VIỆN xây DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN đồ án CÔNG TRÌNH bảo vệ bờ BIỂN

+ MNTB: Mực nước trung bình Z = 1/nΣZi với i=1 đến n + MNTC: Mực nước triều cao - Mực nước đỉnh triều trong một chu kỳ triều + MNTT: Mực nước triều thấp - Mực nước chân triều trong một c

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN- ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH BẢO VỆ

BỜ BIỂN

* Mục tiêu chính của kè bảo vệ bờ:

+ Giữ ổn định đường bờ trước tác dụng của các yếu tố MTB như: sóng, gió, dòngchảy

+ Ngăn nước mặn tràn vào khu vực cần bảo vệ

CHƯƠNG 2: CÁC SỐ LIỆU MÔI TRƯỜNG PHỤC VỤ THIẾT KẾ

Các số liệu môi trường cần thiết để phục vụ thiết kế kè bảo vệ bờ đó là số liệu về địa hình, địachất, số liệu về khí tượng hải văn

*Số liệu về địa hình, địa chất:

+ Bình đồ địa hình khu vực xây dựng công trình

+ Số liệu về địa chất tại khu vực xây dựng công trình

*Số liệu về khí tượng hải văn:

+ Vận tốc gió tính toán (m/s)

+ Thời gian gió thổi (giờ)

+ Hướng gió thổi

+ Mực nước: các số liệu về mực nước triều, nước dâng do bão

Thông thường việc tính toán thiết kế cho một tuyến kè với địa hình đồng đều thì thườngđược thực hiện theo các mặt cắt thiết kế cách nhau khoảng 50m, nếu địa hình phức tạp thìkhoảng cách giữa các mặt cắt thiết kế thường lấy dày hơn

+Công trình cấp II tương ứng với gió bão cấp 11.Theo bảng phân cấp gió trong tiêu chuẩnngành 14TCN130-2002 gió bão cấp 11 có tốc độ gió như sau: V = 29m/s.

+Tại Nha Trang với tần suất 5% thì vận tốc gió tính toán lớn nhất là 27m/s

Vậy chọn vận tốc gió tính toán V = 29m/s (104,4km/h)

Hướng gió bão được coi như hướng thẳng góc với đường bờ, hướng gió mùa theo số liệu điềutra

Theo số liệu điều tra hướng gió chính là hướng NE (Đông Nam)

+ MNTB: Mực nước trung bình Z = (1/n)ΣZi với (i=1 đến n)

+ MNTC: Mực nước triều cao - Mực nước đỉnh triều trong một chu kỳ triều

+ MNTT: Mực nước triều thấp - Mực nước chân triều trong một chu kỳ triều

Ngoài các khái niệm mực nước trên trong tính toán thiết kế các công trình bảo vệ bờngười ta phải xét đến các mực nước thiết kế

Mực nước cao thiết kế (MNCTK) xác định theo công thức:

Trong đó:

+ MNTC: Mực nước triều cao thiết kế (m)

+ Hnd: Chiều cao nước dâng do bão (m)

Mực nước triều cao thiết kế và chiều cao nước dâng do bão được lấy theo suất đảm bảo

và phụ thuộc vào cấp công trình (căn cứ theo các quy định hiện hành)

2.1.Mực nước triều tính toán.

2.1.1.Xác định theo tần suất tích lũy.

Mực nước triều tính toán (MNTTT) được xác định phụ thuộc vào loại hình công trình

và cấp công trình MNTTT được xác định theo tần suất tích luỹ Pi%

Tần suất tích luỹ i% của mực nước triều là tổng số % của số lần xuất hiện các mực

nước từ trị số thứ i trở lên đến m so với tổng số mực nước trong liệt tính toán n và được xác

định theo công thức:

Trong đó m là số lần mực nước triều xuất hiện cao hơn hoặc bằng lần thứ i

Hoàn kỳ (chu kỳ lặp) T = 100/P

Suất đảm bảo mực nước triều cao tính toán thiết kế cỏ thể lấy theo bảng 5

Bảng 5: Suất đảm bảo mực nước triều tính toán cao nhất tương ứng với cấp công trình

2.1.2.Xác định theo phương pháp phân tích tần suất dạng cực trị.

-Tính theo phương pháp phân tích tần suất dạng cực trị theo 14TCN130-2002:

n=1,2,…,27

Sai số quân phương của mực nước Zi trong n năm:

Trị số mực nước cao tương ứng với tần suất 2% là:

Tính toán như trên ta có kết quả:

-Các đặc trưng nước biển:

2.2.Chiều cao nước dâng cực đại (h nd,max ).

Khu vực biển Khánh Hòa nằm trong vùng hoạt động mạnh của bão Trị số nước dâng trong bão là tổng của 2 thành phần: nước dâng do gió và nước dâng do chênh lệch khí áp Kết quả tính toán do Trung tâm khí tượng thủy văn biển thực hiện cho các giá trị nước dâng ứng với tầnsuất xuất hiện 20%, 10%, 4%, 2%, 1% (tức là 1 lần trong 5 năm, 10 năm, 25 năm, 50 năm và

200 năm)

Tra theo hình C-2, trang 93 Tiêu chuẩn ngành 14TCN130-2002 ta có:

 hnd,max = 0,8 m = 80 cm

Khi đó mực nước tính toán ứng với cấp công trình: MNCTK = 248,29 + 80 = 328,29 cm

= 3,3m(so với cốt “0” hải đồ)

Chuyển về mực nước tính toán theo cốt “0” lục địa ta có:

MNCTK = 3,3 – 1,3 = +2m

MNTTK = 0.33 – 1.3 = -0,97m

3.Tính toán các thông số sóng thiết kế.

Sóng tại chân công trình là kết quả của quá trình lan truyền sóng từ vùng nước sâu vào bờ

do trọng lực - quán tính

Việc xác định các thông số sóng trong quá trình lan truyền sóng có thể được thực hiện theo nhiều cách như sử dụng các chương trình phần mềm tính toán lan truyền sóng 3D hoặc tính toán theo bài toán phẳng dựa theo các lý thuyết sóng

Trong tài liệu tính toán theo tiêu chuẩn 22-TCN 222-95

Sơ đồ phân vùng sóng lan truyền vào bờ

3.1.Các thông số sóng (L,T,H) tại vùng nước sâu.

Chiều cao sóng trung bình Htb (m), chu kỳ sóng trung bình Ttb (s):

Chiều cao sóng trung bình và chu kỳ sóng trung bình có thể xác định theo cách tra đồthị hoặc sử dụng công thức tính toán

Chiều cao sóng trung bình Htb và chu kỳ sóng trung bình Ttb phải tính theo hai yếu tố là

đà gió và thời gian gió thổi sau đó chọn cặp số liệu có giá trị nhỏ hơn

3 2

1 0.16 1

1 6 10

tb

V H

0.625 2

tb

gH V

Tính toán như sau:

5.199899

2.95616718

3.1.2.Tính theo thời gian gió thổi.

Căn cứ vào đại lượng gt/V, tra đồ thị hình 1 theo 22TCN222-1995 xác định được

gH-tb /V 2 và gTtb/V từ đó tính được chiều cao sóng trung bình Htb và chu kỳ sóng trung bình TtbChiều cao sóng trung bình cũng có thể tính theo công thức:

2 2

0.635 3

1 0.16 1

1 1.04 10

tb

V H

Thời gian gió thổi lấy theo các quy định tiêu chuẩn,thông thường:

-Đối với biển t = 12h

-Đối với Đại dương t = 18h

-Đối với ven bờ t = 6h

3.2.Các thông số sóng lan truyền vào vùng nước nông.

Địa hình đáy biển m = 0,04 > 0,002 áp dụng tính toán như sau:

tb r l i

Hình 4.Đồ thị xác định giá trị λChiều dài sóng trung bình λtb (m) xác định theo đồ thị hình 4 trang 535/22TCN222-95.Cao độ đỉnh sóng η (m) trên mực nước tính toán xác định theo đồ thị hình 3 trang534/22TCN222-95.

Hình 3.Đồ thị xác định cao độ đỉnh sóng η

Tính toán theo gió bão vuông góc với đường bờ thì góc α = 0 (độ).

Công trình cấp II có suất đảm bảo i = 5%

Kết quả tính toán thể hiện trong bảng sau:

Khi sóng lan truyền vào gần bờ, đến một độ sâu nước nào đó sóng sẽ bị vỡ Sóng có thể

bị vỡ một hoặc nhiều lần, vùng nước giới hạn bởi vị trí sóng vỡ lần đầu đến vị trí sóng vỡ lầncuối gọi là vùng sóng vỡ

Bước 2:

Từ các giá trị h1% tính được ở bước 1, xác định được các giá trị h1%/gT2 tương ứng.Rồi theo các đường cong 2,3 và 4 trên hình 5 tính được các trị số dcr/λdtb từ đó tính đượccác giá trị dcr tương ứng

Bước 3:

Độ sâu sóng vỡ lần đầu dcr (m) là độ sâu dcr tính được mà có giá trị gần đúng nhấtvới một giá trị độ sâu nước di chọn trước đó

Hình 5.Đồ thị xác định hệ số kt (đường cong 1)Kết quả tính toán thể hiện trong bảng sau:

d = −1

Độ sâu sóng vỡ lần cuối d cru (m) khi độ dốc đáy biển không đổi xácđịnh theo:

(4.10)

Trong đó: ku- Hệ số phụ thuộc vào độ dốc đáy m và được lấy theo bảng 6

n- số lần sóng đổ (n>=2) và thoả mãn điều kiện:

43.02

n u k

n u k

(4.11)

Bảng 6: Hệ số ku

Khi độ dốc đáy biển 0.2 > m > 0.05 thì n =1; dcru = dcr

Khi độ dốc đáy biển 0.01 > m > 0.001 thì dcru = 0.43 dcr

Kết quả tính toán thể hiện trong bảng sau:

Vậy độ sâu sóng vỡ lần cuối: dcru = 4m

3.3.3.Chiều cao sóng, chiều dài sóng, độ cao đỉnh sóng trên mực nước tính toán ở vùng sóng vỡ.

Chiều cao sóng vỡ hsur1% (m) xác định theo hình 5 ứng với các độ sâu đáy khác nhau và các đạilượng không thứ nguyên d/λdtb tìm được hsur 1%

Chiều cao sóng vỡ hsur 1% cũng có thể tính theo công thức:

2 0.18

gT

π π

-Chiều dài sóng vỡ λsur (m):

Chiều dài sóng vỡ được xác định theo đường cong trên cùng của hình 4, phụ thuộc vào

3.4.Các thông số sóng thiết kế tại chân công trình.

Trường hợp công trình nằm trong vùng sóng vỡ thì các thông số sóng thiết kế là các

thông số sóng tại chân công trình

Trường hợp công trình nằm ngoài vùng sóng vỡ thì các thông số sóng thiết kế là các thông số sóng vỡ lần cuối

Khi xác định độ ổn định và độ bền của công trình thuỷ và các cấu kiện, suất bảo đảmtính toán của chiều cao sóng trong hệ sóng được lấy theo bảng dưới đây

-Công trình là kè bờ nằm ngoài vùng sóng vỡ nên các thông số sóng trung bình có kếtquả như sau:

d(m) Hsur1%(m) Htb(m) Ttb(s) λtb(m)

Trong vùng nước nông: H1% = 2,3Htb

Chiều dài sóng tính theo bảng B-6 trang 77/14TCN130-2002

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG KÈ BẢO VỆ BỜ.

1.Hình dạng và kích thước mặt cắt.

1.1.Hình dạng chung.

-Chọn kết cấu kè mái nghiêng nên mặt cắt của kè có dạng hình thang

-Kết cấu kè đất mái nghiêng thường có dạng thân kè đắp bằng đất á sét Mái kè được phủ bằngcác khối tetrapod

1.2.Chiều rộng kè và kết cấu đỉnh.

1.2.1.Chiều rộng đỉnh kè

Dựa vào cấp công trình trong bảng tiêu chuẩn dưới đây

Bảng 11: Chiều rộng đỉnh kè theo cấp công trình

Vậy chọn chiều rộng đỉnh là Bk = 6m ứng với công trình cấp II

1.2.2.Kết cấu đỉnh

Kết cấu đỉnh kè cần căn cứ theo yêu cầu sau:

+ Căn cứ vào mức độ cho phép sóng tràn, yêu cầu về giao thông, quản lý, chất đắp kè,mưa gió xói mòn v.v… để xác định theo các tiêu chuẩn mặt đường tương ứng

+ Mặt đỉnh kè cần dốc về một phía (độ dốc khoảng 2% ÷ 3%) tập trung thoát nước vềcác rãnh thoát nước mặt

+ Trường hợp đất đắp kè, mặt bằng đắp kè bị hạn chế, có thể xây tường đỉnh để đạt caotrình đỉnh kè thiết kế

=> Đắp đỉnh kè thêm độ dày 140mm để đạt được cao trình đỉnh kè thiết kế

Đổ lớp bê tông dày 100mm trên mặt kè để đạt cao trình kè đã chọn

1.2.3.Tường đỉnh

Tường chống tràn đỉnh kè bố trí ở phía ngoài mép kè phía biển Tường chỉ được đặt sát thân kè

đã ổn định, móng độc lập với công trình gia cố mái

-Do khối tetrapod khi tính toán đã thỏa mãn điều kiện tiêu tán song leo nên không cần thiết kế tường đỉnh cho kè

1.3.Mái kè.

Độ dốc mái kè m = cotg , với là góc giữa mái kè và đường nằm ngang Độ dốc mái

kè được xác định thông qua tính toán ổn định, có xét đến biện pháp thi công, yêu cầu sử dụngkhai thác và kết cấu công trình gia cố mái Thông thường lấy m = 3÷5 cho mái phía biển

Sơ bộ độ dốc mái kè phía biển có thể xác định theo bảng 12

Đối với kè đất đồng chất, nên chọn đất á sét có hàm lượng hạt sét từ 15% đến 30% Chỉ

số dẻo đạt 10 đến 20, không chứa tạp chất

Nếu nguồn đất đắp kè chỉ có hạt cát rời, thành phần hạt mịn nhỏ hơn 25%, thì bọcngoài một lớp đất thịt với chiều dày không nhỏ hơn 0,5m

2.Các bài toán thiết kế.

Hsl - Chiều cao sóng leo, m;

a - Độ cao dự trữ lấy theo bảng 18

KΔ Hệ số nhám và tính thấm của mái nghiêng, tra bảng D - 1

Kw Hệ số kinh nghiệm, tra bảng D - 2

Kp Hệ số tính đổi tần suất tích lũy của chiều cao sóng leo, tra bảng D - 3

Hs Chiều cao trung bình của sóng trước kè (m)

Ls Chiều dài sóng trước kè (m)

Bảng D1: Hệ số nhám và tính thấm của mái nghiêng

.1

2.2.Kết cấu gia cố mái kè.

-Gia cố mái bằng các khối rời rạc:

(γ γ ) α

γ

g k

h W

d b

s b

cot1

ổn định n% và được lấy theo bảng 19

2.3.Cấu tạo lớp đệm, tầng lọc ngược.

-Lớp phủ mái là các khối tetrapod xếp 2 lớp, chiều dày lớp phủ tính toán theo 2002:

-Lớp đá lót ngay dưới lớp phủ mái bảo đảm kích thước để không bị sóng moi qua khegiữa các khối phủ và gây sụt lún cho lớp phủ và trong thời gian thi công không bị sóngcuốn đi khi chưa có khối phủ che chở

Thường trọng lượng viên đá lớp đệm lấy bằng 1/10 ÷ 1/20 trọng lượng khối phủ lớpngoài Chiều dày lớp lót thường lấy bằng 2 lần đường kính viên đá lót

Chọn k = 1/18 tính toán như sau:

Chiều dày lớp lót là 2d = 0.88m = 880mm => Chọn 900mm

-Trường hợp dùng vải địa kỹ thuật làm tầng lọc ngược: Geotextile đặt trực tiếp trên mái

kè, cố định ở đỉnh kè và chạy xuống tận chân khay, cần có biện pháp chống chọc thủngcủa các rễ cây, sinh vật và nắng mặt trời v.v…Cần bố trí lớp đá dăm dày 10 15cm giữavải địa kỹ thuật và lớp bảo vệ

-Vậy chọn dạng lớp đệm và gia cố mái như sau:

+Khối tetrapod xếp 2 lớp dày 1,5m = 1500mm

+Lớp đệm dày 900mm

+Đá dăm 1x2 dày 150mm

+Vải địa kĩ thuật

+Đất đầm chặt

2.4.Thiết kế chân khay.

Chân khay phải đảm bảo giữ cho khối gia cố mái không bị trượt theo mái dốc và không

bị xói do sóng và dòng chảy Kết cấu không bị phá hoại khi có biến dạng đường bờ

Loại hình và kích thước chân khay được xác định tuỳ theo mức độ xâm thực của bãibiển, chiều cao sóng tại chân công trình, độ dốc bãi

-Chọn chân khay nông theo trang 25 tiêu chuẩn 14TCN130-2002

-Kích thước đá chân khay:

Đá chân khay phải ổn định dưới tác dụng của dòng chỉ do sóng tạo ra ở chân kè

Vận tốc cực đại của dòng chảy do sóng tạo ra ở chân kè được xác định theo CT:

Trong đó:

Vmax – Vận tốc cực đại của dòng chảy do sóng (m/s)

hs, λ - Chiều cao sóng và chiều dài sóng tính toán (m)

d – Độ sâu nước trước kè (m)

Trọng lượng ổn định của viên đá ở chân khay kè mái kè biển Gd có thể xác định theobảng 20

Bảng 20: Trọng lượng ổn định viên đá theo Vmax

h

πλλπ

m m m m/s2 m/s

3.1

Tra bảng 20 được Gd = 128(kG) => Thiên về an toàn lấy Gd = 130(kG)

-Từ trọng lượng viên đá ở chân khay tính toán được khối bê tông gia cố mặt chân khay nhưsau:

W(T) γđá(T/m3

4Chọn khối bê tông lxbxh = 0,5x0,4x0,3m

CHƯƠNG 4: ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA KÈ BIỂN.

Chọn mặt cắt tính toán ổn định, biến dạng của kè biển phải có tính chất đại diện, được lựa chọntrên cơ sở nhiệm vụ đoạn kè, cấp công trình, điều kiện địa hình địa chất, kết cấu kè, chiều cao thân kè, vật liệu đắp kè…

-Các chỉ tiêu cơ lí các lớp đất tự nhiên dưới chân công trình như sau:

+Lớp đât 1 có các chỉ tiêu cơ lý như sau:

-5

0.5

- 0.2 5

0.2

5 - 0.1

0.1

- 0.0 5 0.

6 1.7 1.5 5.1 29.8 51.6 9.7 15.8 2.65 30°18' 20°52' 1.076 0.619 1.20 80 10Lượng cỡ hạt có cỡ >0.1mm chiếm 51.6+29.8+5.1+1.5+1.7+0.6=90.3%>75% => đất cát nhỏ

Mô dun tổng biến dạng E0 = α.qc , với cát hạt nhỏ α = 1,5 – 3 Chọn α = 2 => qc = 80/2 = 40 kG/cm2 => cát nhỏ ở trạng thái chặt vừa ( qc = 40 kG/cm2) => c = 0

γ = 1,8 g/cm3

Từ qc = 40 kG/cm2 => góc ma sát trong của đất φ = 300

Vậy lớp đất 1 là lớp đất cát nhỏ, ở trạng thái chặt vừa Bề dày lớp biến đổi từ 1.7m (K28) đến 2.4m (K38), trung bình 2.06m Giá trị xuyên tiêu chuẩn N30 nhỏ nhất là 5, giá trị xuyên tiêu chuẩn N30 lớn nhất là 15, trung bình là 10 Trong lớp này thỉnh thoảng có gặp đá tảng lăn granit.Lớp đất này có khả năng chịu tải trung bình, biến dạng trung bình

+Lớp đất 2 có các chỉ tiêu cơ lý như sau:

1.

0 0.

-5

0.5 - 0.2 5

0.2

5 0.1

-0.1 - 0.0 5 0.

2 0.2 1.5 2.4 6.3 30.1 47.0 12.3 16.2 2.65 30°11' 20°46' 1.116 0.616 2.00 150 17

Lượng cỡ hạt có cỡ >0.1mm chiếm : 0.2+0.2+1.5+2.4+6.3+30.1+47.0 =87.7 > 75 % => lớp đấthạt nhỏ => c = 0

1.Ổn định trượt phẳng của lớp gia cố và chân khay.

2.Trượt cung tròn kè mái nghiêng.

Sử dụng phương pháp phân tích trượt cung tròn để tính ổn định đất nền của mái kè Việc tính toán ổn định tổng thể công trình được dựa trên giả thiết công trình gia cố được xem như một hay nhiều lớp đất nền không đồng nhất

Khi tính toán cần xét đến các mực nước tính toán khác nhau, ảnh hưởng của dòng thấm…Tính

mô men gây trượt , phần kè dưới đường bão hòa thì tính theo dung trọng bão hòa, khi mô men chống trượt thì tính theo dung trọng đẩy nổi

Trong trường hợp đơn giản có thể tính theo phương pháp tổng ứng lực Giả thiết khối đất trượt

là vật rắn biến dạng và không xét đến lực tác dụng tương hỗ giữa 2 bên của dải đất

Mô men chống trượt Mg và mô men gây trượt Mtr (kNm/m) xác định theo công thức:

Mg = (∑Cili + ∑Wi cosαi tanφi)R

Mt = (∑Wi sinαi)R

Trong đó:

li – chiều dài cung tròn của dải đất thứ I (m)

Wi – trọng lượng của dải đất thứ I (kN/m)

αi – góc giữa tiếp tuyến tại trung điểm cung trượt i với đường nằm ngang