LỜI CẢM ƠN
Xin cảm ơn Trường ĐHTL và các thầy cô Khoa Công trình đã đào tạo và
hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học cao học, cán bộ thư viện trường đã giúp
đỡ tác giả trong quá trình tìm kiếm tài liệu để thực hiện luận văn.
Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn TS.Nguyễn
Trung Anh, NGND.GS.TS Lê Kim Truyền đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả về
chuyên môn trong suốt quá trình nghiên cứu.
Xin cảm ơn tới cơ quan:
Công ty CPTV Thiết kế giao thông thủy TEDI WECCO,
sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Quảng Bình đã giúp đỡ tác giả trong quá trình đi
thực địa công trình, thu thập tài liệu.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban QLDA Đầu tư xây dựng Ngành NN &
PTNT đã tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình học và thực hiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
nhiệt tình giúp đỡ động viên để tác giả hoàn thành luận văn này!
Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2012
Tác giả Trần Hoài Nam
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính
ổn định cho đê chắn sóng theo các dạng mặt cắt khác nhau, phục vụ xây dựng
khu neo đậu tàu thuyền trú bão” là kết quả nghiên cứu của tôi.
Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông
tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình
thức kỷ luật nào của Nhà trường.
1T1.3.2.1T 1TThiết kế mặt cắt và kết cấu ĐCS1T 12
1T1.3.2.1.1T 1TCao trình đỉnh đê1T 12
1T1.3.2.2.1T 1TThiết kế mặt cắt ngang ĐCS1T 13
1T1.3.3.1T 1TTác động của môi trường lên ĐCS1T 14
1T1.3.4.1T 1TTính toán ổn định ĐCS1T 14
1T1.4.1T 1TMột số hư hỏng đê chắn sóng và vấn đề ổn định1T 15
1T1.4.1.1T 1TMột số hư hỏng ĐCS thường gặp1T 15
1T1.4.1.1.1T 1THư hỏng đối với đê chắn sóng tường đứng1T 15 1T1.4.1.2.1T 1THư hỏng đối với đê chắn sóng mái nghiêng1T 15
1T1.4.2.1T 1TVấn đề ổn định của ĐCS1T 16
1T1.5.1T 1TĐê chắn sóng và khu neo đậu tàu thuyền trú bão1T 17
1T1.5.1.1T 1TTiêu chí xây dựng khu neo đậu tàu thuyền tránh trú bão1T 17
1T1.5.1.1.1T 1TYêu cầu về địa điểm xây dựng khu neo đậu tránh trú bão1T 17
1T1.5.1.2.1T 1TYêu cầu về kỹ thuật đối với khu tránh trú bão1T 18
1T1.5.2.1T 1TTiềm năng và hiện trạng khu neo đậu tàu thuyền TTB ở nước ta1T 19
1T1.5.2.1.1T 1TTiềm năng xây dựng các khu neo đậu tàu thuyền TTB1T 19
1T1.5.2.2.1T 1TChủ trương xây dựng khu neo đậu tàu thuyền TTB1T 19
1T1.5.2.3.1T 1TTình hình xây dựng khu neo đậu tàu thuyền TTB ở nước ta1T 20
1T1.5.3.1T 1TMột số vấn đề về khu neo đậu tàu thuyền TTB và ĐCS1T 21
1T1.6.1T 1TKết luận chương I1T 22
1TCHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO ĐÊ
CHẮN SÓNG
1T 23
1T2.1.1T 1TGiới thiệu một số phương pháp tính toán ổn định cho đê chắn sóng1T 23
1T2.1.1.1T 1TSự phát triển của các phương pháp tính toán công trình1T 23
1T2.1.2.1T 1TCác phương pháp tính ổn định công trình1T 23
1T2.1.2.1.1T 1TPhương pháp tính theo trạng thái giới hạn1T 23
1T2.1.2.2.1T 1TPhương pháp ứng suất cho phép1T 25
1T2.4.1T 1TTính ổn định cho đê chắn sóng hỗn hợp1T 55
1T2.4.1.1T 1TCác dạng mặt cắt và khả năng mất ổn định1T 55
1T2.4.2.1T 1TNội dung tính toán ổn định ĐCS hỗn hợp1T 56
1T2.5.1T 1TKết luận chương II1T 56
1TCHƯƠNG III: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH
CHO CÁC DẠNG MẶT CẮT ĐCS KHU NEO ĐẬU TÀU THUYỀN TRÁNH
TRÚ BÃO
1T 58
1T3.1.1T 1TĐiều kiện làm việc của ĐCS theo các dạng mặt cắt khác nhau1T 58
1T3.1.1.1T 1TĐiều kiện làm việc của đê chắn sóng tường đứng1T 58 1T3.1.1.1.1T 1TTải trọng bản thân1T 58
1T3.1.1.2.1T 1TÁp lực thủy tĩnh1T 58
1T3.1.1.3.1T 1TTải trọng do áp lực sóng1T 58
1T3.1.2.1T 1TĐiều kiện làm việc đê chắn sóng mái nghiêng1T 66
1T3.1.2.1.1T 1TTải trọng bản thân1T 66
1T3.1.2.2.1T 1TÁp lực thủy tĩnh1T 67
1T3.1.2.3.1T 1TTác động của sóng lên đê chắn sóng mái nghiêng1T 67
1T3.2.1T 1TĐiều kiện xây dựng, khai thác với các ĐCS có dạng mặt cắt khác nhau1T 77
1T3.2.1.1T 1TĐê chắn sóng dạng tường đứng1T 77
1T3.2.1.1.1T 1TĐiều kiện áp dụng1T 77
1T3.2.1.2.1T 1TĐiều kiện khai thác1T 77
1T3.2.2.1T 1TĐê chắn sóng dạng mái nghiêng1T 78
1T3.2.2.1.1T 1TĐiều kiện áp dụng1T 78
1T3.2.2.2.1T 1TĐiều kiện khai thác1T 78
1T3.3.1T 1TYêu cầu về ổn định ĐCS khu neo đậu tàu thuyền trú bão1T 79
1T3.3.1.1T 1TTải trọng tác dụng lên ĐCS khu neo đậu tàu thuyền TTB1T 79
1T3.3.1.1.1T 1TTải trọng va tàu1T 79
1T3.3.1.2.1T 1TTải trọng neo tàu1T 80
1T4.1.2.2.1T 1TĐiều kiện thuỷ hải văn khu vực công trình1T 96
1T4.1.2.3.1T 1TĐiều kiện địa hình1T 101
1T4.1.2.4.1T 1TĐiều kiện địa chất công trình1T 101
1T4.2.1T 1TGiải pháp thiết kế ĐCS, ngăn cát1T 101
1T4.2.1.1T 1TChọn tuyến đê1T 101
1T4.2.2.1T 1TTính chọn kích thước cơ bản của mặt cắt ngang ĐCS mái nghiêng1T 102
1T4.2.2.1.1T 1TCao trình đỉnh đê1T 103
1T4.2.2.2.1T 1TChiều rộng đỉnh đê1T 104 1T4.2.2.3.1T 1TChọn mái dốc m1T 105
1T4.3.1T 1TTính toán ổn định ĐCS1T 105
1T4.3.1.1T 1TTheo 14TCN 130-20021T 105
1T4.3.2.1T 1TTheo phương pháp phần tử hữu hạn1T 109
1T4.3.3.1T 1TTính toán ổn định trượt ngang1T 109
1T4.4.1T 1TMột số nội dung tổ chức thi công xây dựng công trình1T 112
1T4.4.1.1T 1TTrình tự thi công các hạng mục chính khu neo đậu Nhật Lệ1T 112
1T4.4.2.1T 1TBiện pháp thi công các hạng mục công trình chính1T 113
1T4.4.3.1T 1TMột số lưu ý trong quá trình thi công1T 115
1T4.4.4.1T 1TTiến độ thi công1T 116
1T4.4.5.1T 1TCác yêu cầu về bảo vệ môi trường, an toàn, phòng chống cháy nổ trong quá
trình thi công
1T 116
1T4.5.1T 1TKết luận chương IV1T 117
1TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ1T 118
1TI. Kết luận1T 118
1TII. Tồn tại và kiến nghị1T 119
Để góp phần cho công tác thiết kế các đê chắn sóng công trình, nội dung nghiên
cứu đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính ổn định cho đê chắn sóng theo
các dạng mặt cắt khác nhau, phục vụ xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão”
mang tính thực tiễn nhằm đáp ứng xây dựng khu neo đậu tàu thuyền trú bão đang 2
được quan tâm ở nước ta và có tính khoa học, góp phần cho chuyên ngành xây dựng
công trình biển.
2. Mục đích của đề tài
Trên cơ sở nghiên cứu, luận văn đề xuất phương pháp tính toán ổn định phù hợp
đối với các dạng mặt cắt khác nhau của đê chắn sóng, tập trung cho mặt cắt thường
được sử dụng là dạng mái nghiêng và tường đứng, nhằm phục vụ việc xây dựng đê
chắn sóng khu neo đậu tàu thuyền trú bão ở nước ta.
3. Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là đê chắn sóng khu neo đậu tàu thuyền trú bão.
4. Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp lý thuyết
+ Phương pháp tổng hợp, phân tích đánh giá
+ Tham khảo kinh nghiệm chuyên gia
- Các tiếp cận: + Tiếp cận qua các nghiên cứu, tài liệu đã công bố
+ Tiếp cận qua công trình thực tế
+ Qua các nguồn thông tin khác
5. Kết quả dự kiến đạt được
- Nêu được tổng quan các phương pháp tính toán ổn định cho đê chắn sóng công
trình biển;
- Dựa trên đặc điểm điều kiện làm việc và điều kiện áp dụng, phân tích lựa chọn
phương pháp tính toán ổn định phù hợp cho đê chắn sóng có dạng mặt cắt khác
nhau, tập trung cho 2 dạng mặt cắt là đê mái nghiêng và đê dạng tường đứng, phục
thành:
- Đê chắn sóng liền bờ (đê nhô) là đê có một đầu nối tiếp với đường bờ;
- Đê chắn sóng xa bờ (đê đảo hay đê tự do) là đê chắn sóng mà cả 2 đầu đê
không nối với bờ (tuyến đê có thể hoặc không song song với bờ);
- Đê hỗn hợp: trên thực tế, nhiều trường hợp thường kết hợp bố trí xây dựng
tuyến đê chắn sóng theo cả hai kiểu nói trên. 4
Hình 1.1: Đê nhô (Cảng Karpaz, miền bắc đảo Síp) Hình 1.2: Đê đảo (Đê đảo lớn nhất thế
giới tại Coastal Azul, Mexico)
Hình 1.3: Đê hỗn hợp
(Cảng Lirvono, Italia)
1.1.2.2. Phân loại theo tương quan với mực nước
Theo tiêu chí đánh giá tương quan giữa cao trình đỉnh đê chắn sóng với cao trình
mực nước biển có thể phân ra làm 2 loại như sau:
- Đê ngập (đê chìm) có cao trình đỉnh đê thấp hơn cao trình mực nước thi công,
có trường hợp thấp hơn cả mực nước thấp thiết kế. Đê ngập thường được xây dựng
để tiêu giảm năng lượng sóng biển và ngăn cát cho mục đích bảo vệ bờ khỏi bị xói
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. 5
- Đê không ngập có cao trình đỉnh đê luôn cao hơn mực nước cao thiết kế. Đê
không ngập còn chia ra thành hai loại: đê hạn chế sóng tràn (cho phép một mức độ
Hình 1.4: Đê chắn sóng mái nghiêng (Manila, Philippines) Hình 1.5: Đê chắn sóng dạng kết
cấu tường đứng (Holyhead, xứ Wales)
Hình 1.6: Đê chắn sóng dạng hổn hợp
(Sohar, Oman)
- Kết cấu đê hỗn hợp: Đê chắn sóng dạng hỗn hợp thường có 2 loại: mặt đê phía
chắn sóng là mái nghiêng có khối phủ bảo vệ, phần sau là kết cấu tường đứng; phần
trên là dạng đê tường đứng (khối bê tông hoặc thùng chìm bê tông cốt thép) đặt trên
phần nền móng (phần dưới) là dạng đê khối đổ có mặt cắt ngang kiểu mái nghiêng.
- Đê chắn sóng bằng cọc, cừ thép: thi công tốn ít vật liệu, tốn công đóng cọc.
- Các loại đê chắn sóng kết cấu đê đặc biệt khác: đê kiểu phao, đê rỗng, đê thủy
khí, đê bằng ống địa kỹ thuật…Tuy nhiên chưa được ứng dụng rộng rãi do hiệu quả
chưa cao và phức tạp tốn kém trong quá trình vận hành. 7 Hình 1.7: Đê chắn sóng cọc gỗ
(Hà Lan)
Hình 1.8: Đê chắn sóng cừ thép (Ai cập) Hình 1.9: Đê kiểu phao (Canada)
1.2. Các dạng mặt cắt đê chắn sóng công trình biển
Cùng với sự phát triển của công nghệ thiết kế và thi công ĐCS, hiện nay các
là đá lát khan hoặc đá xây (hình 1.10.b)
- Các khối bê tông hình hộp được chất trực tiếp trên đệm đá, hình thành chân đê.
(hình 1.10.c)
- Trên đỉnh có đặt khối bê tông dạng tường góc (Hình 1.10.d).
9
Hình 1.10: Một số loại mặt cắt ĐCS mái ngiêng
1.2.2. Đê chắn sóng tường đứng
Đê chắn sóng tường đứng là loại công trình mà mặt đê phía đón sóng có dạng
thẳng đứng. Thân đê thường được làm bằng các khối xếp, thùng chìm bê tông cốt
thép (BTCT) và trong một số trường hợp cũng có thể sử dụng một số dạng kết cấu
khác như chuồng BTCT đổ đá, cừ hay cọc kết hợp đổ đá, cát…ở giữa hai hàng cừ,
cọc.
- Kết cấu đê tường đứng trọng lực tốn ít vật liệu do mặt cắt ngang nhỏ, cho phép
thi công nhanh, có thể tận dụng làm kết cấu bến phía trong bể cảng. Nhược điểm
của loại đê này là yêu cầu về nền tương đối cao, tạo phản xạ sóng cao trước công
trình và đòi hỏi nhiều công đoạn chế tạo - thi công hiện đại.
Đê chắn sóng tường đứng có kết cấu khá đa dạng, nhưng thường có thể sử dụng
một số kết cấu chính gồm:
- Công trình có kết cấu dạng thùng chìm bê tông cốt thép (hình 11.a).
- Công trình sử dụng kết cấu khối bê tông có hình dạng đơn giản (hình 11.b). 10
- Loại kết cấu Cyclopit.
- Loại kết cấu khối rỗng.
Hình 1.13: Đê chắn sóng bằng cọc, cừ 12
1.2.5. Đê chắn sóng có kết cấu đặc biệt
Các loại đê này thường có hình dạng và kết cấu rất đa dạng, có thể kể ra các loại:
đê kiểu phao, đê rỗng, đê thủy khí…mặc dầu các loại đê chắn sóng kiểu này có chi
phí xây dựng ban đầu thấp hơn các loại đê nói trên nhưng lại rất ít được áp dụng
trên thực tế vì hiệu quả giảm sóng, chắn cát hạn chế qua quá trình khai thác cũng
như chi phí duy tu bảo dưỡng cũng khá phức tạp và tốn kém.
1.3. Nội dung chính liên quan đến tính toán thiết kế đê chắn sóng
1.3.1. Chọn tuyến ĐCS
Tuyến ĐCS được chọn trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, trên
cơ sở xem xét:[2]
- Sự phù hợp quy hoạch tổng thể phát triển toàn vùng;
- Điều kiện địa hình, địa chất;
- Diễn biến cửa sông và bờ biển;
- Vị trí công trình hiện có và công trình xây dựng theo quy hoạch;
- Hiệu quả của việc chắn sóng; an toàn, thuận lợi trong xây dựng, quản lý, khai
thác ĐCS và khu vực được ĐCS bảo vệ;
1.3.2. Thiết kế mặt cắt và kết cấu ĐCS
Nội dung thiết kế mặt cắt và kết cấu ĐCS bao gồm các nội dung chính: Xác định
cao trình đỉnh đê, kích thước mặt cắt, kết cấu đỉnh đê và thân đê, bảo vệ chân đê và
một số tính toán theo quy định. [2], [4]
1.3.2.1. Cao trình đỉnh đê
Cao trình đỉnh đê chắn sóng mái nghiêng được tính toán xác định và lựa chọn
trên các cơ sở chính như sau:
- Yêu cầu về công năng của đê chắn sóng, có cho phép nước tràn hay không;
- Cấp công trình đê chắn sóng;
khi cao độ đỉnh đê được thiết kế không cho phép sóng tràn (hoăc cho phép sóng tràn 14
không đáng kể), và m = 1,23 ÷ 1,50 khi đỉnh đê được thiết kế cho phép sóng tràn
hoặc sóng sau đê khá lớn. Lựa chọn mái dốc hai bên thân đê cũng cần được tính
toán cân nhắc kỹ lưỡng vì nếu quá dốc thì nguy cơ mất ổn định trượt cao và yêu cầu
về kích thước khối phủ ngoài cũng lớn hơn; mái dốc hai bên thân đê quá thoải thì
giá thành xây dựng đê cao.
c, Kích cỡ và trọng lượng và chiều dày khối phủ
Trọng lượng, kích cỡ khối phủ ngoài việc thoả mãn yêu cầu ổn định dưới tác
dụng của sóng biển, dòng chảy. Đây là đối tượng được rất nhiều nhà nghiên cứu dày
công đầu tư phát triển. Hiện nay, một số biểu thức tính toán của các nhà nghiên cứu
Anh, Mỹ, Liên Xô cũ, Tây Ban Nha, Na Uy, Thụy Điển đã được công bố đều là các
công thức thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm. Trong những điều kiện tương tự, kết
quả tính toán theo các công thức này vẫn còn có kết quả khác biệt đáng kể.
1.3.3. Tác động của môi trường lên ĐCS
Đê chắn sóng là một giải pháp công trình nhằm tiêu tán, phản xạ một phần năng
lượng sóng biển. Với ĐCS ở các cảng, nó có nhiệm vụ tạo ra một khu nước tương
đối yên tĩnh, phù hợp với yêu cầu khai thác cảng, đảm bảo an toàn cho việc neo cập
tàu thuyền để làm hàng hoặc phục vụ neo trú tàu thuyền khi biển động. Các tác
động chính của môi trường lên ĐCS gồm: áp lực thủy tĩnh, áp lực sóng, va đập của
tàu thuyền, tác động của dòng chảy, thiết bị đi lại, động đất (nếu có) và một số tác
động khác v v. Một trong các tác động quan trọng lên kết cấu này trong suốt tuổi
thọ của công trình là tác động của sóng biển.
Các loại lực tác động do sóng biển gây ra có thể là: áp lực sóng đứng, áp lực
sóng nhiễu xạ, áp lực sóng vỡ, áp lực sóng đổ, áp lực sóng leo, áp lực đẩy nổi…Tùy
theo hình dạng và hình thức kết cấu, vị trí công trình mà các lực tác dụng do sóng
tạo ra có thể khác nhau.
1.3.4. Tính toán ổn định ĐCS
Hình 1.14: Một số kiểu phá hoại thường gặp với ĐCS dạng tường đứng
1.4.1.2. Hư hỏng đối với đê chắn sóng mái nghiêng
- Hư hỏng thường gặp nhất chính là mất ổn định khối gia cố bảo vệ mái (có các
hình thức gia cố mái khác nhau: khối bê tông thường, khối phức hình, đá tảng, đá
hộc…). Do khối gia cố mái không đủ trọng lượng hoặc do sự cài nối không chặt
giữa các khối, giữa khối và mặt đê… 16
- Sự dịch chuyển của lớp khối gia cố mái do chọn các thông số sóng tính toán
chưa phù hợp, hoặc do chất lượng cả lớp, khối gia cố không đạt yêu cầu thiết kế;
- Sự xê dịch các cấu kiện trên đỉnh đê do kiểm tra ổn định lật, trượt với hệ số
chưa phù hợp;
- Do quá trình tính toán còn thiếu sót, cao trình đỉnh đê thấp so với yêu cầu hoặc
việc chọn các thông số sóng nhỏ, làm sóng tràn qua mặt đê gây xói phía sau đê;
- Chân khay gia cố bị xói, do tốc độ dòng chảy của sóng, của dòng hải lưu bằng
hoặc lớn hơn tốc độ xói tính toán;
- Hư hỏng do các hình thức phá hoại nền móng đê;
- Chất lượng vật liệu lớp đắp đê chưa đảm bảo ảnh hưởng đến ổn định toàn bộ
công trình;
- Gặp phải sự cố lún công trình trong quá trình áp lực lỗ rỗng vượt quá mức giới
hạn.
- Xói nền trên đáy biển.
Những hư hỏng trên đây có thể xảy ra đồng thời hoặc riêng lẻ, gây ra những hư
hỏng nhỏ hoặc nghiêm trọng. Một số trường hợp sau trận bão hoặc khi hư hỏng
không được sửa chữa kịp thời dẫn đến làm hỏng toàn bộ hệ thống đê chắn sóng.
Hình 1.15: Các kiểu phá hoại thường gặp với ĐCS mái nghiêng
1.4.2. Vấn đề ổn định của ĐCS
Từ việc xem xét, đánh giá các hư hỏng thường gặp đối với các hạng mục ĐCS
b, Khu tránh trú bão tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương
Khi chọn địa điểm khu tránh trú bão của tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương
cần xem xét các điều kiện sau đây:
1. Gần ngư trường truyền thống hoặc các tụ điểm nghề cá lớn của địa phương.
2. Điều kiện tự nhiên, địa hình thuận lợi cho neo đậu tránh trú bão, bảo đảm an
toàn cho tàu cá vào trú bão.
3. Lợi dụng chủ yếu địa hình tự nhiên, với hạng mục đầu tư và kinh phí đầu tư
thấp hơn so với khu tránh trú bão vùng.
4. Đáp ứng cho việc tránh trú bão của tàu cá địa phương :
- Số lượng tàu cá có thể tránh trú bão đến 800 chiếc,
- Đáp ứng cho các loại tàu thuyền có công suất nhỏ nhất tránh trú bão.
Copyright: Tài liệu đại học ©