Bài giảng Các loại đê khác

Chương 5. Các loại đê khác Chương 5 CÁC LOẠI ĐÊ KHÁC 5.1. Đê chắn sóng hỗn hợp 5.1.1. Điều kiện áp dụng Đê chắn sóng hỗn hợp được xây dựng ở độ sâu lớn hơn 20m. Hộăc trong trường hợp cần làm giảm áp lực sóng lên tường đứng. Đê hỗn hợp khắc phụ nhược điểm và phát huy ưu điểm của đê trọng lực và mái nghiêng. Đê mái nghiêng tốn nhiều vật liệu nhưng có thể xây dựng trên nhiều loại nền đất, đê trọng lực tốn ít vật liệu nhưng yêu cầu nền đất tốt. 5.1.2. Kết cấu đê chắn sóng hỗn hợp - Đê hỗn hợp bao gồm tường đứng trên mái nghiêng, trong đó phần mái nghiêng chiếm quá nửa độ sâu đóng vai trò như lớp đệm khổng lồ. Phần tường đứng trên có cấu tạo hoàn toàn như đê tường đứng bình thường. Hình vẽ 5-1. Đê hỗn hợp tường đứng trên mái nghiêng. - Trong trường hợp muốn giảm áp lực sóng lên tường đứng người ta làm mái nghiêng bên ngoài tường đứng. Hình vẽ 5-2. Đê hỗn hợp mái nghiêng bên ngoài tường đứng. 5.1.3. Kích thước cơ bản của đê hỗn hợp Kích thước cơ bản của đê hỗn hợp tường đứng trên mái nghiêng được xác định giống như đê tường đứng bình thường sau khi đã ấn định chiều cao của phần mái nghiêng. Phần mái nghiêng được xác định như đê mái nghiêng. Đối với loại đê hỗn hợp mái nghiêng bên ngoài tường đứng cũng tương tự chỉ khác là tải trọng sóng lên tường đứng áp dụng theo công thức Goda. 5.1.4. Tính toán đê hỗn hợp 5-1 Chương 5. Các loại đê khác Tính toán đê hỗn hợp cơ bản giống đê tường đứng và đê mái nghiêng. áp lực sóng lên tường đứng khi có mái nghiêng phủ ngoài được xác định theo công thức Goda các hệ số lamđa được lấy như sau: Hình 5-3. Tải trọng sóng lên tường đứng có mái nghiêng ⎪⎪ ⎪⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎨ ⎧ ≤≤⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ≤ == 3,00,81,0 6,02,1 3,00,1 31 f S SS design S h h 0,3 h H 0,67- h design design design H H H λλ (3.49) 0=2λ - Trong vùng sóng đổ thì: λ3=λ1=0,8 HD- chiều cao sóng thiết kế; hS - độ sâu nước trước công trình. 5.2. Đê chắn cát. Đê chắn cát thường được áp dụng để bảo vệ luồng tàu để tránh bồi xói. Đê chắn cát thường có kết cấu đối xứng, không có khối bê tông đỉnh. Đê chắn cát có các đặc điểm sau: - Chiều dài đê chắn cát vươn xa ra đến tận đầu luồng (đến độ sâu không cần nạo vét); - Cao trình thân đê được chia thành 3 đoạn: + Đoạn ngoài vùng sóng đổ cao trình lấy bằng mực nước trung bình của tháng cao nhất; + Đoạn trong vùng sóng đổ lấy cao trình bằng tổng mực nước trung bình của tháng cao nhất và 0,6HS; + Đoạn mép nước có chiều cao bằng chiều cao gia cố bờ với mục đích không để sóng tràn qua. Tính toán đê chắn cát giống đê chắn sóng mái nghiêng. 5.3. Đê tạo bãi 5-2 Chương 5. Các loại đê khác 5.3.1. Chức năng đê chắn sóng Đập chắn sóng thuộc công trình bảo vệ bờ và ổn định bãi do ảnh hưởng của dòng bùn cát dọc bờ và ngang bờ. Đập chắn sóng được làm song song với bờ, được chia làm hai đoạn: đập cao và đập thấp. Đập cao có tác dụng làm giảm năng lượng sóng tác dụng vào bờ, đập cao có cao trình cao hơn mực nước tính toán. Đập thấp có tác dụng như một vật chắn ngăn dòng bùn cát từ trong bờ chảy ra phía ngoài biển. Cả hai đều được xây dựng trong khoảng từ đường bờ tới vị trí sóng đổ. Đập chắn sóng có tác dụng bảo vệ bờ và tạo bãi bồi. Hình 5-4. Hệ thống đê bảo vệ bờ Hình 5-5. Sơ đồ mặt bằng và mặt cắt dọc của đê gia cố bờ 5.3.2. Kết cấu đê chắn sóng 5-3 Chương 5. Các loại đê khác Đại đa số đập chắn sóng được làm bằng vật liệu rời có tác dụng như đê chắn sóng mái nghiêng, vì dạng này cho phép tiêu hao nhiều năng lượng sóng và dễ thi công trong vùng sóng đổ. Một số ít trường hợp được làm bằng tường cọc. Hình 5-6. Kết cấu đê gia cố bờ 5.3.3. Kích thước cơ bản đê chắn sóng Đối với đê cao, mái dốc phía biển thường lấy bằng 1:1 đến 1:3, mái dốc đất liền 1:1 Bề rộng đỉnh thường từ 3÷5m bằng bề rộng của bốn khối phủ mái; Cao trình đỉnh thường cao hơn mực nước tính toán 0,5 đến 1,5m; Đối với đê thấp cao trình thường thấp hơn mực nước tính toán 0,5-1,0 và phải cao hơn 0,7 chiều sâu nước tại vị trí công trình Xác định kích thước của đê chắn sóng bao gồm: chiều dài, chiều cao, khoảng cách giữa các đê và khoảng cách với bờ. Hiện nay việc chắn sóng đê gia cố bờ dựa trên các phương pháp kinh nghiệm (thực nghiệm). Một trong các phương pháp kinh nghiệm được sử dụng rộng rãi là phương pháp của Bộ xây dựng Nhật Bản (JMC) được công bố năm 1986 (theo [6]). Trước hết cần phân loại bờ biển theo chỉ tiêu độ dốc, chiều cao sóng HS, địa chất bề mặt. Phương pháp JMC áp dụng cho hai loại bờ biển sau: Hình 5-7. Các dạng đường bờ 5-4 Chương 5. Các loại đê khác Xác định thông số sóng H5% và xác định chiều sâu sóng đổ dbs. Ổn định chiều dài bãi bồi sau đê chắn sóng XS ta cần xác định vị trí đặt đê chắn sóng tại độ sâu d’ thoả mãn điều kiện: dbs>d’>XS.I (5-1) I - Độ dốc đáy. Sơ đồ bố trí công trình như hình vẽ sau: Hình 5-8. Sơ đồ bố trí đê. Việc xác định d’ bằng phương pháp lặp: -Giả định 2 IXd d Sbs +=′ -Xác định tỷ số SAR dựa vào đồ thị quan hệ SAR và tỷ số bsd d ′ , đồ thị có dạng sau: Hình 5-9. Đồ thị xác định kích thước của hệ thống đê với bờ dạng B 5-5 Chương 5. Các loại đê khác Hình 5-10. Đồ thị xác định kích thước của hệ thống đê với bờ dạng C Đại lượng: SAR= S SC LX XL . 5,0 (5-2) XS - Khoảng cách từ đỉnh bãi bồi tới đường bờ; LC - Chiều dài chân bãi bồi; - Tiếp theo tính I dX , , = - Tính , đây là giá trị xấp xỉ của X,, .XSARXS = S. Nếu thì giả định lặp lại d’ cho đến khi nào . SS XX ≠, XXXX SS == ';, Tính chiều dài đê chắn sóng LS, đại lượng này phụ thuộc vào chiều dài sóng tại vị trí công trình 5%. L5%=T5%(gd)1/2 (5-3) Tra đồ thị trên Theo chủng loại bờ biẻn : Loại B : b L La S << 5 Loại C : d L Lc S << 5 . Xác định LS theo X. Dựa vào tỷ số LS/X và tra đồ thị như phần trên với các chủng loại bờ biển Loại B : b X L a S << Loại C : d X Lc S << . Từ hai điều kiện LS theo L5 và X tổng hợp lại ta có miền xác định của LS: LSmin< LS < LSmax 5-6 Chương 5. Các loại đê khác Giá trị cuối cùng LS= 2 maxmin SS LL + Nếu khoảng cách 2LS nhỏ hơn chiều dài gia cố đường bờ LP thì cần phải xác định khoảng cách giữa các đê (khoảng hở). Đại lượng này được xác định theo đồ thị sau: Hình 5-11. Đồ thị xác định kích thước khoảng hở giữa hai đê Dựa vào X và L5 từ đây có được hai miền xác định b L L a g pp 5 d X L c g << Tổng hợp hai điều kiện trên ta có: Lgmin< Lg < Lgmax Giá trị cần lấy: Lg= 2 maxmin gg LL + Từ giá trị LP đã biết, xác định số đê chắn sóng gia cố bờ; Tính toán đê tạo bãi giống đê chắn sóng mái nghiêng. 5.4. Đập đinh 5.4.1. Chức năng của Đập đinh Đập đinh dùng để bảo vệ bờ và ổn định bão do việc mất bùn cát do ảnh hưởng của dòng bùn cát dọc bờ. Nêú bờ bị xói do dòng bùn cát ngay bờ thì đập đinh không có tác dụng. Dưới tác dụng của đập đinh bùn cát sẽ bồi ở mặt trước (mặt có sóng tới) làm cho đường bờ thay đổi. Dưới tác dụng của hệ thống đập đinh đường bờ được bảo vệ và có thể dịch ra ngoài do được bồi thêm. 5-7 Chương 5. Các loại đê khác Hình 5-12. Hệ thống đập đinh bảo vệ bờ. 5.4.2. Kết cấu đập đinh. Đập đinh có rất nhiều kết cấu phụ thuộc chức năng, giá cả, thời hạn sử dụng, độ bền. 5.4.2.1. Kết cấu đá đổ. Đây là kết cấu thông dụng nhất, do độ bền cao, thi công đơn giản. Vật liệu thông dụng và rẻ tiền. Hình 5-13. Kết cấu đập đinh bằng đá đổ. 5.4.2.2. Kết cấu cọc. 5-8 Chương 5. Các loại đê khác Trong một số trường hợp đập đinh được làm bằng cọc bê tông cốt thép, kết cấu cọc rẻ tiền, thi công nhanh tăng nhiều thời hạn phục vụ ngắn vì vậy giá thành cho một chu kỳ phục vụ cao. Kết cấu cọc thường bị phá huỷ ngay khi tải trọng lớn hơn sóng thiết kế: Hình 5-14. Kết cấu đập đinh bằng cừ bê tông cốt thép 5-9 Chương 5. Các loại đê khác Hình 5-15. Kết cấu đập đinh bằng cừ thép 5-10 Chương 5. Các loại đê khác Hình 5-16. Kết cấu đập đinh bằng cừ thép đóng thành ống 5.4.3. Kích thước của đập đinh 5.4.3.1. Chiều dài. Đập đinh dùng để ngăn và bẫy bùn cát do dòng bùn cát dọc bờ dưới tác dụng của sóng hợp với đường bờ một góc ≤ 45o. Bùn cát chuyển động mạnh trong vùng sóng đổ. Đập đinh luôn đặt trong khoảng từ vị trí sóng leo đến vị trí sóng đổ của sóng tính toán (sóng thiết kế). Sau một thời gian bùn cát sẽ bồi ở bên có sóng tạo thành đường bờ mới. Chiều dài của đập đinh phục thuộc vào khoảng cách bồi do người thiết kế ấn định sao cho khoảng được bồi giữa hai đập đinh dịch ra ngoài biển so với đường bờ cũ. 5-11 Chương 5. Các loại đê khác Hình 5-17. Sơ đồ xác định chiều dài đập đinh. Đối với đập định ở 2 đầu đoạn gia cố thì chiều dài sẽ giảm dần và được tính toán theo công thức sau: n o o L R R L ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛− = 6tan 2 1 6tan 2 1 1 (5-4) Ln - Chiều dài đập đinh trong hệ thống đập; L1 - Chiều dài của đập thứ nhất trong đoạn cần chuyển đổi; R - Tỷ số giữa khoảng cách và chiều dài đập đinh trong hệ thống đập. Với các đập tiếp theo tính toán tương tự như đập thứ nhất, khoảng cách đập cuối cùng trong hệ thống đập với đập đầu tiên trong vùng chuyển đổi xác định theo công thức: ( ) no LR RS ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ += 6tan21 1 (5-5) Chiều dài của đập ngắn nhất trong vùng chuyển đổi phải vươn ra phía biển đến ranh giới mực nước thấp nhất. Hình 5-18. Hệ thống đập đinh. 5-12 Chương 5. Các loại đê khác 5.4.3.2. Cao trình và dạng mặt cắt của đập đinh. Theo hình dạng mặt cắt dọc của đập đinh được chia làm 3 phần, phần gốc tựa vào bờ, phần mái dốc nối phần bờ với phần ngoài biển, phần ngoài khơi.Phần nối bờ có cao trình bằng cao trình bờ. Phần phía biển có cao trình không đổi lấy bằng mực nước lan truyền sóng. Hình dạng của đập đinh đi theo dạng của đường bờ mới. Phần mái dốc nằm song song với mặt đất sau khi bị bồi thêm. Hình 5-19. Mặt cắt dọc đập đinh 5.4.3.3. Khoảng cách giữa các đập đinh. Khoảng cách giữa các đập đinh thường được lấy bằng 2-3 chiều dài đập đinh. Chiều dài đập đinh được tính là nằm ngang. Khoảng cách này phục thuộc vào hướng sóng. Khi hướng sóng hợp với đường bờ một góc nhỏ thì khoảng cách giữa các đập đinh lớn. Khi sóng hợp với đường bờ một góc lớn th khoảng cách giữa các đập đinh sẽ nhỏ. Khoảng cách này có thể dùng các công thức giải tích để xác định. Đường bờ mới gần nhỏ song song với đường đỉnh sóng. a. Tác dụng của một đập đinh. Ảnh hưởng của đập đinh với sự thay đổi của đường bờ được xác định theo công thức Pelnard - Considere. Hình 5-20. Tác dụng thay đổi đường bờ của một đập đinh. ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−Π= Et xerfe Et x Et xEty b 222 exp1)tan(.2 2 α (5-6) Trong đó: 5-13 Chương 5. Các loại đê khác αb - góc tới của sóng đổ. exp(x) = ex erfe (x) = 1- erf (x). ∫ −= x z dxenxerf 0 22)( t - thời gian < tf tf - thời gian lấp đầy cát đến đầu đập đinh. Ta có: )(tan4 2 2 b f E t α ΠΥ= Y - chiều dài đập đinh ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= cbs gbb ddn CHK E 1. 1 1. 8 .. 2 ρρ ρ (5-7) db - chiều cao bãi bồi tính từ mực nước lặng; dc - độ sâu tính đến điểm ngoài cùng của vùng di chuyển. Hình 5-21. Sơ đồ biến dạng bờ biển. ρ - khối lượng riêng của nước; sρ - khối lượng riêng của bùn cát; n - độ rỗng của bùn cát; Hb - chiều cao sóng đổ; Cgb - vận tốc nhóm sóng tại vị trí sóng đổ; 2 1 1 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== K HggdC bbbg (5-8) 5-14 Chương 5. Các loại đê khác K1- chỉ số sóng đổ b b d H K =1 ( ) f mb b W U K 007,0sin6,205,0 2 ++= α (5-9) Có thể lấy bằng 0,92 bmb gd K U 2 1= (5-10) Wf - độ thô thuỷ học của bùn cát Khi Re <400 thì : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −∆= 1 18 2 ρ ρ ν s f gW (5-11) Khi 400<Re <200.000 thì: 2 1 16,1 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −∆= ρ ρ s f gW (5-12) Khi Re >200.000 thì: 2 1 16,2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −∆= ρ ρ s f gW (5-13) D - đường kính hạt; ν - hệ số nhớt động học của nước. b. Tác dụng của hai đập đinh Đường bờ thay đổi do tác động của hai đập đinh được xác định theo công thức thực nghiệm: 2 210 0 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= θ β θ β CCC R R (5-14) Trong đó R, R0, θβ , được xác định trên hình vẽ; C0, C1 ,C2 được xác định theo đồ thị. 5-15 Chương 5. Các loại đê khác Hình 5-22. Tác dụng của hai đập đinh Hình 5-23. Đồ thị xác định các hệ số C. Ngoài ra có thể xác định theo công thức sau: ( ) ∑∞ = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Π+ ⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ Π+−⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Π+ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−= 0 2 22 2 )12(cos 4 )12(exp. )12( 2)tan(2 tan1 n b b L xn L tnE n L L L xLWy α α (5-15) W - chiều dài đập đinh; L - khoảng cách giữa hai đập; t - thời gian; y - chiều dài đường bờ tại đập đinh thứ nhất được xác định khi t , x=0. ∞→ 5-16 Chương 5. Các loại đê khác Hình 5-24. Sơ đồ xác định tác dụng của hai đập đinh. Tính toán đập đinh đá đổ giống đê mái nghiêng, với đê tường cừ khi biết áp lực sóng tác dụng lên cừ cần xác định chiều sâu chôn cừ và loại cừ (tham khảo công trình bến). 5-17 Chương 5. Các loại đê khác Chương 5 ...................................................................................................... 5-1 5.1. Đê chắn sóng hỗn hợp .......................................................................................5-1 5.2. Đê chắn cát. .......................................................................................................5-2 5.3. Đê tạo bãi ..........................................................................................................5-2 5.4. Đập đinh ............................................................................................................5-7 5-18