Công trình biển chỉ dẫn thiết kế và thi công đê chắn sóng người dịch nguyễn hữu đẩu

Các loại kết cấu đê chắn sóng được sử dụng và thiết kế chi tiết của nó do đó có ảnh hưởng đến chế độ sóng trong bể cảng, vì lý do này mà mặt bằng đê chắn sóng hoàn toàn gắn liền với thiế

CÁC HỘI ĐỔNG CHỊU TRÁCH NHIỆM VỂ TIÊU CHUẨN n à y

Việc chuẩn bị tiêu chuẩn này được ủy ban chính sách Tiêu chuẩn Xây dựng nhà ở và dân dụng (CSB) giao cho Hội đồng Kỹ thuật CSB/17 mà các cơ quan sau đáy đại diện cho nó :

MỤC LỰC

Trang Lời giói thiệu

4.4.3 Kích cỡ vật liệu lớp dưới 59

LỜI GIỚI THIÊU

Trong hơn hai mươi năm qua, đất nước ta đã có nhiều dự án lớn vê công trình biển Trong đó công nghệ khảo sút, thiết kế, thi công và khai thác thường dựa theo nhiều nguồn tài liệu, tiêu chuẩn của Ngư, Trung Quốc, Nhật, Pháp, Mỹ, Anh, Na

Uv, Hà Lan và một phần nhỏ do Việt Nam ban hành trên cơ sở biên dịch hay

biên soạn.

Qua kinh nghiệm thực tế, giới chuyên môn trong nước đã xác định dược những

Bộ tiêu chuẩn được thừa nhận và sử dụng rộng rãi trên th ế giới, trong đó có cả rdiững nước đang đầu tư nhiều ở Việt Nam, quan trọng hơn cả là nó phù họp và có thể vận dụng tốt trong điều kiện cụ thể của Việt Nam Bộ tiêu chuẩn Anh: "Công trình biển" BS 6349 đáp ứng dược các tiêu chí trên vù thực tế đang được sử dụng rộng rãi à V iệt Nam, trên các công trình lớn như cảng Hải Phòng, cảng Sài Gòn, đê chắn sóng Dung Quất, Tiên Sa

Trong hai năm 2001 và 2002, Hội Củng Đường thủy vù Thềm lục địa Việt Nam

dự kiến biên dịch lần lượt cả bảy phần của bộ BS 6349 Do yêu cầu trước mắt dang triển khai các dự án đê chắn sóng Dung Quất và Tiên Sa, nên chúng tôi cho biên dịch trước hai phần: Phần 7 - Đê chắn sống và Phần 1 - Các tiêu chí chung.

Biên dịch tiêu chuẩn lù một công việc rất khó vê ngôn ngữ, cũng như các khía cạnh chuyên môn, luật pháp Do vậy, mong các bạn đọc thông cảm nếu thấy có sai sót hoặc chưa vừa ý khi sử dụng bán dịch này.

Rất mong nhận được sự góp ỷ chân thành và kịp thời của các bạn đồng nghiệp.

TS Nguyễn Hữu Đẩu

PHÓ CHỦ TỊCH KIÊM T ổN G THƯ KÝ HỘI CẢNG ĐƯỜNG THÚY VÀ THỀM LỤC ĐỊA VIỆT NAM

Chương 1: Khái quát

Chương 2: Quy hoạch mặt hằng

Chương 3: Thiết k ế chung các kết cấu đê chắn sống

Chương 4 Các kết cấu đê đá đổ

Chương 5: Các kết cấu mặt đứng

Chương 6: Các kết cấu hỗn hợp

Trong soạn thảo tiêu chuẩn này đã giả thiết việc thực hiện các điều khoản của nó được giao phó cho những người được đào tạo và có kinh nghiệm thích hợp, mà chỉ dẫn đã được soạn cho họ Nó cung cấp thông tin và chỉ dẫn, không phải tất cả có th ể thẩm trà trực tiếp được Nó phụ thuộc vào phạm vi của thông tin và kiến thức thu nhận được trong lĩnh vực này, những năm sắp tới, chỉ dẫn này có thể được cập nhật như một tiêu chuẩn thực hanh.

Bây phấn của BS 6349 như sau:

Phần ỉ - Các tiêu chí chung

Phần 2 'Thiết kê tường bển, bến nhô vù trụ va

Phần 3 ' Thiết k ế các ụ khô, âu thuyền, triền và bến đống tàu

Phần 4 -Thiết k ế các hệ thống neo vù đệm tàu

Phẩn 5 - Tiêu chuẩn thực hành về nạo vét và tôn tạo đất

Phần 6 - Thiết k ể các kết cấu nổi và neo ven bờ

Phần 7 - Chỉ dẫn vê thiết k ế và thi công đê chắn sóng

Cúc phàn ỉ đến 6 đ ã được viết như cúc tiêu chuẩn thực hành và bao gồm các kiến nghị tốt, được chấp nhận trong thực tế theo các nhà thực hành cố thẩm quyển.

Phần 7 được viết như một chỉ dẫn kỹ thuật.

S ố lượng các hình v ẽ vù bảng trong phần này của BS 6349 được cung cấp bởi các tổ chức riêng lẻ sở hữu bản quyền Chi tiết của các nguồn cho ở phía dưới của mỗi hình và côỉìiỊ nhận BSỊ với sự cho phép cần thiết đ ể in lại chúng.

Danh sách đầy đủ các tổ chức đã tham gia trong công việc của Hội đổng kỹ thuật giới thiệu ở trang 3 Chủ tịch của Hội đồng này là M r p Lacey CEng, FICE, FIStructE FIHT, FRSA và các ông sau dây là thành viên củú Hội dồng kỹ thuật:

MA CEng, FICE BSc, PhD, MlnstP, CPHYS BSc (Eng), CEng, FICE CEng, FIStructE, MICE, AWeldl

M J C Wilford CEng, MIStructE Tuân thủ với tiêu chuẩn Anh không có nghĩa là được miễn trừ các quy định của pháp luật.

Chương 1

1.1 Phạm vi

Phần này của Tiêu chuẩn Anh BS 6349

cung cấp chi dẫn về thiết kế và thi công đê

chắn sóng

Đê chắn sóng là những kết cấu bảo vệ

cho bể cảng và các cửa lấy nước biển để

chống lại tác động của sóng và phần này

của BS 6349 cũng cho chỉ dẫn về các loại đê

chắn sóng chính Đê chắn sóng nổi không

đề cập đến trong phần này

Các công trình ven bờ như đập đinh, kè

và tường chỉnh trị không bao gồm trong

phần này, mặc dù một số khía cạnh thiết kế

nhất định có thể thích hợp với những còng

trình này

Ghi chú: Dề mục những sách tham khảo

trong tiêu chuẩn này được liệt kê ở phần sau

Số trong ngoặc dùng trong tiêu chuẩn liên

quan đến các thư mục tham khảo trong Phụ

bê tông đúc sẵn để tạo ra một lóp phủ bảo

vệ lõi đá khối nhỏ hơn khỏi tác động của sóng Kết cấu đỉnh bê tông mà nó đóng góp vào chức năng của đê chắn sóng có thể được xây dựng bên trên đê

Ghi chú: Các ví dụ về đê chắn sóng kiểu đá

đổ cho trong hình 6

1.2.2 Đê chắn sóng mặt đứng

Đê chắn sóng mà những tác động của sóng chủ yếu bị ngăn bởi một kết cấu mặt đứng bắt đầu trực tiếp từ đáy biển

Ghi chú: Các ví dụ về đê chắn sóng hỗn hợp

cho trong hình 30

Chưưng 2

QUY HOẠCH MẶT BẰNG

2.1 Khái quát

Phần này xem xét việc bố trí mặt bằng đê

chắn sóng để duy trì được chức năng bảo vệ

bể cảng Cho các chỉ dẫn về những khía cạnh

hàng hải, sự xâm nhập của sóng, các ảnh

hưởng môi trưòng và việc thu thập số liệu

2.2 Mặt bằng bé cảng

2.2.2 Khái quát

Năng lượng sóng có thể vào bể cảng

bằng cách xâm nhập qua cửa vào giữa các

đê chắn sóng, bằng sóng tràn và bằng cách

truyền qua các kết cấu đê chắn sóng kiểu

thấm qua được Các loại kết cấu đê chắn

sóng được sử dụng và thiết kế chi tiết của

nó do đó có ảnh hưởng đến chế độ sóng

trong bể cảng, vì lý do này mà mặt bằng đê

chắn sóng hoàn toàn gắn liền với thiết kế

kết cấu; thường phải thông qua quá trình thử

dần để xác định giải pháp tối ưu

Những yêu cầu quy hoạch cảng về số

lượng, kích cỡ và vị trí các thiết bị bốc dỡ

hàng hoá sẽ xác định các kích thước tổng

thể của bể cảng Những vấn đề này, nằm

ngoài phạm vi phần này của Tiêu chuẩn BS

6349 Các tham khảo cho trong mục 2.2.1

của BS 6349 : Phần 2: 1988

Đê chắn sóng cũng có thể để bảo vệ một

luồng vào khỏi di chuyên bùn cát hoặc để

ổn định hay chỉnh hướng thuỷ triều vào

Vị trí và mặt bằng của đê chắn sóng, để

có thể cung cấp mức độ bảo vệ bể cảng, được xác định bởi sự cần thiết cho:

(a) Các điều kiện che chắn tàu tại bến hoặc đang neo;

(b) Các vùng thao tác và quay tàu bên trong bể cảng;

(c) Một khoảng dừng phù hợp cho tàu vào cửa bể cảng với một tốc độ hàng hải an toàn

2.2.2 Các khía cạnh hàng hải

Các tiêu chuẩn về độ sâu và chiều rộng luồng vào đã cho trong mục 18 của BS 6349 : Phần 1: 1984, các tiêu chuẩn về thao tác tàu bên trong bể cảng cho trong mục 19 của

BS 6349 : Phần 1 : 1984, các tiêu chuẩn về điều kiện sóng chấp nhận (lược đối với tàu thuyền neo đậu cho trong các mục 30 và 31 của BS 6349 : Phần 1 : 1984 Những điều kiện phù họp cũng được đảm bảo để các tàu lai dắt và tàu đang neo có thể hoạt động tốt

Sự có mặt của đê chắn sóng tạo ra các điều kiên chạy tàu đặc biệt tại cửa bể cảng Các dòng chảy có thể hình thành ngang qua cửa bể cảng do kết quả dòng chảy chệch hướng và do nhiễu xạ của sóng quanh đầu

đê chắn sóng Sự phản xạ sóng có thể xảy ra

ờ đê chắn sóng và khi một tàu di chuyển từ vùng biển hở đến vùng nước được che chắn,

sẽ có những thay đổi đáng kể về điều kiện

mối trường ảnh hưởng đến tàu trên một

đoạn ngắn

Một cửa vào bể cảng rộng sẽ làm tàu

thuyền đi lại dễ dàng nhưng trái ngược với

mục tiêu hạn chế xâm nhập sóng và do đó

cần phải có sự kết hợp nào đó Việc hàng

hải không phải lúc nào cũng có thể trong

điéu kiện sóng và gió không được chấp

nhận

Lời khuyên của những người đi biển có

kinh nghiệm rất quan trọng để xác định mặt

bằng tối ưu của đê chắn sóng tại lối vào bể

cảng có xét dến các khía cạnh kinh tế của

chi phí và bất cứ hạn chế nào đối với hàng

hải hoạt động của cảng

Các mô hình và mô phỏng tàu đã được

mô tả trong mục 18 của BS 6349: Phần 1:

1984 hỗ trợ có giá trị trong việc quy hoạch

cửa vào bể cảng và mặt bằng đê chắn sóng

2.2.3 Xàm nhập sóng

Yếu tố xác định quan trọng nhất ứng xử

của bể cảng là xâm nhập sóng qua cửa vào

Đầu tiên cần thiết lập các điểu kiện sóng

ngay phía ngoài cửa vào, sau đó xác định

ảnh hưởng của cửa vào đối với việc cho

phép sóng đi vào bể cảng và cuối cùng là

xác định ứng xử tại những vị trí tới hạn bên

trong bể cảng

Chỉ dẫn về thiết lập các điều kiện sóng

ngoài khơi đã cho trong mục 22 của BS

6349: Phần 1 : 1984, và các phương pháp

xác định các điều kiện sóng ven bờ tại cửa

vào đã cho trong mục 23 của BS 6349: Phần

1: 1984 Hướng sóng là quan trọng, khi đó

khu vực của bể cảng được che chắn lớn nhất

nên được bảo vệ với những sóng lớn nhất,

các điều kiện sóng nhỏ hơn từ những hướng khác có thể quan trọng khi thiết kế mặt bằng.Nên xem xét các điều kiện sóng thường xuyên, cũng như các hiện tượng ít xẩy ra, cái trước có thê ảnh hường làm giảm thời gian và tính kinh tế của các hoạt động trong khi cái sau ảnh hưởng đến độ an toàn Các hạn chế được chấp nhận đối với việc di chuyển của tàu đã cho trong 31.4 của BS 6349: Phần 1: 1984

Tác động của sóng nên khảo sát tại các mực nước khác nhau gây bởi các ảnh hưởng thủy triều và nước dâng Mực nước thường làm thay đổi năng lượng sóng tới và có thể ảnh hưởng đặc biệt đến hướng sóng tại cửa vào (xem mục 25 của BS 6349: Phần 1: 1984) Các thay đổi đường đồng sâu đáy biển cũng có thể có các ảnh hưởng đáng kể

Ví dụ như việc tạo ra một luồng nạo vét bên ngoài bể cảng, như đã nêu trong 23.2.3 của BS6349: Phần 1 : 1984

Nhiễu xạ sóng tại cửa vào bể cảng sẽ xác định mức độ che chắn của đê chắn sóng và mức độ lan truyền sóng vào trong bể cảng Cần xem xét mức độ mà sóng có thể bị phản xạ hoặc hấp thụ trong bể cảng, khi độ sâu thay đổi, nơi nông hơn, khúc xạ và ma sát đáy cần được xem xét để xác định phản ứng của bể cảng Chỉ dẫn về những khía cạnh này, về sử dụng các mô hình tính toán

và vật lý đã cho trong mục 29 của BS 6349: Phần 1: 1984

Các sóng chu kỳ dài, khoảng trên 30 giây, khó có thể loại trừ khỏi một bể cảng

và có thể gây nên dịch chuyển của các tàu đang neo Các sóng chu kỳ dài cũng có thể gây ra cộng hưởng ở bể cảng, chỉ dẫn về vấn đề này đã cho trong 29.4 của BS 6349:

Phần 1: 1984 Hiện tượng không mong đợi

này sẽ trầm trọng hơn do dùng các mặt

phản xạ bên trong bể cảng và nên tránh các

bề mặt đó nếu có thể Đôi khi cũng cần có

các bề mặt hấp thụ

2.2.4 Sóng tràn và truyền sóng

Sóng tràn và truyền sóng, ảnh hưởng của

chúng đối với mặt bằng và phản ứng của bể

cảng được xác định bằng thiết kế kết cấu đê

chắn sóng Sẽ rất tốn kém để ngăn chặn

sóng tràn qua đê chắn sóng, bởi vì tăng

chiều cao của đê để duy trì được điều đó, có

thể tăng đáng kể các lực lên kết cấu Nên

xem xét cẩn thận mức độ sóng tràn có thể

cho phép

Nên phân biệt giữa sóng tràn nhiều với

hắt sóng do gió Trong trường hợp đê chắn

sóng đá đổ có thể ngăn chặn hoặc khống

chế được sóng tràn nhiều bằng thiết kế phù

hợp mặt hướng biển và đỉnh đê; hắt sóng do

gió thì không khống chế được Khi các khu

vực tôn tạo và các lắp đặt nằm ở phía sau

một đê chắn sóng, sóng tràn và hắt sóng do

gió có thể gây ra bất tiện nghiêm trọng hoặc

nguy hiểm đến người và phương tiện, làm

gián đoạn việc khai thác và gây lụt lội

Các hạn chế sóng tràn đã được gợi ý

trong 3.5.2.4 Điều này, liên quan đến sự

qua lại của người và phương tiện Thậm chí

là sóng tràn rất mạnh cũng ít khi có ảnh

hưởng đáng kể đến tác động sóng nói chung

trong bể cảng, trừ trường hợp đặc biệt của

một đê chắn sóng được thiết kế với đỉnh rất

thấp Khi đó ảnh hưởng này trở nên quan

trọng và đã nêu trong 4.9 đối với đê đá đổ

và trong 5.3.2 đối với các kết cấu mặt đứng

Truyền sóng qua kết cấu có thể xảy ra với một đê đá đổ rất rỗng, như nó được thi công chì bằng các đá lớn, khi đó mức độ truyền sóng tăng lên đáng kể với chu kỳ sóng Đối với các sóng chu kỳ dài khoảng trên 30 giây, các ảnh hưởng lên phản ứng bể cảng có thể thấy rõ ràng

Các đê chắn sóng mặt đứng, không cho phép truyền sóng'trừ trường hợp màn chắn sóng có lỗ,nói chung nó không áp dụng trong các công trình bể cảng, nhưng có thể được sử dụng trong chế độ sóng nhẹ như các bến đậu thuyền buồm được che chắn

2.2.5 Tuyến đê chắn sóng

Các kích thước bể cảng và tuyến của các

đé chắn sóng nên được xác định theo chỉ dẫn trong 2.2.1 đến 2.2.4 Thường phải xem xét nhiều phương án và sử dụng lợi thế của các đặc điểm đường bờ và dịa hình đáy biển thuận lợi có thể đạt được tính kinh tế đáng

kể Ví dụ:

(a) Đặt chân đê tại một mũi đá để giảm nguy hiểm do xói tại khu vực này;

(b) Chọn một mặt bằng mà sẽ giảm đến tối thiểu chiều dài và độ sâu xây dựng cho một khu vực và các công trình cảng đã cho.(c) Chọn một vị trí và tuyến đê chắn sóng sao cho giảm được chiều cao của sóng mà

đê dó phải chịu

Cuối cùng là phải tận dụng lợi thế của các mỏm đá, hoặc doi cát ngoài khơi để làm

vỡ các sóng cao hơn trước khi tới đê chắn sóng Trong những trường hợp như vậy, đặc biệt cần đánh giá ảnh hưởng của khúc xạ sóng, nó có thể làm tăng chiều cao sóng do sóng tập trung tại vị trí nào đó dọc đê chắn

sóng Chiều cao sóng tại đê chắn sóng cũng

tăng do tác đông của sóng xiên gây nên sự

hình thành các sóng chạy dọc theo đê chắn

sóng đó

Điều quan trọng là xác định liệu sự hiện

diện của đê chắn sóng sẽ gây ra những thay

đổi, ví dụ như làm sâu thêm các chỗ nông

ngoài khơi mà khi đó có thể làm đê chắn

sóng phải chịu tác động sóng lớn hơn, như

đã thảo luận chi tiết trong 2.3

Phản xạ từ mặt phía biển của đê chắn

sóng tạo ra các loại sóng đứng có thế làm

tăng tác động sóng ở một vài phân đoạn

Tác dộng này giảm đi nếu áp dụng tuyến lồi

thay cho tuyến thẳng Độ cong lõm có thể

tạo nên sự tập trung sóng rất lớn và nên

tránh

Mặt bằng đầu của đê chắn sóng chính và

phía sau thường được thiết kế để tạo ra sự

chổng nhau cần thiết, nó sẽ ngăn sự xàm

nhập trực tiếp của hầu hết các sóng lớn vào

trong bể cảng

Đôi lúc có thể thiết kế đê chắn sóng

chính để chịu hầu hết tác động của sóng lớn

và một đê chắn sóng phía sau có kết cấu

nhẹ hơn như thể hiện ờ hình 1(a) Nó có thể

đủ để các công trình bể cảng tập trung được

dọc theo đê chắn sóng phía sau, điều đó cho

phép sóng tràn với mức độ nào đó được

chấp nhận dọc theo đê chắn sóng chính và

có hiệu quả kinh tế

Một thiết kế bể cảng khác, như hình

1(b), thường thích hợp hơn đối với cửa sóng

nơi mà chỉnh trị dòng chảy là quan trọng,

có chồng lấn một ít đê chắn sóng và cho

phép sóng xâm nhập nhiều hơn qua cửa vào

Các bãi tiêu sóng bên trong đê chắn sóng

chính hấp thụ phần lớn sóng và một cửa bể cảng thứ hai hẹp hơn dẫn đến các bến

2.2.6 Mỏ hình tính toán và vật lý

Đã thu nhận được nhiều kinh nghiệm khi đánh giá các mặt bằng bể cảng bằng phương pháp mô hình vật lý Chỉ dẫn cho trong 29.5 của BS 6349: Phần 1: 1984 Hiện nay, có các mỏ hình tính toán để đánh giá ảnh hưởng của những mặt bằng khác nhau Chúng cũng có thể được dùng để xác định các ảnh hưởng định tính của các mặt bằng khác nhau, nhưng không cho được thông tin chi tiết cần thiết cho mọi khía cạnh yêu cầu Chí dẫn sử dụng các mô hình tính toán đã cho trong 29.6 của BS 6349: Phần 1: 1984.Thực tế tốt nhất hiện nay đối với các

dự án lớn là dùng cả hai mô hình vật lý và tính toán

Chú ý đến việc cần phải thu thập sớm số liệu hiện trường đủ cho mô hình sẽ xây dựng và chương trình thí nghiệm đã dự kiến.Các mô hình vật lý nói trên, thường có tỷ

lệ quá nhỏ trong một bể sóng bao gồm toàn

bộ vùng bổ cảng để nghiên cứu ổn định của kết cấu đê chắn sóng Tuy nhiên, những mô hình như vậy có thể cho chỉ dẫn hữu ích về các phần của đê chắn sóng mà sẽ chịu hầu hết tác động sóng mạnh, những mô hình này dùng để chỉ dẫn lập kế hoạch thí nghiệm mô hình thuỷ lực, xem trong 3.6

2.3 Các ảnh hưỏng môi trường

2.3.1 Khái quát

Xây dựng đê chắn sóng là một trong những thay đổi lớn nhất tác động lên trạng thái ven bờ Nên chú ý đến không chỉ những ảnh hưởng của môi trường lên đê chắn sóng,

mà còn xem xét đến cả ảnh hưởng cùa đẽ

chắn sóng lên môi trường Các yếu tố có thể

phát sinh được chỉ ra trong 2.3.2 đến 2.3.4

2.3.2 C h ế độ thuỷ động và vận chuyển

bùn cát

Một đê chắn sóng sẽ gây ra những thay

đổi trạng thái biển (xem mục 28 của BS

6349: Phần 1: 1984) Những thay đổi xảy ra

do sự chuyển động của vật liệu đáy di động,

do thủy triều hoặc sóng, tạo ra dòng chảy

cần được đánh giá kỹ lưỡng mặc dù kết quả

Trường hợp đơn giản nhất là sau khi xây

dựng một bể cảng ven bờ sẽ xảy ra bồi do

tích bùn cát và xói do mất bùn cát như chỉ

ra trong hình 1 Bồi do tích bùn cát gây nên

sự hình thành một bãi chắn ngang cửa vào,

nó đòi hỏi nạo vét duy tu Xói do mất bùn

thể giảm tác động sóng lên đê chắn sóng,

tích tụ bùn cát và xói chân đê có thể tăng sư

mất ổn định của đê chắn sóng

Khi di chuyển bùn cát là đặc tính của

đường bờ, do đó sự gián đoạn bùn cát sẽ

hầu như có ảnh hưởng nghiêm trọng lên

đường bờ bên cạnh, có thể phải có thiết bị

2.3.3 Ô nhiễm

Xây dựng một bể cảng ven bờ sẽ tạo nên một vùng nước tương đối không bị xáo động bởi sóng và dòng chảy Trong thực tế, khòng nên cho phép một nguồn thoát chính nào được thải vào bể cảng, bởi vì ô nhiễm

và lắng đọng bùn cát có thể diễn ra trong vùng nước lặng này

Có thê có các cửa mở và cống tại những

vị trí phù hợp trong đê chắn sóng để tăng dòng bên trong bể cảng, khi thủy triều thay đổi nhỏ, ví dụ như ở Địa Trung Hải

Phía ngoài bê cảng, những thay đổi về chế độ thủy lực do đê chắn sóng gây ra ảnh hưởng đến sự phân tán các chất ỏ nhiễm

2.3.4 Các xem xét về sinh thái

Nói chung, đê chắn sóng không có những ảnh hưởng tiêu cực lên sinh thái khu vực, trừ những thay đổi do nó gây ra trong chế độ sinh thái ảnh hưởng đến cư dân địa phương (xem 13.5.2 của BS 6349: Phần 1: 1984)

2.4 Thu thập sô liệu

2.4.1 Khí tưọiĩg và khí hậu

Số liệu về gió, nhiệt độ, khí áp được yêu cầu để thiết kế và thi công đê chắn sóng, để đánh giá chế độ sóng và các mực nước cực trị Chi tiết về nguồn số liệu và các xem xét

về khí tượng khí hậu cần được kể đến đã cho trong khoản 7 của BS 6349 : Phần 1:1984

Có thể bổi Cỏ thể xói bờ

Hình 1 : Các mặt bằng đê chắn sóng điển hình

2.4.2 Sóng

Thiết kế và thi công đê chắn sóng đòi hỏi

hiểu biết chi tiết vẻ hoạt động và độ duy trì

sóng trong mọi điều kiện Số liệu về các

chiều cao sóng cực trị được yêu cầu để thiết

kế các kết cấu, trong khi số liệu về các biến

động theo mùa, theo năm được yêu cầu để

quy hoạch cảng, để đánh giá ảnh hưởng lên hoạt động của cảng và để lên kế hoạch thi công Tại một số vị trí, đặc biệt khi có sóng lừng dai dẳng, số liệu về hoạt động sóng chu kỳ dài sẽ cần thiết Chi tiết về nguồn sô' liệu, đo và phàn tích sóng cho trong khoản

26 BS 6349: phần 1: 1984

J e % Cét

2.4.3 Độ sâu và địa hình ven biển

Các chi tiết về đáy biển và đường bờ

được yêu cầu để xác định tuyến đê chắn

sóng, để xác định ảnh hưởng của đáy biển

và các đặc điểm đường bờ lên sự truyền

sóng trong khu vực đang xem xét Phạm vi

khu vực cần khảo sát và yêu cầu kỹ thuật

công tác khảo sát cần được xác định từ một

nghiên cứu các hải đồ có sẵn Thông tin độ

sâu bổ sung có thể nhận từ bộ sim tâp hải đồ

Thuỷ đạc lưu trữ các số liệu không chỉ của

nước Anh mà còn của nhiều nước khác.Các

cơ quan tương tự cũng có ở các nước khác

Phạm vi đo sâu ngoài khơi cần cho các

nghiên cứu khúc xạ sóng có liên quan đến

chu kỳ sóng Khu vực này bao trùm phía

biển của đê chắn sóng được đề nghị thường

nên mở rộng đến các vị trí có độ sâu bằng

khoảng nửa chiều dài sóng Các phương

pháp thực hiện khảo sát đo sâu đã mô tả

trong khoản 8 BS 6349: Phần 1: 1984

2.4.4 Mực nước

Số liệu về các biên động trong các mực

nước do dao động thủy triều và dự báo các

mực nước cực trị do các ảnh hưởng khí áp,

nước dâng do bão và hình thành sóng được

yêu cầu

Các phương pháp ghi mực nước và ảnh

hưởng khí tượng gây ra những thay đổi mực

nước đã mô tả trong khoản 10 của BS 6349:

Phần 1: 1984 và chỉ dẫn về nước dâng do

bão cho trong khoản 25 của BS 6349: Phần

1: 1984

Những nơi có sóng thần xảy ra, đôi khi

cần điều tra toàn diện về sô' liệu lịch sử để

xác định mức độ nghiêm trọng và xác suất

' \ \ • - .»

xảy ra Đối với số liệu trong khu vực Thái Bình Dương, có thể tham khảo ở Trung tâm thời tiết của Mỹ ở Hawaii

2.4.5 Chuyển động của nước

Nên thu thập số liệu về lưu tốc và kiểu dòng chảy tại vị trí đê chắn sóng sao cho có thể điều tra được ảnh hưởng của kết cấu được đề nghị lên chế độ thuỷ động Cũng cần có các số liệu tương tự để nghiên cứu các khía cạnh hàng hải Một số thông tin về dòng chảy có thể thu thập trong Hoa tiêu hải quân do Cục thủy văn Hải quân Anh và các cơ quan tương tự ở các nước khác xuất bản Hướng và các tốc độ dòng chảy cũng

có trong hải đồ nhưng thường thì thông tin không đủ cho các mục đích quy hoạch chi tiết Ngư dân và thuyền nhân địa phương thường là nguồn thông tin quý giá, đặc biệt trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, những thông tin định lượng ở các nguồn như vậy nên xử

Nghiên cứu so sánh các hải đồ cũ, các ảnh hàng không, có thể cho một dấu hiệu về phạm vi chuyển dịch đáy mà đã diễn ra trước đây Vận chuyển bùn cát và các phương pháp đo tải trọng bùn cát, bồi lấp và xói do sóng vận chuyển được thảo luận trong khoản 14 của BS 6349: phần 1: 1984

2.4.7 Các khía cạnh địa kỹ thuật

Chi dẫn về khảo sát hiện trường được

yêu cầu đê xác định các điều kiện dưới mặt

đất đưa ra trong khoản 49 của BS 6349:

Phần 1: 1984 Khi thích hợp, trước khi tiến

hành khảo sát lỗ khoan, nên tiến hành các

khảo sát quét sonar và địa vật lý để có được

một bức tranh sơ bộ về lớp phủ bề mặt và

những thay đổi dưới mặt đất trong toàn bộ

khu vực khảo sát

Nên xem xét cẩn thận thời gian, phạm vi

và chi tiết của các khảo sát hàng hải hiện

trường Tại các giai đoạn thiết kế ban đầu,

vị trí chính xác của đê chắn sóng có thể

chưa chắc chắn, gợi ý vùng bao gồm diện

tích rộng với chi tiết hạn chế Để thiết kế

các kết cấu, một diện tích hẹp hơn đòi hỏi

phải điều tra chi tiết hơn

Mỗi dự án riêng, phải có sự hiểu biết liên

tục về đất nền, phụ thuộc vào biến động của

đãt và chi phí cho việc thiết lập một hoặc

nhiều giai đocạn khảo sát Điều này, cũng phu thuộc rất lớn vào mức xa gần của dự án

và mức độ dữ dội của sóng

2.4.8 Vật liệu xây dựng

Thông thường xây dựng đê chắn sóng đòi hỏi một khối lượng lớn đá và cốt liệu bê tòng Các nguồn và chất lượng của vật liệu nên được xác định tại giai đoạn đầu Công việc bao gồm đánh giá các bản đồ, ảnh và báo cáo hiện có, sau đó là khảo sát hiện trường

Thí nghiệm chất lượng của đá lớp phủ

mô tả trong 57.2 của BS 6349: Phần 1:

1984 Ước tính trữ lượng đá có các kích cỡ khác nhau có thể do các kỹ sư, các nhà địa chất có kinh nghiệm thực hiện và một số chỉ dẫn về vấn đề này đã được cho bởi Allsop, Bradbury và những người khác (1) Chi tiết thêm về các khía cạnh riêng của việc sử dụng vật liệu đá trong đê chắn sóng đá đổ cho trong 4.10.1

Chương 3 THIẾT KẾ CHUNG CÁC KẾT CẤU ĐÊ CHẮN SÓNG

3.1 Khái quát

Phần này xem xét triết lý của việc thiết

kế kết cấu đê chắn sóng, các yếu tố ảnh

hưởng đến việc chọn các tiêu chí thiết kế và

nguồn gốc của các điều kiện sóng thiết kế

Phần này trình bày các xem xét ảnh hưởng

đến việc lựa chọn loại kết cấu, thảo luận về

sử dụng mô hình thủy lực, tiếp đến là tổng

quan về phân tích rủi ro

3.2 Triết lý thiết kế

3.2.1 Khái quát

Thiết kế kết cấu được xác định bởi chức

năng của đê chắn sóng, địa hình vị trí, điều

kiện môi trường và các cân nhắc về kinh tế

Các yếu tố chính trong thiết kế là tải trọng

sóng và các điều kiện nền móng

So sánh quan trọng giữa tải trọng sóng

phải chịu và sức chống đõ' của kết cấu đối

với các tải trọng đó là rất phức tạp Lý do,

tải trọng sóng về bản chất là ngẫu nhiên và

phản ứng của kết cấu đối với sóng thì không

hoàn toàn hiểu được

Cách tiếp cận thực tế chấp nhận phân

biệt giữa các kết cấu mặt đứng và đê dá đổ,

triết lý thiết kế hiện nay có thể mô tả sơ bộ

cho từng trường hợp sau:

Tường đứng được xem là kết cấu cứng và

thiết kế bằng một phân tích giả tĩnh, trong

đọ tiêrì hành đánh giá các điều kiện sóng cực trị tại kết cấu, từ các áp lực dó,theo các công thức tính toán các tải trọng và chuyển

vị Các tải trọng này được so sánh với sức chịu của kết cấu để khẳng định rằng thiết kế

đã có các hệ số an toàn thích hợp Tính không chắc chắn trong thiết kế liên quan nhiều đến các diều kiện sóng và giá trị của các công thức sử dụng

Với các đê đá đổ, được xem như các kết cấu mềm, có sự không chắc chắn tương tự

về các điều kiện sóng, ngoài ra bản chất của phản ứng sóng/kết cấu cũng được hiểu biết kém hơn Do đó thiết kế được dựa trên khái niệm về hư hỏng hoặc chuyên dịch có thể cho phép của lớp phủ chính, khi dùng các quan hỗ thưc nghiệm để đánh giá thiết kế của lớp phủ chính đối với các điều kiện sóng đã cho Các bộ phận khác của đê đá có liên quan thực nghiệm với lóp phủ chính Không có khái niệm giả tĩnh của các hệ số

an toàn tổng thể trong triết lý thiết kế hiện nay,mặc dù dang có các tiến bộ trong nhận thức về thiết kế xác suất của đỗ đá đổ

Các điều kiện sóng cực trị được lựa chon cho thiết kế một đê chắn sóng cần phải đánh giá cẩn thận trong từng trường hợp Trong thực tế, thường xem một sóng thiết

kế như một giá trị đơn về chiều cao sóng với một xác suất vượt qua thấp trong tuổi thọ khai thác dự kiến hay tuổi thọ thiết kế của

kết cấu Tuy nhiên, thông số mô tả chiều

cao sóng của một trạng thái biển đã cho có

thê thay đổi tuân Iheo phương pháp thiết kế

được áp dụng như đã mô tả trong các phần

4, 5 và 6 Ví dụ, chiều cao sóng lớn nhất

Hmax thường dùng cho các tường đứng, trong

khi chiều cao sóng có hiệu Hs hoặc trung

bình của 1/10 cao nhất của các chiều cao

sóng H l/10 dùng cho các đê đá đổ Ngoài ra,

các thòng số trạng thái biển khác như chu

kỳ sóng, năng lượng phổ, hướng và liệu

sóng có vỡ không rất quan trọng trong quá

trình thiết kế

Tuy nhiên, tốt nhất là tiến hành các quan

trắc nói chung về độ cao của sóng Đó là

thông số chính để đánh giá mức độ dữ dội

của sóng, và trong một khư vực biển cụ thể

một chiều cao sóng tăng lên sẽ dẫn đến xác

suất hư hóng tăng lên

Phá hoại được định nghĩa là đã xảy ra

khi đê chắn sóng không còn hoàn thành đầy

đủ chức năng chính của nó để bảo vệ bể

cảng, hoặc khu đất nữa, hoặc nếu chi phí

sửa chữa hư hỏng, bao gồm cả cản trở các

hoạt dộng thương mại, là không chấp nhận

được Đây là trạng thái hạn chế giới hạn

Trạng thái hạn chế khả năng khai thác

tồn tại khi hư hỏng đối với đê chắn sóng ở

mức độ đáng kể đã xảy ra nhưng vẫn tiếp

tục có thể thực hiện hầu hết các hoạt động

thòng thường trong bể cảng

Xác suất hư hỏng, hoặc mức độ hư hỏng

được chấp nhân trong tuổi thọ của kết cấu

nên được quyết định tại giai đoạn thiết kế

ban đầu Chi phí sửa chữa nên tính toán và

có trong đánh giá tính khả thi về kinh tế của

dự án Điều hiển nhiên là tại các giai đoạn

thiết kế đầu tính toán đó sẽ không chính

xác, nhưng nên hoàn thiện khi dự án được triển khai và có nhiều thông tin hơn

3.2.2 Sóng thiết k ế

Các phương pháp thiết kế nêu trong phần này của BS 6349 dựa trên cơ sở giả thiết rằng một số sóng xảy ra trong tuổi thọ của một đê chắn sóng có thê cao hơn sóng thiết kế

Tuổi thọ thiết kế được thảo luận trong khoản 16 của BS6349: Phần 1: 1984, nhưng việc lựa chọn nên được xác định chủ yếu bằng chức năng của dự án Một tuổi thọ khai thác 50 đến 100 năm thường được giả thiết, nhưng sóng thiết kế thì thường có chu

kỳ trở lại lâu hơn nhiều vì những lý do nêu dưới đây:

Nếu đê chắn sóng được thiết kế để chịu một sóng có chu kỳ trở lại bằng tuổi thọ thiết kế, khi đó xác suất mà sóng thiết kế sẽ

bị vượt qua trong tuổi thọ thiết kế là 63% (xem khoản 21 của BS 6349: Phần 1: 1984).Các quan hệ giữa tuổi thọ thiết kế, chu

kỳ trở lại và xác suất vượt qua trình bày trong hình 2 Nếu xác suất 5% củ.a sóng thiết kế bị vượt là được chấp nhận cho một tuổi thọ thiết kế 50 nặm, thì sóng thiết kế cần phải có chu kỳ trở lại là 1000 năm

Do đó cần phải cân đối các xác suất và hậu quả hư hỏng đối với các chi phí để tránh hoặc giảm những rủi ro đó Kiến nghị rằng, ổn định của kết cấu nên được kiểm tra với một sóng có xác suất vượt qua trong tuổi thọ thiết kế chỉ là 5% Đây không nhất thiết là một điều kiện không hư hỏng

Giá trị sẽ quy cho chiều cao (và các thòng số khác) của một sóng thiết kế có chu

kỳ trở lại lâu hơn nhiều, tuổi thọ thiết kế là

ơ '

C L

'<035

ưì Ọ

•cq

><

Chú ý : T là chu kỳ trở lại của một điều kiện sóng cực trị đặc hiệt trong nhiều năm;

p là xác suất của một điều kiện sóng cực trị đặc hiệt xảy ra trong tuổi thọ thiết kếN năm

Hình 2 : Mối quan hệ giữa tuổi thọ thiết kế, chu kỳ trở lại và xác suất vượt qua

đặc trưng riêng của vị trí kết cấu Khi không

có hạn chế của tác động sóng do nước nông,

hoặc chiều dài đà hạn chế, có thể sử dụng

phép ngoại suy chu kỳ trở lại dùng phương

pháp nêu ra trong khoản 27 BS 6349: Phần

1: 1984 Tuy nhiên, nhìn chung trong các

điều kiện nước nông, có thể có giới hạn vật

lý đối với tác động sóng sao cho sóng có chu kỳ trở lại 1000 năm có thể khác một chút so với sóng có chu kỳ trở lại 50 năm

Để xác định những trường hợp như vậy, cần xét đến các xác suất phối hợp của sóng do bão và các mực nước cao do thuỷ triều và nước dàng

3.2.3 Các yếu tô gáy nên phá hoại

Những kiểu phá hoại chính được chỉ ra

trong hình 10 (đối với các đê đá đổ ) và

trong hình 31 (đối với đê chắn sóng hỗn

hợp) Tuy nhiên, khi các phá hoại xảy ra,

thường không thể nhận ra từng nguyên nhân

một cách chắc chắn Những yếu tố được coi

là góp phần gây nên phá hoại, và nên xem

xét chúng trong quá trình thiết kế đê chắn

sóng, bao gồm :

(a) Đánh giá thấp sóng thiết kế do thông

tin không đủ về chế độ sóng hoặc thiết kế

cho một chu kỳ trở lại quá ngắn;

(b) Đánh giá không đủ sự tập trung cục

bộ của sóng do đặc điểm cục bộ của đường

đồng sâu đáy biển;

(c) Các kỹ thuật thiết kế và sự hiểu biết

về ứng xử của kết cấu không đầy đủ gây

nên mất ổn định thuỷ lực của kết cấu và các

bộ phận hợp thành của nó;

(d) Thực hiện và giải thích các kết quả

thí nghiệm mỏ hình thuỷ lực không đầy đủ;

(e) Mất ổn định địa kỹ thuật của kết cấu

hoặc nền móng của nó;

(f) Giám sát và kiểm tra thi công không đầy

đủ, đặc biệt khi xếp các bộ phận dưới nước;

(g) Chất lượng kém của vật liệu dùng

trong thi công,hoặc đánh giá không đầv đủ

vé úmg xử của vật liệu trong khai thác, ví dụ

không đủ cường độ chịu ăn mòn, mài mòn,

phong hoá; mỏi của các khối bê tông lóp

phủ và biến động về chất lượng

3.3 Phát triển thiết kế

Hình 3 thể hiện một sơ đồ logic của quá

trình thiết kế từ giai đoạn tiền khả thi đến

giai đoạn thi công (2)

Yêu cầu đầu tiên là phải đánh giá chế độ sóng, bởi vì tác động của sóng là quan trọng nhất trong thiết kế Trong giai đoạn tiền khả thi có thể dựa vào dự báo sóng bão khi sử dụng các công thức bao gồm tốc độ gió, thời gian bão và đà gió như đã mô tả trong 22.2.1 đến 22.2.5 của BS 6349: Phần 1 :

1984 Nó được chọn lọc trong giai đoạn khả thi bằng phân tích các số liệu gió bổ sung

và sử dụng các kết quả số liệu sóng Quá trình này được mô tả chi tiết trong 3.5

Nên chuẩn bị và so sánh một số phương

án thiết kế sơ bộ trong giai đoạn này khi đã thu thập, phân tích được thông tin chi tiết hơn của vị trí đã định để đảm bảo rằng đã nhận được tất cả số liệu yêu cầu Những yếu tố chính sẽ xem xét khi thiết kế và trình tự thực hiện được mô tả trong các phần 4, 5 và 6.Tất cả, trừ loại đơn giản nhất, các thiết

kế đê chắn sóng nên dựa vào thí nghiệm mô hình thuỷ lực (xem 3.6) Những phân đoạn

sẽ thí nghiệm nên lựa chọn sau khi so sánh các phương án thiết kế và lựa chọn tối ưu.Thí nghiệm mô hình vật lý thuỷ lực là con đường hiệu quả và tin cậy nhất để xác định ổn định của thiết kế đê chắn sóng Những phát triển hiện nay trong các kỹ thuật thí nghiệm đã đáp ứng được hầu hết những khía cạnh ổn định sẽ khảo sát Nên tiến hành một loạt thí nghiệm mô hình toàn diện để chọn lọc thiết kế và xác định độ an toàn của kết cấu trong các điều kiện cực trị Do hạn chế về thời gian và chi phí, nên hiếm khi có thể thí nghiệm mọi lựa chọn Chương trình thí nghiệm này nên chuẩn bị cẩn thận để nhận được lợi ích lớn nhất từ thí nghiệm và hỗ trợ cho việc giải thích kết quả

Hình 3 : Quá trình thiết kế

Các mô hình tính toán vẫn chưa được

phát triển để kiểm tra ổn định thuỷ lực của

các bộ phận đê chắn sóng, mặc dù cũng đã

có một vài tiến bộ trong nghiên cứu mô

hình hoá ứng xử thuỷ lực bên trong đê đá đổ

và các ảnh hưởng của nó đến ổn định địa kỹ

thuật tổng thể

Giai đoạn cuối của mỗi quá trình thiết kế

nên có một phân tích tỉ mỉ về nhũng rủi ro

có thể xảy ra và các hậu quả do hư hỏng

nhằm cân bằng chi phí cho hư hỏng được

chấp nhận vói vốn đầu tư yêu cầu, đồng thời

tìm biện pháp đê đưa ra hệ số an toàn thích

hợp chống lại các dạng hư hỏng sẽ phá huỷ

dự án, để còn nguyên vẹn thực hiện các

chức năng của mình

Giai đoạn thiết kế cuối cùng sẽ xem xét

đến mức độ và tính tin cậy của những số

liệu thu thập được, các kết quả thí nghiệm

mô hình thuỷ lực, các hạn chế của nó, tính

khá thi và chi phí vật liệu xây dựng, các

phương pháp thi công, rủi ro do hư hỏng và

sửa chữa chúng Phân tích rủi ro được thảo

luận trong 3.7 và nên được xem xét lại toàn

bộ trong giai đoạn thiết kế cuối cùng Tuy

nhiên, các nhà thiết kế trong suốt quá trình

thiết kế nên xem xét một dự trữ an toàn

thích hợp cần có đối với phá hoại tới hạn

trong tuổi thọ công trình và áp dụng triết lý

phân tích rủi ro

3.4 Ché độ sóng thiết kê

3.4.1 Nguồn gốc c h ế độ sóng

3.4.1.1 Khái quát

Số liệu sóng thường được trình bày qua

các thuật ngữ chiều cao sóng có hiệu Hs đối

với bão có các chu kỳ trở lại khác nhau Hiện

nay, nó được ghi nhận chỉ là một phần để mô

tả các điều kiện sóng như đã để cập trong 3.2

1 và cũng cần xem xét cả chu kỳ sóng, năng lượng phổ, hướng sóng và sóng vỡ

Các ảnh hường nhóm sóng như đã mô tả trong 24.3 của BS 6349: Phần 1 : 1984 có thể xẩy ra Các sóng dài cùng với nhóm sóng rất quan trọng trong phản ứng của bể cảng, nhưng ảnh hưởng của nhóm sóng trên kết cấu (đặc biệt đê đá đổ) ít chắc chắn hơn.Các phương pháp dự tính các thông số sóng cho trong các mục 22 và 23 của BS 6349: Phần 1 : 1 984; đo và phân tích sóng được thảo luận trong mục 26 của BS 6349: Phần 1 : 1984 và ngoại suy số liệu sóng trong mục 27 của BS 6349: Phần 1 : 1984 Ảnh hưởng của đê chắn sóng và tường biển lên trạng thái biển được thảo luận trong mục

28 của BS 6349: Phần 1 : 1984

3.4.1.2 Số liệu gió

Hiếm khi có thể có số liệu sóng ghi được trong thời gian dài và số liệu trong thời gian ngắn, thường chỉ một năm, không đại diên cho các điều kiện thời gian dài

Số liệu gió có thể dùng để dự báo ngược (hindcasting) cho nhiều năm để hỗ trợ cho quá trình ngoại suy sô liệu sóng và để xác định xem chu kỳ số liệu sóng đã diễn ra trong một chu kỳ hoạt động của gió (do đó

là của sóng) mạnh, trung bình hay nhẹ Các điều kiện sóng thiết kế lúc đó có thể xác định bằng cách so sánh các chiều cao đo được với chiều cao sóng phát sinh do gió tính trong chu kỳ quan trắc và trong các điều kiện bão cực trị

Số liệu gió thường là phương tiện sẵn có duy nhất để xác định hướng sóng ngoài

khơi Khi sóng đi vào vùng nước nông các

đặc trưng của chúng thay đổi và nên được

đánh giá như mô tả trong mục 23 của BS

6349: Phần 1 : 1984

Cơ quan khí tượng Vương quốc Anh

cung cấp số liệu gió trên đất liền có thể

dùng để tính tốc độ gió trên mặt nước Bảng

1 cho các quan hệ gần đúng giữa các trạm

đo gió trong vòng 16 km của bờ biển Nên

kiểm tra để thiết lập tốc độ gió quan trắc

được tại trạm đo gió bị ảnh hưởng bởi các

đặc điểm địa hình chính như thế nào

Tuy nhiên, nên nhớ rằng gió cục bộ có

thể khác xa so với gió trong những khu vực

Ngoài khơi 16 km ngoài khơi 1,0

(l) Tỉ số giữa tốc độ gió tại vị trí xác định và

tốc độ gió trên mặt nước (cả hai đều trên mực

nước biển 9 m)

Các điều kiện gió ngoài khơi không phải

lúc nào cũng hiểu biết đủ để dự báo được

các điều kiện gió một cách chi tiết để sử

dụng trên các đà dài Khi đó nên sử dụng

thêm số liệu gió đã xuất bản và các quan

trắc sóng của thuỷ thủ Thông tin về các số

liệu hiện có do Trung tâm dịch vụ tư vấn và

thông tin hàng hải (MIAS) quản lý Cơ quan khí tượng đã phát triển các phương pháp để tăng độ tin cậy của số liệu sóng quan sát bằng mắt, các số liệu này hiện có giá trị cùng với các số liệu đo đạc Những phương pháp này dựa trên mô hình hoá chức năng mối quan hệ thống kê giữa chiều cao sóng, chu

kỳ sóng và tốc độ gió được kết hợp trong một chương trình tính toán NMIMET mà từ

đó chế độ sóng có thể được tổng hợp (4, 5)

Do những số liệu quan trắc thô tập trung dọc các tuyến hàng hải, nhất thiết phải xem xét lại sự biến đổi không gian tại vị trí của

đê chắn sóng

3.4.1.3 Dự báo ngược sóng

Dự báo ngược cho sóng có thể dùng để ước tính các điều kiện sóng từ các số liệu gió lịch sử Các phương pháp dự báo ngược

và dự báo sóng dùng một mô hình sóng và một mô hình gió Mô hình gió đê dự báo ngược có thể được dùng như một đầu vào không chỉ các bản đồ thời tiết khái quát tại thời điểm của sự kiện, mà còn các quan trắc gió khác được thu thập trước hoặc sau đó Thông tin chi tiết hơn về sử dụng các kỹ thuật này xem Battjes (6) và Mynett, De Voogt, Schmeltz (3)

3.4.ì 4 Bão nhiệt đới

Bão nhiệt đới bao gồm các bão có gió rất mạnh khoảng 33m/s (64kn) hoặc lớn hơn, còn được gọi là bão, xoáy lốc, lốc nhiệt đới

và các tên địa phương khác

Một cơn bão đã phát triển hoàn toàn có thể có đường kính lOOOkm Với tốc độ di chuyển trung bình một cơn bão cần mất khoảng 2 ngày để đi qua Các điều kiện xấu nhất cho tàu thuyền thường chỉ kéo dài một

quãng ngắn trong hai ngày và khoảng thời

gian thời tiết xấu nhất, bao gồm tầm nhìn,

sẽ ít khi vượt quá 6 giờ Tuy nhiên, ảnh

hưởng đến sự hình thành sóng tại một đê

chắn sóng có thể phụ thuộc rất khác nhau

vào hướng mà bão di chuyển Sự hình thành

sóng liên tục trong một số ngày là có thể và

hậu quả của sóng lừng có thể duy trì lâu dài

sau đó (7) Sóng lừng có thể ảnh hưởng tới

những khu vực xa đường đi của bão

Bão nhiệt đới khòng được xếp vào thống

kê chung với số liệu sóng/gió thông thường

và nẻn được xem là một bộ số liệu riêng

Bão nhiệt đới đi tới bờ biển sẽ có ảnh hưởng

lên mực nước do nước dâng, gió và hình

thành sóng

Thông tin thêm có thể nhận từ sổ tay bảo

vệ bờ (8) và Cơ quan khí tượng

3.4.1.5 Thời gian hão

Thời gian tác động của sóng bão sẽ ảnh

hưởng đến mức độ hư hỏng có thể xảy ra và

đặc biệt quan trọng đối với một đê đá đổ

nên dược đánh giá Xác suất xảy ra hai cơn

bão liên tục cũng nên được điều tra Nếu

sửa chữa cần thiết do hậu quả của cơn bão

thứ nhất không thể hoàn thành được trước

khi cơn bão thứ hai đến, điều đó có thể đưa

đến một trường hợp xấu hơn trường hợp chi

có một cơn bão nhưng mạnh hơn nhiều một

trong hai cơn bão kia

Thời gian bão ít quan trọng hơn đối với

đê chắn sóng mặt đứng khi các điều kiện tới

hạn là nguyên nhân để cho trường hợp xấu

nhất xảy ra, có tính đến mực nước

Nên lưu ý rằng một cơn bão càng kéo

dài, thì sóng đơn lớn nhất càng cao, như mô

tả trong 27.3 của BS 6349: Phần 1 : 1984

3.4.1.6 Ảnh hưởng của mực nước

Do chiều cao lớn nhất của các sóng có thể đánh vào đê chắn sóng phụ thuộc độ sâu tại hoặc gần chân đê, vì vậy cần hiểu rõ các mức thuỷ triều và mức cực trị do nước dâng trong bão gây ra Xác suất phối hợp của một cơn bão với các mực nước cao nên được đánh giá Với nước dâng do bão các điều kiện khí tượng đôi khi gây dâng cao mực nước nhưng không luôn luôn, tương tự như việc gây ra sóng lớn nhất Trong một vài trường hợp, hai điều kiện này sẽ biến đổi độc lập nhau; trong các trường hợp khác chúng có thể liên quan với nhau cùng chiều hoặc trái chiều Khả năng xảy ra được đánh giá bằng các tính toán xác suất phối hợp (9).Trong một số trường hợp nước thấp có thể quan trọng do dạng sóng tác động thay đổi từ không vỡ sang vỡ, do giảm chiều sâu nước Nó cũng có thể tăng xói chân đê

3.4.1.7 Sóng thần

Trong các khu vực sóng thần có thể xảy

ra, ảnh hưởng của chúng cũng nên được xem xét Mặc dù xác suất trùng hợp với các cơn bão lớn nhất rất thấp, sóng nước nông, như đã đề cập trong 24.4 của BS 6349: Phần

1 : 1984, có thể có ảnh hưởng lớn đến các sóng này và ảnh hưởng của chúng lên kết cấu rất rõ ràng

3.4.2 Các điều kiện sóng thiết kê'

3.4.2.1 Phương pháp đánh giá

Battjes (6) đã đưa ra một tổng quan các phương pháp thiết lập chế độ sóng cho thiết

kế đê chắn sóng Các điều kiện sóng cụ thể

là tới hạn trong thiết kế sẽ phụ thuộc vào dạng đê chắn sóng Mỗi phần của kết cấu

nên được xem xét độc lập khi xác định các

tiêu chí sóng thiết kế

3.42.2 Chiều cao sóng

Nước sâu là nơi các sóng tại kết cấu

không bị hạn chế về độ sâu và một sóng

không vỡ có thể tiến đến kết cấu, việc lựa

chọn chiều cao sóng thiết kế nên dựa vào

xác suất vượt quá trong tuổi thọ của kết cấu

Xác suất vượt quá nên lựa chọn có xét đến

các yếu tố nêu ra trong 3.2 và sẽ bao gồm

yêu cầu của chủ đầu tư và người thiết kế

Ngoại suy số liệu sóng được mô tả trong

mục 27 của BS 6349: Phần 1 :1 984

Các xác suất của sóng sau đó là chiều

cao sóng thiết kế nên được dự báo để dùng

trong phân tích độ nhậy của ứng xử trong

các điều kiện ít xẩy ra hơn

3.42.3 Phổ sóng

Phổ cho sóng thiết kế không thể dự tính

bằng ngoại suy từ số liệu sóng thời gian

ngắn và sẽ ít khi có khả năng ghi lại một

phổ thích hợp với các điều kiện sóng cực trị

Tính tin cậy của phể sóng nhận được từ

số liệu hiện trường nên được xem xét trong

quan hệ với độ dài quan trắc và liệu chúng

có bao gồm các cơn bão đạt đến sóng thiết

kế về chiều cao Áp dụng phổ một chiều tuỳ

ý như trường hợp JONSWAP (Dự án sóng

biển Bắc phối hợp) trong môt tình huống đà

sóng hạn chế, hoặc Pierson-Moskowitz khi

xảy ra biển đã phát triển hoàn toàn, đôi khi

chỉ là một giải pháp (xem 22.2.5 của BS

6349: Phần 1 : 1984)

3.42.4 Khúc xạ vù nhiễu xạ sóng

Cả hai phương pháp đồ thị và tính toán

đều có thể xác định các ảnh hưởng của khúc

xạ và nhiễu xạ sóng (xem khoản 23 của BS 6349: Phần 1 : 1984).Vẽ tia ngược sẽ là phương pháp tốt nhất khi xem xét các điều kiện sóng tại cửa vào hoặc tại đầu tròn, nhung vẽ tia con sóng trước có thể thích hợp hơn khi xem xét sự tập trung sóng dọc theo chiều dài của đê chắn sóng

Sóng tới nước sâu, tại một vài vị trí, bị yếu đi do nhiễu xạ chung quanh mũi đất Phương pháp đồ thị được mô tả trong 29.2 của BS 6349: Phần 1 : 1984 cho đáy biển thoải có thể dùng cho một lời giải gần đúng Hiện nay, có sẵn các phương phítp tính máy

3.5 Lựa chọn loại kết cấu

3.5.1 Các loại kết cấu

Mục 1.2 đã định nghĩa 3 loại chính của

đê chắn sóng, việc thiết kế chúng đã trình bày với các ví dụ trong 4, 5 và 6 Trong một vài trường hợp xem xét chung, đã thảo luận trong 3.5.2, sẽ đủ để quyết định một loại thích hợp; trong những trường hợp khác cần thiết so sánh chi phí của một số thiết kế các loại khác nhau

3.5.2 Các yếu tô ảnh hưởng đến lựa chọn

3.52.1 Khái quát

Một vài yếu tố chính sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn loại kết cấu được mô tả trong 3.5.2.2 đến 3.5.2.10.Chúng thường có ảnh hưởng trái ngược nhau,và một phần quan trọng của quá trình thiết kế là tạo cho mỗi yếu tố một tỷ trọng thích hợp để đưa đến thoả hiệp

3.5.22 Các chức năng khác

Ngoài việc che chắn vùng nước, đê chắn sóng có thể được yêu cầu bảo vệ vùng tôn

tạo,cung cấp một bến ở mặt trong của đê

hoặc hỗ trợ cho đường đi lại và khai thác

Cả hai rủi ro do hư hỏng và hậu quả của nó

tăng lên đối với loại chức năng kép này

Sóng tràn có thể quan trọng và được tối

thiểu hoá với chi phí bổ sung đáng kể

3.5.23 Hàng hải

Phản xạ sóng từ các đê chắn sóng mặt

đứng và hỗn hợp có thể gây xáo trộn biển

tại cửa cảng, làm cho hàng hải bị nguy

hiểm Đê đá đổ hấp thụ năng lượng ở

phía trước các tường đứng, như minh hoạ

trong hình 26, có thể dùng để giảm các

phản xạ như vậy Tuy nhiên, các nhà đi

biển cần một khoảng rộng hơn đối với

các mái dốc dưới nước, khi mà chiều

rộng hàng hải khó định được rõ ràng như

với các kết cấu đứng

3.5.24 Sóng trân

Sóng tràn có thể được giảm thiểu bằng

một số loại đê chắn sóng tạo ra mặt tự do

cần thiết.Về khía cạnh này đê chắn sóng đá

đổ là đặc biệt phù hợp, vì hầu hết năng

lượng sóng bị tiêu tan trong lớp phủ trước

khi đạt đến và đi qua đính đê Với các kết

cấu mặt đứng, một cột nước được tạo nên do

tác động của sóng chỉ giảm năng lượng rất

ít thậm chí với một mặt tự do cao Cột nước

này, sẽ đổ một phần lên kết cấu và một

phần lên vùng nước phía sau nó, tạo ra các

sóng thứ cấp Các sóng thứ cấp này sẽ có

chu kỳ ngắn hơn sóng tới.Mục 28 của BS

6349: Phần 1 : 1984 đã thảo luận sóng tràn

và bảng 2 cho chỉ dãn về các thể tích nước

tràn cho phép liên quan đến sự bất tiện hay

nguy hiểm cho ngừời và phương tiện

Bảng 2 Nước do sóng tràn : các xem xét về an toàn

Xem xét ( m 3 / m ) / sBất tiện cho người 4 X 10'6Bất tiện cho phương tiện 1 X 10-6Nguy hiểm cho người 3 X 1 0 5Phương tiện không đi qua được 2 X 10'5

Các khối lượng đưa ra trong bảng 2 là những giá trị trung bình đối với người và phương tiện ở khoảng 3m sau tường sóng; các giá trị đính có thể gấp 100 lần trung bình

3.52.5 Truyền sóng

Một đê chắn sóng đá đổ bao gồm chỉ những tảng đá lớn có tính ổn định tốt khi được xây dựng từng phần một, nhưng có các nhược điểm là các sóng, đặc biệt sóng có chu kỳ 20 giây hoặc hơn sẽ truyền qua kết cấu Như đã trình bầy trong 2.2.4 các ảnh hưởng này lên phản ứng của cảng cần phải xem xét

3.52.6 Các ảnh hưởng môi trường

Loại kết cấu sẽ tác động đến các ảnh hưởng lên chế độ ven bờ như đã trình bầy trong 2.3 Các ảnh hưởng cơ bản nhất gây ra bởi những đặc tính phản xạ của một tường đứng so với các phản xạ sóng đã giảm từ một đê dá đổ, cả trong và ngoài bể cảng

3.52.7 Các điều kiện nền

Nơi có nền yếu, đê chắn sóng đá đổ có thể phù hợp hơn so với đê mặt đứng, vì nó phù hợp hơn với lún Nếu cần phải lấy đi vật liệu nền yếu và thay bằng vật liệu có chất lượng tốt hon, hoặc đào đến nền tốt, thì một đê chắn

sóng mặt đứng hoặc hỗn hợp có thể sẽ kinh tế

hơn đê đá đổ do bề rộng nền nhỏ hơn

Các kết cấu cọc ván đòi hỏi các điều kiện

nền tốt nhằm phát triển sức kháng chống

phá hoại trượt (xem khoản 51 của BS 6349:

Phần 1:1984)

Tác động sóng lên các đê chắn sóng có

thể gây xói mòn đáy biển tại chân của kết

cấu đặc biệt khi có thêm các dòng chảy

mạnh Một kết cấu đê đá đổ nói chung gây

xói mòn ít hơn một kết cấu mặt đứng

3.52.8 Vật liệu thi công

Xây dựng đê đá đổ yêu cầu một khối

lượng lớn đá có nhiều kích cỡ Khi không

có đá cỡ lớn để làm lớp phủ, các khối phủ

bê tông có thể được dùng để thay thế Nếu

nguồn cung cấp đá phù hợp bị hạn chế, có

thể dùng đê chắn sóng mặt đứng, mặc dù

trong nước sâu thường chọn đê hỗn hợp

Mặc dù đê chắn sóng hỗn hợp yêu cầu đá ít

hơn và cỡ nhỏ hơn so với loại đê đá đổ, khối

lượng vẫn còn đáng kể

Đắp cát và sỏi cũng có thể thay thế vật

liệu nền yếu và làm lớp balát cho các

caisson Nếu cần khối lượng cát sỏi lớn nên

bố trí một nguồn ngOcài khơi, vì hút, vận

chuyển và đổ bằng tàu nạo vét kinh tế hơn

so với nguồn trên bờ

Với các caisson bê tông, cần có cốt liệu

có chất lượng đạt yêu cầu đế đảm bảo tuổi

thọ của bê tông cốt thép Cũng có thể cần

các khối lượng lớn cốt liệu tốt cho các khối

bê tông phủ và kết cấu mũ của đê chắn sóng

đá đổ

3.52.9 Các phương pháp thi công

Các đê chắn.sóng đá đổ trong nước nông

không cần những thiết bị thi công chuyên

dụng Đối với những công trình lớn hơn sẽ cần một cần cẩu lớn có tầm với dài để xếp lớp phủ từ đính đê chắn sóng và đổ vật liệu lõi giữa mặt tự nhiên và mái dốc cuối cùng.Tuỳ theo, cần cẩu có thể đặt trên một

sà lan tự nâng hoặc một phao nổi lớn, nhưng việc sử dụng chúng sẽ chịu ảnh hưởng của các điều kiện sóng

Các kết cấu mặt đứng và hỗn hợp thường đòi hỏi chuẩn bị đáy biển và mặt trên của nền đá đổ Công việc dưới nước có thể chậm

và đòi hỏi các điều kiên biển lặng Các kết cấu mặt đứng và hỗn hợp thường được xây dựng bằng chở nổi các caisson Chúng được thi công trong một ụ khô Tuỳ theo, phần dưới của caisson có thể đúc trên bờ và cẩu hoặc hạ thuỷ để hoàn thành trên mặt nước Các caisson cũng được nâng vào vị trí, nó

có thể giảm chư kỳ rủi ro hư hỏng do bão khi thi còng, nhưng trong trường hợp đó điều xem xét chủ yếu là cần thiết bị có sức nâng rất lớn hay không Tuy nhiên, có rất nhiều dạng thị công khác nhau mà có thể cân nhắc tuỳ theo các hoàn cảnh Mức độ bảo vệ của vị trí đê chắn sóng sẽ là một yếu

tố quan trọng (xem 5.4)Hầu hết các dạng thi công sử dụng cọc ván thép đều dễ bị hư hỏng do tác động của sóng cho đến khi từng phân đoạn được hoàn thành ; đặc biệt là các kết cấu cọc cừ bụng thẳng kiểu khoang

3.5.2.10 Hư hỏng vù duy tu

Do bản chất thay đổi và không dự báo trước được của các lực sóng mà đê chắn sóng phải chịu, khả năng hư hỏng trong tuổi thọ của đê nên được chấp nhận Phương pháp sửa chữa nên xem xét trong thiết kế

Một số đê chắn sóng đá đổ có thể chịu

dứợc những hư hỏng dáng kể trước khi chức

năng của chúng bị suy giảm nghiêm trọng

Với lớp phủ đá, việc rơi mất đến 5% khối

thường xem là chấp nhận được trước khi cần

sửa chữa.Với các khối bê tông lớp phủ, tuỳ

theo mức đan cài để ổn định của chúng, một

mức độ hư hỏng cho phép thấp hơn là thích

hợp, vì sửa chữa có hiệu quả hoàn toàn

không thể luôn luôn kinh tế Trong mọi

trường hợp, công việc sửa chữa sẽ yêu cầu

sử dụng thiết bị nâng lớn và nên tạo lối vào

thường xuyên dọc đê chắn sóng, nếu sửa

chữa bằng các thiết bị nổi dường như không

thực tế hoặc quá đắt

Tính sẵn có và chi phí huy động vật liệu,

các thiết bị thích hợp để sửa chữa là rất

quan trọng khi xem xét rủi ro hư hỏng nào

nên được chấp nhận

Chuyển vị bị hạn chế của các kết cấu mặt

đứng là châp nhận được, nếu chức năng duy

nhất của nó là ngăn sóng Khi các công

trình khác gắn với hoặc nối với đê chắn

sóng thì điểu đó không chấp nhận được Hư

hỏng ở các chỗ nối giữa những caisson gây

ra do chuyển vị của chúng hoặc nguyên

nhân nào khác nên được sửa chữa càng sớm

càng tốt, để ngăn chặn hư hỏng tiếp theo

Thí nghiệm mô hình thuỷ lực vật lý là

phương pháp tin cậy nhất để đánh giá đặc

tính thuỷ lực của đê chắn sóng, Độ tin cậy

của các kết quả thí nghiệm phụ thuộc vào chất lượng số liệu đầu vào Các số liệu tin cậy cho biết các phân đoạn đê đá đổ có lóp phủ đá trong máng đă cho kết quả hầu như hoàn toàn thống nhất giữa mô hình và nguyên mẫu( 12)

Mục đích chính của thí nghiệm là kiểm tra ổn định của đê chắn sóng cho đến khi vượt quá trạng thái thiết kế và đặc tính thuỷ lực của đè phản ứng với sóng leo, sóng tràn, truyền và phản xạ sóng

Việc sử dụng các mô hình tính toán để quy hoạch mặt bằng đê chắn sóng được mô

tả trong 29.6 của BS 6349: Phần 1 : 1984, và những nguyên tắc chung đã cho có thể áp dụng cho thí nghiệm ổn định đê chắn sóng.Như nói trong 2.2.6, các tỷ lệ của một

mô hình phản ứng đối với bể cảng thường quá nhỏ để thể hiện đúng đắn ổn định của kết cấu (xem thêm 3.6.2), nhưng phụ thuộc vào kích cỡ bể sóng có được và các kích thước đê chắn sóng, đôi khi có thể phối họp thí nghiệm kết cấu 3 chiều với một mó hình phản ứng bể cảng Khả năng này nên nghĩ đến khi lập kê hoạch chương trình thí nghiệm

Có 3 phương pháp mô hình hoá vật lý một kết cấu đê chắn sóng trong thí nghiệrn

ổn định Phương pháp cơ bản, dễ nhất và phổ biến nhất là mô hình một mặt cắt ngang

đê chắn sóng trong một máng tạo tác động sóng pháp tuyến với các trạng thái biển đẳng hướng Nên dùng một máy tạo sóng ngẫu nhiên theo chương trình hơn là một máy tạo sóng điều hoà

Mặt cắt ngang được mô hình hoá thường chọn để thể hiện phần của đê chắn sóng phải chịu tác động sóng dữ dội nhất, nhưng

trong một số trưòng hợp, có thể tốt hơn nèn

mồ hình hoá một số mặt cắt tại các vị trí

khác nhau

Khi có tác động của sóng xiên, như tại

các đầu tròn, cần kiến nghị sử dụng một bể

sóng Một bể sóng như vậy sẽ chứa một

phần hoặc toàn bộ đê chắn sóng và sẽ được

sử dụng để thí nghiệm với các sóng đỉnh dài

ngẫu nhiên, thường là với một máy tạo sóng

có thể di chuyển để tạo ra những hướng

sóng tới khác nhau Thiết bị tạo trạng thái

biển là đẳng hướng do trong một máng,

nhưng các ảnh hưởng của địa hình đáy biên

có thể gây tập trung sóng và thay đổi hướng

sóng tại những vị trí đặc biệt dọc đê chắn

sóng, vì vậy kết quả thể hiện gần với các điều

kiện sóng thực tại vị trí hơn là trong máng

Tuy nhiên, các sóng biển đỉnh dài được

tạo ra không thể hiện đầy đủ các sóng nhiều

hướng và đỉnh ngắn xảy ra trong tự nhiên,

đặc biệt trong nước sâu Để nghiên cứu các

ảnh hưởng đó lên một kết cấu, cần tạo ra các

sóng nhiều hướng trong một bê được thiết kế

đặc biệt Trình tự như vậy rất khó và ít khi

dùng trong xây dựng đê chắn sóng Các kết

quả có được không đủ để thiết lập giá trị của

trình tự này, mặc dù các nghiên cứu về đê đá

đổ đã chỉ ra rằng, với cùng một năng lượng

sóng tới, một sóng nhiều hướng sẽ gây hư

hỏng ít hơn một sóng đẳng hướng vuông góc

với đê chắn sóng (13)

Các mục tiêu của thí nghiệm mô hình,

các phương pháp áp dụng và lập chương

trình nên thảo luận với những phòng thí

nghiệm thủy lực có kinh nghiệm để đảm

bảo rằng các trình tự thích hợp nhất được

chấp nhận

3.6.2 Các ù lệ mô hình

Các mô hình nên lập đến một tỷ lệ hình học không biến đổi, lớn nhất có thể Các tỷ

lệ thường trong phạm vi từ 1:30 đến 1:80, được mô hình hoá tuân theo luật tỉ lệ Froude và các hệ số tỷ lệ được cho trong 29.5 của BS 6349: Phần 1 :1984

Với các đê chắn sóng đá đổ, ứng xử phụ thuộc một phần vào dòng chảy đi qua, đi vào hoặc đi ra ngoài kết cấu Dòng đi qua các khoảng trống phụ thuộc vào chỉ số Reynolds, như nước sử dụng trong mô hình, được lấy tỉ lệ không chính xác do đó dòng

và tính thấm không thể tái tạo chính xác tại mọi vị trí trong mô hình

Thực tế cho thấy các ảnh hưởng tỉ lệ không đáng kể nếu chỉ số Reynolds của

một số nghiên cứu gần đây cho rằng nó có

Ỵg : dung trọng của khối phủ, t/m3;

H : chiều cao sóng khi chớm phá hoại, m;

g : gia tốc trọng trường, 9,81 m/s2;

Khi cần đo va đập của sóng vỡ trên các kết cấu mặt đứng, các luật tỷ lệ tương tự không áp dụng cho mọi loại va đập chủ yếu vì hiện tượng giữ không khí không thể mô hình hoá tại các tỷ lệ phù hợp Nói chung, quan hệ Fraude được áp dụng vì có bằng chứng cho thấy nó cho một kết quả bảo thủ (14)

Vật liệu đáy có thể bị xói ít khi được mô

hình hoá v'i khó có thế mô hình hoá chính

xác những vật liệu như vậy (xem 14.6 của BS

6349: Phần 1 : 1984) Để thay thế một mô

hình đáy cứng được sử dụng và vật liệu bảo

vệ đáy được mô hình hoá theo luật Froude

3.6.3 Mỏ hình những khối bê tông

lớp phủ

Khi các khối bê tông lớp phủ được dùng

cho đê chắn sóng đá đổ, nói chung không

thực tế khi mô hình mọi đặc trưng vật liệu

của khối Mỏ hình các khối bê tông, vữa

hay nhựa, được lấy tỷ lệ chính xác về dung

trọng và ma sát, là cứng hơn so với yêu cầu

để so sánh giữa mô hình và nguyên mẫu

Điều này, đặc biệt quan trọng đối với các

khối mảnh như Dolosse khi mà các ảnh

hường của sự rung lắc và chuyển vị có thể

gây ra nứt vỡ trong nguyên mẫu, nhưng nứt

vỡ lại không xảy ra dưới các điều kiện sóng

tương tự trong mô hình

Các phương pháp sau đây đã được áp

dụng để nghiên cứu ứng xử của các khối bê

tông mỏ hình Nói chung không dược chấp

thuận và làm tăng chi phí, thời gian của mọi

nghiên cứu mỏ hình

(a) Gắn thiết bị cho các khối bê tông mô

hình đã được sử dụng trong một vài trường

hợp có tỉ lệ lớn (1:5) Các đầu đo gia tốc dã

dược dùng để đo sự thay đổi tốc độ trong ya

đập và các lực, ứng suất đã phát sinh được

xác định bàng phân tích (15)

(b) Những khối bê tông mô hình làm

bằng vật liệu có cường độ chịu kéo giảm

theo tỷ lộ đã được đặt vào các vị trí tới hạn

trong mô hình Phá hoại tại những vị trí này

do các lực thuỷ động và va đập khi đó được

phát hiện ra bằng thí nghiệm (15)

cố sợi thép được dùng với dung trọng chính xác, nhưng với độ đàn hồi như vậy các biến dạng được tạo ra trên khối đó khi thí nghiệm

có thể đo bằng thiết bị trên mô hình Các biến dạng đo được khi thí nghiệm dùng để tính, bằng phàn tích số, các tải trọng có thể được dùng cho thiết kế kết cấu (15)

Do xếp ngẫu nhiên và tác động sóng ngẫu nhiên, nên có một số lượng thích họp khối mô hình đặc biệt đủ để phân tích thống

kê các kết quả

3.6.4 Mô hình thi công

Mô hình nên được thiết lập đến một tỷ lệ không bị biến đổi và dung trọng tương đối,

hệ số ma sát, hình dạng mọi vật liệu được tái tạo lại chính xác Nếu cần phải đo áp lực nâng lên dưới các kết cấu đỉnh, caisson hoặc các kết cấu mặt đứng tương tự, có thể cần sửa đổi các kích cỡ đá để tái tạo dòng qua các khoảng trống chính xác hon

Các kỹ thuật thi công mô hình nên so sánh với những kỹ thuật sẽ được áp dụng trong đê chắn sóng nguyên mẫu và nên lưu

ý không để xảy ra đầm chặt quá mức Đặc biệt phương pháp xếp các khối lớp phủ nên giống với các phương pháp sẽ được sử dụng trong nguyên mẫu để đảm bảo duy trì được dung trọng tự nhiên chính xác

Nếu việc xếp dự kiến làm trong các điều kiện sóng lừng và biển ôn hoà, nên tạo ra các trạng thái biển thích họp khi xếp các khối Lóp phủ nên được làm lại cho mỗi loạt thí nghiệm Tốt nhất lóp dưới cũng nên làm lại

Nói chung, đáy biển nên được mô hình hoá cho một khoảng cách khoảng 5 lần

chiều dài sóng phía trước kết cấu để các ảnh

hưởng của nước nông lên sóng được tái tạo

Điều này, thực tế không luôn thực hiện

được trong máng đang có các ảnh hưởng lên

kết cấu cũng cần xem xét trong quyết định

tỷ lệ và các kỹ thuật thích hợp trong trường

hợp cụ thể

3.6.5 Chương trình thí nghiệm

3.6.5.1 Khải quát

Một chưcrng trình thí nghiệm nên bao

gồm một loạt các thí nghiệm ban đầu được

thiết kế để xác định các đặc điểm tới hạn

của thiết kế dự kiến và ảnh hưởng của việc

sửa đổi Phân đoạn được dành cho thí

nghiêm khi đó sẽ chịu các loạt thí nghiêm

toàn diện hơn

Không nên dùng sóng điều hoà để thí

nghiệm Một trạng thái biển nước sâu ngẫu

nhiên nên được tạo ra bởi một máy tạo

sóng,nó có thể tái tạo phổ tần số/năng lượng

sóng thiết kế và các đặc trưng nhóm chiều

cao sóng Với mục đích đó máy này nên có

thể tái tạo một chuỗi gổm ít nhất 1000 con

sóng sao cho các phân bố ngẫu nhiên dược

tạo tự động Chuỗi này nên lặp lại được

nhằm mục đích so sánh

Tốt nhất là nên tiến hành 5 lần thí

nghiệm cho từng điều kiện thiết kế để cho

phép biến động ngẫu nhiên trong các kết

Những nơi có thay đổi thuỷ triều đáng kể, các mực nước có thể thay đổi nhiều trong một cơn bão vì thế cần thiết kế chương trình thí nghiệm có tính đến điều này Thường thí nghiệm ở một mực nước cao cho sóng tràn

và tính ổn định lớp phủ bên trèn chịu các sóng lớn nhất, với các thí nghiêm khác tại mực nước thấp cho xói chân và cho sóng vỡ phía biển của kết cấu

Trong mọi trường hợp những quan hệ giữa các điều kiện sóng, mực nước và phản ứng của kết cấu cần được xem xét kỹ trong thiết kế chương trình thí nghiệm

3.6.52 Đê chắn sóng đá đổ 3.6.5.2.I Khái quát

Với đê chắn sóng đá đổ thường tiến hành một loạt các thí nghiệm khi tăng dần theo các bước,ví dụ chiều cao sóng thiết kế 50 đến 120% hoặc hơn tương ứng với chu kỳ sóng tăng lên để mô phỏng quá trình hình thành các điều kiện bão và để kiểm tra dự trữ an toàn trong thiết kế thí nghiệm Phương pháp hợp lý nhất để quyết định các bước và tăng mức nghiêm trọng của những điều kiện thí nghiệm là mô hình các sóng với các xác suất xảy ra thấp hcn rất nhiều trong tuổi thọ thiết kế, đến giới hạn đã trình bày trong 3.2.2 Trong các điều kiện độ sâu

bị hạn chế, các sóng cao hơr; sẽ có xu

hướng hi biến đổi hoặc vỡ trước kết cấu và

một sóng có 120% chiều cao sóng thiết kế

khòng thể có tại đê chắn sóng, mặc dù sử

dụng chu kỳ sóng đã tăng có thể ảnh hưởng

tới ổn định

Mỗi khi những sóng ỉớn hơn được tạo ra,

sự cấn thiết hoặc cách khác là tăng các mực

nước tĩnh nên được xem xét Sự hình thành

sóng thường được tái tạo trong mô hình, và

điều kiện thuỷ triều có thể xem là dộc lập

với các điều kiện sóng Tuy nhiên xác suất

kết họp của nước dâng do bão đã tăng và

chiều cao sóíìg đã tăng đôi khi cũng cần

được kể đến (xem khoản 25 của BS 6349:

Phần 1 : 1984)

Thời gian của mỗi thí nghiệm nguyên

mẫu thường khoảng 3 giờ, nhưng khi mức

thí nghiệm đạt tới sóng thiết kế, thí nghiệm

nguyên mẫu nên tăng lên đến 6 giờ Điều

đó sẽ mô phỏng sự hình thành bão nếu mặt

cắt bão đã biết hoặc đã suy luận được,điểu

đó có thể mô hình được

Để đánh giá ổn định của các khối lóp

phủ chuyển dịch của chúng nên được ghi lại

bằng ảnh, phim hoặc video sao cho có thể

đo được chuyển vị hoặc tính được gia tốc

Hiện không có phương pháp tiêu chuẩn nào

về ghi các kết quả và điều này dẫn đến

những khó khăn khi so sánh các kết quả đã

công bố

Lượng chuyển dịch mà một khối bê

tông lóp phủ có thể chấp nhận được trước

khi xảy ra nứt vỡ sẽ thay đổi theo từng loại

và kích cỡ cúa nó Phân loại chuyển dịch

đã áp dụng cho một số kiểu khối cho trong

bảng 3

Phương pháp mô tả sự phân loại hư hỏng

chung cho trong bảng 4

Bảng 3 Chuyên dịch của các khối

bê tỏng lớp phú trong các mô hình

Phân

nhưng không có chuyển dịch lâu dài

cho đến 1,0d

Nguồn : Công ty TNHH Nghiên cứu Thuỷ lực Chú ỷ d thường là kích thước khối lập

phương tương đương của khối, nhưng cáckích thước đặc trưng khác như chiều cao củakhối lớp phủ đã được sử dụng

Bảng 4 Phân loại hư hỏng trong các đẻ chán sóng mô hình

Nghiêmtrọng

Nhìn thấy được lõi đê chắn sóng

phú chính; 5% cắc khối bị

chuyển dịch

chính; 3% các khối bị chuyển dịch

có thể đo được bằng các mẫu thử sóng phía trước và sau đê chắn sóng

3.6.5.23 Sóng tràn

Với các sóng ngẫu nhiên mức sóng tràn

thay đổi rất nhiều Nên đo đạc số lượng

trong các chu kỳ khoảng 50 đến 100 sóng

và việc này nên lặp lại để có đủ kết quả cho

phân tích thống kê lượng sóng tràn

Sóng hắt không thê mô hình hoá chính

xác do các ảnh hưởng của độ nhớt và gió

thường không được mô hình trong máng

3.6.5.24 Xói chán

Mặt cắt đáy biển thường được mô hình

như một đáy cố định và các thí nghiệm mô

hình nên thiết kế để xác định kích cỡ đá cần

thiết chống chuyển dịch Không thể quan

sát định lượng xói đáy biển, nhưng quan sát

các dòng chảy trên đáy sẽ giúp xác định

phạm vi bảo vệ cần thiết để giảm xói mòn

tới giới hạn chấp nhận được

3.6.5.2.5 Các lực trên kết cấu đỉnh

Có thể thực hiện đo đạc các lực sóng trên

kết cấu đỉnh khi sử dụng nhũng phương

pháp như đối với các đê chắn sóng mặt

đứng (xem 3 6.5.3) Thực hiện và giải thích

công việc này khó vì ảnh hưởng của lớp phủ

phía trước kết cấu đỉnh, và sự không chắc

chắn khi mô hình hoá các dòng, áp lực

trong đá dưới kết cấu mũ Các kết cấu đỉnh

đã được mô hình với dung trọng tương đối

giảm để khảo sát vẻ dự trữ an toàn trong

thiết kế (16)

3.6.53 Đê chắn sóng mặt đứng

Thí nghiệm mô hình các đê chắn sóng

mặt đứng chủ yếu để đánh giá áp lực và các

lực trên kết cấu hơn là xác định các ngưỡng

hư hỏng chấp nhận được, mặc dù điều này

có thể áp dụng trong trường hợp bảo vệ

chống xói Đo đạc sóng tràn và khúc xạ sóng thường rất quan trọng

Nèn thực hiện một loạt các thí nghiệm dùng các bước tăng về chiều cao sóng giống như dối với các đê chắn sóng đá đổ (xem 3.6.5.2)

Điều đặc biệt quan trọng là xem xét phạm vi đầy đủ chiều cao sóng và mực nước bởi vì có thể có sự sai khác lớn giữa các loại

va đập của sóng lên một mặt đứng (xem 39.4 của BS 6349: Phần 1:1984)

Nên tiến hành đo lực, áp lực bằng các thiết bị ghi liên tục để có thể đo được các dao động vé biên độ và độ dài thời gian và tính toán được các đường cong vượt quá.Các lực tổng cộng có thể ước tính bằng

do đồng thời áp lực tại một số vị trí trên kết cấu và tích phân các kết quả Các lực tổng cộng trên một kết cấu cứng cũng có thế đo được bằng một khung lực

Các lực và áp lực sóng chịu sự biến động rất nhanh, các thiết bị nên đủ nhậy để ghi lại điều đó do các cực đại có thể tồn tại nhỏ hơn 0,1 giầy

Nhằm xác định dự trữ độ an toàn cho một kết cấu trọng lực mặt đứng như một caisson, có thể mô hình kết cấu đó có dung trọnư tương đối giảm; điều đó cũng có thể làm để đánh giá ổn định tạm thời trong thi công trước khi hoàn thành công tác đắp Tuy nhiên, do sự biến động lực đẩy nổi với tác động sóng, và sự không chắc chắn trong việc mô hình các áp lực nâng lên, bất cứ ngưỡng chuyển dịch nào cũng không cho một phép đo tin cậy hệ số an toàn thực sự.Với phản xạ sóng, sóng tràn và xói chân xem 3.6.5.2

3.6.5.4 Đè chắn sóng hỗn hợp

Khi thí nghiệm các kết cấu đê chắn sóng

hỗn hợp nên phối hợp chương trình thí

nghiệm và các đo đạc đã nêu trong 3.6.5.2

va 3.6.5.3

Nên chú ý dặc biệt đến tính ổn định của

đỉnh đê đá đổ khi các phản xạ sóng từ các

mặt đúng có thể gây ra các vấn đề về ổn định

3.6.5.5 Các điều kiện tạm thời khi thi công

Khuyến khích thực hiện các thí nghiệm

trên các giai đoạn hoàn thành từng phần khi

thi công đê chắn sóng, đặc biệt khi dự kiến

các cơn bão xảy ra trong thi công làm cho

không thể tiếp tục công việc trong mùa

đông; có thể phải xác định một vài dạng bảo

vệ tạm thời

Các thí nghiệm nên thiết kế để đánh giá

hư hỏng có thể xảy ra trong một cơn bão và

tìm các biện pháp để phòng ngừa hoặc giảm

nhẹ nó

Nên dùng một chế độ sóng thi công phù

hợp với sự rủi ro Nên kiểm tra các đặc

trưng cụ thể như sau:

(a) Với các đê chắn sóng đá đổ: ổn định

của lõi và lớp dưới, ảnh hưởng của sóng tràn

trước đỉnh đã hoàn thành,xói chỗ kết thúc

công việc

(b) Với các đê chắn sóng hỗn hợp và mặt

đứng: ảnh hưởng của xói chỗ kết thúc công

việc và phía trước mặt đứng,độ ổn định của

kết cấu đã hoàn thành tùng phần

3.7 Phán tích rủi ro

3.7.1 Các trạng thái hạn chê

Thiết kế đê chắn sóng nên làm sao để khi

thi công và suốt tuổi thọ thiết kế mong

muốn có một xác suất phá hoại thấp chấp nhận được, như định nghĩa trong 3.2.1 Nhằm có dược đánh giá tốt nhất về xác suất, thực hiện một phân tích rủi ro Phân tích này bao gồm định lượng, một mặt xác suất xuất hiện một sự kiện không mong muốn(ví dụ trượt một phần của đê chắn sóng) mặt khác, các hậu quả của sự xuất hiện sự kiện đó (như

sự gián đoạn của các hoạt động cảng)

Phân tích rủi ro yêu cầu chuẩn bị một bảng kê các mối nguy hiểm và các cơ chế phản ứng, nghĩa là cách thức mà đê chắn sóng phản ứng lại các nguy hiểm.Có sự khác biệt giữa trạng thái hạn chế giới hạn và trạng thái hạn chế tính khai thác (xem 3.2.1)

Hư hỏng về vật chất và mất mát không vật chất trong mỗi trạng thái được đánh giá Rủi ro có thể được đánh giá bằng nhân lực mất mát này với xác suất xảy ra trong tuổi thọ khai thác của kết cấu đó

3.7.2 Lựa chọn mức rủi ro

Lựa chọn mức rủi ro phụ thuộc vào cácyếu tố sau:

(a) Các đặc trưng của loại đê chắn sóng

Một đê chắn sóng đá đổ có thể chịu hư hỏng một phần khi những điều kiện thiết kế

đã bị vượt quá Với đê chắn sóng mặt đứng hoặc hỗn họp, hoặc các khối bê tông mảnh cho lóp phủ, sự vượt quá ẹác diều kiện thiết

kế có thể gây phá huỷ toàn bộ

(h) Mục đích của đê chắn sóng Mức rủi

ro cho phép nên phản ánh sự quan trọng của

đê chắn sóng, chức năng mà nó đã được thiết

kế và giá trị của nó đối với các hoạt động thương mại Mức rủi ro phá hoại (trạng thái hạn chế giới hạn ) phải khác với mức rủi ro

hư hỏng (trạng thái hạn chế khai thác)

(c) Độ tin cậy của số liệu dùng trong

thiết kế Nếu có nghi ngờ về số liệu hoặc

các giả thiết được chấp nhận, triết lý thiết kế

nên chấp nhận một phương pháp an toàn và

thiết kế với rủi ro thấp

(d) Kiểm tra chất lượng và các sai số duy

trì được trong thi công.

(e) Liệu thí nghiệm mô hình đã thực hiện

đủ đ ể xác định các điêu kiện phá hoại cho

thiết k ế đề nghị.

Mặc dù có thể thục hiện phàn loại theo

các tiêu chí an toàn, hoặc rủi ro theo một

có thê dẫn đến hậu quả khác nhau Đối với các lắp đặt công nghiệp hệ thống này có thể trình bày bằng nhũng biểu đồ như các cây lỗi và các cây sự kiện Với các dự án đê chắn sóng và xây dựng dân dụng khác, khi các vấn đề về đặc tính liên tục thường xuyên xuất hiện, một biểu đồ nguyên nhân - hậu quả có thể thích hợp hơn Một ví dụ minh hoạ cho trong hình 4

3.7.3 Cây lỗi

Hình 4 : Biểu đồ điển hình nguyên nhân - hậu quả cho dè chắn sóng đá đổ.

Có hai cách tiếp cận trong việc xác định

xác suất phá hoại bằng một cơ chế phản ứng

đặc biệt Thứ nhất là chuẩn bị một mô hình

tính toán của cơ chế này nhằm thiết lập một

hàm số độ tin cậy cho trạng thái hạn chế

được xem xét; thứ hai là dự báo trực tiếp

xác suất trên cơ sở kinh nghiệm (17)

Một số kỹ thuật có thể áp dụng được để

xác định xác xuất phá hoại cho một hàm số

độ tin cậy dã cho và cho các đặc tính thống

kê đã cho của những biến số cơ sở, có thể

mỏ tả tống quát như sau:

(a) Mức độ III gồm các tính toán trong đó

các hàm sô mật độ xác xuất hoàn toàn của

các biến số ngẫu nhiên được giới thiệu và

đặc tính có thể không tuyến tính của hàm số

độ tin cậy dược giải thích một cách đầy đủ

(b) Mức độ II gồm một số phương pháp

xấp xỉ, trong đó hàm số độ tin cậy được

3.7.4 Phương pháp phân tích tuyến tính hoá và mọi hàm mật độ xác xuất

đươc xấp xỉ bằng các phân bố tiêu chuẩn

cư sở các giá trị đặc trưng và các hệ số an toàn Đây là một phương pháp xác xuất không chặt chẽ vì nó không bao gồm sự không chắc chắn

Những mô tả vật lý đầy đủ của mọi cơ chế có thê dẫn đến phá hoại vẫn chưa có, cũng như các hàm số mật độ xác xuất của các biến số tải trọng và cường độ vẫn chưa được xây dựng

Các phương pháp phân tích rủi ro hiện đang được phát triển, chủ yếu ở mức độ II Trong lúc này, một hệ số của phương pháp

an toàn (mức độ I ) nối với những so sánh định tính dựa trên cây lỗi và biểu đồ nguyên nhân-hậu quả nên được dùng để so sánh những thiết kế có xét đến các rủi ro cần được chấp nhận Đây là một vấn đề để xem xét của cả chủ đầu tư và người thiết kế

Chương 4

CÁC KẾT CẤU ĐÊ ĐÁ ĐỔ

4.1 Khái quát

Phần này xem xét việc thiết kê chi tiết

của một kết cấu đê đá đổ, và bao gồm các

phần khác nhau của đê chắn sóng và việc

thiết kế một mặt cắt ngang phù họp để cung

cấp các chức năng khai thác cần thiết

Tương quan giữa các bộ phận hợp thành

là quan trọng và các thiết kế liên tục cho

từng phần tử sẽ cần được chuẩn bị, những

ảnh hưởng tổng cộng trên mặt cắt ngang sẽ

được kiểm tra và tìm được giải pháp tối ưu

cho các điều kiện, vị trí cụ thể

Hình 5 chỉ ra các phần tử và các chức

năng của đê chắn sóng đá đổ điển hình

Thiết kế của từng phần tử sẽ được trình bày

trong các mục kế tiếp nhau của phần này

Hình 6 trình bày các mặt cắt ngang của

một số đê chắn sóng đang có và minh hoạ

tính đa dạng của những thiết kế đã được áp

dụng cho loại kết cấu này

sự truyền năng lượng sóng để tạo ổn định

khi chịu tác động sóng dữ dội nhất, một kết

cấu đá đổ gồm khối lượng lớn vật liệu

đá,nói chung có tính thấm thấp ỏ' giữa và dần dần thay đổi thành các vật liệu có độ ổn định lớn hon phía bên ngoài, thực hiện đến một chiều cao thích hợp Nhằm các mục tiêu thực tế, kết cấu này được xây dựng thành các lóp phủ trên một lõi trung tâm Hình 7 thể hiện một ví dụ của lóp phủ trên lõi; các hình

6 (b) và (c) thể hiện 3 lớp như vậy

Các yếu tố cơ bản để xác định mặt cắt ngang là bản chất và độ dốc của lóp phủ phía biển, chiều cao và bề rộng của đính đê chắn sóng Mặt cắt ngang được lựa chọn phải phù hợp với các điểu kiện nền và cho phép thi công theo một phương thức thực tế

kế tiếp nhau

Độ lún cần được dự liệu và các sai lệch cho phép so với mặt cắt lý thuyết trong khi thi công nên được nghiên cứu để xác định các kích thước mặt cắt ngang:

Kích cỡ tối đa của đá lóp phủ, có thể khai thác một cách kinh tế sẽ là yếu tố chủ yếu để xác định liệu các khối phủ đá hay bê tông được chọn cho lớp phủ chính, kích cỡ,

độ dày của lớp và mái dốc sẽ phụ thuộc vào sóng thiết kế Các yêu cầu về định cỡ lóp này hoặc các lớp dưới lớp phủ chính sẽ xác định chiều dày của những lóp đó và mặt cắt của lõi

Bản chất và mái dốc của lớp phủ sẽ đủ cho sóng leo được ước tính như mô tả trong