và ứng suất trong các bộ phận kết cấu thay đổi theo các đặc điểm động lực của kết cấu Theo đó, khi có nguy cơ phát sinh áp lực xung lớn do sóng vỡ gây ra, cần thiết phải có các biện pháp chống đỡ thích đáng bằng cách hiểu rõ các điều kiện phát sinh áp lực xung và các đặc trưng của lực sóng thông qua thí nghiệm mô hình thuỷ lực

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Điều kiện của áp lực xung do sóng đang vỡ

Một loạt các yếu tố tham gia vào vấn đề làm phát sinh một áp lực xung do các sóng đang vỡ, do đó khó mô tả các điều kiện một cách tổng quát Tuy nhiên, dựa trên các kết quả của rất nhiều thí nghiệm, có thể nói rằng một áp lực xung có khả năng xảy ra khi góc β của sóng nhỏ hơn 200 trong các trường hợp sau

(a) Đáy dốc

Khi ba điều kiện (độ dốc đáy hơn khoảng 1/30; có sóng vỡ nhẹ ngoài tường thẳng đứng; và độ dốc sóng nước sâu tương đương của chúng nhỏ hơn 0,13) được thoả mãn đồng thời, khi đó áp lực xung có khả năng phát sinh

(b) Lớp đệm cao

Ngay khi nếu độ dốc đáy thoải, hình dạng của lớp đệm đá có thể tạo ra một áp lực xung Trong trường hợp này, ngoài các điều kiện của sóng, chiều cao đỉnh, chiều rộng thềm và độ dốc của lớp đệm đá đều có vai trò một phần, do đó khó xác định các điều kiện để có thể làm nảy sinh một áp lực xung Nói chung, một áp lực xung sẽ được phát sinh khi lớp đệm đá tương đối cao, chiều rộng thềm phù hợp hoặc độ dốc lớp đệm đá thoải,

và các sóng đang vỡ tạo thành một bức tường nước thẳng đứng ở mái dốc hoặc ở đỉnh lớp đệm đá Khi đáy biển có độ dốc nhỏ hơn khoảng 1/50 và tỷ lệ giữa chiều sâu nước trên đỉnh lớp đệm đá (kể cả công trình phủ bảo vệ) và chiều sâu nước bên trên đáy biển lớn hơn 0,6, có thể cho rằng sẽ không phát sinh áp lực xung lớn (2) Các biện pháp chống lại

Nếu có một áp lực xung lớn do các sóng đang vỡ tác động lên một tường thẳng đứng, lực sóng có thể giảm nhiều bằng cách phủ lên mặt trước một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng Đặc biệt, với một lớp đệm đá cao, một lớp phủ vừa đủ các khối bê tông tiêu sóng có thể ngăn chặn được việc xảy ra áp lực xung Trong vài trường hợp có thể tránh được tác động của 1 số áp lực xung bằng cách dùng các thùng chìm đặc biệt như thùng chìm tường có lỗ hoặc thùng đầu dốc nghiêng Hướng sóng cũng có ảnh hưởng lớn đến việc xảy ra áp lực xung và vì vậy một biện pháp chống lại có thể dùng là đảm bảo hướng sóng không vuông góc với tường đê chắn sóng

(3) Nghiên cứu lực sóng bằng thí nghiệm mô hình

Khi nghiên cứu lực sóng bằng cách thí nghiệm mô hình đối với trường hợp có tác động của áp lực xung do sóng vỡ, cần xem xét các đáp tuyến của kết cấu đối với lực xung kích Sẽ tốt hơn nếu nghiên cứu độ ổn định của toàn bộ tường đứng bằng các thử nghiệm trượt, và nghên cứu cường độ của các bộ phận kết cấu như tường đầu bằng cách đo đạc ứng suất và biến dạng

(4) áp lực xung các sóng vỡ tác động lên tường thẳng đứng đặt trên đáy biển dốc

(a) Chiều sâu nước tạo ra áp lực sóng lớn nhất và cường độ trung bình của áp lực sóng

Mitsuyasu, Homma, Morihita, Goda và Haranaka, Horikawa và Noguchi, Fujisaky và Sasada và các công sự

đã tiến hành nghiên cứu về áp lực xung do sóng vỡ tác động lên tường thẳng đứng đặt trên đáy biển dốc Đặc biệt Mitsuyasu tiến hành một phạm vi rộng các thí nghiệm sử dụng sóng ổn định nhờ đó ông ta nghiên cứu lực sóng vỡ tác động lên tường thẳng đứng đặt trên mặt dốc đồng đều có độ dốc 1/50, 1/25 và 1/15 với nhiều chiều sâu nước khác nhau Ông nghiên cứu sự thay đổi trong tổng lực sóng với chiều sâu nước ở vị trí tường

đứng, và có được một phương trình để tính chiều sâu nước hM tại tường thẳng đứng mà lực sóng xung và lớn nhất Khi phuơng trình Mitsuyasu được viết lại theo chiều dài sóng nước sâu, nó trở thành như sau:

Ho: Chiều cao sóng nước sâu (m)

Lo: Chiều dài sóng nước sâu (m)

tanθ: Độ dốc của mái dốc đồng đều

Hom-ma, Horikawa và Hase kiến nghị một giá trị hơi khác đối với CM dựa trên các kết quả thí nghiệm với độ dốc bằng 1/15 và các dữ liệu khác Trong mọi trường hợp, áp lực sóng xung là lớn nhất khi kết cấu nằm hơi lùi về

phía bờ so với điểm sóng vỡ đối với các sóng phát triển không ngừng Hình T.5.2.5 cho tổng lực sóng khi lực

sóng xung là lớn nhất đối với một số độ dốc đáy biển, dựa trên kết quả các thí nghiệm của Mitsuyasu Trong hình này, có được p và sau đó chia cho ρogHD để làm cho nó trở thành không thứ nguyên; sau đó đem các giá trị này lập thành biểu đồ theo độ dốc sóng nước sâu Có thể có được một sự hiểu biết về toàn thể xu hướng từ hình này Cụ thể, có thể thấy rằng độ dốc sóng càng nhỏ, áp lực sóng xung được sinh ra càng lớn Cũng vậy khi

độ dốc đáy biển nhỏ hơn, cường độ của áp lực xung cực đại giảm đi

Trong đó:

(b) Điều kiện để sinh ra áp lực sóng vỡ

xung

tính ở khoảng cách 5H1/3 kể từ tường thẳng đứng Ta có thể dựa vào Hình T.5.2.5 để có một giá trị gần đúng của

cường độ trung bình của áp lực sóng đối với độ dốc sóng nước sâu tương đương này Trong trường hợp này, Hb

phải được lấy làm Hmax nói trên

Người ta cũng có thể dự tính đặt một đê chắn sóng ở một nơi mà nguy cơ sinh ra áp lực xung không lớn đối với

các sóng thiết kế Tuy nhiên, khi đặt một tường thẳng đứng gần hơn với bờ biển tại đó có sóng đã vỡ tác động

lên tường, vấn đề quan trọng là tiến hành nghiên cứu đối với các sóng có chiều cao nhỏ hơn so với chiều cao

kiện nào đó) để tính vị trí tường thẳng

cao Nó được biểu thị bằng hàm số của tỷ số chiều cao sóng với chiều sâu nước bên trên lớp đệm đá đằng

trước lớp đệm đá H/d, tỷ số giữa chiều sâu nước bên trên lớp đệm đá với chiều sâu nước nguyên thuỷ tại

tường đứng d/h, và tỷ số của bề rộng thềm lớp đệm đá với chiều dài sóng tại chỗ đó BM/L Nhớ rằng chiều

cao sóng H là chiều cao sóng tính toán (chiều cao sóng lớn nhất)

Hệ số áp lực sóng vỡ xung α, được biểu thị bằng tích số của α10 và α11 như trong phương trình sau:

Hình T-5.2.5 Cường độ trung bình của áp lực sóng đối với sóng

vỡ mạnh nhất (Tường đứng trên mái dốc có độ dốc lớn)

Hình T.5.2.6 Hệ số áp lực sóng vỡ xung α11

Hình T.5.2.6 cho sự phân bố của α11. Nó đạt giá trị lớn nhất bằng 1 khi d/h là 0,4 và BM/L là 0,12 Hệ số áp lực sóng vỡ xung α, có các giá trị giữa 0 và 2; giá trị α1 càng lớn, lực sóng vỡ xung càng lớn Khi tính lực sóng bằng công thức Goda, ta phải dùng α1 thay cho α2 (phương trình 5.2.6) nếu α1 lớn hơn α2 Nhớ rằng phương

trình (5.2.13) cho α1 được rút ra cho trường hợp H/h bằng 0,60 hoặc lớn hơn dựa trên các kết quả thí nghiệm trượt Hệ số α1 này có thể dùng để xem xét vấn đề trượt của một tường thẳng đứng khi chịu các sóng tương

đối cao

(b) ảnh hưởng của chiều cao đỉnh tường đứng

Đỉnh càng cao, nguy cơ phát sinh lực sóng vỡ xung càng lớn Đó là do mặt đầu sóng vỡ dốc tạo ra một vách nước gần như thẳng đứng bên trên mực nước tĩnh, và nếu có một tường thẳng đứng tại chỗ đó, sự va đập của mặt đầu sóng làm phát sinh một lực xung kích Ví dụ, Mizuno và các cộng sự đã chỉ ra rằng, khi đỉnh đê cao,

sẽ sinh ra một lực sóng vỡ xung ngay cả khi lớp đệm đá tương đối thấp

(c) ảnh hưởng của hướng sóng

Theo các kết quả thí nghiệm trượt của Tanimoto và các cộng sự, ngay cả khi các điều kiện đủ để phát sinh

áp lực xung lớn khi góc β là 0 cường độ lực sóng sẽ giảm nhanh khi β tăng tới 300 hoặc 450 Xét đến sự dao

động trong hướng sóng, sẽ hợp lý khi giả định điều kiện để sinh ra lực sóng xung là β nhỏ hơn 200

(d) Phản ứng động lực học của một đoạn tường thẳng đứng đối với một lực xung kích và sự trượt của đoạn tường thẳng đứng

Khi một áp lực xung do các sóng đang vỡ tác động vào một đoạn tường thẳng đứng, áp lực cục bộ tức thời có thể lên tới vài chục lần áp lực thuỷ tĩnh tương ứng với chiều cao sóng, mặc dầu thời gian của áp lực xung rất ngắn áp lực xung đỉnh dao động đáng kể, nhưng các dao động trong xung không lớn Cần đánh giá sự tham gia của lực sóng vỡ xung vào vấn đề trượt bằng phản ứng động lực học, có xét đến biến dạng của lớp đệm

đá và đất gốc Goda cũng như Takahashi và Shimosako, đã tiến hành tính toán lực cắt tại đáy một đoạn thẳng đứng bằng mô hình động lực Phán đoán qua các kết quả tính toán này và các kết quả của các thí nghiệm trượt khác nhau, có vẻ hợp lý nếu lấy cường độ trung bình của áp lực sóng tương đương với lực cắt trượt bằng (2,5~3,0)ρ0gH Hệ số áp lực sóng xung α1 đã được đưa vào, dựa trên các kết quả thí nghiệm trượt

có xét đến ảnh hưởng của phản ứng động lực học

5.2.4 Lực sóng lên tường thẳng đứng có phủ các khối bê tông tiêu sóng

Lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng có phủ một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng phải được đánh giá dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc một phương pháp tính toán thích đáng, có xét đến chiều cao đỉnh và bề rộng của công trình hấp thụ sóng cũng như các đặc tính của các khối bê tông tiêu sóng

[Chú giải]

Nếu mặt trước của một tường thẳng đứng có phủ một lăng thể các khối bê tông đúc sẵn tiêu sóng, các đặc điểm của lực sóng tác động lên tường đã thay đổi Mức độ thay đổi này phụ thuộc vào các đặc trưng của sóng tới, cùng với chiều cao đỉnh và chiều rộng của công trình hấp thụ sóng, loại khối bê tông tiêu sóng sử dụng, và thành phần của công trình hấp thụ sóng Nói chung, khi các sóng không vỡ tác động lên một tường thẳng đứng, sự thay đổi lực sóng lên tường thẳng đứng có phủ các khối bê tông tiêu sóng không lớn Tuy nhiên khi một lực sóng vỡ xung lớn tác động, lực sóng có thể giảm đáng kể bằng cách che tường thẳng đứng bằng một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng Nhưng một sự giảm như thế trong lực sóng chỉ được hoàn thành khi công trình hấp thụ sóng có đủ bề rộng và chiều cao đỉnh; đặc biệt, nhớ rằng nếu đỉnh của công trình hấp thụ sóng nằm dưới mực nước tính toán, công trình hấp thụ sóng thường hay làm tăng thêm lực sóng

[Chỉ dẫn kỹ thuật ]

(1) Công thức tính lực sóng đối với tường đứng được che chắn đầy đủ bằng các khối bê tông tiêu sóng Lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng có che chắn bằng một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng thay đổi tuỳ thuộc vào cấu tạo của công trình hấp thụ sóng, và vì vậy, nó phải được đánh giá bằng cách sử dụng các kết

quả mô hình tương ứng với các điều kiện thiết kế Tuy nhiên, nếu cao độ đỉnh của công trình hấp thụ sóng cao bằng đỉnh của tường thẳng đứng và các khối bê tông tiêu sóng đủ vững vàng chống lại các tác động của sóng, lực sóng tác động lên tường thẳng đứng có thể tính theo công thức Goda mở rộng Trong phương pháp này với

công thức tiêu chuẩn cho trong 5.2.2 Lực sóng đứng và sóng vỡ, ta sử dụng các giá trị của η∗, p1 và pu cho

bởi các phương trình (5.2.1), (5.2.2) và(5.2.8) nhưng cần lấy các giá trị thích đáng cho các hệ số hiệu chỉnh áp

lực sóng λ1, λ2, và λ3 phù hợp với các điều kiện thiết kế

(2) Các hệ số hiệu chỉnh với công thức Goda mở rộng

Có thể áp dụng công thức Goda mỏ rộng bằng cách lấy các giá trị thích đáng cho các hệ số hiệu chỉnh λ1, λ2,

và λ3 Các nghiên cứu đã được tiến hành bởi Tanimoto,Takahashi và các cộng sự, Sekino và Kakuno, và Tanaka, Abe trong cùng các cộng sự đã phát hiện như sau:

(a) Các khối bê tông tiêu sóng làm giảm đáng kể áp lực sóng vỡ, do đó thường có thể chấp nhận lấy hệ số hiệu chỉnh áp lực sóng vỡ λ2 bằng không

(b) Chiều cao sóng cao, hệ số hiệu chỉnh λ1 càng nhỏ đối với áp lực loại sóng đứng và các hệ số hiệu chỉnh λ3

đối với áp lực đẩy nổi càng nhỏ

(c) Tỷ số bệ rộng lớp đệm bằng các khối bê tông so với chều dài sóng càng lớn, các hệ số hiệu chỉnh λ1 và λ3càng nhỏ

(d) Nếu chỉ một phần nhỏ phần trên của đoạn tường không được che chắn, vẫn có nguy cơ lực sóng ở đây trở thành lực sóng vỡ xung kích Dựa trên các kết quả thí nghiệm như thế, Takashi và các cộng sự đã tổng kết rằng nói chung khi tường thẳng đứng được che chắn đầy đủ bởi các khối bê tông tiêu sóng, hệ số giảm lực sóng λ2 có thể lấy bằng không, còn giá trị của λ1 và λ3 phụ thuộc chủ yếu vào chiều cao sóng H (chiều cao sóng cao nhất) Từ đó, các ông đã kiến nghị các phương trình sau:

Trong vùng sóng vỡ, ở đó đê chắn sóng có che các khối bê tông tiêu sóng thường đươc sử dụng, các phương trình trên cho λ1 = λ3 = 0,8

5.2.5 ảnh hưởng của cách bố trí đê chắn sóng đến lực sóng

Trong trường hợp sự phân bố của chiều cao sóng dọc theo tuyến mặt của một đê chắn sóng không đều, phải tính lực sóng có xét đến dạng phân bổ chiều cao sóng này

[Chú giải]

Khi đê chắn sóng không phải là dài vô hạn, sự phân bổ chiều cao sóng dọc tuyến mặt của đê chắn sóng không

đồng đều do ảnh hưởng của sóng phản xạ và nhiễu xạ Lto và Tanimoto đã chỉ ra rằng các đê chắn sóng bị hư hại nhiều nhất do bị va đập bởi các sóng bão tương đương với các sóng tính toán cho thấy một dạng phân bố uốn khúc của khoảng cách trượt (các tác giả gọi là "hư hại uốn khúc" ) và một trong nguyên nhân gây ra loại hư hại này là sự khác nhau của các lực sóng cục bộ do sự phân bổ chiều cao sóng không đồng đều Sự thay đổi chiều cao sóng

dọc theo đê chắn sóng đặc biệt đáng chú ý khi đê chắn sóng có một góc lõm đối với hướng sóng tới (xem 4.5.4[3]

Biến dạng của sóng tại các góc lõm, gần đầu đê chắn sóng, và xung quanh các đê chắn sóng tách rời)

Các sự thay đổi chiều cao sóng dọc theo đê chắn sóng cũng có thể xẩy ra gần đê chắn sóng Đặc biệt, đối với đê chắn sóng tách rời chỉ kéo dài trên một đoạn ngắn, các sóng nhiễu xạ từ hai đầu có thể gây ra các sự thay

đổi trong chiều cao sóng

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

Các phương pháp tính lực sóng xem xét đến ảnh hưởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng không đạt được mức độ tin cậy hợp lý Do đó nên tiến hành nghiên cứu có sử dụng thí nghiệm mô hình thuỷ lực Tuy nhiên, có một sự tương

quan tốt giữa sự tăng chiều cao sóng do hình dạng của tuyến đê chắn sóng và sự tăng trong lực sóng Do đó có thể chấp nhận tăng chiều cao sóng để tính toán phù hợp với mức độ ảnh hưởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng như

trong phương trình (5.2.18) và sau đó tính lực sóng dựa trên công thức tính toán tiêu chuẩn

Trong đó :

HD' : chiều cao sóng dùng trong tính toán lực sóng có xét đến ảnh hưởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng

Kc : hệ số xét đến sự tăng chiều cao sóng do ảnh hưởng của hình dáng tuyến đê chắn sóng; Kc ≥ 1,0

Kcb : giá trị giới hạn của hệ số độ tăng chiều cao do sóng vỡ giới hạn Kcb =1,4

HD :chiều cao sóng dùng trong tính toán lực sóng khi không xét đến ảnh hưởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng (m)

Hb : chiều cao sóng đang vỡ tại vị trí xa bờ với khoảng cách bằng 5 lần chiều cao có ý nghĩa của các sóng phát triển không ngừng kể từ tường thẳng đứng

Hệ số tăng chiều cao Kc trong phương trình (5.2.18) thường được biểu thị như trong phương trình (5.2.19) Nó phải

được xác định một cách thích đáng dựa trên sự phân bổ chiều cao sóng đứng (xem 4.5.4[3] Biến dạng của sóng

tại các góc lõm, gần đầu đê chắn sóng và xung quanh các đê chắn sóng tách rời) dọc theo tuyến mặt của đê

chắn sóng như được xác định trong điều kiện sóng không vỡ

Trong đó :

Hs : chiều cao sóng đứng dọc tường trước của đê chắn sóng

HI : chiều cao sóng tới (m)

KR : Hệ số phản xạ đối với đê chắn sóng đang xét

Nếu các sóng được xem là từ các đợt sóng ổn định, hệ số tăng chiều cao sóng thay đổi đáng kể dọc theo đê chắn sóng Hơn nữa, hệ số tăng chiều cao rất nhạy cảm với chu kỳ của sóng tới và hướng tới Do đó sẽ hợp lý nếu xét

đến tính không ổn định của chu kỳ và hướng tới của sóng Cần nhớ rằng giá trị của Kc có được trong cách này thay

đổi dọc theo đê chắn sóng và có thể có các vùng mà Kc < 1,0 Tuy nhiên, chiều cao sóng dùng trong tính toán không được nhỏ hơn chiều cao nguyên thuỷ của sóng tới

Giá trị giới hạn Kcb của hệ số tăng chiều cao đối với sóng đang vỡ chưa được làm sáng tỏ về chi tiết Tuy nhiên, có thể xem nó bằng khoảng 1,4 dựa trên các kết quả thí nghiệm ở thời điểm này

5.2.6 ảnh hưởng của sự thay đổi đột ngột trong chiều sâu nước tới lực sóng

Với một tường thẳng đứng nằm ở một vị trí mà chiều sâu nước thay đổi đột ngột do sự có mặt của các đá ngầm và các thứ khác, nên tính lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, bằng cách xét đến biến dạng nhanh chóng của sóng

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

Ito và các cộng sự đã làm các thí nghiệm về lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng nằm trên hoặc sau bãi đá ngầm, tại đó chiều sâu nước ít nhiều đồng đều, với độ dốc phía xa bờ của bãi cạn khoảng 1/10

5.2.7 Lực sóng trên tường thẳng đứng gần bờ hoặc trên b∙i

[1] Lực sóng tại phía biển của đường bờ

Nên tính lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng trong nước nông gần đường bờ dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, xét đến các ảnh hưởng của sự thay đổi mực nước do phách sóng vỗ bờ v.v và quá trình phức tạp của sóng vỡ ngẫu nhiên

và nước tương đối sâu Công thức của Tominaga và Kutsumi có thể áp dụng cho các vùng gần bờ biển Công thức của Hom-ma, Horikawa và Hase áp dụng được ở các vùng đáy biển dốc và nước có chiều sâu trung bình

Khi áp dụng công thức áp lực sóng tiêu chuẩn vào những nơi ở đó chiều sâu nước nhỏ hơn một nửa chiều cao sóng nước sâu tương đương, có thể thoả đáng nếu sử dụng các giá trị đối với chiều dài sóng và chiều cao sóng tại chiều sâu nước bằng một nửa chiều cao sóng nước sâu tương đương trong tính toán

[2] Lực sóng tại phía hướng về đất liền của đường bờ

Nên tính lực sóng tác động lên một tường thẳng đứng nằm trên phía hướng về đất liền của

đường bờ dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, có xét đến sự tăng mực nước do phách sóng vỗ bờ và sự điều chỉnh lại sóng và sóng leo

[Chú giải]

Lực sóng tác động lên một thùng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng (thùng chìm tường có lỗ) thay đổi phức tạp Cụ thể

nó thay đổi theo các đặc trưng của sóng, mực nước, chiều sâu nước, địa hình đáy biển và hình dạng lớp đệm như với trường hợp của một tường thẳng đứng bình thường, nhưng nó cũng thay đổi theo kết cấu của ngăn hấp thụ sóng Do đó khó chỉ định một cách tính chung có thể sử dụng cho mọi trường hợp Vì vậy, nếu phương pháp tính toán đủ tin cậy cho kết cấu đang xem xét chưa được kiến nghị, cần tiến hành các nghiên cứu có sử dụng thí nghiêm mô hình thuỷ lực phù hợp với các điều kiện riêng Cần nghiên cứu đầy đủ không chỉ lực sóng sử dụng trong nghiên cứu độ ổn định mà cả lực sóng tác động lên các bộ phận kết cấu Hơn nữa, cần nhớ là lực sóng thay đổi đáng kể tuỳ theo đỉnh của buồng sóng có được phủ một tấm trần hay không

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Lực sóng khi không có tấm trần trong buồng sóng

Lực sóng tác động lên một giếng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng thay đổi tuỳ thuộc vào các điều kiện kết cấu của ngăn hấp thụ sóng, và do đó không thể tính lực sóng cho tất cả mọi trường hợp có liên quan Tuy nhiên,

đối với trường hợp bình thường không có tấm trần trong buồng sóng, ta có thể dùng công thức Goda mở rộng

để tính lực sóng, với điều kiện có các sửa đổi cần thiết Takahashi và các cộng sự đã tiến hành các thí nghiệm

đối với thùng chìm tường có rãnh thẳng đứng, và đã trình bày một phương pháp để tính áp lực sóng tác động lên tường có rãnh và tường sau cho bốn pha đại diện, trong đó áp lực sóng cho bởi công thức Goda mở rộng

được nhân với một hệ số hiệu chỉnh λ đối với thùng chìm tường có rãnh thẳng đứng Các tác giả này cho các giá trị đặc trưng cho hệ số hiệu chỉnh đối với tường rãnh và tường sau cho mỗi pha Phương pháp này có thể

sử dụng để cho không chỉ lực sóng nghiêm trọng nhất về trượt và lật đổ cuả giếng chìm, mà cả lực sóng nghiêm trọng nhất đối với việc thiết kế các bộ phận của tường

(2) Lực sóng với tấm trần trong buồng sóng

Khi đỉnh buồng sóng được đóng kín bằng một tấm trần, một áp lực xung sẽ phát sinh ngay khi lớp không khí ở phần trên của buồng sóng bị kìm hãm lại do mặt nước dâng lên Do đó cần xét đến áp lực xung này, đặc biệt

đối với áp lực sóng dùng trong thiết kế các bộ phận kết cấu áp lực xung này có thể được giảm đi bằng cách

bố trí các lỗ không khí Tuy nhiên, cần nhớ rằng nếu các lỗ này quá lớn, mặt nước khi dâng lên sẽ trực tiếp đập vào tấm trần không có đệm không khí, nghĩa là lực sóng có thể thực sự tăng lên

5.3 Trọng lượng tảng đá bảo vệ và khối bê tông

5.3.1 Đá bảo vệ trên mái dốc (Điều 48, Khoản 5 Thông báo)

Phải tính khối lượng tảng đá hộc hoặc khối bê tông cần thiết để che phủ mái dốc phía trước của một kết cấu có mái dốc chịu các lực sóng, bằng các thí nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc bằng phương trình sau:

Trong đó :

M : trọng lượng tối thiểu của tảng đá hộc hoặc khối bê tông (t)

ρr : dung trọng của đá hộc hoặc khối bê tông (t /m3

Lớp đá bảo vệ cho mái dốc của một đê chắn sóng bằng đá hộc là để bảo vệ cho các đá hộc nằm bên trong và do

đó cần đảm bảo rằng một tảng đá bảo vệ có một khối lượng đủ để ổn định chống được tác động của sóng để cho

nó không bị trôi đi Khối lượng cần thiết để tạo ra độ ổn định như vậy có thể tính được bằng một công thức thích hợp Ví dụ, với các tảng đá trên mái dốc một đê chắn sóng bằng đá hộc, trước đây khối lượng cần thiết đã được tính toán bằng công thức Hudson với một hệ số thích hợp (giá trị KD), nhưng hiện nay vọêc sử dụngcông thức Hudson với một hệ số ổn định trở nên thông dụng hơn Cách sau chung hơn ở chỗ nó cũng có thể áp dụng cho các trường hợp khác, như các tảng đá trên lớp đệm đá của một đê chắn sóng hỗn hợp

(2) Hệ số ổn định và đường kính danh nghĩa

Hệ số ổn định trực tiếp tương ứng với kích thước cần thiết (đường kính danh nghĩa) của đá bảo vệ hoặc khối bê tông đối với một chiều cao sóng đã cho Nói cách khác, bằng cách đưa vào đường kính danh nghĩa Dn = (M /ρr)1/3 và số hạng Δ = Sr - 1 và thay chúng vào trong phương trình (5.3.1), ta có phương trình tương đối đơn giản sau đây:

Có thể thấy là đường kính danh nghĩa tỷ lệ thuận với chiều cao sóng với hằng số tỷ lệ bằng 1/ Δ Ns

(3) Chiều cao sóng tính toán

Công thức Hudson đã được kiến nghị dựa trên các kết quả thí nghiệm sử dụng sóng ổn định Khi áp dụng nó cho các tác động của sóng thực tế (chúng không ổn định), khi đó có vấn đề là phải xác định chiều cao sóng Tuy nhiên, với các kết cấu được làm bằng đá hộc và khối bê tông, hư hại có xu thế xảy ra không phải khi có một sóng đơn có chiều cao sóng lớn nhất H trong các đợt tấn công của sóng không ổn định vào lớp bảo vệ,

mà hư hại tiến triển dần dần dưới tác động liên tục của các sóng có chiều cao khác nhau Xét vấn đề này và các thí nghiệm đã qua, đã quyết định phải sử dụng chiều cao sóng có ý nghĩa của các sóng tới tại chỗ có mái

dốc cần bảo vệ làm chiều cao sóng H trong phương trình (5.3.1), vì chiều cao sóng có ý nghĩa là đại diện cho

toàn bộ phạm vi của một đợt sóng không ổn định Do đó, cũng cần sử dụng chiều cao sóng có ý nghĩa khi sử dụng công thức Hudson tổng quát hoá Tuy nhiên, cần nhớ rằng ở những nơi chiều sâu nước nhỏ hơn một nửa chiều cao sóng nước sâu tương đương, phải sử dụng chiều cao sóng có ý nghĩa nơi chiều sâu nước bằng một nửa chiều cao sóng nước sâu tương đương

(4) Các thông số ảnh hưởng đến hệ số ổn định