Tiêu chuẩn và chú giải đối với các công trình cảng ở nhật bản Phần 10 pdf

Lực sóng lên tờng thẳng đứng có phủ các khối bê tông tiêu sóng Lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng có phủ một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng phải đợc đánh giá dựa trên các th

tờng đứng d/h, v tỷ số của bề rộng thềm lớp đệm đá với chiều di sóng tại chỗ đó BM/L Nhớ rằng chiều cao sóng H l chiều cao sóng tính toán (chiều cao sóng lớn nhất)

Hệ số áp lực sóng vỡ xung D, đợc biểu thị bằng tích số của D10 v D11 nh trong phơng trình sau:

Hình T.5.2.6 cho sự phân bố của D11 Nó đạt giá trị lớn nhất bằng 1 khi d/h l 0,4 v BM/L l 0,12

Hệ số áp lực sóng vỡ xung D, có các giá trị giữa 0 v 2; giá trị D1 cng lớn, lực sóng vỡ xung cng lớn Khi tính lực sóng bằng công thức Goda, ta phải dùng D1 thay cho D2 (phơng trình 5.2.6) nếu D1 lớn hơn D2 Nhớ rằng phơng trình (5.2.13) cho D1 đợc rút ra cho trờng hợp H/h bằng 0,60 hoặc lớn hơn dựa trên các kết quả thí nghiệm trợt Hệ số D1 ny có thể dùng để xem xét vấn đề trợt của một tờng thẳng đứng khi chịu các sóng tơng đối cao

(b) ảnh hởng của chiều cao đỉnh tờng đứng

Đỉnh cng cao, nguy cơ phát sinh lực sóng vỡ xung cng lớn Đó l do mặt đầu sóng vỡ dốc tạo ra một vách nớc gần nh thẳng đứng bên trên mực nớc tĩnh, v nếu có một tờng thẳng đứng tại chỗ đó, sự va đập của mặt đầu sóng lm phát sinh một lực xung kích Ví dụ, Mizuno v 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 tơng đối thấp

(c) ảnh hởng của hớng sóng

Theo các kết quả thí nghiệm trợt của Tanimoto v các cộng sự, ngay cả khi các điều kiện đủ để phát sinh áp lực xung lớn khi góc E l 0 cờng độ lực sóng sẽ giảm nhanh khi E tăng tới 300 hoặc

450 Xét đến sự dao động trong hớng sóng, sẽ hợp lý khi giả định điều kiện để sinh ra lực sóng xung l E nhỏ hơn 200

(d) Phản ứng động lực học của một đoạn tờng thẳng đứng đối với một lực xung kích v sự trợt của

đoạn tờng thẳng đứng

Khi một áp lực xung do các sóng đang vỡ tác động vo một đoạn tờng thẳng đứng, áp lực cục bộ tức thời có thể lên tới vi chục lần áp lực thuỷ tĩnh tơng ứng với chiều cao sóng, mặc dầu thời gian của áp lực xung rất ngắn áp lực xung đỉnh dao động đáng kể, nhng các dao động trong xung không lớn Cần đánh giá sự tham gia của lực sóng vỡ xung vo vấn đề trợt bằng phản ứng động lực học, có xét đến biến dạng của lớp đệm đá v đất gốc Goda cũng nh Takahashi v Shimosako, đã tiến hnh tính toán lực cắt tại đáy một đoạn thẳng đứng bằng mô hình động lực Phán đoán qua các kết quả tính toán ny v các kết quả của các thí nghiệm trợt khác nhau, có vẻ hợp lý nếu lấy cờng độ trung bình của áp lực sóng tơng đơng với lực cắt trợt bằng (2,5~3,0)U0gH Hệ số áp lực sóng xung D1 đã đợc đa vo, dựa trên các kết quả thí nghiệm trợt

có xét đến ảnh hởng của phản ứng động lực học

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

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

[Chú giải]

Nếu mặt trớc của một tờng thẳng đứng có phủ một lăng thể các khối bê tông đúc sẵn tiêu sóng, các

đặc điểm của lực sóng tác động lên tờng đã thay đổi Mức độ thay đổi ny phụ thuộc vo các đặc trng của sóng tới, cùng với chiều cao đỉnh v chiều rộng của công trình hấp thụ sóng, loại khối bê tông tiêu sóng sử dụng, v thnh phần của công trình hấp thụ sóng Nói chung, khi các sóng không vỡ tác động lên một tờng thẳng đứng, sự thay đổi lực sóng lên tờng 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 tờng thẳng đứng bằng một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng Nhng một sự giảm nh thế trong lực sóng chỉ đợc hon thnh khi công trình hấp thụ sóng có đủ bề rộng v chiều cao đỉnh; đặc biệt, nhớ rằng

- II.119 -

nếu đỉnh của công trình hấp thụ sóng nằm dới mực nớc tính toán, công trình hấp thụ sóng thờng hay lm tăng thêm lực sóng

[Chỉ dẫn kỹ thuật ]

(1) Công thức tính lực sóng đối với tờng đứng đợc che chắn đầy đủ bằng các khối bê tông tiêu sóng Lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng có che chắn bằng một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng thay đổi tuỳ thuộc vo cấu tạo của công trình hấp thụ sóng, v vì vậy, nó phải đợc đánh giá bằng cách sử dụng các kết quả mô hình tơng ứng với các điều kiện thiết kế Tuy nhiên, nếu cao độ

đỉnh của công trình hấp thụ sóng cao bằng đỉnh của tờng thẳng đứng v các khối bê tông tiêu sóng

đủ vững vng chống lại các tác động của sóng, lực sóng tác động lên tờng thẳng đứng có thể tính

theo công thức Goda mở rộng Trong phơng pháp ny với công thức tiêu chuẩn cho trong 5.2.2 Lực sóng đứng vμ sóng vỡ, ta sử dụng các giá trị của K, p1 v pu cho bởi các phơng trình (5.2.1),

(5.2.2) v(5.2.8) nhng cần lấy các giá trị thích đáng cho các hệ số hiệu chỉnh áp lực sóng O1, O2, v O3 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 O1, O2, v O3 Các nghiên cứu đã đợc tiến hnh bởi Tanimoto,Takahashi v các cộng sự, Sekino v Kakuno, v Tanaka, Abe trong cùng các cộng sự đã phát hiện nh sau:

(a) Các khối bê tông tiêu sóng lm giảm đáng kể áp lực sóng vỡ, do đó thờng có thể chấp nhận lấy

hệ số hiệu chỉnh áp lực sóng vỡ O2 bằng không

(b) Chiều cao sóng cao, hệ số hiệu chỉnh O1 cng nhỏ đối với áp lực loại sóng đứng v các hệ số hiệu chỉnh O3 đối với áp lực đẩy nổi cng nhỏ

(c) Tỷ số bệ rộng lớp đệm bằng các khối bê tông so với chều di sóng cng lớn, các hệ số hiệu chỉnh O1 v O3 cng nhỏ

(d) Nếu chỉ một phần nhỏ phần trên của đoạn tờng không đợc che chắn, vẫn có nguy cơ lực sóng ở

đây trở thnh lực sóng vỡ xung kích Dựa trên các kết quả thí nghiệm nh thế, Takashi v các cộng sự đã tổng kết rằng nói chung khi tờng thẳng đứng đợc che chắn đầy đủ bởi các khối bê tông tiêu sóng, hệ số giảm lực sóng O2 có thể lấy bằng không, còn giá trị của O1 v O3 phụ thuộc chủ yếu vo chiều cao sóng H (chiều cao sóng cao nhất) Từ đó, các ông đã kiến nghị các phơng trình sau:

Trong vùng sóng vỡ, ở đó đê chắn sóng có che các khối bê tông tiêu sóng thờng đơc sử dụng, các phơng trình trên cho O1 = O3 = 0,8

Trong trờng 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 ny

[Chú giải]

Khi đê chắn sóng không phải l di vô hạn, sự phân bổ chiều cao sóng dọc tuyến mặt của đê chắn sóng không đồng đều do ảnh hởng của sóng phản xạ v nhiễu xạ Lto v Tanimoto đã chỉ ra rằng các đê chắn sóng bị h hại nhiều nhất do bị va đập bởi các sóng bão tơng đơng với các sóng tính toán cho thấy một dạng phân bố uốn khúc của khoảng cách trợt (các tác giả gọi l "h hại uốn khúc" ) v một trong nguyên nhân gây ra loại h hại ny l 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 hớng sóng tới (xem 4.5.4[3] Biến dạng của sóng tại các góc lõm, gần đầu đê chắn sóng, vμ 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 di 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 phơng pháp tính lực sóng xem xét đến ảnh hởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng không đạt

đợc mức độ tin cậy hợp lý Do đó nên tiến hnh nghiên cứu có sử dụng thí nghiệm mô hình thuỷ lực Tuy nhiên, có một sự tơng quan tốt giữa sự tăng chiều cao sóng do hình dạng của tuyến đê chắn sóng v sự tăng trong lực sóng Do đó có thể chấp nhận tăng chiều cao sóng để tính toán phù hợp với mức độ ảnh

hởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng nh trong phơng trình (5.2.18) v 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 hởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng

Kc : hệ số xét đến sự tăng chiều cao sóng do ảnh hởng của hình dáng tuyến đê chắn sóng; Kct 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 hởng 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 tờng thẳng đứng

Hệ số tăng chiều cao Kc trong phơng trình (5.2.18) thờng đợc biểu thị nh trong phơng trình (5.2.19)

Nó phải đợc 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 vμ xung quanh các đê chắn sóng tách rời)

dọc theo tuyến mặt của đê chắn sóng nh đợc xác định trong điều kiện sóng không vỡ

Trong đó :

Hs : chiều cao sóng đứng dọc tờng trớc 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 đợc xem l 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 v hớng tới Do đó

sẽ hợp lý nếu xét đến tính không ổn định của chu kỳ v hớng tới của sóng Cần nhớ rằng giá trị của Kc

có đợc trong cách ny thay đổi dọc theo đê chắn sóng v có thể có các vùng m Kc < 1,0 Tuy nhiên, chiều cao sóng dùng trong tính toán không đợc 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 cha đợc lm 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 ny

5.2.6 ảnh hởng của sự thay đổi đột ngột trong chiều sâu nớc tới lực sóng

Với một tờng thẳng đứng nằm ở một vị trí m chiều sâu nớc thay đổi đột ngột do sự có mặt của các đá ngầm v các thứ khác, nên tính lực sóng tác động lên một tờng 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 v các cộng sự đã lm các thí nghiệm về lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng nằm trên hoặc sau bãi đá ngầm, tại đó chiều sâu nớc ít nhiều đồng đều, với độ dốc phía xa bờ của bãi cạn khoảng 1/10

- II.121 -

5.2.7 Lực sóng trên tờng thẳng đứng gần bờ hoặc trên bi

[1] Lực sóng tại phía biển của đờng bờ

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

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

Một số các công thức lực sóng khác nhau đã đợc kiến nghị đối với tờng thẳng đứng gần bờ hoặc trên

bờ Cần tiến hnh tính toán thoả đáng lực sóng phù hợp với các điều kiện thiết kế Nói một cách đại khái,

công thức tiêu chuẩn trong 5.2.2 Lực của sóng đứng vμ sóng đang vỡ có thể áp dụng trong các vùng

đáy biển có độ dốc thoải v nớc tơng đối sâu Công thức của Tominaga v Kutsumi có thể áp dụng cho các vùng gần bờ biển Công thức của Hom-ma, Horikawa v Hase áp dụng đợc ở các vùng đáy biển dốc v nớc có chiều sâu trung bình

Khi áp dụng công thức áp lực sóng tiêu chuẩn vo những nơi ở đó chiều sâu nớc nhỏ hơn một nửa chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng, có thể thoả đáng nếu sử dụng các giá trị đối với chiều di sóng v chiều cao sóng tại chiều sâu nớc bằng một nửa chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng trong tính toán

[2] Lực sóng tại phía hớng về đất liền của đờng bờ

Nên tính lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng nằm trên phía hớng về đất liền của đờng bờ dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, có xét đến sự tăng mực nớc

do phách sóng vỗ bờ v sự điều chỉnh lại sóng v sóng leo

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

Với một tờng thẳng đứng nằm trên phía đất liền của đờng bờ, có thể có đợc các công thức của CERC (Trung tâm nghiên cứu xây dựng bờ biển của quan đội Mỹ) Hơn nữa ta có thể tham khảo nghiên cứu đã

đợc Tominaga v Kutsumi thực hiện về lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng nằm ở phía hớng

về đất liền của đờng bờ

5.2.8 Lực sóng lên một thùng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng

Lực sóng tác động lên một thùng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng phải đợc tính dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc công thức tính toán thích hợp, có xét đến các thay

đổi trong lực sóng do kết cấu của ngăn hấp thụ sóng

[Chú giải]

Lực sóng tác động lên một thùng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng (thùng chìm tờng có lỗ) thay đổi phức tạp Cụ thể nó thay đổi theo các đặc trng của sóng, mực nớc, chiều sâu nớc, địa hình đáy biển v hình dạng lớp đệm nh với trờng hợp của một tờng thẳng đứng bình thờng, nhng 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 trờng hợp Vì vậy, nếu phơng pháp tính toán đủ tin cậy cho kết cấu đang xem xét cha đợc kiến nghị, cần tiến hnh 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 m cả lực sóng tác động lên các bộ phận kết cấu Hơn nữa, cần nhớ l lực sóng thay đổi đáng kể tuỳ theo đỉnh của buồng sóng có

đợc 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 vo các điều kiện kết cấu của ngăn hấp thụ sóng, v do đó không thể tính lực sóng cho tất cả mọi trờng hợp có liên quan Tuy nhiên, đối với trờng hợp bình thờng 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 v các cộng sự đã tiến hnh các thí nghiệm đối với thùng chìm tờng có rãnh thẳng đứng, v đã trình by một phơng pháp để tính áp lực sóng tác động lên tờng có rãnh v tờng sau cho bốn pha đại diện, trong đó áp lực sóng cho bởi công thức Goda mở rộng đợc nhân với một hệ số hiệu chỉnh O đối với thùng chìm tờng có rãnh thẳng đứng Các tác giả ny cho các giá trị đặc trng cho hệ số hiệu chỉnh

đối với tờng rãnh v tờng sau cho mỗi pha Phơng pháp ny có thể sử dụng để cho không chỉ lực

sóng nghiêm trọng nhất về trợt v lật đổ cuả giếng chìm, m cả lực sóng nghiêm trọng nhất đối với việc thiết kế các bộ phận của tờng

(2) Lực sóng với tấm trần trong buồng sóng

Khi đỉnh buồng sóng đợc 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 nớc dâng lên Do đó cần xét đến áp lực xung ny, đặc biệt đối với áp lực sóng dùng trong thiết kế các bộ phận kết cấu áp lực xung ny

có thể đợc giảm đi bằng cách bố trí các lỗ không khí Tuy nhiên, cần nhớ rằng nếu các lỗ ny quá lớn, mặt nớc khi dâng lên sẽ trực tiếp đập vo tấm trần không có đệm không khí, nghĩa l lực sóng

có thể thực sự tăng lên

5.3 Trọng lợng tảng đá bảo vệ vμ khối bê tông

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

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

Trong đó :

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

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

)

H : chiều cao sóng dùng trong tính toán độ ổn định

Ns : Hệ số ổn định

Sr : Trọng lợng riêng của đá hoặc khối bê tông so với nớc biển

[Chú giải]

Lớp đá bảo vệ cho mái dốc của một đê chắn sóng bằng đá hộc l để bảo vệ cho các đá hộc nằm bên trong v do đó cần đảm bảo rằng một tảng đá bảo vệ có một khối lợng đủ để ổn định chống đợc tác

động của sóng để cho nó không bị trôi đi Khối lợng cần thiết để tạo ra độ ổn định nh vậy có thể tính

đợc bằng một công thức thích hợp Ví dụ, với các tảng đá trên mái dốc một đê chắn sóng bằng đá hộc, trớc đây khối lợng cần thiết đã đợc tính toán bằng công thức Hudson với một hệ số thích hợp (giá trị

KD), nhng 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 trờng hợp khác, nh các tảng đá trên lớp đệm đá của một đê chắn sóng hỗn hợp

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Công thức Hudson

Khối lợng cần thiết của một tảng đá bảo vệ trên một mái dốc có thể đợc biểu thị bằng cách sử dụng công thức Hudson với một hệ số ổn định (việc ny cũng đợc xem nh công thức Hudson tổng quát hoá)24) (xem phơng trình 5.3.1)

(2) Hệ số ổn định v đờng kính danh nghĩa

Hệ số ổn định trực tiếp tơng ứng với kích thớc cần thiết (đờng kính danh nghĩa) của đá bảo vệ hoặc khối bê tông đối với một chiều cao sóng đã cho Nói cách khác, bằng cách đa vo đờng kính danh nghĩa Dn = (M /Ur)1/3 v số hạng ' = Sr - 1 v thay chúng vo trong phơng trình (5.3.1), ta có phơng trình tơng đối đơn giản sau đây:

Có thể thấy l đờng kính danh nghĩa tỷ lệ thuận với chiều cao sóng với hằng số tỷ lệ bằng 1/ ' Ns (3) Chiều cao sóng tính toán

- II.123 -

Công thức Hudson đã đợc 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 l phải xác định chiều cao sóng Tuy nhiên, với các kết cấu đợc lm bằng đá hộc v khối bê tông, h 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 vo lớp bảo vệ, m h hại tiến triển dần dần dới tác động liên tục của các sóng

có chiều cao khác nhau Xét vấn đề ny v 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 lm chiều cao sóng H trong

phơng trình (5.3.1), vì chiều cao sóng có ý nghĩa l đại diện cho ton 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 nớc nhỏ hơn một nửa chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng, phải sử dụng chiều cao sóng có ý nghĩa nơi chiều sâu nớc bằng một nửa chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng

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

Nh đã thấy trong phơng trình (5.3.1), khối lợng cần thiết của đá bảo vệ hoặc khối bê tông thay đổi theo chiều cao sóng v dung trọng của các khối đá bảo vệ v vo hệ số ổn định Ns Giá trị Ns l một

hệ số đại diện ảnh hởng các đặc trng của kết cấu, của khối đá bảo vệ, đặc trng sóng v các yếu

tố khác về ổn định Các yếu tố chính ảnh hởng đến giá trị Ns l những yếu tố sau đây:

(a) Đặc trng của kết cấu

(1) Loại kết cấu (đê chắn sóng đá hộc, đê chắn sóng che chắn bằng các khối bê tông tiêu sóng ,

đê chắn sóng hỗn hợp v.v )

(2) Độ dốc của mái dốc cần bảo vệ

(3) Vị trí của các khối đá bảo vệ (đầu đê, thân đê, vị trí so với mực nớc tĩnh, mặt trớc v đỉnh mái dốc, mặt sau, thềm v.v )

(4) Chiều cao đỉnh v chiều rộng đỉnh, hình dạng của thợng tầng kiến trúc

(5) Lớp bên trong (hệ số thấm, bề dầy v độ gồ ghề bề mặt)

(b) Đặc trng của khối đá bảo vệ

(1) Hình dạng của khối bảo vệ (hình dạng của khối đá hoặc khối bê tông; đối với đá bảo vệ, sự phân bổ đờng kính của chúng)

(2) Cách sắp xếp khối đá bảo vệ (số lớp, xếp đều đặn hoặc đổ hỗn độn v.v )

(3) Cờng độ của vật liệu bảo vệ

(c) Đặc trng của sóng

(1) Số sóng tác động lên các lớp bảo vệ

(2) Độ dốc của sóng

(3) Hình dáng đáy biển (độ dốc đáy, đá ngầm v.v )

(4) Tỷ số chiều cao sóng với chiều sâu nớc (chỉ số của điều kiện sóng không vỡ hoặc sóng vỡ, loại sóng vỡ v.v )

(5) Hớng sóng, phổ sóng, đặc trng của nhóm sóng

(d) Mức độ h hại (tỉ lệ h hại, mức độ h hại, h hại tơng đối)

Từ đó, giá trị Ns sử dụng trong thiết kế phải xác định một cách thích đáng dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực phù hợp với các điều kiện thiết kế tơng ứng So sánh các kết quả thí nghiệm sóng ổn định với các kết quả thí nghiệm sóng không ổn định, ta thấy tỷ số chiều cao sóng điều ho với chiều cao quan trọng của sóng không điều ho khi tỷ số ny cho cùng một tỷ số h hại (sai số trong vòng 10%) sẽ thay đổi trong phạm vi từ 1,0 đến 2,0 (tuỳ theo điều kiện) Nói cách khác, có xu hớng sóng không ổn định phá hoại nhiều hơn sóng ổn định Vì vậy tốt hơn l dùng sóng không ổn

định trong thí nghiệm

(5) Hệ số ổn định Ns v giá trị KD

Năm 1959, Hudson công bố công thức Hudson, thay cho công thức Iribarren - Hudson trớc đó Hudson triển khai phơng trình (5.3.1), sử dụng KD cotgD thay cho Ns, nghĩa l :

Trong đó :

D : góc của mái dốc (tính từ đờng nằm ngang)

KD : Hằng số xác định chủ yếu từ hình dạng của khối bảo vệ v tỷ số h hại

Công thức Hudson dựa vo các kết quả của một phạm vi rộng các thí nghiệm v tỏ ra sử dụng tốt trong thiết kế mẫu đầu tiên Trong quá khứ, công thức ny (nghĩa l công thức sử dụng giá trị KD) đã

đợc dùng trong tính toán khối lợng cần thiết của khối bảo vệ trên mái dốc

Tuy nhiên, công thức Hudson tổng quát hoá sử dụng hệ số ổn định (phơng trình (5.3.1) đã đợc sử

dụng để tính khối lợng cần thiết của khối bảo vệ trên lớp đệm đá của đê chắn sóng hỗn hợp (sẽ thảo luận sau) v cũng dùng cho các khối bảo vệ của các kết cấu khác nh đê chắn sóng ngập Do

đó ngy nay nó thông dụng hơn công thức cũ với giá trị KD , do đó công thức Hudson tổng quát hoá với hệ số ổn định có thể đợc xem l phơng trình tiêu chuẩn để tính khối lợng cần thiết của các khối bảo vệ trên mái dốc

Hệ số ổn định Ns có thể rút ra từ giá trị KD v góc D của mái dốc tính từ đờng nằm ngang bằng cách

sử dụng phơng trình (5.3.3) Không có vấn đề với quá trình ny vì giá trị KD l một giá trị đã đợc xác lập v góc nghiêng D ở trong phạm vi thiết kế thông thờng Tuy nhiên, hầu hết các giá trị KD có

đợc tới lúc ny không kết hợp đợc đủ các yếu tố khác nhau, nh đặc trng của kết cấu v của sóng Do đó, phơng pháp ny xác định hệ số ổn định từ giá trị KD không thể luôn đảm bảo lúc no thiết kế cũng kinh tế Để tính các giá trị của khối lợng cần thiết hợp lý hơn, nên sử dụng các kết quả thí nghiệm phù hợp với các điều kiện đã cho, hoặc sử dụng các công thức tính toán (biểu đồ tính toán) bao gồm các yếu tố có liên quan khác nhau nh dới đây

(6) Công thức Van der Meer cho khối đá bảo vệ

Năm 1987, Van der Meer tiến hnh các thí nghiệm có hệ thống liên quan đến đá bảo vệ mái dốc của một đê chắn sóng đá hộc có đỉnh cao Ông kiến nghị công thức tính toán sau với hệ số ổn định, không chỉ xét độ dốc mái dốc m cả độ dốc sóng, số lợng sóng, v mức độ h hại Tuy nhiên, cần nhớ công thức dới đây đã đợc thay đổi một chút so với công thức Van der Meer nguyên thuỷ để lm cho tính toán dễ hơn Ví dụ, chiều cao sóng H2% với xác suất vợt quá l 2% đợc thay đổi bởi H1/20

Trong đó :

Nspl : hệ số ổn định đối với đê chìm

Nssr : hệ số ổn định đối với đê cao trên mặt nớc

Ir : số Irbarren (tanD /Som0,5) (cũng gọi l hệ số đồng dạng sóng xô)

Som : độ dốc sóng (H1/3/L0)

Lo : chiều di sóng nớc sâu (L0 = gT1/32 / 2S , g = 9,81 m/ s2)

T1/3 : chu kỳ sóng có ý nghĩa

CH : hệ số hiệu chỉnh do sóng vỡ [ = 1,4 / (H1/20 / H1/3)]

( = 1,0 trong vùng không xẩy ra sóng vỡ) H1/3 : chiều cao sóng có ý nghĩa

H1/20 : chiều cao sóng một phần hai mơi cao nhất (xem Hình T.5.3.1)

D : góc mái dốc tính từ đờng nằm ngang (0)

Dn50 : đờng kính danh nghĩa của tảng đá bảo vệ = (M50/ Ur )1/3)

M50 : giá trị 50% của đờng cong phân bổ khối lợng của một tảng đá bảo vệ (khối lợng cần thiết của đá bảo vệ)

P : hệ số thấm cuả lớp bên trong (xem Hình T.5.3.2)

- II.125 -

S : mức độ biến dạng (S = A /Dn502) (xem Bảng T.5.3.1)

A : diện tích xói mòn của tiết diện ngang (xem Hình T.5.3.3)

N : số lợng sóng (trong thời hạn bão)

Chiều cao sóng H1/20 trong Hình T.5.3.1 l đối với một điểm ở một khoảng cách 5 H1/3 kể từ đê chắn sóng, v H0' l chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng

Mức biến dạng S l một chỉ số đại diện cho lợng biến dạng của đá bảo vệ, v nó l một loại tỷ số h hại

Nó đợc xác định bằng kết quả của diện tích A bị xói mòn bởi sóng (xem Hình T.5.3.3) chia cho bình

phơng của đờng kính danh nghĩa Dn50 của đá bảo vệ Nh đã nêu trong Bảng T.5.3.1, ba giai đoạn

đợc xác định đối với mức độ biến dạng của đá bảo vệ: h hại ban đầu, h hại trung gian v hỏng Với thiết kế tiêu chuẩn, thông thờng sử dụng mức độ biến dạng cho giai đoạn h hại ban đầu với N = 1000 sóng Tuy nhiên, với thiết kế cho phép một lợng biến dạng no đó, có thể xem xét sử dụng giá trị đối với h hại trung gian

Bảng T.5.3.1 Mức độ biến dạng cho giai đoạn hỏng với hai lớp bảo vệ

1 : 1,5

1 : 2

1 : 3

1 : 4

1 : 6

2

2

2

3

3

3 ~ 5

4 ~ 6

6 ~ 9

8 ~ 12

8 ~ 12

8

8

12

17

17

(7) Hệ số ổn định đối với khối bê tông bảo vệ đê chắn sóng đá hộc

Van der Meer đã tiến hnh các thí nghiệm mô hình trên một số loại khối bê tông đúc sẵn, v kiến nghị các công thức tính hệ số ổn định Ngoi ra các tác giả khác cũng tiến hnh nghiên cứu để thnh lập các công thức tính toán các khối bê tông đúc sẵn Ví dụ Burcharth v Liu đã kiến nghị một công thức tính toán Tuy nhiên, phải nhớ rằng các công trình đó dựa vo các kết quả thí nghiệm cho một

đê chắn sóng đá hộc có đỉnh cao

(8) Hệ số ổn định đối với khối bê tông của lớp đệm bằng các khối bê tông tiêu sóng trớc tờng thẳng

đứng (đê chắn sóng hỗn hợp - nằm ngang)

Lớp đệm bằng các khối bê tông tiêu sóng của một đê chắn sóng hỗn hợp - nằm ngang có thể có nhiều dạng tiết diện ngang khác nhau Đặc biệt, khi ton bộ mặt trớc của một tờng thẳng đứng

đợc che phủ bởi các khối bê tông tiêu sóng, độ ổn định sẽ cao hơn đối với trờng hợp thông thờng l các khối bê tông bảo vệ che chắn một đê chắn sóng đá hộc vì tính thấm cao ở Nhật, nhiều nghiên cứu đã đợc tiến hnh đối với tính ổn định của đê chắn sóng phủ các khối bê tông tiêu sóng

Ví dụ Tanimoto v các cộng sự, Kajima, v Hanzewa đã tiến hnh nghiên cứu một cách hệ thống về

độ ổn định của các khối bê tông hấp thụ sóng Ngoi ra Takahashi đã kiến nghị phơng trình sau cho các khối bê tông tiêu sóng đặt hỗn độn thnh đống che chắn ton bộ tờng thẳng đứng

Ns = CH {a (N0 / N0,5)0,2+ b} (5.3.7) Trong đó :

No : h hại tơng đối (một loại tỷ số h hại đại diện cho mức độ h hại: nó đợc định nghĩa l số khối bê tông đã dịch chuyển trong một bề rộng Dn theo hớng tuyến đê chắn sóng, ở đây

Dn l đờng kính danh nghĩa của khối bê tông : Dn = (M/Pr)1/3 , ở đây M l khối lợng của một khối bê tông)

CH : hệ số hiệu chỉnh do sóng vỡ; CH = 1,4(H1/20 / H1/3) (Trong vùng không xảy ra sóng vỡ, H1/20 / H1/3 = 1,4 v do đó CH = 1,0)

a,b : hệ số phụ thuộc vo hình dạng khối bê tông v góc mái dốc (đối với khối bê tông với giá trị

KD bằng 8,3 , a = 2,32 v b = 1,33 nếu cotD = 4,3; a = 2,32 v b = 1,42 nếu cotD = 1,5) Takahashi đã giới thiệu thêm một phơng pháp để tính h hại tơng đối cộng dồn (h hại tơng đối

dự kiến) trong thời gian tuổi thọ của đê chắn sóng Trong tơng lai, các phơng pháp thiết kế độ tin

cậy có xét đến mức h hại tơng đối dự kiến sẽ trở thnh quan trọng trong phơng pháp luận thiết kế tiên tiến

Trong vùng không xẩy ra sóng vỡ, nếu số lợng sóng l 1000 v h hại tơng đối No l 0,3, khối lợng tính toán đợc theo phơng pháp Takahashi v các cộng sự ít nhiều cũng giống nh tính bằng cách dùng giá trị KD trong thời gian trớc đây Giá trị của No = 0,3 tơng ứng với tỷ số h hại thờng sử dụng theo truyền thống l 1%

(9) Đầu đê chắn sóng

Các sóng tấn công đầu đê chắn sóng từ ton bộ góc của các hớng, v có nguy cơ lớn các khối bảo

vệ trên đỉnh mái dốc rơi không phải về phía trớc m về phía sau Đá hoặc khối bê tông dùng ở đầu

đê chắn sóng do đó phải có khối lợng lớn hơn giá trị cho bởi phơng trình (5.3.1) Hudson gợi ý tăng

khối lợng thêm 10% trong trờng hợp đá hộc v 30% trong trờng hợp khối bê tông Tuy nhiên, có

thể vẫn cha đủ Nên sử dụng khối lợng ít nhất bằng 1,5 lần giá trị cho bởi phơng trình (5.3.1) đối

với cả hai loại đá v bê tông

- II.127 -

Hình T.5.3.1 Tỷ số của H1/20với H1/3(giá trị H1/20 l ở khoảng cách

5 H1/3 từ đê chắn sóng)

Độ dốc đáy biển 1/100

Độ dốc đáy biển 1/50

Độ dốc đáy biển 1/30

H 0 ' : chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng

Hình T.5.3.2 Hệ số thấm P

Đờng kính danh nghĩa đá bảo vệ

Đờng kính danh nghĩa vật liệu lọc

Đờng kính danh nghĩa vật liệu lõi.

Lớp bảo vệ

Lớp bảo vệ

Hình T.5.3.3 Diện tích xói mòn A

(diện tích bị xói mòn)