Bài giảng Đê chắn sóng mái nghiêng

Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Chương 4 ĐÊ CHẮN SÓNG MÁI NGHIÊNG 4.1. Điều kiện áp dụng Đê chắn sóng mái nghiêng được sử dụng ở những nơi có địa chất không cần tốt lắm, độ sâu không quá 20m. Đê chắn sóng mái nghiêng được ứng dụng rộng rãi nhằm tận dụng được các vật liệu sẵn có, tại chỗ: đá, bêtông v.v... Ngoài ra đê chắn sóng mái nghiêng còn ứng dụng nhiều khối bêtông có hình thù kì dị nhằm tiêu hao năng lượng sóng và liên kết với nhau. Đê mái nghiêng có các ưu nhược điểm sau: ưu điểm: - Tận dụng được vật liệu địa phương; - Tiêu hao năng lượng sóng tốt, sóng phản xạ ít, nhất là khi mái nghiêng có độ nhám cao; - Thế ổn định tổng thể khá vững chắc vì là các vật liệu rời. Nếu xảy ra mất ổn định cục bộ. Do đó đê mái nghiêng thích hợp với hầu hết các loại nền đất. - Cao trình đỉnh đê mái nghiêng thấp hơn so với đê tường đứng; - Công tác điều tra cơ bản nền đất ít tốn kém hơn (lỗ khoan thưa và nông); - Công nghệ thi công đơn giản có thể kết hợp hiện đại và thủ công. Nhược điểm: - Tốn vật liệu gấp hai, ba lần so với tường đứng ở cuìng một độ sâu; - Không thể sử dụng mép ngoài để neo cập tàu; - Đoạn gần cửa cảng giảm bề rộng hữu ích; - Khi muốn làm đường gia thông trên mặt đê phải dùng các khối bê tông đỉnh; - Tốc độ thi công chậm so với tường đứng ở cùng độ sâu. Mặc dù có các nhược điểm trên, đê chắn sóng mái nghiêng vẫn là giải pháp kết cấu thông dụng cho tất cả các nước. ỏ Việt nam, kết cấu đê chắn sóng mái nghiêng có mặt tại mọi bể cảng đã thi công và đang thiết kế: Phú quý, bạch long vĩ, Phan thiết, Vũng áng, Chân mây, Dung quất, Liên chiểu... Dựa vào đặc điểm vật liệu và đặc thù cấu tạo, kết cấu đê chắn sóng mái nghiêng được phân loại thành: Đê mái nghiêng bằng đá; Đê mái nghiêng với khối bêtông gia cố hình hộp; Đê mái nghiêng với các khối bêtông phức hình. 4.2. Các bộ phận cơ bản của đê mái nghiêng. 4.2.1. Kết cấu chân khay. 4-1 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Chân khay được đưa vào đê giữ lớp phủ chính và chống xói. Chân khay thường được làm bằng đá đổ tuy nhiên trong một số trường hợp phải dùng khối bê tông do kích thước lớn. Hình 4- 1. Chân khay đê chắn sóng mái nghiêng Trong trường hợp chân khay nằm trên đất nền có thể bị xói thì độ sâu bảo vệ của chân khay phải được xác định có tính đến phần dự phòng khả năng xói. 4.2.2. Kết cấu khối bê tông đỉnh. Khối bê tông đỉnh được xây dựng nhằm mục đích tăng ổn định tổng thể, phục vụ giao thông, khối bê tông đỉnh có thể có gờ hắt sóng để giảm cao trình đỉnh đê. - Khối bê tông đỉnh hình chữ nhật. Hình 4- 2. Khối bê tông đỉnh chữ nhật. - Khối bê tông đỉnh chữ nhật có chân. Hình 4- 3. Khối bê tông đỉnh chữ nhật có chân. - Khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng. 4-2 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Hình 4- 4. Các khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng. - Khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng và có chân. Hình 4- 5. Các khối bê tông đỉnh có gờ hắt sóng, có chân. 4.3. Kết cấu thân đê 4.3.1. Đê mái nghiêng bằng đá. Đá là vật liệu chiếm tỷ lệ lớn của đê mái nghiêng và thường được cung cấp tại chỗ. Mặt khác đá không bị hạn chế bởi độ sâu nước. Trong kết cấu của đá được phân thành 5 loại theo trọng lượng: Bảng 4-1 Phân loại đá Loại đá đá vụn I II III IV V Trọng lượng (kg) 5 5÷100 100÷1500 1500÷4000 4000÷8000 >8000 Đê mái nghiêng bằng đá có thể phân thành nhiều lớp, kích thước bên ngoài phụ thuộc vào chiều cao sóng. Kích thước đá của lớp lõi được xác định sao cho đảm bảo về mặt kinh tế. 4-3 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Để chung chuyển kích thước giữa lớp lõi và lớp phủ mặt cần phải làm lớp đệm. Nguyên tắc xác định đường kính của viên đá lớp đệm là sao cho nó không bị lọt ra bên ngoài lớp phủ mặt kết cấu. Hình 4- 6. Đê mái nghiêng bằng đá. 4.3.2. Đê mái nghiêng bằng khối bêtông hình hộp Khi kích thước của lớp bên ngoài lớn hơn so với điều kiện cung cấp ta cần thay nó bằng các khối bêtông. Các khối bêtông hình lập phương và khối hộp là một trong các phương án phủ mặt đê mái nghiêng. Chúng được sử dụng ở mọi độ sâu với chiều cao sóng từ 5÷6m, trọng lượng từ 10÷50T. Các khối bêtông hình hộp có nhược điểm: trọng lượng lớn nhưng sự liên kết giữa các khối không bằng khối kỳ dị. Tuy nhiên các khối hình hộp vẫn được sử dụng làm lớp phủ mặt ngoài của thềm đá hoặc gia cố phần mái nghiêng bên trong nơi có chiều cao sóng bé. Một số dạng kết cấu của đê mái nghiêng với khối bêtông hình hộp như sau: Hình 4- 7. Đê mái nghiêng bằng khối hộp. 4.3.3. Đê mái nghiêng bằng khối kỳ dị: Để tăng sự liên kết giữa các khối với nhau đối với những nơi có tải trọng sóng lớn người ta thay khối chữ nhật bằng các khối kỳ dị. Các khối kỳ dị ngoài ra còn có khả năng tiêu sóng tốt với mọi chiều cao sóng neo, do đó giảm áp lực nên đê mái nghiêng. Khối kỳ dị thường được sử dụng để phủ mặt ở phía bên ngoài và phía bên trong ở phần đầu đê. Các khối kỳ dị có thể khác, tuy nhiên ở Việt Nam thông dụng nhất là tetrapot. Dưới lớp phủ mặt có thể có lớp đệm đá phụ thuộc kích thước của lớp ngoài và vật liệu lõi. Lớp lõi được xác định giống như đê mái nghiêng bằng đá. Kết cấu điển hình của đê mái nghiêng với khối kỳ dị có thể như sau: 4-4 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Hình 4- 8. Đê mái nghiêng bằng khối Tetrapode Hình 4- 9. Cấu tạo đê mái nghiêng bằng khối Tribar. Hình 4- 10. Cấu tạo đê mái nghiêng bằng khối Hohlquader. Hình 4- 11. Cấu tạo đê mái nghiêng bằng khối Dolos. 4-5 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Hình 4- 12: Cấu tạo đê mái nghiêng bằng khối Stabit. 4.4. Xác định trọng lượng các khối phủ mái Lực tác dụng của sóng lên mái nghiêng được gia cố bởi các khối vật liệu rời là nguyên nhân dịch chuyển của các khối gia cố. Sự dịch chuyển của các khối gia cố có thể là trướt, quay, hoặc bị nâng ra ngoài lớp gia cố. Để cho khối gia cố có thể nằm ổn định trên mái dốc nó phải có khối lượng tương ứng với tham số sóng tác động. Các công thức xác định khối lượng gia cố chủ yếu được thiết lập bằng thực nghiệm. 4.4.1. Các thông số ổn định. Dòng chảy do sóng tạo ra tác động lên khối gia cố được mô tả theo phương trình Morison bao gồm các lực: Lực kéo FD; lực nâng FL và lực quán tính FT. Lực giữ ổn định của khối gia cố là trọng lực FG. Thực tế cho thấy lực kéo và lực nâng vượt trội so với lực quán tính nên hộ số ổn định có thể coi bằng tỷ số: nnwS nw G LD Dg v Dg vD F FF ∆=−= + 2 3 22 )( ρρ ρ (4-1) Trong đó: Dn = V1/3; V - thể tích khối gia cố; Sρ và Wρ - khối lượng riêng của vật liệu làm khối và nước; v - vận tốc dòng chảy tính toán. Với sóng vỡ v ≈ (gH)1/2 khi đó chỉ số ổn định được xác định theo công thức: n S D HN ∆= ; 1−=∆ w s ρ ρ . Độ ổn định của vật liệu hoặc mức độ mức độ bị phá hỏng được thể hiện qua điều kiện: ....321 cba n S KKKD HN ≤∆= (4-2) Trong đó các chỉ số phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác ngoài H, ∆ và Dn. Các điều kiện cân bằng đơn giản khi khối lượng gai cố đạt trạng thái ổn định dưới tác dụng của sóng được thể hiện bằng một số công thức của các tác giả: 4-6 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng αcos.K D H n =∆ Svee (1962); (4-3) 3/1)cot( αgK D H n =∆ Hudson (1958, 1959); (4-4) )sincostan( ααϕ −=∆ KD H n Irribarren (1938). (4-5) Trong đó: α - Góc nghiêng của mái dốc; ϕ - Góc nội ma sát của vật liệu gia cố; K - Hệ số thể hiện mức độ bị phá hỏng của lớp gia cố. Các thông số của sóng, kết cấu và một số thông số tổng hợp ảnh hưởng đến độ ổn định của khối gia cố có thể liệt kê như sau: 4.4.1.1. Thông số sóng: -Chiều cao sóng tính toán: Hs, H1/3, Hmo , H1/10; -Chiều dài sóng tính toán: Lm, Lom , LP; -Độ dốc sóng tính toán: Sm, Som , SP; -Hình dạng của phổ sóng: JONSWAP, P-M, TMA; -Chiều sâu nước h; -Góc tới của sóng β; -Số sóng NZ; -Khối lượng riêng của nước Wρ . 4.4.1.2. Các thông số kết cấu. -Hình dạng kết cấu bao gồm: góc nghiêng mái dốc, độ vượt cao so với mực nước tĩnh...; -Khối lượng riêng của khối gia cố Sρ ; -Cấp phối đá đổ dn50, d15, d85; -Khối lượng M và hình dạng của khối; -Mật độ, cách đặt và độ dày của lớp gia cố; -Độ rỗng, độ thẩm thấu của lớp lót và tầng lọc, lớp lõi. 4.4.1.3. Các thông số tổng hợp. 1−=∆ W S ρ ρ n S D HN ∆= SPM (1984) 3/1* −= PSS SNN Alirenp (1987) 4-7 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng n mS D gTNTH =00 Van der Meer (1988) om m S αξ tan= Battjes (1974) Trong đó: SP - Độ dốc sóng với chu kỳ đỉnh phổ; Tm - Chu kỳ trung bình; 2 2 m S om gT HS π= . 4.4.2. Độ phá hỏng của lớp gia cố. Độ hỏng của lớp phủ được đặc trưng bởi số khối dịch chuyển hoặc diện tích bị xâm thực. Cả hai trường hợp đều liên quan đến thông số sóng. Các thông số phá hỏng bao gồm: d, Nod và S, trong đó cách xác định chúng theo các tác giả như sau: - Độ dịch chuyển tương đối trên cùng một diện tích: Số khối bị dịch chuyển D = Tổng số khối trên cùng một diện tích - Số khối dịch chuyển với dải bề rộng Dn (Vandem) Số khối dịch chuyển khỏi lớp gia cố Nod = Bề rộng phân đoạn kiểm tra/Dn - Số khối tương đối dịch chuyển trên toàn bộ bề dày lớp phủ (Vander mer): a od N N , Na số khối trên bề rộng dải Dn. - Phần trăm xâm thực trên thể tích gia cố (Hudson) Diện tích xâm thực trung bình trên mặt cắt D = Diện tích trung bình của mặt cắt x100% - Diện tích xâm thực tương đối (Broderick) 2 50n e D AS = Trong đó: Nod = G(1-P)S; P- Độ rỗng; G- Chỉ số phụ thuộc vào cấp khối của vật liệu gia cố. 4.4.3. Phân loại sự phá hỏng. - Không hỏng: không có khối nào bị chuyển, S=0. - Bắt đầu hỏng: rất khó bị di chuyển. Mức độ này được coi là không hỏng đối với nhiều công thức tính toán khối lượng khối gia cố. Có 0 ÷5% khối bị dịch chuyển. 4-8 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng - Hỏng tương đối: các khối bị dịch chuyển nhưng lớp lót hoặc tầng lọc ngược không bị lồi ra ngoài. - Hỏng không sử dụng được: lớp lót và tầng lọc ngược bị phá dưới tác dụng của sóng. Các chỉ số phá hỏng theo 4 trạng thái trên được nhiều tác giả xác định qua thực nghiệm với các khối khác nhau. Bảng 4-2. Độ phá hỏng D với 2 lớp gia cố: Khối Góc nghiêng Bắt đầu hỏng Hỏng tương đối Không dùng được Tác giả Đá(1) 1: 2 ÷ 1: 3 0 ÷ 5% 5 ÷ 10% ≥ 20% Jackson-1968 Khối lập phương(2) 1 : 1,5 ÷ 1: 2 - 4% - Brorsen, Barcharth và Larsen - 1974 Dolose(2) 1 : 1,5 0 ÷ 2% - ≥ 15% Barcharth -1992 Accopode(3) 1 : 1,33 0% 1 ÷ 5% ≥ 10% Barcharth -1998 (1) D được xác định là % thể tích bị xâm thực; (2) D được xác định là % khối bị dịch chuyển một khoảng lớn hơn Dn; (3) Được phủ 1 lớp gia cố. Bảng 4-3. Độ phá hỏng Nod với hai lớp gia cố (Vander Meer - 1988) Khối Góc nghiêng Bắt đầu hỏng Hỏng tương đối Không dùng được Khối lập phương 1 : 1,5 0 - 2 Dolose 1 : 1,5 0 - 1,5 Accopode 1 : 1,33 0 - 0,5 Bảng 4-4. Độ phá hỏng S cho 2 lớp phủ (Vander Meer) 1988. Khối Góc nghiêng Bắt đầu hỏng Hỏng tương đối Không dùng được Đá 1 : 1,5 2 3 ÷ 5 8 Đá 1 : 2 2 4 ÷ 6 8 Đá 1 : 3 2 6 ÷ 9 12 Đá 1 : 4 ÷ 1 : 6 2 8 ÷ 12 17 4.4.4. Dự báo độ phá hỏng. Đối với các công trình đã được xây dựng, các khối gia cố có thể bị dịch chuyển nếu chụi tác động của sóng lớn hơn sóng thiết kế hoặc đối với nhiều con sóng xấp xỉ sóng thiết kế. Để có thể xác định được công trình có chịu được tác động của con sóng tiếp theo hay không cần phải thực hiện công tác dự báo phương pháp dự báo được sáng lập bởi 4-9 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Melby và Kobayashi (1998, 1999). Phương pháp dự báo dựa trên các kết quả thực nghiệm, ta có: ( ) ( ) ( )( ) ( )4/14/14/1 5 025,0 n nm ns n ttT N tStS −+= ; tn ≤ t≤tn+1 (4-6) Hoặc: ( ) ( ) ( )( ) ( )4/14/14/1 5 022,0 n np nmo n ttT N tStS −+= ; tn ≤ tn+1 Trong đó: 2 50n e D AS = ; 50n S S D H N ∆= ; 50n mo mo D H N ∆= ; 1−=∆ w S ρ ρ tn là thời điểm bắt đầu cơn bão n, t là thời điểm cuối cơn bão n. Độ lệch quân phương của S được xác định theo: 65,05,0 SS =σ . Các kích thước khác liên quan đến độ phá hỏng được xác định theo các công thức: 5,046,0 SE = ; 4)8,7(00007,026,0 −−= SEσ SCC 1,00 −= ; 20 )7(002,0098,0 −−+= SCC σσ 5,04,4 SL = Trong đó: ;2 50n e D AS = ; 50n e D dE = ; 50n e D dC = ; 50n e D I L = (4-7) Các đại lượng trên được xác định trên hình vẽ sau: Hình 4- 13. Sơ đồ xác định các độ phá hỏng C0 - chiều dày lớp phủ khi chưa hỏng; Sσ , Cσ - độ lệch chuẩn của chiều dày xâm thực và chiều dày còn lại của lớp phủ. 4-10 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng 4.4.5. Các công thức xác định kích thước hoặc khối lượng khối phủ: Các công thức này được thành lập dựa trên cơ sở các thí nghiệm trên mô hình vật lý. Các thí nghiệm này chưa bao hàm hết các điều kiện về sóng và công trình nên các công trình thực tế cần phải kiểm tra tiếp trên mô hình vật lý. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của khối gia cố có thể là: - Dạng khối; - Thông số sóng nước sâu hoặc nước nông; - Cao trình đỉnh đê; - Công trình có kết cấu đỉnh hoặc không có kết cấu đỉnh. Với các công trình cho sóng tràn qua thì kích thước của viên đá trên mái nghiêng phía biển sẽ nhỏ so với công trình sóng không tràn, còn kích thước của các viên đá trên mặt và mái dốc sau thì tăng lên. Theo cao trình đỉnh đê được chia thành 3 loại: - Không tràn hoặc tràn ít; - Cao trình thấp, cho sóng tràn qua nhưng vẫn cao hơn mực nước lặng; - Công trình ngập, có cao trình thấp hơn mực nước lặng. 4.4.5.1. Khối phủ đá đổ a. Công thức Hudson cho đá phủ hai lớp, sóng không điều hoà và không tràn qua công trình: 3/1 50 )cot( αD n K D H =∆ hoặc αρ ρ ρ cot1 3 3 50 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − = w S D S K H M (4-8) Trong đó: H - Chiều cao sóng tính toán (HS hoặc H1/10); Dn50 - Đường kính viên đá lập phương tiêu chuẩn; M50 - Khối lượng viên đá 50%, ; 35050 nS DM ρ= Sρ - Khối lượng riêng của đá; Wρ - Khối lượng riêng của nước; ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=∆ 1 W S ρ ρ ; α - Góc nghiêng của mái dốc; KD- Hệ số ổn định. 4-11 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Bảng 4-5. KD với H=HS và góc nghiêng của mái dốc 1,5 ≤ cotα ≤ 3,0 Độ phá hỏng D(4) (%) Sóng vỡ Không vỡ Sóng vỡ Không vỡ Loại đá Sắp xếp (0 ÷ 5)% (0 ÷ 5)% (5 ÷ 10)% (10 ÷ 15)% Trơn tròn Tự do 2,1 2,4 3,0 3,6 Góc tròn Tự do 3,5 4,0 4,9 6,6 Góc tròn Xếp(3) 4,8 5,5 - - Bảng 4-6. KD với H=H1/10 (SPM 1984) Độ phá hỏng D(4)= (0 ÷5) % Loại đá Sắp xếp Sóng vỡ(1) Không vỡ(2) Trơn tròn Tự do 1,2 2,4 Góc tròn Tự do 2,0 4,0 Góc tròn Xếp(3) 5,8 7,0 (1) Sóng vỡ: sóng nước nông, sóng vỡ trước mái nghiêng; (2) Sóng không vỡ: sóng vỡ nước sâu trước mái nghiêng; (3) Xếp: trục của viên đá được xếp vuông góc với mặt mái nghiêng; (4) D: Phần trăm thể tích của khối gia cố bị dịch chuyển trong vùng bị ảnh hưởng của sóng. b.Công thức Vander Meer cho đá phủ hai lớp sóng không điều hoà, không tràn qua công trình. 5,01,018,02,0 50 .2,6 −−=∆ mzn S NPS D H ξ ; Plunging Waves: ξm < ξmc (4-9) P mz n S NPS D H ξα 5,01,013,02,0 50 )(cot0,1 −−=∆ ; Surging Waves: ξm < ξmc αξ tan5,0−= mm S ; ( )[ ] ( )5,0/15,031,0 tan2,6 += Pmc P αξ . Trong đó: HS - Chiều cao sóng đáng kể tại chân công trình; Dn50- Đường kính viên đá tiêu chuẩn 50%; Sρ - Khối lượng riêng của đá; wρ - Khối lượng riêng của nước; ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=∆ 1 W S ρ ρ ; S - Diện tích xâm thực tương đối; P - Độ thẩm thấu ước lượng; Nz - Số sóng; α - góc nghiêng của mái dốc; Sm - độ dốc sóng Sm = HS/Lom; 4-12 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Lom - Chiều dài sóng nước sâu tương ứng với chu kỳ trung bình. Hình 4- 14. Sơ đồ xác định độ thẩm thấu ước lượng Miền ứng dụng: -Các công thức của Van der Meer áp dụng cho sóng nước sâu với sóng nước nông cần thay HS bởi H2%/1,4; -Khi cotα ≥ 4,0 chỉ có phương trình thứ nhất được sử dụng; -Với NZ ≤ 7500; -Với 0,1≤ P ≤ 0,6; 0,005 ≤ Sm ≤ 0,06; 2,0T/m3≤ Sρ ≤ 3,1T/m3. c. Công thức Powell và Allsop cho đá hai lớp phủ, sóng tràn qua đập đỉnh thấp (nhưng không phải là ngập) không điều hoà. ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ∆= − 50 3/1exp n S p a od D HbSa N N hoặc ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=∆ a odp n S N N ab S D H 1ln 3/1 50 (4-10) Trong đó hệ số thực nghiệm a và b được tra bảng phụ thuộc vào RC và độ sâu h. Nod và Na là số khối dịch chuyển khỏi lớp phủ và tổng số khối của lớp phủ. Bảng 4-7. Giá trị của a,b RC/h a. 104 b Độ dốc sóng HS/LP 0,29 0,07 1,66 < 0,03 0,39 0,18 1,58 < 0,03 0,57 0,09 1,92 < 0,03 0,38 0,59 1,07 > 0,03 Vander Meer đề nghị công thức của mình cho trường hợp không tràn, cho trường hợp sóng tràn bằng cách thay Dn50 bằng fiDn50. Trong đó hệ số hiệu chỉnh fi lấy bằng: 1 2 8,425,1 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= π op S C i S H Rf (4-11) RC - độ vượt cao của công trình so với mực nước lặng; 4-13 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng op S op L HS = ; Lop- chiều dài sóng nước sâu tương ứng với chu kỳ đỉnh phổ. Giới hạn áp dụng: 052,0 2 0 << π op S C S H R . d. Công thức Van der Meer cho đá hai lớp phủ của đê ngập, sóng không điều hoà: - Công thức này dùng để xác định kích thước viên đá ở mặt trước, mặt trên và mặt sau công trình: )14,0exp()1,01,2( * ' S c NS h h −+= (4-12) Trong đó: h - độ sâu nước; h’c - chiều cao công trình tính từ nền đất; S - diện tích xâm thực tương đối; * SN - số ổn định phổ; 3/1 50 * − ∆= Pn S S SD HN . Đồ thị xác định kích thước viên đá hai lớp phủ của đê ngập và đê đỉnh thấp: đường kính viên đá Dn50 được xác định theo hai đồ thị: Khi S = 0,5 ÷ 1,5: Hình 4- 15. Đồ thị xác định đường kính viên đá Khi S = 2 ÷ 2,5 4-14 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Hình 4- 16. Đồ thị xác định đường kính viên đá khi S = 2 ÷ 2,5 e. Công thức Vander Meer cho đê chỉ dùng một loại đá, đỉnh thấp và chìm, sóng không điều hoà: Chiều cao biến dạng của công trình: ( )*exp StC aN Ah = (4-13) Trong đó: At - Diện tích mặt cắt ngang; h - Độ sâu nước; h’c - Chiều cao công trình tính từ nền đất. 3/1 50 * − ∆= Pn S S SD H N 4 50 2 4 2' 10.6)( 045,0028,0 n t C t D A h Aa −−+−= Powell và Allsop đề nghị các công thức: [ ])/(exp 50nS a od DbHa N N ∆= hoặc ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=∆ a od n S N N abD H 1ln1 50 (4-14) Trong đó a và b là các hệ số thực nghiệm xác định theo bảng: Bảng 4-8. Giá trị a và b RC/h a. 104 b 0,0 15 0,31 0,2 17 0,33 0,4 4,8 0,53 Công thức trên chỉ áp dụng cho trường hợp 0,0012< HS/LP < 0,036. 4-15 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng f. Ổn định viên đá ở mái dốc sau, hai lớp phủ, đê cao trình đỉnh thấp và không có kết cấu đỉnh, sóng không điều hoà. Tỷ lệ phá hỏng ở mái dốc sau so với mái dốc trước được Jensen phân tích từ các kết quả hiện trường của các đê chắn sóng có bề rộng 3 ÷ 4 đường kính khối phủ. Hình 4- 17. Đồ thị xác định tỷ lệ phá hỏng. - Khi sử dụng đá cấp phối đổ tự do thì phải chọn thành phần đá sao cho hệ số kgr nằm trong khoảng gạch chéo của đồ thị: Hình 4- 18. Miền khống chế của kgr Giá trị của kgr được xác định theo công thức: 3 M M k igr = (4-15) Mi - khối lượng của viên đá lớn hơn hoặc nhỏ hơn khối lượng tính toán; M - khối lượng viên đá tiêu chuẩn. Nếu gọi Dba là đường kính của viên đá khối lượng tiêu chuẩn thì tỷ lệ tối thiểu của đá Dba phải xác định theo bảng sau: 4-16 Chương 4. Đê chắn sóng mái nghiêng Bảng 4-9. Xác định lượng đá Dba D60/D10 5 10 20 40÷100 Dba(%trọng luợng) 50 30 25 20 Bề dày của lớp gia cố phải lấy không nhỏ hơn 2,5Dba, trong đó: 312,1 k ba MD ρ= ; (4-16) M - khối lượng viên đá; kρ - khối lượng riêng của đá. 4.4.5.2. Khối phủ là các khối kỳ dị a. Công thức Hudson cho để xác định trọng lượng khối phủ bằng khối kỳ dị (sóng không tràn). mK h W b d Sb 3 3 1⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ − = γ γ γ (4-17) Kd - hệ số tra theo bảng. hS - chiều cao sóng đáng kể; m - hệ số mái dốc; W- trọng lượng khối phủ; bγ - trọng lượng riêng của khối phủ; γ - trọng lượng riêng của nước. Bảng 4-10