C.2 Tính toán các yếu tố sóng do gió theo phương pháp Bretshneider

trong đó:

H_s là chiều cao sóng tính toán, m;

T_p là chu kỳ đỉnh sóng tính toán, s;

D là đà gió thiết kế, m;

h là độ sâu nước trung bình của khu vực, m;

w là vận tốc gió thiết kế, m/s.

C.2.2 Sóng được xác định trong điều kiện gió thổi qua khu vực với vận tốc không đổi trong một khoảng thời gian đủ dài (từ mười lăm phút trở lên) để sóng có thể đạt được mức phát triển lớn nhất, thích hợp với việc sử dụng tài liệu thống kê gió trung bình hàng giờ của các trạm khí tượng. Trong tính toán sơ bộ, có thể tham khảo các bảng tính sẵn từ bảng C.6 đến bảng C.17 được Pilarczyk lập cho một số khoảng vận tốc và đà gió ngắn. Chiều cao sóng tính toán trong các bảng này là chiều cao sóng có ý nghĩa (H_S1/3).

Bảng C.6 - Chiều cao sóng tính toán với đà gió D  5 km

Đơn vị tính bằng mét (m)

Đơn vị tính bằng giây (s)

Đơn vị tính bằng mét (m)

Đơn vị tính bằng giây (s)

Đơn vị tính bằng mét (m)

Đơn vị tính bằng giây (s)

Đơn vị tính bằng mét (m)

Đơn vị tính bằng giây (s)

Đơn vị tính bằng mét (m)

Đơn vị tính bằng giây (s)

Đơn vị tính bằng mét (m)

Đơn vị tính bằng giây (s)

(Quy định)

Sóng leo thiết kế, ký hiệu là R_slp xác định theo công thức (D.1) hoặc công thức (D.2):

0,5 < _b.₀ < 1,8 : = 1,75._._b._f.₀ (D.1)

1,8 < _b.₀ < ( 8,0  10,0) : = _._f.(4,3 - ₀) (D.2)

trong đó:

H_sp là chiều cao sóng ứng với tần suất thiết kế tại chân công trình. H_sp xác định theo phụ lục C. Để kiểm tra kết quả tính toán H_sp có thể lấy H_sp bằng từ 0,50.h đến 0,65.h trong đó h là độ sâu trước chân công trình. Nếu kết quả kiểm tra thấy có sự chênh lệch trên 0,5 m thì phải điều tra thực tế để hiệu chỉnh cho phù hợp;

₀ là hệ số tương tự sóng vỡ (còn gọi là hệ số sóng vỡ), xác định theo công thức (D.3):

(D.3)

α là góc nghiêng của mái đê. Nếu mái đê có nhiều hệ số mái khác nhau thì tính quy đổi theo công thức (D.4):

tan  = (D.4)

L và B là các khoảng cách theo mặt bằng của mái đê xác định theo hình D.1:

S₀ = (D.5)

T_m-1,0­ là chu kỳ phổ sóng, xác định theo công thức (D.6)

T_m-1.0 = (D.6)

a là chỉ số lấy từ 1,10 đến 1,20;

T_p là chu kỳ đỉnh sóng;

_ là hệ số chiết giảm do sóng tới xiên góc:

_ = 1 – 0,0022 x || khi 0⁰ ≤  ≤ 80⁰;

_ = 1 – 0,0022 x 80 khi  > 80⁰



Hình D.2 - Sơ đồ xác định hướng sóng đến so với phương của đường bờ

_b là hệ số chiết giảm khi có cơ đê, xác định theo công thức (D.7):

_b = 1 - (D.7)

0,6 ≤ _b ≤ 1,0;

B, L_b, d_h là các thông số cơ đê xác định theo hình D.3:

x xác định như sau:

x = R_up khi R_up > d_h > 0 (cơ nằm trên MNTK)

x = 2.H_sp khi 2.H_sp > d_h ≥ 0 (cơ nằm dưới MNTK)

Bề rộng cơ tối ưu B_opt = 0,4.L_b. Cơ bố trí ngay tại MNTK thì hiệu quả giảm sóng leo tối đa, tương ứng với _b = 0,60.

_f là hệ số chiết giảm do độ nhám trên mái dốc lấy theo bảng D.1.

Các bước tính toán như sau:

a) Giả thiết R_slp;

b) Tính toán xác định các thông số : tana, S₀ và x₀;

c) Tính toán xác định các hệ số chiết giảm g_b, g_f, g_b;

d) Tính lại R_slp;

e) So sánh R_slp giả thiết với tính toán.

D.3 Ví dụ tính toán cho một trường hợp cụ thể

D.3.1 Các thông số cho trước:

- Chiều cao sóng thiết kế tính trước chân công trình: H_sp = 2,0 m;

- Chu kỳ đỉnh sóng: T_p= 8 s;

- Góc sóng tới trước chân công trình:  = 10⁰;

- Tỷ số T_p/T_m-1,0,p = 1,1. Tính được chu kỳ phổ sóng T_m-1,0,p = 7,27 s.

D.3.2 Lựa chọn đặc trưng hình học và kết cấu bảo vệ mái kè cho mặt cắt đê như sau:

a) Trường hợp mái phía biển có bố trí cơ rộng 6 m để giảm năng lượng sóng:

- Cao trình cơ trùng với cao trình mực nước thiết kế;

- Phần mái phía dưới cơ có hệ số độ dốc mái m = 4;

- Phần mái phía trên cơ có hệ số độ dốc mái m = 3;

- Mái phía biển được bảo vệ bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn T_SC;

b) Trường hợp mái phía biển không bố trí cơ giảm năng lượng sóng:

- Hệ số độ dốc mái đê m = 4;

- Mái phía biển được bảo vệ bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn T_SC.

D.3.3 Các bước tính toán và kết quả tính toán như sau:

a) Trường hợp có bố trí cơ giảm sóng:

- Giả thiết chiều cao sóng leo: R_slp= 3,8 m;

- Tính toán xác định các thông số tana, S₀, x₀ và các hệ số g_b, g_f, g_b:

tan  = = 0,29;

S₀ = = 0,0242;

₀ = = 1,86;

Hệ số chiết giảm khi có cơ đê, xác định gần đúng theo công thức: _b = 1 -

_b = 1 - = 0,70;

Tra bảng D.1, ứng với cấu kiện T_SC xác định được hệ số nhám trên mái dốc: g_f = 0,85;

Hệ số chiết giảm do sóng tới xiên góc : g_ = 1 - 0,0022 x 10

g_ = 0,978;

Tích số : _b.₀ = 0,7 x 1,86 = 1,302. Kết quả tính toán cho thấy 0,5 < _b₀ < 1,8 nên chọn công thức (D.1) để xác định chiều cao sóng leo R_slp:

R_slp = 1,75 x 0,978 x 0,70 x 0,85 x 1,86 x 2,0

R_slp = 3,79 m, xấp xỉ với giả thiết.

- Kết luận : giả thiết R_slp = 3,8 m là đúng.

b) Trường hợp không bố trí cơ giảm sóng:

₀ =

₀ = 1,61;

- Hệ số chiết giảm sóng do cơ: _b =1,0

- Tích số : _b.₀ = 1,0 x 1,61 = 1,61. Kết quả tính toán cho thấy tích số _b.₀ nằm trong khoảng 0,5 < _b₀ < 1,8 . Do vậy chọn công thức (D.1) để xác định chiều cao sóng leo R_slp:

R_slp = 1,75 x 0,978 x 1,0 x 0,85 x 1,61 x 2,0

R_slp = 4,68 m


Phụ lục E

(Quy định)

_b_o  2,0 : = .exp (E.1)

2,0 < _b_o  7,0 : = 0,2.exp (E.2)

_o > 7,0 : = 0,21.exp (E.3)

trong đó:

q là lưu lượng tràn đơn vị, L/(s.m);

CHÚ THÍCH: các thông số q và được xác định bằng phương pháp thử dần.

_v là hệ số chiết giảm sóng tràn do tường đỉnh, được áp dụng khi mái đê nằm trong phạm vi từ phía dưới chân tường đỉnh đến biên 1,5.H_s phía dưới mực nước thiết kế có hệ số độ dốc mái m từ 2,5 đến 3,5; tổng bề rộng cơ không quá 3.H_s; vị trí chân tường phải nằm trong khoảng ± 1,2.H_s so với mực nước thiết kế; chiều cao tường nhỏ nhất khi chân tường nằm ở vị trí cao là 0,5.H_s lớn nhất khi chân tường nằm ở vị trí thấp là 3.H_s. Hệ số chiết giảm do tường đỉnh _v phụ thuộc vào góc nghiêng α_w của tường đỉnh được xác định như sau:

- Với tường đứng (góc nghiêng mặt tường α_w = 90^o) : _v = 0,65;

- Với tường nghiêng có độ dốc mặt tường m = 1,0 (α_w = 45^o) : _v = 1,00;

- Với tường nghiêng có góc nghiêng α_w từ 45^o đến 90^o, γ_v được nội suy theo công thức (E.4):

_v = 1,35 - 0,0078.α_w (E.5)

 là góc của mái đê. Nếu mái đê có nhiều độ dốc khác nhau, hệ số mái dốc đê quy đổi lấy theo D.1 của phụ lục D, còn với tường đỉnh được thay thế bằng hệ số độ dốc mái m = 1,0 (xem hình E.1). Dùng độ dốc mái đê quy đổi này để tính lưu lượng tràn qua đê;

_v là hệ số chiết giảm độ nhám mái đê, được áp dụng khi tường đỉnh thấp có kết hợp với mũi hắt sóng (xem hình E.2). Hệ số _v phụ thuộc vào độ lưu không tương đối của đỉnh đê lấy theo quy định sau:

- Mái đê có độ nhám đáng kể (_f < 0,90):

_f* = _f - 0,05 khi  0,5

_f* = _f khi < 0,5

- Mái đê nhẵn (_f  0,90):

_f* = _f - 0,3 khi > 1,0

_f* = _f khi  0,5

_f* = _f - 0,6( khi 0,5   1,0

1. 
   Hình E.2 - Sơ đồ cấu tạo mũi hắt sóng của tường đỉnh trên đê
   

Khi 0⁰ ≤  ≤ 80⁰ : _ = 1 – 0,0033 x ||

Khi  > 80⁰ : _ = 1 – 0,0033 x |80|

1. 
   Với 80⁰< |β| ≤110⁰:
   
   0. 
      H_sp = H_sp x
      
      0. 
         T_m-1,0p = T_m-1,0p x
         
2. 
   Với 110⁰ < |β| ≤180⁰ : H_sp = 0,0, R_cp = 0,0 và sóng tràn q = 0,0;
   

Lưu lượng nước biển cho phép tràn qua mặt đê phụ thuộc vào chất lượng kết cấu bảo vệ đỉnh đê, bảo vệ mái đê phía đồng và khu nước cho phép ngập trong đồng, quy định như sau:

- Trị số lưu lượng tràn đơn vị cho phép tràn qua mặt đê (lượng tràn cho phép) không lớn hơn các giá trị trong bảng E.1;

- Mức độ ảnh hưởng của lưu lượng nước biển tràn qua đê tham khảo trong bảng E.2.

0. 
   Bảng E.1 - Lưu lượng tràn đơn vị cho phép tràn qua mặt đê biển
   

a) Căn cứ vào chất lượng đỉnh đê và mái đê phía trong, xác định lưu lượng tràn cho phép q_tc;

b) Giả thiết R_cp;

c) Tính tana và các hệ số triết giảm g;

d) Tính q theo các công thức trong E.1;

e) So sánh q tính toán với q_tc nếu sai số giữa hai lần tính nhỏ hơn 10 % thì kết quả tính toán có thể chấp nhận được. Để giảm bớt khối lượng tính toán có thể sử dụng phần mềm chuyên dụng tính toán q và R_cp tương ứng.

g_ = 1 - 0,0033 x 10

g_ = 0,967

=

q_tt = 9,69 L/(s.m).

Các tường đỉnh của đê biển thường có chiều cao không quá 10 % chiều cao đê, không ảnh hưởng nhiều đến lưu lượng tràn qua đê nên khi tính toán lưu lượng sóng tràn có thể sử dụng trực tiếp các công từ (E.1) đến (E.3).

(Tham khảo)

p_d = k_{s .}k_{t .}p_{tcl .}.g.H_s (F.1)

trong đó:

k_s là hệ số xác định theo công thức (F.2):

k_s = (F.2)

k_t là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào độ thoải của sóng, k_t lấy theo bảng F.1;

P_tcl là hệ số áp lực sóng tương đối lớn nhất trên mái dốc tại điểm 2 (xem hình F.1) lấy theo bảng F.2.

g là gia tốc trọng trường, m/s²;

H_s là chiều cao sóng, m;

L_s là chiều dài sóng, m.

trong đó A và B là các đại lượng tính bằng m, xác định theo công thức (F.4) và (F.5):

A = H_s. (F.4)

B = H_s. (F.5)

P = 0,40.p_d tại vị trí:

L₂ = 0,0265.L_

P = 0,10.p_d tại vị trí:

L₁ = 0,0325.L_

L₂ = 0,0075.L_

trong đó:

L_ = (F.6)

p_C= k_S .k_t .p_{crcl ­}..g.H_s (F.7)

trong đó:

p_crcl là phản áp lực tương đối của sóng, lấy theo đồ thị ở hình F.2;

Các ký hiệu khác đã được giải thích trong công thức (F.1).

a) Trường hợp độ dốc đáy i  0,04:

- Tại độ sâu a₁:

p₁ = ₀..g (a₁ - a₄) Khi a₁ < a₂ (F.8)

p₁ = p₂ Khi a₁  a₂ (F.9)

- Tại độ sâu a₂:

p₂ = ₀..g.H_s.- ₀..g.a₄ (F.10)

- Tại độ sâu a₃ = h:

p₃ = k_w.p₂ (F.11)

b) Trường hợp độ dốc đáy i > 0,04:

- Tại độ sâu a₁: p₁ xác định theo công thức (F.8) và (F.9);

- Tại độ sâu a₂:

p₂ = ₀..g.(a₂ - a₄) (F.12)

- Tại độ sâu a₃ = h:

p₃ = p₂ (F.13)

trong đó:

a₁ là độ sâu từ đỉnh công trình đến mực nước tính toán, m;

a₂ là độ sâu từ mực nước tính toán đến chân sóng, m, lấy theo bảng F.3;

k_w là hệ số độ thoải của sóng, lấy theo bảng F.4;

a₄ là độ sâu từ mặt nước sau đê chắn sóng ngập đến mặt nước tính toán, m, xác định theo công thức (F.14):

a₄ = - k_th (a₁- a₅) - a₁ (F.14)

k_th là hệ số hiệu chỉnh theo đặc tính của sóng, lấy theo bảng F.3;

a₅ là độ sâu từ lưng sóng trước đê chắn sóng ngập nước đến mực nước tính toán, m, lấy theo bảng F.3;

₀ là hệ số sóng vỡ;

 là khối lượng riêng của nước biển, kg/m³;

g là gia tốc trọng trường, m/s².

a Công trình nằm ở độ sâu mà tại đó sóng bị đổ lần cuối cùng, xem sơ đồ a của hình F.4:

p = p_u = ₀..g.H_SD.(0,033+ 0,75) (F.15)

_c = (F.16)

b Công trình nằm ở vùng mép nước, xem sơ đồ b của hình F.4:

p = p_i = (1 - 0,3).p_u (F.17)

_c = (F.18)

c Công trình nằm trên bờ, cao hơn mép nước nhưng còn trong phạm vi sóng leo, xem sơ đồ c của hình F.4:

p = p_l = 0,7(1 - )p_n (F.19)

_c = (F.20)

trong đó:

p là hợp lực của tải trọng sóng vỡ tác động lên tường giảm sóng, kPa;

_c là độ cao lưng sóng so với mặt nước tính toán tại vị trí tường chắn sóng, m;

H_SD là chiều cao sóng tại vị trí sóng đổ lần cuối, m;

a_u là khoảng cách từ vị trí sóng đổ lần cuối đến mép nước, m;

a_i là khoảng cách từ vị trí sóng đổ lần cuối đến công trình, m;

a_l là khoảng cách từ mép nước đến công trình, m;

a_r là khoảng cách từ mép nước đến ranh giới leo bờ của sóng vỡ, m. Khi không có công trình, a_r xác định theo công thức (F.21):

a_r = R_{S 1%} cotg  (F.21)

Các ký hiệu khác xem ở F.3.1.2

Giá trị lớn nhất của hình chiếu theo phương ngang và hình chiếu theo phương thẳng đứng (áp lực đẩy ngược) của tải trọng do sóng vỡ tác động lên tường chắn sóng thẳng đứng (có đất lấp ở phía bờ) khi sóng rút, được tính toán qua các biểu đồ áp lực sóng theo phương ngang và theo phương thẳng đứng, xem hình F.5. Giá trị p_r, kPa, được xác định theo công thức (F.22):

p_r = ₀..g.(z₁ - 0,75.H_SD) (F.22)

trong đó:

z₁ là độ hạ thấp của mặt nước so với mực nước tính toán ở phía trước tường thẳng đứng khi sóng rút, m. Tuỳ vào khoảng cách a₁ từ mép nước đến công trình mà z₁ được lấy như sau:

Khi a₁  3H_SD : Z_r = 0,00

Các ký hiệu khác xem ở F.3.1.2 và F.3.2.2.

Hình F.5 - Các biểu đồ áp lực sóng lên tường chắn sóng thẳng đứng khi sóng rút

F.3.4 Mỏ hàn

Giá trị lớn nhất của các hình chiếu theo phương ngang và hình chiếu theo phương đứng của hợp lực tải trọng sóng trên một đoạn mỏ hàn được tính toán qua các biểu đồ áp lực sóng theo các hướng ngang và hướng đứng, xem hình F.6. Trong các biểu đồ này, giá trị áp lực sóng (đơn vị của áp lực là kPa) ở mặt ngoài P_ext và ở mặt khuất P_int của mỏ hàn và các chiều cao tương ứng của lưng sóng _ext và _int được xác định theo công thức sau:

_ext = = (F.24)

trong đó:

k_ là hệ số hiệu chỉnh theo góc lệch của mái mỏ hàn so với hướng sóng. K_ phụ thuộc góc tới  của đầu sóng khi tiến đến mỏ hàn có chiều rộng b và chiều dài đoạn mỏ hàn là l, lấy theo bảng F.6;

Các ký hiệu khác xem ở F.3.1.2 .

Mặt bên mỏ hàn	cotg 	Trị số
		 0,03	0,05	0,10	 0,20
1. Mặt ngoài	-	1,00	0,75	0,65	0,60
2. Mặt khuất	0,00	1,00	0,75	0,65	0,60
	0,20	0,45	0,45	0,45	0,45
	0,50	0,18	0,22	0,30	0,35
	1,00	0,00	0,00	0,00	0,00