Bảng 4.1 - Mực nước trung bình, Mực nước triều cực đại, cực tiểu, và cực trị thiên văn tại trạm Lạch Trường (19053, 105056) MNTB (cm) | Cực trị dự báo theo chu kỳ 19 năm | Ngày,tháng, năm | Max(cm) | Ngày,tháng, năm | Min(cm) | 184 | 23/12/1987 | 341 | 04/07/1989 | -9 | (Hướng dẫn thiết kế đê biển,Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130 – 2002, 2002).
Từ bảng 4.1 : → MNTB = 1,84 m (Theo cao độ hải đồ )
Quy về cao độ lục địa : MNTB = 1,84 – 1,9 = - 0,06 (m)
Và Ztr.max = 3,41 m → Atr.max = 3,41 – 1,84 = 1,57 m
4.1.2 Tính toán chiều cao nước dâng do bão
Theo 14TCN130-2002(trang 92) Bình Minh nằm ở khu vực 19,360N-19,00N có số liệu nước dâng do bão:
Bảng 4.2 - Chiều cao nước dâng theo tần suất %
Vĩ tuyến
|
Đoạn bờ
|
Chiều cao nước dâng(m)
|
0,5
|
1.0
|
1,5
|
2,0
|
2,5
|
>2,5
|
200N-190N
|
Cửa Đáy - Cửa Vạn
|
35
|
38
|
17
|
8
|
3
|
0
|
Dựa vào số liệu quan trắc nước dâng thành lập đuờng quan hệ giữa chiều cao nước dâng Hnd và tần suất xuất hiện P%. Từ đó vẽ đường quan hệ P%~Hnd theo phân bố Pearson III
Bảng 4.3 - Bảng phân bố tần suất nước dâng
TT
|
Hnd
|
Số lần suất hiện
|
Khoảng cộng dồn (n)
|
|
1
|
2.5
|
3
|
3
|
2.9
|
2
|
2
|
8
|
11
|
10.8
|
3
|
1.5
|
17
|
28
|
27.5
|
4
|
1
|
38
|
66
|
64.7
|
5
|
0.5
|
35
|
101
|
99.0
|
Hình 4.2 - Đường quan hệ P%~Hnd
Ứng với công trình cấp III tần suất nước dâng P = 5% → Hnd = 2,3 (m)
Từ hình vẽ trên xác định được MNTK theo cao độ lục địa như sau:
MNTK = MNTB0 lục địa + Atr.max + Hnd
MNTK = MNTB0 lục địa + 1,57 + Hnd
→ MNTK = -0,06 + 1,57 + 2,3 = 3,81 m.
Chọn MNTK = 3,8 m.
4.2 Tính toán sóng thiết kế
Sóng biển là quá trình động lực học quan trọng nhất ở đới ven bờ biển. Sóng có vai trò quyết định đối với quá trình vận chuyển bùn cát và biến đổi địa hình đáy trong đới ven bờ và gần các công trình.
Lực tác động của sóng lên các công trình có thể gây ra sự đổ vỡ, hư hỏng của công trình. Vì vậy, việc tính toán chính xác các điều kiện sóng có ý nghĩa quyết định đối với việc thiết kế một công trình ven bờ biển thỏa mãn những yêu cầu như công trình ổn định bền vững và thực hiện được đúng chức năng của mình như bảo vệ bờ biển chống xói mòn, hoặc chống sóng leo, sóng vượt, bảo vệ vùng đất trên bờ khỏi các thiên tai do sóng và các quá trình động lực khác như nước dâng kết hợp với thuỷ triều gây ra.
4.2.1 Tính toán các tham số sóng nước sâu
* Tính toán chiều cao sóng nước sâu theo hàm phân bố Weibull
Biến thiên sóng dài hạn được xác định bằng các quy luật thống kê rút ra từ tập hợp các phổ năng lượng hoặc tập hợp các đặc trưng thống kê HP% nhiều năm. Phân bố của HP% qua nhiều năm thường tuân theo luật phân bố Weibull. Để xác định chiều cao sóng ứng với tần suất P% cho vùng biển Kim Sơn sử dụng số liệu quan trắc sóng trong 20 năm (1960-1969),(1993-2002) tại đảo Bạch Long Vỹ, mỗi năm lấy 1 giá trị lớn nhất, như vậy sẽ có chuỗi 20 số liệu. Phân bố xác suất của Hp% được xác định theo phân bố xác suất Weibull có dạng:
- Hàm mật độ xác suất
(4-1)
Trong đó:
a : là thông số vị trí.
b: là thông số tỷ lệ.
c: là thông số hình dạng.
- Hàm phân bố tần suất luỹ tích
Hàm phân bố tích lũy biểu thị xác suất xuất hiện các giá trị đại lượng ngẫu nhiên X nhỏ hơn hoặc bằng một giá trị x cụ thể nào đó
(4-2)
- Quan hệ tuyến tính hoá
Phương trình (4-2) được tuyến tính hoá như sau
(4-3) Phương trình (4-3) là quan hệ tuyến tính giữa ln(x-a) và ln{-ln[1-F(x)]}, từ quan hệ này được xây dựng cho các giá trị quan sát của x và tần suất kinh nghiệm của nó để xác định các hệ số b, c của phân bố Weibull. Nếu biểu thị qua tần suất vượt, (4-3) trở thành
Nếu biểu thị qua tần suất vợt quá thì giá trị xp của hàm phân bố lý thuyết ứng với tần suất P.
(4-4)
Bảng 4.4 - Bảng tính toán sóng theo Weibull
TT
|
Hs (m)
|
P (%)
|
ln(Hs-A)
|
ln(-ln(P))
|
1
|
8.0
|
4.76
|
2.08
|
1.113
|
2
|
7.0
|
9.52
|
1.95
|
0.855
|
3
|
6.0
|
14.29
|
1.79
|
0.666
|
4
|
6.0
|
19.05
|
1.79
|
0.506
|
5
|
6.0
|
23.81
|
1.79
|
0.361
|
6
|
6.0
|
28.57
|
1.79
|
0.225
|
7
|
5.0
|
33.33
|
1.61
|
0.094
|
8
|
5.0
|
38.10
|
1.61
|
-0.036
|
9
|
5.0
|
42.86
|
1.61
|
-0.166
|
10
|
5.0
|
47.62
|
1.61
|
-0.298
|
11
|
5.0
|
52.38
|
1.61
|
-0.436
|
12
|
4.4
|
57.14
|
1.48
|
-0.581
|
13
|
3.5
|
61.90
|
1.25
|
-0.735
|
14
|
3.0
|
66.67
|
1.10
|
-0.903
|
15
|
3.0
|
71.43
|
1.10
|
-1.089
|
16
|
3.0
|
76.19
|
1.10
|
-1.302
|
17
|
2.8
|
80.95
|
1.03
|
-1.554
|
18
|
2.3
|
85.71
|
0.83
|
-1.870
|
19
|
2.3
|
90.48
|
0.83
|
-2.302
|
20
|
2.3
|
95.24
|
0.83
|
-3.020
|
Bảng 4.5 - Kết quả tính các hệ số
Số liệu quan trắc
|
Phân bố tần suất lý thuyết
|
Độ dài chuỗi
|
20
|
năm
|
Thông số hình dạng (c)
|
2.874
|
Giá trị trung bình
|
4.5
|
m
|
Thông số tỷ lệ (b)
|
1.622
|
Hệ số phân tán (Cv)
|
0.372
|
|
Thông số vị trí (a)
|
0.000
|
Hệ số thiên lệch (Cs)
|
0.242
|
|
|
|
|
|
|
Hệ số tương quan
|
0.961
|
Trong đó:
-
Hệ số phân tán Cv được tính theo công thức:
(4-5)
: là phương sai (4-6)
Hệ số phân tán CV dùng để đánh giá mức độ phân tán của các chuỗi số khác nhau từ trị bình quân của từng chuỗi.
-
Hệ số thiên lệch Cs được tính theo công thức:
(4-7)
Hệ số thiên lệch CS biểu thị độ lệch về bên trái (CS > 0) hay bên phải (CS < 0) của độ thị phân bố mật độ tần suất so với giá trị bình quân của nó.
* Thông số hình dạng (c) chính là độ dốc của đường quan hệ ln(Hs-a)~ln(-lnP)
* Thông số tỉ lệ (b) chính là giá trị của đường quan hệ ln(Hs-a)~ln(-lnP) cắt trục tung.
Hình 4.3 - Biểu đồ quan hệ giữa Ln(Hs-a)~Ln(-Ln(P))
Bảng 4.6 - Bảng tần suất Weibull
TT
|
T (năm)
|
P (%)
|
Hs (m)
|
1
|
1000
|
0.10
|
9.9
|
2
|
500
|
0.20
|
9.6
|
3
|
200
|
0.50
|
9.0
|
4
|
100
|
1.00
|
8.6
|
5
|
95
|
1.05
|
8.6
|
6
|
90
|
1.11
|
8.5
|
7
|
85
|
1.18
|
8.5
|
8
|
80
|
1.25
|
8.5
|
9
|
75
|
1.33
|
8.4
|
10
|
70
|
1.43
|
8.4
|
11
|
60
|
1.67
|
8.3
|
12
|
50
|
2.00
|
8.1
|
13
|
40
|
2.50
|
8.0
|
14
|
30
|
3.33
|
7.8
|
15
|
25
|
4.00
|
7.6
|
16
|
20
|
5.00
|
7.4
|
17
|
15
|
6.67
|
7.2
|
18
|
10
|
10.00
|
6.8
|
19
|
5
|
20.00
|
6.0
|
20
|
3
|
33.33
|
5.2
|
21
|
2
|
50.00
|
4.5
|
22
|
1.0
|
99.00
|
1.0
|
Trong đó:
T : là số năm
P%: là tần suất xuất hiện
P%=
Hs: là chiều cao sóng ứng với tần suất P%
Hs =
Hình 4.4 - Biểu đồ quan hệ chiều cao sóng Hs ~ P%
Công trình cấp III → Tr = 20 năm ứng với tần xuất P = 5% :
Tra trên biểu đồ → H5% = 7,4(m)
* Chu kỳ sóng nước sâu:
Theo kinh nghiệm, có thể xác định chu kỳ sóng dựa vào tương quan giữa chu kỳ sóng và chiều cao sóng nước sâu tại vùng biển Bắc Bộ và Trung Bộ, thống kê cho T < 9s, H < 22,6 m ( Nguyễn Xuân Hùng, 1999 ):
H = 3,14.10-5 . T6,138 → T =
* Chiều dài sóng nước sâu :
Chiều dài sóng nước sâu Lo =
Lo = = 87,94 (m)
-
Tính truyền sóng (xác định các tham số sóng nước nông)
Khi sóng tiến vào bờ: độ sâu nước giảm, ma sát đáy tăng, dẫn tới một số hiện tượng: Hiệu ứng nước nông, khúc xạ, sóng vỡ, phản xạ, nhiễu xạ, nước dâng do sóng, sóng leo. Trong thiết kế đê cần tính toán các tham số sóng: chiều cao sóng, chiều dài sóng…, khi có ảnh hưởng của các hiện tượng hiệu ứng nước nông, khúc xạ sóng và hiện tượng sóng vỡ, sóng leo.
* Hiệu ứng nước nông
Giả sử khi vào vùng nước nông, năng lượng sóng không giảm do ma sát đáy, năng lượng đơn vị không thay đổi, do đó khi càng nông thì mực nước sẽ tăng lên tức thời, bước sóng giảm, độ dốc sóng tăng lưu tốc đỉnh sóng lớn dần tới mức lớn nhất dẫn tới hiện tượng sóng vỡ.
Hiện tượng chiều cao sóng giảm dần khi tiến vào bờ do độ sâu nước giảm dần gọi là hiệu ứng nước nông.
Theo lý thuyết sóng có biên độ nhỏ, nếu như có thể bỏ qua mọi sự mất mát của năng lượng sóng do ảnh hưởng của ma sát đáy và các quá trình khác thì sự thay đổi của độ cao sóng khi sóng truyền từ ngoài khơi vào ven bờ được tính bằng công thức (4-8)
(4-8)
Trong đó, là hệ số nước nông, được tính theo công thức (4-9)
(4-9)
Với
d - chiều sâu nước tại điểm tính toán
Trong tính toán để thuận tiện có thể tra giá trị Ks theo tỷ số d/L0 trong bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật Biển. (Bảng 1.1, Phụ lục 1)
* Hiện tượng khúc xạ sóng
Hiện tượng sóng luôn có xu hướng vuông góc khi sóng tiến vào bờ gọi là hiện tượng khúc xạ sóng. Hiện tượng khúc xạ xảy ra do sự thay đổi của vận tốc pha.
Ngoài vùng nước sâu, góc giữa đường đỉnh sóng và đường đẳng sâu là và khoảng cách giữa hai tia sóng là b0. Khi tiến vào vùng nước nông, tia sóng bên trái có tốc độ lớn hơn tia sóng bên phải, do đó tia sóng cong dần hay giảm dần và tia sóng có xu hướng vuông góc với đường bờ
Hiện tượng khúc xạ tác động tới chiều cao sóng qua hệ số khúc xạ
(4-10) Trong đó:
- Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước sâu.
- Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước nông. Được xác định từ công thức :
(4-11) Nếu như ta có các đường đẳng sâu thẳng và song song với đường bờ và hướng truyền sóng tại nước sâu tạo với bờ một góc thì theo lý thuyết sóng có biên độ nhỏ, độ cao sóng tại một điểm bất kỳ trong dải ven bờ với hướng truyền sóng tạo với bờ một góc được tính như sau:
H = H0 . (4-12)
Trong đó:
- Hệ số khúc xạ.
H0 - Chiều cao sóng nước sâu.
Các công thức trên chỉ có thể áp dụng để tính hệ số khúc xạ của sóng điều hòa. Trong thực tế, sóng ngẫu nhiên có thể coi là tổng hợp của rất nhiều sóng điều hoà có chu kỳ khác nhau. Trong trường hợp này, hệ số khúc xạ có thể được tính riêng rẽ cho mỗi mỗi nhóm sóng thành phần có chu kỳ và hướng sóng tới gần nhau. Sau đó, hệ số khúc xạ đại diện cho sóng ngẫu nhiên có thể lấy bằng giá trị trung bình của các hệ số khúc xạ của các sóng thành phần.
Trong thực tế, sóng biển trong điều kiện địa hình đáy biển biến đổi rất phức tạp có thể được xác định bằng cách coi là sóng tổng hợp đã trải qua các quá trình nước nông và khúc xạ . Trong trường hợp này, độ cao sóng tại một điểm nào đó trong vùng nghiên cứu được tính bằng công thức (4-13)
(4-13)
* Hiện tượng sóng vỡ.
Khi sóng lan truyền vào vùng ven bờ với độ sâu giảm dần, ma sát với đáy biển sẽ làm giảm vận tốc của hạt nước ở gần đáy biển. Hiện tượng này sẽ làm cho vận tốc chuyển động theo phương nằm ngang của các hạt nước ở gần đỉnh sóng nhanh hơn vận tốc hạt nước ở gần chân sóng và làm tăng độ dốc mặt nước tại mặt trước của sóng. Khi độ dốc mặt nước tại mặt trước của sóng đạt tới một giá trị cực đại nào đó, sóng sẽ bị vỡ. Đới ven bờ có sóng vỡ được gọi là đới sóng vỡ. Các quá trình động lực và thuỷ thạch động lực xảy ra rất mạnh mẽ trong đới này. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nếu như một công trình ven bờ được đặt trong đới sóng vỡ thì quá trình xói chân công trình sẽ nhanh hơn rất nhiều.
-
Tính truyền sóng nước sâu vào điểm bắt đầu có rừng ngập mặn
Các tham số sóng nước sâu đã tính toán được trong phần trước:
H0 = 7.4 m
L0 = 87,94 m
TP = 7.5
Bãi trước đoạn đê Bình Minh 3 có độ dốc rất nhỏ i = 0,2% . Đặc bịêt trước khi tác động vào bờ, sóng phải vượt qua rừng ngập mặn rộng trên 100m do vậy trước hết cần tính truyền sóng từ vùng nước sâu tới vị trí bắt đầu có rừng ngập mặn, giả thiết giới hạn rừng ngập mặn cách chân công trình 100 m và có chiều sâu nước d (chân công trình có cao trình trung bình +0,1m)
Với : d = MNTK – cao trình đáy = 3,8 – ( 0,1 - 100.i )
Hình 4.7 - Sơ đồ tính chiều sâu nước cách chân đê 100 m
Trong đó i là độ dốc bãi: i = 0,2%
→ d = 3,8 – (0,1 - 100.0,2 /100) = 3,9 m
Giả thiết các đường đồng mức đáy biển song song với nhau và song song với đường bờ. Khi sóng tiến vào bờ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khúc xạ và hiệu ứng nước nông
→ Chiều cao sóng tính theo công thức
* Tính hệ số khúc xạ Kr theo công thức (4-10):
Trong đó :
- Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước sâu. = 50
- Góc giữa đỉnh sóng với đường đẳng sâu tại vùng nước nông. Được xác định theo công thức :
Với tanh(kd) tra bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật biển theo tỷ số d/L0
Tra bảng 6.2 → tanh(kd) = 0,5056
→ sin = sin 50 .0,5056 = 0,044
→ = 2,50
Thay vào (4-10)
→ 0,9986
* Tính KS :
Với d/L0 = 0,044 Tra bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật Biển → KS = 1,042
→ Chiều cao sóng truyền vào vùng nước nông tính theo công thức (4-13):
= 7,4. 0,9986.1,042 = 7,7 m
-
Tính toán chiều cao sóng vỡ tại điểm thiết kế
Theo McCowan (1891) đối với sóng đơn chuyển động trên đáy ngang, chỉ số độ sâu sóng vỡ γb = 0.78 → sử dụng giá trị này để ước tính chiều cao sóng vỡ.
Giả thiết khi sóng vỡ khi gặp rừng ngập mặn :
→ db = 3,9 m
→ Hb = γb . db = 0,78 . 3,9 = 3,04 m
So sánh: Hs = 7,72 m và Hb = 3,04 m
=> Hs > Hb , chứng tỏ sóng đã vỡ trước khi gặp rừng ngập mặn. Chiều cao sóng thiết kế được xác định bằng việc tính toán sóng vỡ
Các bước tính toán sóng vỡ:
-
Giả thiết chỉ số sóng vỡ g
Chỉ số sóng vỡ của sóng ngẫu nhiên thường đạt giá trị 0,6 ÷ 0,7. Trong thiết kế tính toán với trường hợp bất lợi nhất → chọn chỉ số chiều cao sóng vỡ g = 0.7
-
Giả thiết độ sâu sóng vỡ ban đầu:
Giả sử sóng vỡ tại điểm có chiều sâu nước d = 9,6 m
-
Tính góc sóng tới j theo công thức Snell:
=
Có giá trị d/L0 tra bảng 6.2 giáo trình Cơ sở Kỹ thuật biển → d/L
→ góc
-
Tính Ks : tra bảng 6.2 theo giá trị d/L0
-
Tính Hh theo công thức:
Hh = H0.Kr.Ks
-
Tính g và kiểm tra điểm sóng vỡ: theo công thức
+ Nếu g nhỏ hơn 0.6, chọn lại giá trị d lớn hơn,
+ Nếu g lớn hơn 0.6, thì chọn lại d nhỏ hơn.
Kết quả tính lặp như sau:
Bảng 4.8 - Bảng tính lặp xác định chiều sâu, chiều cao sóng vỡ
d
|
d/Lo
|
d/L
|
L
|
sinφ0
|
Sinφ
|
Kr
|
Ks
|
Hs
|
|
(1)
|
(2)
|
(3)
|
(4)
|
(5)
|
(6)
|
(7)
|
(8)
|
(9)
|
(10)
|
10
|
0.1137
|
0.1528
|
65.4622
|
0.0871
|
0.0648
|
0.9991
|
0.9237
|
6.8412
|
0.6830
|
9.8
|
0.1114
|
0.1508
|
64.9867
|
0.0871
|
0.0644
|
0.9991
|
0.9249
|
6.8502
|
0.6978
|
9.6
|
0.1092
|
0.148
|
64.8649
|
0.0871
|
0.0643
|
0.9991
|
0.9263
|
6.8606
|
0.7134
|
Trong đó:
Cột 1: d - độ sâu nước giả thiết tại điểm sóng bắt đầu vỡ
Cột 2: d/Lo = Cột 1/87,94
Cột 3: d/L : Tra bảng 6.2 theo giá trị d/Lo
Cột 4: L : Chiều dài sóng tại điểm có chiều sâu d, L = Cột 1/cột 3
Cột 5: sin = sin 50
Cột 6: sin = (Cột 5 x cột 4)/87,94
Cột 7: Kr : Hệ số khúc xạ
Cột 8: Ks : Hệ số nước nông, tra bảng 6.2 Cơ sỏ Kỹ thuật Biển theo giá trị tương ứng ở cột 2
Cột 9: Hd : Chiều cao sóng vỡ tại vị trí có chiều sâu d
Cột 9 = 7,4 x cột7 x cột 8
Cột 10: : Chỉ số sóng vỡ
Cột 10 = cột 9 / cột 1
Từ bảng 4.8
→ Sóng vỡ tại vị trí có : d = 9,8 m
Hd = 6.85
= 0,7
-
Tính sóng thiết kế
-
Trường hợp bên ngoài đê không có rừng ngập mặn:
Chiều sâu nước tại chân công trình
d = MNTK – cao trình đáy
d = 3,8 – 0,1
d = 3,7 m
→ Chiều cao sóng vỡ tại vị trí d = 3,7 m:
Hd = d = 0,7 . 3,7 = 2,59 m
-
Trường hợp khu vực trước đê có rừng ngập mặn có chiều rộng 100m.
Theo nghiên cứu của GS-TSKH Phan Nguyên Hồng (Trung tâm Nghiên cứu hệ sinh thái RNM, ĐH Sư phạm Hà Nội), chiều cao sóng sẽ giảm 40-45% khi đi qua rừng ngập mặn có chiều rộng từ 100 – 150 m. Do khu vực biển Kim Sơn có hệ thống rừng vẹt khá phát triển có chiều rộng trên 100 m, vì vậy có thể chọn khả năng giảm sóng của rừng là 40%. Khi đó chiều cao sóng trước chân công trình là:
Htk = Hd – Hd.0,4 = 0,6.2,59 = 1,57 (m).
Kết luận: Điều kiện biên thiết kế đê Bình Minh 3:
MNTK = +3,8 m
MNTB = - 0,06 m
Htk = 1,57 m
Chiều dài sóng thiết kế L = 43,458 m = 3,70
Góc sóng tới = 3,70
CHƯƠNG 5
THIẾT KẾ ĐOẠN ĐÊ BIỂN BÌNH MINH 3
Chương 3 và chương 4 đã lựa chọn mặt cắt sơ bộ và tính toán điều kiện biên thiết kế. Trong chương này tiếp tục tính tính toán thiết kế chi tiết đê Bình Minh 3: đỉnh đê (cao trình đỉnh, tường chắn sóng, gia cố đỉnh...); mái đê (độ dốc mái, gia cố mái phía đồng, phía biển...); chân khay ...
5.1 Cao trình đỉnh đê
5.1.1 Xác định tiêu chuẩn thiết kế
Cao trình đỉnh đê có quan hệ trực tiếp đến an toàn của bản thân đê và của vùng bảo vệ, khối lượng công trình và kinh phí đầu tư, vì vậy đây là một tiêu chuẩn vô cùng quan trọng, được tính toán sau khi đê biển đã lún ổn định. Đối với đê có bố trí tường chắn sóng ở đỉnh, thì cao trình đỉnh đê là cao trình đỉnh tường. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cao trình đỉnh đê. Yếu tố quan trọng nhất là MNTK và sóng thiết kế, đã được xác định ở chương 3.
Hiện nay, có hai quan điểm thiết kế: Tính toán cao trình theo tiêu chuẩn sóng tràn và tính toán theo tiêu chuẩn sóng leo.
Theo tiêu chuẩn sóng leo, cao trình đỉnh đê sẽ cao hơn, không cho phép nước tràn qua, và bảo vệ tốt cho khu vực phía đồng. Tuy nhiên, cao trình đỉnh đê cao đồng nghĩa với khối lượng đất đắp lớn, khối lượng công trình lớn, dễ gây ra hiện tượng trượt mái, mất ổn định do trọng lượng bản thân, vì vậy để đảm bảo ổn định đê cần xây dựng trên nền tương đối tốt.
Theo quan điểm thiết kế sóng tràn, cao trình đỉnh đê sẽ thấp và cho phép nước tràn qua. Lượng nước cho phép tràn qua được tra theo bảng 5.1 phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng của tuyến đê, và mức độ kiên cố của mái đê phía đồng. Đối với tính toán cao trình đỉnh đê Bình Minh 3 cần xét tới vấn đề kinh tế kỹ thuật như sau:
- Về kinh tế: tuyến đê có nhiệm vụ ngăn mặn, lấn biển, khu vực bảo vệ bên trong đê hầu như chưa được khai thác, tuy nhiên đây là tuyến đê trọng điểm ngăn mặn phục vụ cho mở rộng khai thác phát triển nuôi trồng thuỷ hải sản và di chuyển dân tới sinh sống. Bên cạnh đó, tuyến đê cũng phục vụ cho mục đích giao thông tại vùng với lưu lượng di chuyển nhỏ.
- Về điều kiện kỹ thuật: Địa chất nền yếu không cho phép đắp đê quá cao dễ gây trượt, sạt lở. Bên cạnh đó, như đã phân tích ở những phần trên, tác động của sóng tới khu vực này không lớn, trong khi đó vùng biển này có tốc độ bồi lấn biển lớn nên chắc chắn việc xây dựng tuyến đê Bình Minh 4 trong tương lai gần khả thi.
Từ những phân tích trên, để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế xã hội huyện Kim Sơn quan điểm thiết kế theo tiêu chuẩn sóng tràn là hợp lý .
-
Tính toán cao trình đỉnh đê
Hình 5.1: Sơ đồ tính cao trình đỉnh đê biển theo tiêu chuẩn sóng tràn
Theo tiêu chuẩn sóng tràn, cao trình đỉnh đê được xác định theo công thức sau:
Zđđ = MNTK + Rc (5-1)
Trong đó:
Zđđ - Cao trình đỉnh tường chắn sóng.
MNTK - Mực nước thiết kế
Theo tính toán điều kiện biên: MNTK = 3,8 m
Rc - Độ cao lưu không của đỉnh đê so với MNTK.
Theo TAW (2002), công thức tính sóng tràn cho sóng cho cả sóng vỡ và sóng chưa vỡ mô tả lưu lượng tràn trung bình theo phương pháp tất định có dạng:
exp Với<5 (5-2) Với > 7 (5-3)
Trong đó:
q – Lưu lượng tràn trung bình trên mỗi mét chiều dài công trình (m3/s/m)
qd - Góc nghiêng quy đổi của mái công trình
- Hệ số ảnh hưởng của cơ
- Hệ số ảnh hưởng do độ nhám mái đê
- Hệ số ảnh hưởng do tường đứng trên mái đê
- Hệ số ảnh hưởng của góc sóng tới
- Chỉ số đồng dạng sóng vỡ
(5-4)
Trong đó
(5-5)
-
Tính toán lưu lượng tràn q cho phép
Lượng sóng tràn rất quan trọng đối với sự ổn định của công trình gia cố (đỉnh và mái đê phía đồng) và đối với việc dự đoán ngập lụt. Do đó, lượng sóng tràn có thể có vai trò quyết định đối với việc lựa chọn cao trình đỉnh đê. Đối với đê Bình Minh 3 lượng tràn cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo mái đê phía trong trồng cỏ trong khung đá xây có thể chịu được, không bị sạt lở khi có bão cấp 12.
- Lưu lượng tràn cần đảm bảo giao thông đi lại trên đê.
Chọn lưu lượng tràn cho phép đơn vị theo bảng 5.1 (Theo CEM) :
q = 10 l/m/s = 10.10-3 m3/s/m
Bảng 5.1 - Tiêu chuẩn sóng tràn
-
Góc đại diện công trình qd
Theo mặt cắt đê đã lựa chọn có m = cotg = 4
→ tan = ¼ = 0,25
-
Hệ số ảnh hưởng của cơ
Theo phân tích chọn mặt cắt sơ bộ đê Bình Minh 3 không bố trí cơ do đó
→ = 1
-
Hệ số ảnh hưởng do độ nhám của mái đê
Bảng 5.2 - Hệ số nhám và thấm của mái dốc
Loại hình gia cố mái
|
|
Trơn phẳng không thấm nước (Bê tông nhựa đường)
|
1,0
|
Bê tông và tấm lát bê tông
|
0,9
|
Lát cỏ
|
0,85÷ 0,9
|
Đá xây
|
0,75÷ 0,8
|
Đá hộc đổ hai lớp (nền không thấm nước)
|
0,60 ÷ 0,65
|
Đá hộc đổ hai lớp (nền thấm nước)
|
0,50 ÷ 0,55
|
Khối đá vuông 4 chân (lắp đặt 1 lớp)
|
0,55
|
Tetrapod (2 lớp)
|
0,40
|
Dolos (2 lớp)
|
0,38
|
Như vậy ứng với đê lựa chọn kết cấu bảo vệ mái đoạn đê Bình Minh 3 bằng cấu kiện bê tông tự ghép → =0,8
-
Hệ số ảnh hưởng do tường đứng trên mái đê
Theo TAW, 2002 :
= 1,35 – 0,0078 .
Với là góc nghiêng của tường chắn sóng so với mặt đê. Chọn tường đỉnh vuông góc với mặt đê → = 90
= 1,35 – 0,0078 . 90 = 0,648
-
Hệ số ảnh hưởng của góc sóng tới
Theo TAW, 2002 :
= 1 – 0,0033 với ( 00 ≤ ≤ 800)
Với = 3,70
→ = 1 – 0,0033.3,7 = 0,988
Theo công thức (5-4) :
Trong đó :
Với Hm0 = 1,57
Tm-1,0 = TP/1,1 = 7,503/1,1 = 6,82
→ =
Thay vào (5-3) :
→ =1,685
So sánh: = 1,685 <5
→ Tính Rc theo công thức (5-2), thay các giá trị hệ số vừa tính được vào công thức
(5-2):
exp
=
→ 1,623 .10-3 = 0,223.exp(-3,17 Rc)
→ Rc = 1,56 m
→ Zđđ = MNTK + Rc = 3,8 + 1,56 = 5,36 m
Để thuận lợi cho quá trình thi công chọn cao trình đỉnh tường chắn sóng :
Zđđ = 5,3 m.
Đê có bố trí tường chắn sóng vì vậy cao trình + 5,3 m là cao trình đỉnh tường chắn sóng.
-
Chiều rộng và kết cấu đỉnh đê:
Chiều rộng đỉnh đê (không bao gồm phần 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 rộng đê biển không nhỏ hơn 3 4 m, thường lấy bằng 4 6m. Ngoài ra, do các yêu cầu sử dụng giao thông, quốc phòng có thể mở rộng đến hơn 20m. Chiều rộng đỉnh đê được xác định theo cấp công trình (Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 130 – 2002, Hướng dẫn thiết kế đê biển)
như sau:
Bảng 5.3 - Chiều rộng đỉnh đê theo cấp công trình
Cấp công trình đê
|
Đặc biệt
|
Cấp I
|
Cấp II
|
Cấp III
|
Cấp IV
|
Chiều rộng đỉnh đê Bđ (m)
|
6 ÷ 8
|
6
|
5
|
4
|
3
| 5>5>
Chia sẻ với bạn bè của bạn: |