Lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng phù hợp với điều kiện thi công từng vùng

M ục đích của Đề tài Trên cơ sở thống kê và phân tích các kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng hiện tại ở trong và ngoài nước, sẽ đưa ra: Lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đập phù hợp nhất nhằm đem

L ỜI CAM KẾT

Tôi tên là Nguy ễn Văn Lượng

Là học viên cao học nghành Xây Dựng Công Trình Thủy –Trường Đại Học Thuỷ Lợi

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng phù hợp với điều kiện thi công từng vùng, ứng dụng cho đập phá sóng cảng Nghi Sơn – Thanh Hóa ” là công trình nghiên cứu do chính Tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS Lê Xuân Roanh, đề tài này chưa được công bố trên bất kỳ tạp chí, bài báo nào

Nếu có điều gì sai trái, không đúng với lời cam đoan này, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 20 tháng 08 năm 2017

Tác giả

Nguy ễn Văn Lượng

L ỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ chuyên nghành Xây Dựng Công Trình Thủy với đề tài:

“Lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng phù hợp với điều kiện thi công từng

vùng, ứng dụng cho đập phá sóng cảng Nghi Sơn – Thanh Hóa ” được hoàn thành

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Lê Xuân

Roanh, đã trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ học viên trong quá trình thực hiện luận văn

này

Tiếp đến, tôi xin được gửi lời cảm ơn tới quý Giáo sư, quý Thầy Cô tại Khoa Công

Trình, Trường Đại Học Thủy Lợi đã trao cho tôi những kiến thức quý báu trong lĩnh

vực Xây dựng công trình thủy, giúp đỡ cho tôi có được hành trang đầy đủ trong nghề

nghiệp

Tôi cũng hết lòng cảm ơn sự giúp đỡ của Phòng Đào Tạo đại học và sau đại học; quý

anh chị em lớp Cao học khóa 22 Trường Đại Học Thủy Lợi đã giúp tôi trong quá trình

học tập

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thế tránh khỏi những thiếu sót

Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy cô và đồng nghiệp

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Kính chúc Thầy cô và đồng nghiệp sức khỏe,

M ỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP PHÁ SÓNG VÀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐẬP 3

1.1 Khái niệm về đập phá sóng và kết cấu bảo vệ mái 3

1.1.1 Giới thiệu chung và phân loại đập phá sóng 3

1.1.2 Kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng 10

1.2 Công tác thiết kế kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng 17

Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN LỰA CHỌN KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐẬP PHÁ SÓNG 21

2.1 Cơ sở pháp lý thiết kế kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng 21

2.2 Cơ sở thiết kế kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng 22

2.2.1 Theo TCVN 9901 – 2104: 22

2.2.2 Theo tiêu chuẩn thiết kế của Nhật Bản: 22

2.2.3 Chiều dày khối phủ mặt được xác định theo tiêu chuẩn Anh 23

2.3 Tính toán lực tác động lên kết cấu 25

2.3.1 Các thông số trong tính toán kết cấu 25

2.3.2 Các dạng làm việc cơ bản của đập phá sóng 25

2.3.3 Tính toán lan truyền sóng 26

2.3.4 Các đặc trưng thống kê của sóng 30

2.3.5 Tính toán ổn định 33

2.3.6 Kiểm tra trọng lượng khối gia cố 34

2.3.7 Tính toán ổn định tổng thể 35

2.4 Phân tích lựa chọn kết cấu, vật liệu 36

2.4.1 Yêu cầu chung của các loại kết cấu, vật liệu 36

2.4.2 Lựa chọn vật liệu, kết cấu phù họp với điều kiện thi công 36

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu bảo vệ mái 38

2.5.1 Ảnh hưởng của yếu tố địa hình 38

2.5.2 Ảnh hưởng của yếu tố địa chất 39

2.5.3 Ảnh hưởng của yếu tố thủy hải văn khu vực 39

Kết luận chương 2 41

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐẬP PHÁ SÓNG CHO CẢNG NGHI SƠN THANH HÓA 42

3.1 Giới thiệu chung về cảng Nghi Sơn – Thanh Hóa 42

3.1.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên khu vực 42

3.2 Cơ sở tính toán và thiết kế 44

3.2.1 Động lực và tính ổn định 44

3.2.2 Điều kiện thủy hải văn 44

3.2.3 Tính toán điều kiện thủy hải văn thiết kế 48

3.3 Lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng Nghi Sơn 52

3.3.1 Những ưu nhược điểm của khối phủ Rakuna - IV 52

3.3.2 So sánh khối phủ Rakuna - IV với một số khối phủ khác 52

3.3.3 Đề xuất phương án sử dụng khối phủ Rakuna – IV 62

3.4 Tính toán kiểm tra ổn định và độ bền của kết cấu 69

Kết luận chương 3 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

1 KẾT LUẬN 72

2 KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Đập ngầm và đập có đỉnh cao hơn mực nước biển 3

Hình 1.2 Đập đảo (Chicago, Mỹ) 4

Hình 1.3 Đập nhô (Kaumalapau, Lanai, Hawaii) 4

Hình 1.4: Đập đảo (Plymouth, Anh) 4

Hình 1.5: Đập hỗn hợp (Eastern Port, Alexandria, Ai Cập) 4

Hình 1.6: Mặt cắt dọc đập phá sóng [1] 6

Hình 1.7: Kết cấu khối rỗng [1] 7

Hình 1.8: Một kết cấu Cyclopit điển hình [1] 8

Hình 1.9: Một kết cấu thùng chìm [1] 8

Hình 1.10: Các loại khối bê tông dị hình cho đê chắn sóng [2] 11

Hình 1.11: Sơ đồ kích thước khối Tetrapod [3] 12

Hình 1.12: Xếp khối dolos [4] 13

Hình 1.13: Khối Ecopode (1996) [5] 14

Hình 1.14: Khối Accropode II (2004) [6] 14

Hình 1.15: Khối HARO và các kích thước tiêu chuẩn [6] 15

Hình 1.16: Khối Accopode cho ĐPS nhà máy lọc dầu Dung Quất [7] 18

Hình 1.17: Đê chắn sóng cảng Tiên Sa - Đà Nẵng [7] 18

Hình 1.18: Đê chắn sóng nhà máy nhiệt điện Kiên Lương, Hà Tiên [7] 19

Hình 2.1: Các dạng công trình bảo vệ bờ biển [8] 26

Hình 2.2: Xác định đà gió tương đương De 28

Hình 2.3: Các yếu tố của sóng 29

Hình 3.1: Phối cảnh tổng thể cảng Nghi Sơn 43

Hình 3.2: Mực nước trung bình năm [10] 46

Hình 3.3: Mực nước trung bình tháng nhiều năm [10] 46

Hình 3.4: Hoa sóng Trạm Hòn Ngư giai đoạn 1992-2002 [10] 48

Hình 3.5: Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC20 49

Hình 3.6: Phân khu vực tính sóng khu vực từ Quảng Ninh đến Quảng Nam 50

Hình 3.7: Bình đồ khu vực dự án 51

Hình 3.8: Hình dạng khối phủ Rakuna – IV [12] 16

Hình 3.9 : Liên kết giữa các khối Rakuna – IV [13] 53

Hình 3.10: Mặt cắt đê cho các loại khối phủ [5] 57

Hình 3.11: Cấu tạo ván khuôn khối phủ Rakuna – IV [12] 62

Hình 3.12: Tính toán khối phủ chân khay 64

Hình 3.13: Mối liên hệ giữa Ac và Rc 64

Hình 3.14: Sơ bộ mở rộng đầu đê 65

Hình 3.15: Mặt cắt ngang để xuất đoạn gốc đê 66

Hình 3.16: Mặt cắt ngang để xuất đoạn thân đê 67

Hình 3.17: Mặt cắt ngang để xuất đoạn đầu đê 68

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Một số ĐPS sử dụng khối phủ dị hình ở nước ta [7] 20

Bảng 2.1: Hệ số chuyển đổi k10 26

Bảng 2.2: Hệ số Kđ theo địa hình 27

Bảng 2.3: Giá trị lớn nhất của đà gió 29

Bảng 2.4: Trị số s sp H H trong mối tương quan giữa h H s với tần suất xuất hiện P 31

Bảng 3.1: Vùng nước trước bến số 1: 45

Bảng 3.2: Vùng nước trước bến số 2 45

Bảng 3.3: Chu kỳ lặp lại cho phép và mức đảm bảo thiết kế công trình đê biển [3] 49

Bảng 3.4: Chiều cao sóng và chu kỳ sóng ngoài khơi khu vực từ Quảng Ninh đến Quảng Nam 50

Bảng 3.5: Các chỉ số của khối phủ Rakuna – IV 17

Bảng 3.6: Trọng lượng và thể tích các loại khối phủ Rakuna – IV [12] 17

Bảng 3.7: Giá trị khoảng rỗng điển hình cho lớp phủ [11] 52

Bảng 3.8: Trọng lượng lớn nhất được gợi ý của các khối phủ bê tông [11] 54

Bảng 3.9: Bảng tính toán so sánh chiều cao sóng thiết kế với các loại khối phủ Rakuna – IV và khối Tetrapod 54

Bảng 3.10: Trọng lượng lớp lót [11] 55

Bảng 3.11: Trọng lượng yêu cầu một khối phủ [11] 56

Bảng 3.12: Tính toán giá thành cho khối phủ Rakuna – IV 58

Bảng 3.13: Tính toán giá thành cho khối phủ Tetrapod 59

Bảng 3.14: Tính toán giá thành cho khối phủ Accropod 60

Bảng 3.15: Biên sóng vỡ hướng sóng NE 63

Bảng 3.16: Biên sóng vỡ hướng sóng SE 63

Bảng 3.17: Phương án tuyến đề xuất 63

Bảng 3.18: Kết quả tính toán 65

Bảng 3.19: Trọng lượng yêu cầu khối Rakuna - IV (sóng bão tần suất 100 năm) 69

M Ở ĐẦU

I Tính c ấp thiết của Đề tài

Thanh Hóa là tỉnh chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Trung Việt Nam Về hành chính, Thanh Hóa là tỉnh cực bắc Trung Bộ, tiếp giáp với Tây Bắc Bộ và đồng bằng

Bắc Bộ Vùng ven biển: Các huyện từ Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa, Sầm Sơn, Quảng Xương đến Tĩnh Gia Bờ biển dài, tương đối bằng phẳng

Khu kinh tế Nghi Sơn nằm ở phía Nam của tỉnh Thanh Hoá, cách Hà Nội 200 km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tầu có tải trọng đến 30.000 DWT cập bến… Khu kinh tế Nghi Sơn (KKT Nghi Sơn) được đánh giá là

trọng điểm phát triển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu

nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan Chính phủ đã xác định mục tiêu xây dựng và phát triển KKT Nghi Sơn thành một khu kinh tế tổng hợp đa ngành, đa lĩnh vực với trọng tâm là công nghiệp nặng và công nghiệp cơ bản như: Công nghiệp lọc hoá dầu, công nghiệp luyện cán thép cao cấp, cơ khí chế tạo, sửa chữa và đóng mới tàu biển gắn với việc xây dựng và khai thác có

hiệu quả cảng biển Nghi Sơn, đẩy mạnh xuất khẩu mở rộng ra thị trường khu vực và

thế giới

Trong những năm gần đây do biến đổi của khí hậu toàn cầu có diễn biến ngày càng

phức tạp, mực nước biển dâng cao cùng với đó là các trận bão lớn đe dọa đến an toàn

của khu vực cảng Nghi Sơn, đồng thời việc xây dựng các cảng biển lớn gặp khó khăn

do công nghệ, điều kiện thi công phức tạp và giá thành rất cao dẫn đến những khó khăn trong quá trình thi công, khó khăn về vốn đầu tư xây dựng các công trình phục vụ

và khai thác trong cảng Khi thi công công trình biển cần có biện pháp phù hợp nhằm đảm bảo độ an toàn, giá thành hạ và thời gian thi công cho phép Chính vì vậy đề tài

“Lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng phù hợp với điều kiện thi công từng vùng, ứng dụng cho đập phá sóng cảng Nghi Sơn – Thanh Hóa” có ý nghĩa khoa học thực

tiễn, góp phần bảo vệ an toàn cho cảng Nghi Sơn – Thanh Hóa, đảm bảo phát triển kinh tế-xã hội tỉnh Thanh Hóa trong thời gian tới

II M ục đích của Đề tài

Trên cơ sở thống kê và phân tích các kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng hiện tại ở trong

và ngoài nước, sẽ đưa ra: Lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đập phù hợp nhất nhằm đem lại

hiệu quả và khả thi đảm tính kinh tế và kĩ thuật của công trình cảng Nghi Sơn – Thanh Hóa

III Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu về thiết kế, thi công và quá trình khai thác

vận hành hệ thống các đê đập phá sóng đã được xây dựng và đi vào khai thác sử dụng

- Tính toán, so sánh các phương án để lựa chọn kết cấu phù hợp với điều kiện thi công Tính toán, so sánh các phương án để đề xuất kết cấu phù hợp nhất cho công trình cảng Nghi Sơn – Thanh Hóa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP PHÁ SÓNG VÀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐẬP

1.1 Khái niệm về đập phá sóng và kết cấu bảo vệ mái

1.1.1 Giới thiệu chung và phân loại đập phá sóng

Đập phá sóng là kết cấu công trình nhằm giảm hoặc triệt tiêu năng lượng sóng trướckhi nó đi vào phạm vi bảo vệ Đập phá sóng có thể là đập nổi, đập ngầm, đập liền dải

hoặc phân cách dải Có nhiều cách phân loại đập phá sóng tùy theo mục tiêu nghiên

cứu, phương thức tiếp cận và các đặc trưng của đập phá sóng

1.1.1.1 Phân loại theo tương quan với mực nước

Đập ngập (đê chìm) là loại đập có cao trình đỉnh đập thấp hơn cao trình mực nước thi công, thậm chí còn thấp hơn cả mực nước thấp thiết kế Đập ngập thường được xây

dựng để tiêu giảm năng lượng sóng biển và ngăn cát cho mục đích bảo vệ bờ khỏi bịxói lở, bảo vệ luồng tàu ở vùng cửa sông chịu tác động ảnh hưởng của sóng biển và khi bể cảng dùng làm bãi tắm hoặc chỉ ngăn cát, phù sa

Đập không ngập là loại đập có cao trình đỉnh đập luôn cao hơn mực nước cao thiết kế.Đập không ngập còn chia ra thành hai loại: đập hạn chế sóng tràn (cho phép một mức

độ sóng tràn qua đỉnh đập) và đập không cho phép sóng tràn qua đỉnh

Hình 1.1 Đập ngầm và đập có đỉnh cao hơn mực nước biển.

1.1.1.2 Phân loại vị trí của đập phá sóng trên mặt bằng

Căn cứ vào vị trí bố trí đập phá sóng trên mặt bằng các tuyến đập có thể phân loạithành:

-Đập phá sóng liền bờ (đập nhô) là đập có đầu nối tiếp với đường bờ;

- Đập phá sóng xa bờ (đập đảo hay đập tự do) là đập phá sóng mà cả 2 đầu đập không

nối với bờ (tuyến đập có thể hoặc không song song với bờ);

Hình 1.2 Đập đảo (Chicago, Mỹ) Hình 1.3 Đập nhô (Kaumalapau, Lanai, Hawaii)

- Đập hỗn hợp: trên thực tế, nhiều trường hợp thường kết hợp bố trí xây dựng tuyến đập phá sóng theo cả hai kiểu nói trên

Hình 1.4: Đập đảo (Plymouth, Anh) Hình 1.5: Đập hỗn hợp (Eastern Port,

Alexandria, Ai Cập) 1.1.1.3 Phân loại theo công dụng đập phá sóng

- Đập dùng để chắn sóng: để chắn sóng hay tiêu tán một phần năng lượng sóng khi tiếp

cận công trình nhằm tạo ra một khu nước có độ tĩnh lặng theo yêu cầu (ví dụ như đập phá sóng bảo vệ vùng nước trong cảng biển);

- Đập ngăn cát: ngăn chặn sự xâm nhập bùn cát vào khu nước được quan tâm( ví dụ đập ngăn cản cát bồi lằng tại vùng cửa sông);

- Đập phá sóng, ngăn cát: ngăn chặn bùn cát và giảm chiều cao sóng cho khu nước sau công trình (ví dụ đập mỏ hàn, Jetty tại cửa sông);

- Đập hướng dòng chảy: xây dựng tại cửa sông, chỗ hải lưu mạnh để cải thiện điều

kiện luồng hàng hải, chỉnh trị cửa sông…

1.1.1.4 Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang đập phá sóng

Cách phân loại này thông dụng nhất vì nó phản ánh được các đặc trưng cơ bản của kết

cấu, không những về cấu tạo mà cả về phương pháp tính toán, các giải pháp thi công

Dựa trên góc độ này kết cấu đập được phân thành

a Đập phá sóng tường đứng

Điều kiện áp dụng: Kinh nghiệm thiết kế và thi công cho thấy công trình đập phá sóng

kiểu tường đứng kinh tế hơn đá đổ mái nghiêng do có hình dáng gọn nhẹ, giảm được

khối lượng các các vật liệu xây dựng như đá và bê tông Điều kiện cơ bản nhất để áp

dụng công trình dạng tường đứng trọng lực là nền móng phải tốt Đất nền lý tưởng

nhất cho công trình là nền đá Tuy nhiên với loại đất có khả năng chịu tải tương đối tốt thì cũng có thể làm nền móng cho công trình trọng lực: đất, cát, sỏi tuy nhiên phải có

biện pháp gia cố chống xói lở ở đáy

Như vậy đập phá sóng loại tường đứng có thể được xác định theo các điều kiện sau:

- Trên nền đất đá mọi độ sâu

- Trên nền đất rời với các điều kiện sau

+ Với độ sâu lớn hơn (1,5÷2,5) lần chiều cao sóng tính toán thì đất nền trước công trình phải được gia cố tại các vị trí xói

+ Với độ sâu không quá (20÷28)m (khi đó áp lực của công trình lên nền đất ở giới hạn cho phép)

Mặt cắt dọc đập phá sóng: Thông thường công trình đập phá sóng được thi công ở độ sâu tự nhiên nhưng nền móng đã được sơ bộ chuẩn bị Các lớp đệm đá phải được làm

phẳng, cao trình của lớp đệm đá và chiều dày thỏa mãn điều kiện kỹ thuật

Cao trỡnh của lớp đệm đỏ phải nằm ở độ sõu >1,25m chiều cao súng tại chõn cụng trỡnh Trỏnh trường hợp tạo ra súng vỡ trước mặt cụng trỡnh, chiều dày lớp đệm đỏ

phải đảm bảo yờu cầu về mặt cấu tạo và phõn tỏn lực sao cho nền đất cú khả năng chịu

tải

Đập phỏ súng theo chiều dọc trờn mặt bằng thường cú dạng hỡnh góy gúc và cú thể chia làm 3 phần: gốc đờ, thõn đờ, đầu đờ Mỗi phần cú thể cú giải phỏp cấu tạo khỏc nhau, ngay trờn cựng 1 đoạn thõn đờ cũng cú thể cú nhiều giải phỏp kết cấu và kớch thước kết cấu khỏc nhau

Phần gốc đập được bố trớ sõu vào trong bờ 1 đoạn bằng 1,5 lần chiều cao súng Đường

bờ trờn cỏc đoạn đú phải gia cố ở bề mặt, biện phỏp này nhằm bảo vệ gối khỏi sự phỏ

hoại của súng

Đập được bố trớ trờn cỏc nền đất cấu tạo địa chất khụng đều nờn độ lỳn sẽ khỏc nhau

Mặt khỏc cỏc phõn đoạn cú chiều cao khỏc nhau cũng gõy ra cỏc độ lỳn khỏc nhau, chớnh vỡ vậy cho nờn toàn bộ cụng trỡnh theo chiều dọc cũng phải chia làm cỏc phõn đoạn dài từ (25ữ45)m Cỏc phõn đoạn này cỏch nhau bởi cỏc khe lỳn thẳng đứng Khi chiều cao của lớp đệm đỏ cao hơn 2m thỡ phõn đoạn lỳn thường lấy bằng 25m khi chiều cao lớp đệm <2m thỡ phõn đoạn lỳn <45m Bề rộng khe lỳn khụng vượt quỏ 5cm Phần đầu đập và thõn đập cũng được phõn cỏch bởi cỏc khe lỳn thẳng đứng

Hỡnh 1.6: Mặt cắt dọc đập phỏ súng [1]

Đệm đá

Đường mặt đất tự nhiên

Đê tường đứng Khe tường lún

Phân đoạn bến

Các bộ phận cơ bản của đập phá sóng tường đứng

Trong trường hợp tổng quát đập phá sóng trọng lực bao gồm 2 bộ phận cơ bản: lớp đệm đá và tường đứng Tường đứng được cấu tạo từ 2 bộ phận: phần kết cấu dưới nước và phần kết cấu phía trên Loại kết cấu công trình của đập phá sóng được xác định bởi phần dưới nước, phụ thuộc vào kết cấu phần dưới nước, người ta phân thành các loại:

- Kết cấu bê tông khối xếp

Một số kết cấu biểu thị của loại này được thể hiện ở hình 1.7 sau

Hình 1.7: Kết cấu khối rỗng [1]

c Đập phá sóng kết cấu cyclopit

Để khắc phục những khiểm khuyết của kết cấu khối rỗng người ta chuyển sang ứng

dụng kết cấu cyclopit Các khối này được chế tạo hoặc hoàn toàn có các giếng trụ tròn

chờ sẵn Đường kính không lớn lắm đủ để lắp khung cốt thép sau đó đổ bê tông dưới nước Trọng lượng của khối dao động từ (400÷500)T, do vậy phải có thiết bị chuyên

c¶ng BiÓn

+6.50

Hình 1.8: Một kết cấu Cyclopit điển hình [1]

d Đập phá sóng kết cấu thùng chìm

Trong nhiều trường hợp công trình có kết cấu khối xếp thậm chí có khối lượng lớn

nhưng vẫn chưa đủ độ liền khối và vẫn bị phá hỏng Những nhược điểm này của khối

xếp được khắc phục bằng sử dụng thùng chìm Kết cấu thùng chìm có ưu thế cho phép

giải phóng đá hoặc cát sỏi để di chuyển đến vị trí khác, vỏ thùng chìm được chế tạo tại

bãi chuyên dụng hạ thủy và kéo đến vị trí xây dựng, sau đó đổ cát đá vào thùng các

khoang được đậy bằng tấm bê tông cốt thép dày từ (0.4÷0.5)m để vật liệu không trôi ra

ngoài các khe hở giữa các tường thùng và các tấm bê tông được đổ bê tông

Hình 1.9: Một kết cấu thùng chìm [1]

e Đập phá sóng kết cấu chuồng

Kết cấu chuồng gỗ được ứng dụng cho đê chắn sóng ở những gỗ là vật liệu tại chỗ và

chiều dài thông thường là 50m, chiều rộng <20m, chiều cao từ (6÷10)m Chuồng gỗ được chia thành các ô có kích thước mặt bằng 1.5x1.5 m2 đến 2.5x2.5 m2 được ngăn

bởi các vách dọc, vách ngang Phía dưới chuồng có đáy, bên trong được đổ đầy đá,

mặt trên được đổ bằng lớp bê tông mũ

Thực tế có hai loại chuồng, chuồng liên kết kiểu Nga và chuồng liên kết kiểu Mỹ Với chuồng liên kết kiểu Nga các cây gỗ được liên kết bằng mộng, với chuồng liên kết

kiểu Mỹ các thanh gỗ được lắp thành các ô vuông và liên kết với nhau bằng bulông

Do chuồng kiểu Mỹ liên kết bằng kim loại nên tuổi thọ thấp hơn so với chuồng kiểu Nga

Dựa vào đặc điểm vật liệu và cấu tạo, kết cấu đập phá sóng mái nghiêng được phân thành:

- Đập phá sóng mái nghiêng bằng đá

- Đập phá sóng mái nghiêng với bê tông gia cố hình hộp

- Đập phá sóng với các khối bê tông phức hình

Trong đó đập phá sóng mái nghiêng bằng đá có ưu điểm về nguồn vật liệu (có thể khai thác sử dụng vặt liệu địa phương) tuy nhiên lại có nhược điểm là khi nền bị lún cục bộ

hoặc dưới tác dụng của sóng dồn nén, các liên kết do chèn bị phá vỡ, các hồn đá tách

rời nhau ra Vì trọng lượng bản thân quá nhỏ nên dễ bị sóng cuốn trôi

Do đó việc áp dụng các lọa kết cấu bảo vệ mái bằng khối phủ dị hình thay thế cho kết

cấu mái đá truyền thống là cần thiết nhất là đối với các công trình bảo vệ cho bến cảng

và các công trình đảm bảo an toàn cho giao thông đường thủy

1.1.2 Kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng

Kết cấu bảo vệ mái là lớp tiếp xúc trực tiếp với sóng biển và các tác nhân gây hại cho

bờ cần bảo vệ Là lớp sử dùng các khối dị hình, cái khối bê tông lát mái hoặc các vật

liệu kích thước lớn nhằm mục đích chắn sóng hay làm tiêu tan năng lượng sóng

1.1.2.1 Phân loại kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng

a Kết cấu bảo vệ mái truyền thống

Trong kết cấu truyền thống người ta sử dụng những tảng đá và những khối bê tông thông thường để xây dựng các hệ thống đê chắn sóng, kè bờ, đê ngăn cát giảm sóng; Phương pháp này có ưu điểm là vật liệu dễ chế tạo và dễ thi công Song các tảng đá,

mặc dù đá cỡ lớn hay các khối bê tông thông thường đều có xu hướng bị lệch khỏi vị trí theo thời gian bởi các tác động của sóng gió trong một thời gian dài Thấy được sự

bất lợi đó người ta phát minh và sử dụng các khối dị hình để thay thế vì những ưu điểm của nó, khi được đưa vào sử dụng vận hành các khối dị hình có thể được theo dõi quan trắc, thuận tiện cho việc sửa chữa bảo dưỡng công trình định kỳ

b Kết cấu bảo vệ mái bằng khối phủ dị hình

Khối dị hình là một kết cấu bê tông phức hình sử dụng làm khối phủ trên đê chắn sóng Hình dạng của một khối dị hình được thiết kế để tiêu tan các lực lượng của sóng đến bằng cách cho phép nước chảy xung quanh chứ không phải là ngăn chặn lại hay

chắn kín sóng

Các khối này làm việc bằng cách phân ly, hơn là ngăn chặn năng lượng của sóng Thiết kế của nó làm lệch hầu hết năng lượng sóng sang một bên, làm cho chúng khó khăn hơn để phá hoại, so với các tảng đá hay khối bê tông phẳng khác Thiết kế của chúng đảm bảo rằng chúng tạo thành một dải chắc tự lồng vào nhau nhưng vẫn có

những chỗ rỗng

Các khối phủ kỳ dị được sử dụng với rất nhiều hình dạng và kích thước khác nhau,

một số hình dạng tiêu biểu như trong hình 1.10

Hình 1.10: Các loại khối bê tông dị hình cho đê chắn sóng [2]

a) Khối 6 cánh, b) Khối 6 chóp, c) Khối 4 chạng, d) Khối Hohlquader cân đối e) Khối Tetrahedron, g) Khối Tetrapod, h) Khối Stabilopod, i) Khối Hohlquader chữ N, k)

Khối Dipod, l) Khối Dolos, m) Khối Stabit, n) Khối tháp

1.1.2.2 Một số khối phủ được sử dụng phổ biến trên thế giới

a Khối Tetrapod

Tetrapod là khối dị hình phá sóng được nghiên cứu và ứng dụng đầu tiên trên thế giới Nghiên cứu và phát triển vào năm 1950 bởi Laboratoire d'Dauphinois HYDRA ULIQUE (nay SOGREAH) ở Grenoble, Pháp Họ không còn bảo vệ sáng chế vì vậy Tetrapod được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới, được sản xuất bởi nhiều nhà

thầu.Tại Việt Nam các khối dị hình đã được giới thiệu trong tiêu chuẩn

TCVN9901-2014

Khối Tetrapod được cấu tạo bởi 4 hình nói chụm vào một điểm, chụp theo nhiều góc

cạnh Bê tông dùng để chế tạo khối tối thiểu mác 200, bình thường là 250, 300 Ban đầu xác định trọng lượng khối Tetrapod theo các thông số sóng tính toán qua một phương pháp nhất định nào đó, rồi sau đó dựa vào hình dạng khối và tỷ lệ kích thước các chi tiết mà xác định được đầy đủ các kích thước hình học của khối

Hình 1.11: Sơ đồ kích thước khối Tetrapod [3]

Tetrapod là cơ sở cho các cấu trúc bê tông tương tự để sử dụng trong các đê chắn sóng trong đó tiêu biểu là khối Cube (Mỹ, 1959), Stabit (Anh,1961), Akmon (Hà Lan, 1962), Dolos (Nam Phi, 1963), các Stabilopod (Romania,1969), Seabee (Úc, 1978), các Cube Hollow (Đức, 1991), A-jack (Mỹ, 1998), và các Xbloc (Hà Lan, 2001 ) Tại

Nhật Bản, Tetrapod là từ thường được sử dụng như là một tên chung cho các khối dị hình phá sóng dù cho hình dạng khác

Sản xuất chế tạo các khối dị hình phá sóng đã trở thành ngành của Nhật Bản trong thời

hiện đại Người ta ước tính rằng gần 50 phần trăm của 35.000 km đường bờ biển của

Nhật Bản đã được bảo vệ hoặc thay đổi bởi Tetrapod và các khối phá sóng khác Việc ứng dụng nhiều công nghệ này làm khách du lịch đến đảo Hawaii thường cảm thấy khó khăn để tìm thấy những bãi biển hoang sơ và bờ biển không thay đổi gì, đặc biệt là

ở nửa phía Nam của đảo

Ngày nay, đê chắn sóng mái nghiêng được sử dụng rất nhiều các khối bê tông có hình thù đặc biệt vừa tiêu hao được năng lượng sóng vừa liên kết chắc chắn với nhau Các

khối có các tên gọi: Khối Tetrapod, Tribar, Dolos, Dipod, Stabit, khối mui rùi, khối

chữ T Dưới đây thể hiện 24 loại khối bê tông và bê tông cốt thép dị dạng đã xuất hiện trên nhiều tuyến

b Khối Dolos

Khối dolos (số nhiều dolosse - dịch gần đúng "xương khớp đốt ngón tay", phát âm

gần đúng "dohl-awe-sah") là một khối bê tông trong một hình dạng hình học phức tạp

có trọng lượng lên tới 20 tấn, được sử dụng với số lượng lớn để bảo vệ bờ biển từ các tác động và sự ăn mòn của các yếu tố đến từ đại dưỡng

tiểu bang, các chuyên gia ngành liên bang và tư nhân trong thiết kế kỹ thuật địa mạo sông ngòi và bảo tồn thủy sản đang làm việc với nhau để bảo vệ cơ sở hạ tầng công

cộng quan trọng như đường giao thông và phát triển thương mại và dân cư, trong khi duy trì, cải tạo, phục, hoặc tạo ra môi trường sống dưới nước

c Khối Accropode

Khối Accropode là khối dị hình gia cố do con người tạo bê tông đối tượng được thiết

kế để chống lại các tác động của sóng trên đê chắn sóng và công trình ven biển

Các Accropode được phát triển bởi SOGREAH năm 1981 Accropode sử dụng trong

một lớp duy nhất trên thân đê.- Khối Ecopode như một cục đá được phát triển bởi SOGREAH Một ứng dụng bằng sáng chế đã được nộp trong năm 1996 Các màu sắc

và kiểu dáng đá như thể được chỉ định để phù hợp với cảnh quan xung quanh Năm

1999, SOGREAH đổi hình dạng ban đầu của Accropode (vì được chế tạo vật liệu dư

sáng chế đã được nộp cho hình dạng này được sửa đổi Năm 2004 tiếp tục sửa đổi các hình 1999 đã được thực hiện, kết quả là Accropode II

bê tông đúc sẵn không cốt thép được thiết kế để làm khối phủ bề mặt, bảo vệ các dạng

kết cấu công trình bảo vệ như các tuyến đê song, đê chắn sóng và các kết cấu bảo vệ

bờ Dưới đây là một số đặc tính của khối phủ HARO

Khối HARO là khối bê tông đúc sẵn có hình dáng chung là hình chữ nhật trên mặt

bằng, ở giữa có lỗ rỗng lớn, hai cạnh ngắn của khối được cấu tạo nhô ra đối xứng là các chân ổn định hình nêm Hình dáng đặc biệt này giúp cho khối có cấu tạo cứng

vững và đảm bảo yếu tố độ rỗng (porosity) cao (P = 51%)

Các kích thước chuẩn của khối HARO được trình bày trong hình 1.11

Hình 1.15: Khối HARO và các kích thước tiêu chuẩn [6]

Hình dạng thấp, chắc chắn của khối HARO tạo ra đặc tính cơ lý vững chắc của khối Khoảng trống ở giữa khối giúp toả nhiệt tốt hơn so với các khối đặc (CUBE) khi tiến hành đúc bê tông khối, không xảy ra hiện tượng xuất hiện vết nứt nghiêm trọng như đối với các khối đặc Kết quả nghiên cứu bằng mô hình phần tử hữu hạn 3D và thực nghiệm thí nghiệm phá huỷ động, tĩnh, thả rơi tại các mức tải 150kN và 15kN đối với

khối HARO đều cho kết quả rất tốt

- Độ ổn định của khối bảo vệ bề mặt là quan trọng nhất đối với công trình đê chắn sóng, công trình bảo vệ bờ Để kiểm tra độ ổn định của khối HARO và có kết quả so sánh với các khối khác, một loại các thí nghiệm trên mô hình vật lý đã được tiến hành trong máng sóng 2 chiều của phòng thí nghiệm thuỷ lực thuộc Đại học Ghent (Bỉ)

e Khối Stone – block

Là một loại khối phủ được dùng chủ yếu cho các công trình kè lát mái đê biển hoặc gia

cố bảo vệ chân công trình dưới mái, nó cũng được sử dụng gia cố mái cho các công

trình đê chìm phá sóng và lát mái bảo vệ cho công trình đê tiêu phá sóng dạng hỗn

hợp

Hiện nay, chủ yếu các ĐPS của Việt Nam đều sử dụng khối phủ Tetrapod Nguyên do

chủ yếu là do khối phủ Tetrapod có nhiều ưu điểm hơn các khối phủ khác và do đã mua được bản quyền chế tác Dưới đây là một số công trình sử dụng khối phủ dị hình chođập phá sóng (ĐPS):

f Giới thiệu khối phủ Rakuna – IV

Hình 1.16: Hình dạng khối phủ Rakuna – IV [18]

Rakuna - IV là khối phủ tiêu sóng kiểu mới được phát minh năm 2007 tại Nhật Bản.Hình dáng bên ngoài của Rakuna - IV gần giống với khối phủ Tetrapod song góc cạnh

hơn đặc biệt có thêm bốn hốc ở trên bề mặt giúp tăng khả năng phá sóng, cải thiện liên

kết giữa các khối với nhau, tiết kiện vật liệu

Hiện nay Karuna - IV đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu một số nước như Nhật

Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc v.v… Ở Việt Nam trường đại học Thủy lợi cũng đãnghiên cứu trên mô hình vật lý về loại khối phủ này

Dưới đây là một vài chỉ số đặc trong của khối:

Bảng 1.1: Các chỉ số của khối phủ Rakuna – IV

B ảng 1.2: Trọng lượng và thể tích các loại khối phủ Rakuna – IV [12]

Loại khối Trọng lượng (T) Thể tích (m3)

1.2 Công tác thiết kế kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng

Ở Việt Nam nhiều công trình đập phá sóng cũng đã áp dụng các khối bêtông dị hình tiêu giảm sóng:

(a) các khối Tetrapod 5; 7,6 và 9,7T sử dụng đê phá sóng nhiệt điện Vĩnh Tân, khối Tetrapod (11÷15)T sử dụng đập phá sóng cảng Nghi Sơn I – Thanh Hóa, khối Tetrapod và khối Accropode dùng trong công trình đập phá sóng Dung Quất, khối Tetrapod áp dụng nhiều công trình khác: đập phá sóng cảng Tiên Sa, đập phá sóng

cảng Bạch Long Vĩ, Âu tàu Song Tử Tây – Trường Sa, đập phá sóng Phú Quốc, Bến

cá Đề Ghi – Bình Định, đê biển Đức Long – Bình Thuận…[7]

Hình 1.17: Khối Accopode cho ĐPS nhà máy lọc dầu Dung Quất [7]

(b) Đập phá sóng tường đứng với thùng chìm bêtông cốt thép

Ở Việt Nam hiện nay cũng có nhiều công trình áp dụng kết cấu thùng chìm BTCT như: Cảng Bạch Long Vĩ (Hải Phòng), đảo Đá Tây (quần đảo Trường Sa), đảo Phú Quý (Bình Thuận), cảng Hòn Mắt (Nghệ An), cảng Tiên Sa (Đà Nẵng) [7]

Hình 1.18: Đê chắn sóng cảng Tiên Sa - Đà Nẵng [7]

(c) Đập phá sóng với kết cấu thùng chìm bằng bê tông cốt thép (BTCT)

Kết cấu này xây dựng lần đầu tiên ở cảng Comeau (Canada), một số công trình trên

thế giới: cảng Funakawa (Nhật Bản), cảng Than (Trung Quốc), đập phá sóng cảng Volti – Genoa, Mantelli, La Spiza (Italy), đập phá sóng cảng Hanstholm (Đan

Mạch)…

Ở Việt Nam chưa áp dụng kết cấu này

(d) Đập phá sóng ống vải địa kỹ thuật

Ở Việt Nam đã sử dụng bảo vệ bờ biển Long Hải, Vũng Tàu, làm kè mỏ hàn, chắn sóng Tam Hải (Quảng Nam)…

(e) Đập phá sóng sử dụng cọc trụ ống bêtông cốt thép và cọc cừ vây

Ở Việt Nam, đập phá sóng bằng cừ lần đầu tiên được áp dụng trong công trình nhà máy nhiệt điện Kiên Lương, Hà Tiên, với cừ Lasen bằng bêtông cốt thép có chiều rộng 1m và dài từ 28 đến 44m, nặng 15 đến 25 tấn, được sản xuất theo công nghệ độc quyền của hãng Misubishi (Nhật Bản)

Hình 1.19: Đê chắn sóng nhà máy nhiệt điện Kiên Lương, Hà Tiên [7]

Kết luận chương 1

Việt Nam là đất nước có bờ biển dài, các hoạt động từ các loại hình vận tải biển, cảng

biển đang triển nhanh chóng ở nước ta và các nước trên thế giới Trong khi việc áp

dụng các kết cấu bảo vệ an toàn cho các công trình cảng biển, bảo vệ bờ ở nước ta sử

dụng vật liệu, công công nghệ tiên tiến còn nhiều hạn chế; vì vậy việc nghiên cứu đề

xuất các phương án kết cấu đảm bảo an toàn cho các công trình cảng biển là việc quan

trọng và cần thiết để ứng phó với tình hình khí hậu ngày càng phức tạp đảm bảo an toàn cho an ninh quốc phòng và phát triển kinh tế xã hội

Việc xây dựng ĐPS là vô cùng cần thiết nhưng rất tốn kém và phức tạp trong môi trường biển chịu tác động liên tục của sóng, gió, dòng chảy Nghiên cứu lựa chọn kết

cấu bảo vệ mái đập để đảm bảo kinh tế kỹ thuật là một nội dung quan trọng trong việc thiết kế ĐPS

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN LỰA CHỌN KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐẬP PHÁ SÓNG

2.1 C ơ sở pháp lý thiết kế kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng

Việc tính toán thiết kế đập phá sóng phải tuân thủ các quy định như Luật xây dựng

2014, luật Tiêu chuẩn, Quy chuẩn 2006 và một số văn bản pháp lý và hành chính- kỹ thuật khi áp dụng

Trong quá trình nghiên cứu, tính toán thiết kế phải tuân theo các tiêu chuẩn quy phạm sau (và không hạn chế):

- Tiêu chuẩn về thiết kế đê biển TCVN 9901-2014 [3]

- Công trình bến cảng biển, tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 207-92, Bộ Giao thông Vận tải (1992) [14]

- Tải trọng tác độn do sóng và tàu lên công trình thủy, tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN

222-95 Bộ Giao thông Vận tải (1995) [15]

- Quy chuẩn Việt Nam về số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựn QCVN 02:2009/BXD.Bộ xây dựng (2009) [16]

Thành phần, khối lượng khảo sát địa hình: Áp dụng Tiêu chuẩn TCVN 8478- 2010 [21]

- Ngoài ra cũng áp dụng các quy định sau:

+ Tài liệu thu thập có thời gian không quá 05 năm đối với vùng bãi trước cảng ổn định

và không quá 01 năm đối với vùng bãi đang bồi hoặc xói

+ Để tính toán truyền sóng từ vùng nước sâu vào vị trí chân công trình cần khảo sát ít

nhất 01 mặt cắt ngang đại diện (vuông góc với hướng của cảng) từ mép nước tới khu

vực ngoài khơi có độ sâu trên 10m

Trong tính toán thiết kế kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng chiều dày khối phủ có thể xác định theo:

2.2 Cơ sở thiết kế kết cấu bảo vệ mái đập phá sóng

2.2.1 Theo TCVN 9901 – 2104:

Chiều dầy khối phủ tính toán theo công thức sau:

2 3

sp B

δB là chiều dày lớp bảo vệ mái, m;

γB là khối lượng riêng của vật liệu khối phủ, t/m3

;

γ là khối lượng riêng của nước biển: γ = 1,03 t/m3

;

φ là hệ số phụ thuộc vào hình dạng và cách lắp đặt các cấu kiện

HSp là chiều cao sóng thiết kế

ξ là hệ số sóng vỡ:

s

s

LH

tgα

ξ =

Ls là chiều dài sóng thiết kế (m);

Hs là chiều cao sóng thiết kế (m);

2.2.2 Theo tiêu chuẩn thiết kế của Nhật Bản:

Trọng lượng khối phủ được tính theo công thức Hudson:

(2.3) Trong đó:

W : Trọng lượng khối bảo vệ (T);

X : Tỉ số tương đối giữa dung trọng khối bảo vệ so với dung trọng nước, xác định như sau: X= Wr/(Ww – 1);

Wr: Dung trọng khối bảo vệ (T/m3); Ww: Dung trọng nước (T/m3);

α: Góc mái dốc; KD : Hệ số ổn định

Trọng lượng tính theo công thức trên là trọng lượng tối thiểu dùng cho các phân đoạn

đê, tuy nhiên khi dùng ta còn phải tăng giảm khối lượng lên theo các yêu cầu sau:

Khối phủ được đặt trong vùng sóng vỡ thì trọng lượng tăng lên từ 10%-25% so với trường hợp không có sóng vỡ

Vùng đầu mũi đê thì trọng lượng tăng lên từ 20%-30% so với trọng lượng tính toán cho thân đê

Mái đê phía trong bể cảng (mái đê 2) sóng giảm nhiều nên trọng lượng khối phủ có thể

giảm 30% so với mái đê phía biển (mái đê 1)

Trọng lượng khối phủ phía trong

Việc tính toán khối phủ phía trong là rất phức tạp, các thay đổi về cấu tạo của đê chắn sóng sẽ làm thay đổi khá lớn về kinh phí xây dựng và có thể ảnh hưởng đến mức độ an toàn của công trình, kết quả tính toán lựa chọn cần được kiểm chứng nghiệm mô hình

vật lý để đưa ra trọng lượng khối phủ hợp lý nhất Trong trường hợp không thể kiểm

chứng bằng thí nghiệm mô hình vật lý thì trọng lượng khối phủ phía trong được lựa

Chiều dày và phạm vi của lớp phủ

2.2.3 Chiều dày khối phủ mặt được xác định theo tiêu chuẩn Anh

công Đê chắn sóng.Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.” (BS 6349)

(2.4)Trong đó :

tci : Chiều dày lớp phủ mặt tương ứng với mái i (m);

n: Số lớp khối phủ ; KΔ : Hệ số lớp

Wci : Trọng lượng tính toán của khối phủ mặt (t);

γm : Trọng lượng riêng của vật liệu làm khối phủ (2.4 t/m3

);

g : Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2

Trọng lượng và chiều dày lớp đá lót

Trọng lượng lớp lót dưới: Theo BS 6349, trọng lượng lớp lót dưới được tính như sau:

(2.5) Trong đó:

Wu : Trọng lượng lớp lót (T);

W : Trọng lượng khối phủ mái (T)

Chiều dày lớp lót dưới: Chiều dày lớp lót dưới được xác định theo công thức 5 –tiêu chuẩn Anh (BS 6349)

(2.6) Trong đó :

tui : Chiều dày lớp lót dưới tương ứng với mái i (m);

n : Số lớp đá n=2;Wr : Trọng lượng riêng vật liệu (2,59 t/m3)

KΔ : Hệ số KΔ=1.15 (Đá xếp ngẫu nhiên) ; W : Khối lượng đá danh định;

Lõi đê và lớp đệm: Lõi đê sử dụng vật liệu đá không phân loại, trọng lượng đá lõi đê được chọn theo cấu tạo bằng (1/4000 - 1/200) Wa Đá với cấp phối 5-500kg được sử

dụng để làm lõi đê

Lớp đệm được sử dụng với mục đích là để ngăn lún và giảm xói chân đê Lớp đệm thường làm từ đá có trọng lượng từ (0,5-23)kg Chiều dày lớp đệm từ (60 -150)cm

2.3 Tính toán lực tác động lên kết cấu

2.3.1 Các thông số trong tính toán kết cấu

Một tuyến đập được phân chia làm 3 phân đoạn:

Đầu đập: Một phân đoạn sát cửa cảng

Thân đập: Đoạn dài nhất chiếm tới 70-80% tổng chiều dài của tuyến đê chắn sóng và được chia nhỏ thành nhiều phân đoạn

- Với tác dụng khác nhau hệ thống đê yêu cầu có quy hoạch khác nhau nhằm đạt

hiệu quả cao nhất Đặc biệt là việc bố trí quy hoạch tuyến đập, khoảng cách các tuyến, chiều dài tuyến v.v…

- Lựa chọn dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, trên cơ sở xem xét: Sự phù hợp quy hoạch tổng thể phát triển toàn vùng, điều kiện địa hình, địa

ất, diễn biến cửa sông bờ biển, vị trí công trình hiện có và công trình xây dựng

theo quy hoạch, an toàn thuận lợi trong xây dựng quản lý, khai thác đê cả khu vực được đê bảo vệ, bảo vệ các di tích văn hóa, lịch sử và địa giới hành chính

Một số hình dạng tuyến đập phá sóng

Hình 2.1: Các dạng công trình bảo vệ bờ biển [8]

2.3.3 Tính toán lan truyền sóng

a T ốc độ gió

Tốc độ gió tính toán w10, m/s, là tốc độ gió lấy trung bình trong 10 min tự ghi của máy

đo gió ở độ cao 10 m trên mặt nước:

w10 = kl.kđ.k10.wt (2.7) trong đó: wt là tốc độ gió thực đo, lấy trung bình trong 10 min tương ứng với tần suất thiết kế;

k10 là hệ số chuyển đổi sang vận tốc gió ở độ cao 10 m trên mặt nước biển, xác định theo bảng 2.1:

kl là hệ số tính lại tốc độ gió đo được bằng máy đo gió:

kl = 0,675 +

t

w

5,4

ngại vật cao hơn 10 m so với mặt đất;

3) Dạng địa hình C là khu vực trong thành phố với các nhà cao hơn 25 m

b Đà gió

Đà gió xác định theo thực tế ở địa điểm dự báo, ký hiệu là D, đơn vị là km Cách xác định đà gió như sau:

 Đối với các vùng nước hẹp (vịnh, có nhiều đảo chắn gió ở phía ngoài v.v…),

đà gió D xác định theo phương pháp đồ giải "đà gió tương đương” De, xem hình 2.2:

Hình 2.2: Xác định đà gió tương đương De

Từ vị trí dự báo vẽ một đường thẳng theo hướng gió chính (tia xạ chính), đường này

có i = 0, α = 00

;

- Trong phạm vi ± 450của hai phía tia xạ chính, cứ 7,50 vẽ một tia xạ, góc của các tia

xạ thứ i là αi: αI= 7,5.i Khoảng cách đến trên gió là ri Đà gió tương đương De

là trị số trung bình hình chiếu của các trị số rilên tia xạ chính:

 Đối với vùng không có yếu tố địa hình hạn chế, giá trị trung bình của đà gió D,

m, được xác định theo công thức:

w là tốc độ gió tính toán cho trước (tương ứng với tần suất thiết kế), m/s;

ν là hệ số nhớt động học của không khí: ν = 10-5 m2/s;

 Giá trị lớn nhất của đà gió, ký hiệu là Dmax, được xác định theo bảng 2.3:

Bảng 2.3: Giá trị lớn nhất của đà gió

Đà gió lớn nhất, Dmax , km 1 600 1 200 600 200 100

 Tốc độ gió tính toán khi đà gió nhỏ hơn 100 km được xác định theo số liệu quan trắc thực tế đối với tốc độ gió cực đại hàng năm, không xét đến độ dài thời gian có gió;

 Khi đà gió lớn hơn 100 km, tốc độ gió tính toán phải xác định có xét đến sự phân bố tốc độ gió theo không gian

H

6 Đường trung bình sóng

2.3.4 Các đặc trưng thống kê của sóng

Sóng là một quá trình ngẫu nhiên nên các yếu tố sóng có thể tuân theo một quy luật

thống kê nhất định Để dự báo sóng, cần xác định các đặc trưng thống kê sau đây của sóng:

a Giá trị trung bình chiều cao của một bộ phận sóng lớn nào đó trong liệt sóng đo đạc:

- Chiều cao sóng trung bình, ký hiệu Hspj hoặc H s cộng chiều cao tất cả các sóng liên

tục đo được chia cho tổng số con sóng N:

- Chiều cao trung bình của 1/3 con sóng lớn, ký hiệu Hs1/3 (còn gọi là sóng có ý nghĩa):

sắp xếp chiều cao N con sóng đo được theo thứ tự từ lớn đến bé, trích ra N/3 con sóng

từ trên xuống, tính trị số trung bình của chiều cao số sóng đó:

Hs1/3 = ∑

= 3

- Chiều cao trung bình của 1/10 sóng lớn Hs1/10: sắp xếp chiều cao của tất cả N con sóng

đo được theo thứ tự từ lớn đến bé, lấy ra N/10 trị số đầu tiên và tính trung bình của chúng:

Hs1/10 = ∑

= 10

b Giá trị chiều cao sóng tần suất luỹ tích Hsp%:

- Chiều cao sóng có tần suất 1 % (Hs1%): 1 % số con sóng thống kê có chiều cao bằng

Trong vùng nước sâu: Hs1% = 2 , 42 Hs

s

% 5

s 1 , 95 H

H =

s

% 13

s 1 , 61 H

% 13 s s 3

/ 1

s 1 , 60 H H

H = ≈

s 10

/ 1

s 1 , 64 H

H = (2.15)

s 10

/ 1

d Chiều cao sóng tính toán không lớn hơn 78 % chiều cao h vì ở giới hạn đó sóng sẽ

đổ Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ có thể lấy Hs1/3 = 0,6 h Chu kỳ sóng không đều có thể biểu thị bằng chu kỳ trung bình của sóng Ts

e Chiều dài sóng được tính toán theo công thức:

22

2

(2.16) trong đó:

Ls là chiều dài sóng, m;

g là gia tốc trọng trường, m/s2

;

s

T là chu kỳ trung bình của sóng, s;

h là là độ sâu mực nước tại điểm tính toán, m

f Tính toán các yếu tố sóng do gió theo phương pháp Bretshneider

Phương pháp Bretshneider dựa trên giả thiết là sóng sinh ra do gió trong khu vực trong điều kiện bão thiết kế, phù hợp khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp trên hướng gió thổi Các yếu tố sóng tính theo phương pháp này áp dụng các công thức sau:

, 0 2 2

530 , 0 tanh

0125 , 0 tanh 530

, 0 tanh 283 , 0

w gh w

gD w

gh w

25 , 0 2 375

, 0 2

833 , 0 tanh

077 , 0 tanh 83

, 0 tanh 2 , 1 2

w gh w

gD w

gh w