đồ án công trình ven biển (1)

Phân tán sóng và tổn thất khi truyền sóng: Có nhiều nguyên nhân làm phân tán sóng và làm tổn thất năng lượng sóng như: do ma sát nhớt hay ma sát nội, do phạm vi lớn của vùng ảnh hưởng,

THIẾT KẾ ĐÊ CHẮN SĨNG

I SỐ LIỆU

- Bình đồ số 1:

0 200 400 600 800 1000

50

100

-15

BÌNH ĐỒ 1 TỶ LỆ 1/10.000

Hướng gió 2

Khu vực bến

cầàn bảo ve

ä 1

2/2004

- Mực nước cao (MNC): 1 (m)

- Mực nước thấp (MNT): 0 (m)

- Tốc độ giĩ : W  35(m/s)

- Hướng giĩ : Đơng

- Tần số vượt : p%  2 %

- Khu bảo vệ : khu vực 1

- Kết cấu đê : đê mái nghiêng

- Nền đất : Cát

tc 380;C tc 2.0(T/m2);tc 2.0(T/m3);

- Vật liệu địa phương : đá

40

; 6 0 );

/ ( 65

Yêu cấu khi thiết kế đê chắn sĩng:

- Sơ đồ thiết kế đê

- Ảnh hưởng đến địa hình xung quanh

- Sự hài hịa với mơi trường xung quanh

- Dạng kết cấu đê chắn sĩng

- Khả năng sử dụng nhiều mặt của đê chắn sĩng

- Phương pháp thiết kế

- Phương pháp thi cơng

- Các khía cạnh kinh tế

- Khả năng có sẵn của vật liệu

- Tầm quan trọng của đê chắn sóng

- Duy tu sau này

II DỰ BÁO SÓNG:

1 Các yếu tố tạo sóng:

a Tốc độ gió:

) / (

35 m s

b Đà gió:

Trong tính toán sơ bộ có thể lấy giá trị đà gió trung bình theo 22TCN222-95

tb

k.v 5.10 10





10

.

5



k : hệ số

: ) / (

10 5 m2 s

v  hệ số nhớt động học của không khí

c Thời gian gió thổi:

Có nhiều công thức tính ước lượng thời gian gió thổi, ta có thể dùng công thức ước lượng họp lý nhất

Thời gian gió thổi đủ lớn để hình thành sóng

Thời gian gió thổi tối thiểu để sóng phát triển theo điều kiện đà gió hạn chế:

tF W 142.86 35 6.5 (giờ)

d Chiều sâu nước:

Sóng càng vào gần bờ thì độ sâu d càng giảm dẫn đến làm thay đổi:

- Làm thay đổi vận tốc chuyền sóng, vận tốc nhóm

- Làm thay đổi phương chuyền sóng

- Làm tăng sự tiêu hao năng lượng do ma sát đáy

- Độ sâu nước giới hạn chiều cao tối đa của sóng qua sóng vở

2 Dự báo sóng tính toán:

Các thông số không thứ nguyên:

1 Cho d  





W

gd

2 gF2 9.81 1428572

1144



3 gtw 9.81 6.5 3600

6559

Tra biểu đồ dự báo sóng theo 22TCN222-95 ta có:

* Từ 1 và 2, ta được:

tb

tb 2

gH

0.05 H 6.24(m)

tb

tb

gT

2.9 T 10.35(s)

* Từ 1 và 3, ta được:

tb 2

gH

0.07 H 8.74(m)

tb

tb

gT

3.45 T 12.31(s)

tb

min(H ) 6.24(m)

min(T ) 10.35(s)





Với tần suất vượt p 2 %, ta có:

Chiều cao sóng:

p%

tb

ln( )





Chu kỳ sóng:

p%

4 tb

ln( )



4 4



Chiều dài, vận tốc của sóng ở vùng nước sâu:

0

gT 9.81 15.46



0

0

L 373.17

T 15.46

III TÍNH TRUYỀN SÓNG:

1 Phân tán sóng và tổn thất khi truyền sóng:

Có nhiều nguyên nhân làm phân tán sóng và làm tổn thất năng lượng sóng như: do

ma sát nhớt hay ma sát nội, do phạm vi lớn của vùng ảnh hưởng, do có gió nghịch, do tương tác giữa các sóng…Các hiện tượng làm suy giảm sóng trong quá trình chuyền sóng trên rất phức tạp, rất khó tính toán, cho nên trong phạm vi đồ án không xét đến

Hệ số tổn thất k t  1

2 Biến hình của sóng khi độ sâu thay đổi:

a Độ sâu nước:

Tính từ sóng có cao độ đáy là -50 (m)

d = MNC-cao độ đáy

b Chiều dài sóng:

Ứng với mỗi độ sâu nước ta có chiều dài sóng thay đổi, chiều dài sóng được xác định bằng cách tính lặp trong công thức sau, sai số cho kết quả lặp không lớn hơn 0.05%

2

0



Với L0 373.2(m)

c Hệ số biến dạng:

s

0

2 d ch( )

k

sh( ).ch( )



Bảng kết quả tính:)

)

(m

)

(m

L 296.16 274.26 246.06 208.78 184.97 155.63

s

3 Hiện tượng khúc xạ, bình đồ sóng truyền vào, hiện tượng sóng vỡ:

- Khi sóng chuyền từ ngoài xa vào thì đường chuyền của sóng bị thay đổi, khi qua mỗi đường đồng mức thì có hiện tượng khúc xạ xảy ra, góc tới khác góc khúc xạ

- Ta chọn 4 điểm để vẽ bình đồ sóng chuyền vào theo hướng gió

- Ta vẽ các đường phân cách độ sâu giữa các đường đồng mức

- Ta đo góc tới i và tính ló '

i

- Kéo dài tia ló và tính lạ góc tới và góc ló

* Quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ:

' '

i arcsin( sin i) sin i sin i   L

Với L: chiều dài sóng ở độ sâu lớn hơn

'

L: chiều dài sóng ở độ sâu nhỏ hơn

d :

k

H  cosi

* Hệ số khúc xạ toàn phần:

0

H

H

* Chiều cao sóng tại độ sâu d :

Hk k k H

Với H0 Hp% 13.93(m) : chiều cao sóng ở nước sâu

* Tính sóng vỡ:

Độ dóc sóng : H

L

 

Độ dóc sóng giới hạn: v

gh v

0.14th(kd) 0.14th( )



Sóng vỡ khi:   gh

Chiều cao sóng vỡ: H v  0 78d v

Tại điểm số 1:

 373.2

51 296.16 0.915 18 14 0.990 0.990 12.62 0.043 0.111

41 274.26 0.926 18 15 0.992 0.982 12.67 0.046 0.103

31 246.06 0.951 21 19 0.994 0.976 12.93 0.053 0.092

21 208.78 1.003 23 19 0.987 0.963 13.45 0.061 0.078

16 184.97 1.051 24 21 0.989 0.953 13.95 0.068 0.069

11 155.63 1.129 13 11 0.996 0.949 14.92 0.096 0.058

Từ kết quả trên ta có độ sâu xảy ra sóng vỡ:

d  16(m)H 0.78 16 12.48(m) 

V BỐ TRÍ ĐÊ VÀ KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN NHIỄU XẠ SAU ĐÊ:

1 Bố trí đê:

Yêu cầu khi bố trí đê chắn sóng:

- Dựa vào bình đồ nhiễu xạ Iribarren để kiểm tra chiều cao sóng tại các điểm

i

P

P

P1, 2

- Bảo vệ tốt khu vực 2 trên bình đồ, như vậy yêu cầu này là sóng sau đê có chiều cao nhỏ, khu vực yêu tĩnh rộng lớn

- Hình dáng đê không quá phức tạp, chiều dài đê ngắn nhất

Bố trí đê như hình vẽ

- Đê gồm 1 đoạn MO600(m), tổng chiều dài đê là 600(m)

-

5

11

A

B 45°

57°

1

gió 2

-50

-20

15

21°

19

° 23°

3

A

Q

21°

24°

O

1

A

19°

-15

+4 0

A

9

A

7

A

11°

13°

M

1000 800 400

TỶ LỆ 1/100.000

600 200

BÌNH ĐỒ 1

0

50

100

2 Kiểm tra sĩng nhiễu xạ sau đê:

t n

H  1

Với H t  12 48 (m): Khi sĩng tiến đến đỉnh đê thì sĩng bị vỡ, nên chiều sâu sĩng trước bến bằng chiều sâu sĩng vỡ tại đỉnh đê

: )

(m

H s là chiều cao sĩng sau đê

:

1

K hệ số nhiễu xạ do 1 đê đơn (theo T.M.Quang, 1993)

n1

n K





r

n 0.23( ) 0.1

L

2.5

l

m 0.1( )

L



0.67 6

1.1( ) th

Với L 184.97 m  chiều dài sóng tại vị trí đầu đê O

: ) (

2

   góc hợp bởi trục đê và đường bóng sóng phía trong bể cảng

: ) (

4

   góc hợp bởi đường bóng sóng và đường nối đầu đê đến điểm tính toán  nằm trong đường bóng sóng nên có giá trị dương

:

)

(m

r khoảng cách từ đầu đê đến điểm tính toán

:

)

(m

l chiều dài theo đường đầu sóng từ ranh giới nhiễu xạ đến điểm tính toán

Bảng kết quả tính toán:

i

)

(m

L

)

(m

1

s

Vậy không đạt yêu cầu, ta sẽ chọn phương án bố trí đê như trên

VI CẤU TẠO ĐÊ:

1 Phương án kết cấu:

Chọn cấu tạo đê mái nghiêng vì phù họp:

- Chiều sâu sóng tính toán trước đê không quá sâu

- Có nguồn vật liệu đá tại chổ

- Chọn hệ số mái dóc:

Hệ số mái dóc phía ngoài đê: m 2 5

Hệ số mái dóc phía trong đê: m 1 5

2 Cấu tạo chung của đê:

- Thân đê (kết cấu bên dưới): bằng đá nhiều kích cỡ đổ thành nhiều lớp, nhiều khối

- Lớp bảo vệ (kết cấu bên ngoài đê): bằng các khối bê tông có trọng lượng lớn Vỏ đê phía cảng có kích thước nhỏ hơn lớp vỏ đê phía ngoài bể cảng

- Mặt đê (kết cấu bên trên): tường đỉnh, tường hắt sóng và đường giao thông Đỉnh đê không cho ngập nước

- Chuyển tiếp giữa lõi đá và lớp vỏ đê là nhiều lớp đá có kích thước khác nhau làm tầng lọc

- Chuyển tiếp giữa nền đất và đáy đê là nhiều lớp lọc nhỏ

- Ở chân đê có bố trí lăng thể đá để tăng ổn định chung của đê và võ đê

3 Kích thước của thân đê:

a Cao trình đỉnh đê:

Z Z R a

 a:trị số gia tang độ cao oan toàn phụ thuộc vào cấp công trình Chọn cấp công trình cấp 4 suy ra a=0.3(m)

 Ztkp: mực nước tính toán

tkp

Z MNC h

Với h : mực nước dâng do bão lấy h 1.5(m)

Tính được Ztkp  1 1.52.5(m)

 R :chiều cao sóng leo trên mái nghiêng slp

Vì không bố trí cơ giảm sóng nên R được tính như sau: slp

Hệ số sóng vỡ :

o

o

tan

s



 

Với tan 0.4:là góc nghiêng mái đê

o

s : độ dốc của sóng

sp

m 1,0

gT  9.81 13.44



Với Hsp Hv 12.48(m)

p

m 1,0

T 15.46

a 1.15

    : chu kì phổ sóng

o

o

1.907



-Hệ số chiếc giảm sóng do cơ:  b 1

-Tích số    b o 1 1.907 1.907(1.8    b o 8)do đó

o

1.6

1.6

1 0.55(4.3 1.907) 12.48 14.35(m)

1.907





Vậy cao trình đỉnh đê là

Zd 2.5 14.35 0.3 17.15(m)  

Chọn Zd 17.5(m)

Chiều cao của đê tính từ đáy biển đến đỉnh đê tại vi trí đầu đê:

ZZ d 17.5 15 32.5(m)

Chiều cao của đê giảm từ đầu đê vào bờ

b Bề rộng đỉnh đê ( ngay vị trí MNCTT cắt ngang qua đê):

Chiều rộng đỉnh đê( không bao gồm tường đỉnh) chủ yếu phụ thuộc ổn định của thân

đê, ổn định của nền đê,yêu cầu chống thấm, chống sóng, yêu cầu của phương pháp thi công, yêu cầu cấp cứu hộ đê và giao thông, Nói chung, chiều cao đê biển

v

H

B ( 3 5  4 )

Chọn B45 m( )

Kích thước thân đê theo từng mặt cắt theo các cao độ đáy đê:

Khoảng cách giữa các mặt

cắt (m)

80 240 120 135

Cao trình

đỉnh (m)

Phía trong cảng

Phía ngoài cảng

Hệ số

mái dóc

Phía trong cảng

Phía ngoài cảng

Bề rộng đáy đê (m) 52.5 72.5 93 101 156.5

c Bề rộng trên mặt đê:

Yêu cầu:

- Đúng với cao trình của đỉnh đê

- Bố trí 2 làn xe trên mặt đỉnh đê để phục vụ giao thông, du lịch nếu có

- Có phần đường dành cho đi bộ phía trong đê

7,5

2

14

3

4 Kích thước của đầu đê:

Phần đầu đê được mở rộng để:

- Chịu lực sóng gió

- Chóng sói lỡ

- Bố trí các trạm điều khiển, trạm tính hiệu…

a Chiều dài phần mở rộng:

l 2.5B 2.5 14 35 m

b Bề rộng:

'

B 1.5B 14 1.5 21 m

c Cao độ đỉnh phần mở rộng:

Ta lấy cao độ đỉnh ở phần mở rộng cao hơn cao độ đỉnh ở thân đê 0.5 (m)

Vậy cao độ đỉnh là 18 m

d Hệ số mái dóc phần mở rộng:

- Phía ngoài cảng: m 3

- Phía trong cảng: m 2 5

- Phía đầu đê: m 3

e Kích thước tường đỉnh:

2

21

0,5

4

1,5

f Tại đầu đỉnh đê:

Là điểm kết thúc của đầu đê

Cấu tạo là khối bê tông cốt thép

Chiều dài bằng chiều ngang mặt cắt ngang của tường đỉnh đầu đê

Chiều rộng là 1 (m)

Chiều cao là 1.5 (m)

5 Cấu tạo chi tiết của đê:

a Cấu tạo lớp bảo vệ ngoài:

Ta chọn khối 4 chân TÉTRAPODE, xếp thành 2 lớp

Tính theo TCN222-95, trọng lượng khối bảo vệ được tính:

- Khi lớp bảo vệ từ độ sâu d  0 7H  0 7 * 12 48  8 736 (m)trở lên thì khối lượng của khối bảo vệ được tính:

 

3 3

s

3.16.K H L 3.16 0.006 2.65 12.48 248.44

1 1 2.5

1.026

Với: Ltb 248.44(m) chiều dài sóng

) /

(

65

.

2 T m3

s 

 : khối lượng riêng của đá

: ) /

(

026

.

1 T m3



 khối lượng riêng của nước

:

006

.

0



fr

K hệ số, khối 4 cạnh xếp theo qui định

Thể tích của khối:

3 1

s

M 26.95

2.65



Chiều cao lớn nhất của khối:

1

1

0.28 0.28

Chiều dày tương đối của lớp bảo vệ gồm 2 lớp xếp chồng trên nhau:

1 1

d 1.361h 4.506(m)

- Khi lớp bảo vệ từ độ sâu d 0.7H 8.736(m) trở xuống thì khối lượng của khối bảo vệ:

z

Thể tích của khối:

3 z

2

s

M 20.4

2.65 Chiều cao lớn nhất của khối:

2

2

0.28 0.28 Chiều dày tương đối của lớp bảo vệ gồm 2 lớp xếp chồng trên nhau:

d 1.361h 4.108(m)

b Cấu tạo tầng lọc:

Lớp tầng lọc được cấu tạo bằng 2 lớp lọc: lớp 1 sát với lớp bảo vệ; lớp 2 nối tiếp giữa lớp 1 và lõi thân đê

Thuận tiện cho việc tính toán và thi công, ta chọn cấu tạo của lớp lọc tương ứng với 2

độ sâu từ d  0 7H  8 736 (m) trở lên và trở xuống là như nhau

* Cấu tạo lớp 1:

- Khối lượng:

1

15 10 Vậy ta chọn đá ở lớp này có khối lượng là 1.53 T (đá loại 1)

- Đường kính của đá từ: 0.9D1.3 m

- Bề dày của lớp 1:

D

d 2  1.82.6

* Cấu tạo lớp 2:

- Khối lượng:

1

20

- Đường kính: D0.7 m

- Bề dày của lớp 2:

 m

d 1.4

c Cấu tạo lớp bảo vệ trong:

Chọn đá có khối lượng m6 T , được bố trí 2 lớp

Có thể là đá học hoặc khối bê tông (khối họp), xếp có thứ tự từ dưới lên trên và từ trong ra ngoài

Bề dày của lớp: d 3 m

d Cấu tạo lõi đê:

Cấu tạo gồm 2 lớp:

- Độ sâu d  0 7H  8 736 (m) trở lên trên, đá có khối lượng từ 0.10.5 T

- Độ sâu d 0.7H 8.736(m)trở xuống là lõi đá tạp có khối lượng nhỏ, ta tận dụng tất

cả các lượng đá, cát tạp trong quá trình khai thác đá phục vụ cho công trình

e Cấu tạo tường đỉnh đê:

Cấu tạo đỉnh đê là khối bê tông cốt thép

Cốt thép được bố trí theo cấu tạo

Chiều dài khối phụ thuộc vào điều kiện, khả năng thi công

Yêu cầu:

- Điều kiện thi công đổ khối bêtông cốt thép

- Các yêu cầu kỉ thuật về chất lượng của bê tông- cốt thép như: phụ gia cần thiết trong quá trình đổ bê tông thành khối có kích thước lớn, khả năng chóng ăn mòn do tiếp xúc với môi trường không thuận lợi,…

f Cấu tạo chân khay:

Chân khây cao 2 (m), hệ số mái dóc m 1, cấu tạo gồm đá loại 1, khối lượng từ

 T

3

1

g Cấu tạo lớp dưới đáy đê:

Lớp lót ở thân dày 1 (m);lớp lót tại chân mái nghiên đổ dày hơn, khoảng 1.52 m ,

có cấu tạo đá cở nhỏ, đá tạp, đá vụng (m 25kg), đá nghiền vụn có cấp phối nhỏ, Lớp lót dưới có nhiệm vụ lấp bằng những chổ rồ ghề và tăng ổn định ở đáy đê

h Cấu tạo phần đầu đê:

- Lớp ngoài gồm: xếp 2 lớp bê tông TÉTRAPODE có khối lượng là 26.95 T

- Kế bên trong là lớp lọc, có cấu tạo giống như trên

i Phần góc đê giáp với bờ:

Phần góc đê bắt đầu từ cao trình 0 (m), được bố trí sát bờ

Phần bờ ở góc đê được gia cố để bảo vệ góc đê

l Phân đoạn của đê:

Tổng chiều dài đê: MO 600 m

Kết cấu tường đỉnh được phân thành những đoạn dài 10 (m)

Khe lún dày 2 (cm), cấu tạo bằng lớp nhựa

5 Kiểm tra các điều kiện ổn định của kết cấu:

a Tác động của sóng lên mái nghiêng:

* Độ sâu sóng vỡ d v:

* Chiều cao sóng vỡ trên mức nước tĩnh tính toán theo kinh nghiệm:

v

H 0.95 (0.84m 0.25) H 12.48 0.95 0.84 2.5 0.25 10.30 m

Tung độ điểm A: y0 dv Hv 11.74 10.30 22.04 m

* Vận tốc phân tố chẩt lỏng tại A:

A

u nC u

Với C: vận tốc truyền sóng

n :hệ số kinh nghiệm

u :vận tốc vĩ đạo của phân tố chất lỏng ứng với sóng tới chiều cao H

2

2

2 T th(2 d / L) 2 15.46 th 2 16 / 184.97

u nC u 0.584 11.96 5.12 12.10 m / s

* Tọa độ điểm B:

2

12.10 2 9.81 22.04 20.36 m

B B

x 20.36

* Vận tốc dòng tia khi va vào mái nghiêng, lúc t x B/x A:

A

Với :hệ số kinh nghiệm

1 0.017m 0.02 H 1 0.017 2.5 0.02 12.48 0.719

* Góc  của dòng tia tại B:

B

A

g.x 9.81 20.36

0

53 : Dấu “-” vì góc quay từ trục x xuống dưới

Góc :

* Áp lực cục bộ lớn nhất tại B:

B

B max

p 1.7 cos ( ) 1.7 1.024 cos 15 24.92 T / m

2

P P 0.4P 9.968 T / m

2

P P 0.1P 2.49 T / m

Chiều dài qui ước:

mL 2.5 184.97

0.025S 3.82 m 0.065S 9.93 m 0.053S 8.10 m 0.135S 20.62 m

* Tổng áp lực sóng tác động lên đê:

F F 0.0851.S.P 0.0851 152.75 24.92 323.94 T / m

Điểm đặc của lực cách B 2 (m) về phía O trên mái nghiêng

b Áp lực thủy tỉnh:

:

v

h chiều sâu tại điểm sóng vỡ

2 o

P (0.1m 0.2).H 0.1 2.5 0.2 12.48 1.024 5.75 T / m

2 B

P 0.055mH 0.055 2.5 12.48 1.024 1.76 T / m

2 D

P 0.033mH 0.033 2.5 12.48 1.024 1.05 T / m

c Áp lực ngược khi sóng rút:

2

0.185L 0.185 184.97 34.22 m

0.27H 0.27 12.48 1.024 3.45 T / m

d Kiểm tra khả năng chịu tải của đất nền:

* Khả năng chịu tải của đất nền:

m 0.9 :hệ số điều kiện làm việc

B 110: bề rộng đáy công trình

: ) (

1 m

d d  chiều dày lớp đệm

: ) (

0 m

h m  độ chôn sâu của đáy đê so với cao trình đáy

0 3

/ 1 2 23

/ 1 2

m T C

m T

tc

tc

tc











:của đất nền dưới lớp đệm

65

2 T m3

tc

d 

 trung bình của vật liệu làm đệm

662 0 2 / 4 0 23 cot

4 / 2

/ cot

4 /

























g g

648 3 2 / 4 0 23 cot

1 2 / cot

1





























g g

237 6 2 / 4 0 23 cot

23 cot 2

/ cot



























g

g g

g

tc

/ 22 87 1 2

* 237 6 65 2 1 0 648 3 1

* 2 110 662 0 9

* Ứng suất tại đáy đê: xét cho chiều dài là 1 m

3 2

/ 16 33 110

/ 65 2

* 1376

m T m

m T





tc

R





e Kiểm tra ổn định trượt cung tròn:

Xét cho 1 (m) chiều dài công trình:

Tiến hành chia mặt trượt thành nhiều mãnh có bề rộng b 4 m

Xét 1 phân tố icó khối lượng G , chiếu lên pháp tuyến i G ;G , góc họp với phương ti ci pháp tuyến i

Lực gây trượt trên mặt l : i

G G sin

Tổng mômen gây trượt:

Lực pháp tuyến:

Ứng suất pháp tuyến trên mặt l : i

i

Lực chóng cắt trên mặt l i:

i

G cos

l Tổng mômen chống trượt:

n

i 1

M r G cos tg c l

Điều kiện ổn định:

n n.m M m.M / k

1 1.25 0.95 M 1.15 M / 1.2

1.1875 M 0.958 M

Hoặc tính theo hệ số an toàn: