Tiêu chuẩn kỹ thuật và chú giải đối với các công trình cảng - Phần Các điều kiện thiết kế - Chương 5 doc

Phn 2 - Chng 5 1

Chơng 5 : Lực sóng
5.1 Tổng quát (Điều 5, Khoản 1 Thông báo)
Lực sóng tác động lên một kết cấu đợc xác định bằng cách sử dụng các thử nghiệm mô hình
thuỷ lực thích đáng hoặc các phơng pháp thiết kế mô tả trong 5.2 Lực sóng tác động lên
tờng thẳng đứng, với sóng tính toán xác định bằng các phơng thức mô tả trong Chơng 4.
Sóng
[Chú giải]
(1) Loại kết cấu và lực sóng
Lực sóng nói chung có thể đợc phân loại theo loại kết cấu nh sau:
(a) Lực sóng tác động lên một kết cấu loại tờng
(b) Lực sóng tác động lên đá phủ bảo vệ hoặc khối bê tông
(c) Lực sóng tác động lên các bộ phận ngập nớc
(d) Lực sóng tác động lên các kết cấu gần mặt nớc
Lực sóng khác nhau đối với mỗi loại kết cấu. Do đó cần sử dụng một phơng pháp thích hợp với loại kết cấu.
Đối với một số kết cấu có ít kinh nghiệm xây dựng, lực sóng của chúng cha làm sáng tỏ đầy đủ. Và vì vậy nên
tiến hành nghiên cứu kể cả các thí nghiệm mô hình thuỷ lực đối với các kết cấu đó.
(2) Tính không ổn định của sóng và lực sóng
Sóng biển không ổn định với chiều cao sóng và chu kỳ thay đổi từ con sóng này tới con sóng khác. Tuỳ thuộc
vào chiều sâu nớc và địa hình đáy biển có thể xuất hiện các sóng không vỡ, các sóng vừa mới vỡ, và các sóng
đã vỡ. Khi tính lực sóng, điều quan trọng là đa vào các sóng tác động nghiêm trọng nhất đến kết cấu. Cần xem
đầy đủ đến tính không ổn định của sóng và các đặc trng của lực sóng đợc tạo ra tuỳ theo loại kết cấu
Nói chung, có thể giả định rằng, chiều cao sóng càng lớn, lực sóng càng lớn. Do đó, có thể chấp nhận tập trung
vào lực sóng của sóng cao nhất trong chuỗi sóng không ổn định tấn công kết cấu. Tuy nhiên, đối với độ ổn định
của các kết cấu nổi và kết cấu hình trụ có độ cứng nhỏ, và của các khối bê tông hoặc đá phủ bảo vệ trên mái
dốc, nên xem xét ảnh hởng của tác động liên tiếp của sóng không ổn định.
(3) Tính lực sóng sử dụng thí nghiệm mô hình thuỷ lực
Khi nghiên cứu lực sóng bằng mô hình thuỷ lực cần chú ý thích đáng đến quá trình h hỏng của kết cấu và sử

dụng phơng pháp đo đạc thích hợp. Cũng cần chú ý thích đáng đến tính không đều của sóng. Đặc biệt, khi tiến
hành thí nghiệm với sóng điều hoà, phải nghiên cứu với sóng cao nhất.
5.2 Lực sóng tác động lên tờng thẳng đứng
5.2.1. Các vấn đề quan tâm chung
Lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng thay đổi theo các điều kiện của sóng, cũng nh
mức nớc thuỷ triều, chiều sâu nớc, địa hình đáy biển, dạng mặt cắt ngang kết cấu và hình
thức bố trí kết cấu. Lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng do đó phải tính toán thích
đáng có xét đến các vấn đề đó.
Một tờng thẳng đứng trên một đáy biển dốc hoặc một ụ cao thờng phải chực lực phá huỷ
của sóng va đập mạnh, vì vậy phải chú ý đầy đủ đến các điều kiện trong đó lực đợc sinh ra
khi tính toán lực sóng.
[Chú giải]
(1) Các thông số ảnh hởng đến lực sóng lên một tờng thẳng đứng
1)
Các thông số chính ảnh hởng đến lực sóng tác động lên một đờng thẳng đứng là chu kỳ sóng, chiều cao
sóng, hớng sóng, mực nớc, chiều sâu nớc, độ dốc đáy, chiều sâu nớc bên trên lớp đệm đá, chiều cao của
tờng thẳng đứng, và chiều sâu nớc của chân tờng thẳng đứng. Ngoài ra, cũng cần xét đến ảnh hởng của
cách bố trí tờng. Lực sóng lên một tờng thẳng đứng có hình dạng lõm có thể lớn hơn lực sóng lên một tờng


Phn 2 - Chng 5 2

thẳng đứng phẳng có chiều dài vô hạn. Hơn nữa, nếu mặt trớc của tờng thẳng đứng đợc phủ một đống các
khối bê tông tiêu sóng, đặc trng của các khối này và chiều cao đỉnh và bề rộng của lớp đệm đá sẽ ảnh hởng
tới lực sóng
(2) Các loại lực sóng
Lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng có thể phân loại theo loại sóng nh một lực sóng đứng, một lực
sóng đang vỡ, hoặc một lực sóng do một sóng đã vỡ. Ngời ta xem là lực sóng thay đổi liên tục từ loại này sang
loại khác theo sự thay đổi chiều cao sóng ngoài khơi. Lực sóng đứng đợc tạo ra bởi các sóng có chiều cao nhỏ
so với chiều sâu nớc, và sự thay đổi áp lực sóng theo thời gian thì dần dần. Khi chiều cao sóng tăng, lực sóng

cũng tăng. Nói chung, lực sóng lớn nhất đợc sinh ra bởi các sóng vỡ ngay trớc tờng một chút. Theo đó, trừ
các điều kiện nớc rất nông, lực tác động bởi các sóng vỡ ngay trớc một tờng thẳng đứng lớn hơn lực sóng do
các sóng cao hơn đã vỡ hoàn toàn. Cần nhớ rằng khi sóng đang vỡ tác dộng lên một tờng thẳng đứng đặt trên
một lớp đệm đá cao (cả khi nó đợc xây trên một đáy biển thoải), có thể sinh ra một lực sóng đang vỡ xung rất
mạnh
5.2.2. Lực sóng của các sóng đứng và sóng vỡ
[1] Lực sóng dới đỉnh sóng (Điều 5, khoản 1, số 1thông báo)
(1) áp lực sóng lên mặt trớc của một tờng thẳng đứng
Giả định một sự phân bố tuyến tính của áp lực sóng với giá trị cực đại p
1
ở mực nớc tĩnh, 0
ở chiều cao


bên trên mực nớc tĩnh và p
2
ở đáy biển, áp lực sóng từ đáy tới đỉnh của
tờng thẳng đứng đợc tính theo phơng trình sau:

Trong đó:


: Chiều cao bên trên mực nớc tĩnh ở đó cờng độ áp lức sóng là 0 (m)
p
1
: Cờng độ áp lực sóng ở mức nớc tĩnh (kN/m
2
)
p
2

: Cờng độ áp lực sóng ở đáy biển (kN/m
2
)
p
3
: Cờng độ áp lực sóng ở chân tờng thẳng đứng (kN/m
2
)

o
: Dung trọng của nớc (t/m
3
)
g : Gia tốc trọng trờng (m/s
2
)
: Góc giữa đờng pháp tuyến với tờng đứng và hớng tới của sóng
Góc này phải giảm đi 15
o
, nhng góc hợp thành phải không nhỏ hơn 0
0

Việc hiệu chỉnh này cho một dự phòng an toàn về tính không vững chắc
trong hớng sóng.

1
,
2
: hệ số hiệu chỉnh áp lực sóng (1,0 là giá trị tiêu chuẩn)
h : chiều sâu nớc ở trớc tờng thẳng đứng (m)

L : chiều dài sóng ở chiều sâu nớc h dùng trong tính toán nh quy định trong mục (3)
dới đây
H
D
: chiều cao sóng dùng trong tính toán nh quy định trong mục (3) dới đây (m):


Phn 2 - Chng 5 3


Trong đó :
h
b
: chiều sâu nớc ở khoảng cách ngoài khơi bằng 5 lần chiều cao sóng có ý nghĩa kể từ
tờng thẳng đứng (m)
d : chiều sâu nớc ở đỉnh của công trình bảo vệ chân hoặc các khối bảo vệ lớp đệm đá,
lấy số liệu nào cao hơn (m)
h' : chiều sâu nớc ở chân tờng thẳng đứng (m)
min {a,b} : giá trị nhỏ hơn của a hoặc b
(2) Lực đẩy nổi dới tờng thẳng đứng
Lực đẩy nổi tác động vào đáy một tờng đứng đợc diễn tả bằng một phân bổ tam giác, với
cờng độ áp lực ở chân trớc p
u
đợc cho bởi phơng trình sau và bằng 0 ở chân sau
p
u
= 0,5 (1 + cos)
1

3

3

0
g H
D
(5.2.8)
Trong đó :
p
u
: áp lực đẩy nổi tác động tại chân trớc của tờng thẳng đứng (kN/m
2
)

3 :
hệ số hiệu chỉnh áp lực đẩy nổi (1,0 là giá trị tiêu chuẩn)
(3) Chiều cao sóng và chiều dài sóng dùng trong tính toán áp lực sóng
Chiều cao sóng H
D
và chiều dài sóng L là chiều cao và chiều dài sóng của sóng cao nhất.
Chiều dài sóng của sóng cao nhất tơng ứng với chu kỳ sóng có ý nghĩa, còn chiều cao của
sóng cao nhất nh sau:
(a) Khi tờng thẳng đứng nằm ngoài vùng sóng vỡ:

Trong đó :
H
max
: chiều cao sóng cao nhất của sóng tới tại chiều sâu nớc ở tờng thẳng
đứng(m)
H

1/3
: chiều cao sóng có ý nghĩa của sóng tới tại chiều sâu nớc ở tờng thẳng đứng (m)
(b) Khi tờng thẳng đứng nằm trong vùng sóng vỡ :
H
D
là chiều cao sóng lớn nhất có xét đến hiện tợng sóng không ổn định bị vỡ (m)
[Chú giải]
Tiêu chuẩn quy định phải tính lực sóng nằm ngang lớn nhất tác động lên một tờng thẳng đứng và áp lực đẩy nổi
đồng thời theo phơng trình Goda mở rộng.


Phn 2 - Chng 5 4

Công thức áp lực Goda mở rộng là công thức do Goda kiến nghị và đợc sửa đổi để đa vào các ảnh
hởng của hớng sóng và các vấn đề khác. Công thức phơng trình đơn của nó cho phép tính lực sóng từ điều kiện
sóng đứng tới sóng vỡ mà không có một chuyển tiếp đột ngột nào. Tuy nhiên, khi tờng thẳng đứng nằm trên một
đáy biển dốc hoặc xây trên một lớp đệm đá cao, và chịu một áp lực sóng xung mạnh do các sóng đang vỡ, công
thức có thể đánh giá thấp lực sóng. Bởi vậy, phải áp dụng cẩn thận có xét đến khả năng xẩy ra áp lực sóng xung
do các sóng đang vỡ (xem 5.2.3 áp lực xung do sóng đang vỡ)
áp lực sóng tính theo công thức Goda lấy áp lực thuỷ tĩnh ở điều kiện nớc tĩnh làm giá trị tham khảo. Phải
xem xét riêng nếu có một độ chênh áp lực thuỷ tĩnh giữa các mặt trong và mặt ngoài của tờng. Ngoài ra, phơng
trình có mục đích xem xét độ ổn định của toàn thể thân tờng thẳng đứng. Khi có tác động của sóng đang vỡ,
phơng trình không nhất thiết biểu thị áp lực sóng cục bộ lớn nhất tại các vị trí tơng ứng; do đó các vấn đề đó phải
xét đến trong khi nghiên cứu ứng suất của các thanh kết cấu
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) áp lực sóng ở mặt trớc theo công thức mở rộng Goda
Hình T.5.2.1 minh hoạ sự phân bổ áp lực tác động lên một mặt cắt thẳng đứng của một đê chắn sóng. Việc hiệu
chỉnh góc sóng tới đợc cho ví dụ trong Hình T.5.2.2

Hình T.5.2.1. Phân bổ áp lực sóng dùng trong tính toán thiết kế

Hình T.5.2.2. Cách để có góc sóng tới
(2) Sóng cao nhất
Nói chung trong thiết kế đê chắn sóng, cần đánh giá lực sóng lớn nhất bằng cách tính công thức Goda và sử
dụng sóng cao nhất. Sự xuất hiện sóng cao nhất trong một nhóm sóng không ổn định là theo xác suất, và do
đó không thể xác định sóng cao nhất một cách rõ ràng. Tuy nhiên, sau khi nghiên cứu các kết quả áp dụng
phơng pháp hiện hành cho các đê chắn sóng ở hiện trờng, có thể lấy 1,8 lần chiều cao sóng có ý nghĩa là
chiều cao của sóng cao nhất khi tờng thẳng đứng nằm ngoài vùng sóng vỡ. Tiêu chuẩn cũng cho sử dụng
chiều dài sóng tơng ứng với chiều dài sóng có ý nghĩa làm chiều dài sóng của sóng cao nhất.
Đ
ẩy nổi
Đ
ờn
g
pháp tu
y
ến tới tờn
g
Hớn
g
chính của són
g



Phn 2 - Chng 5 5

Để xác định xem sóng cao nhất có bị phá vỡ hay không, các đồ thị xác định chiều cao sóng cao nhất (Hình
T.4.5.15 (a) ~(e) trong 4.5.6 Sóng vỡ) đợc sử dụng bằng cách dựa vào vị trí của chiều cao sóng đỉnh trong

khu vực về phía của đờng suy giảm 2%. Có thể chấp nhận cho rằng sóng cao nhất không bị phá vỡ khi nớc
sâu hơn chỗ có chiều cao đỉnh, và sóng đó bị phá vỡ khi nớc nông hơn. Nếu chiều cao sóng cao nhất có
đợc bằng cách sử dụng phơng trình gần đúng (4.5.23) trong 4.5.6 Sóng vỡ, h
b
phải đợc thay thế vào h
trong số hạng đầu trong dấu { } ở phía phải của phơng trình. Nếu sử dụng một giá trị khác 1,8 cho hệ số ở vế
phải của phơng trình (5.2.9), cần tiến hành nghiên cứu đầy đủ về sự xuất hiện của sóng cao nhất và sau đó
chọn một giá trị thích hợp (xem 4.1.3[2]. Tính chất thống kê của sóng)
(3) Các hệ số hiệu chỉnh
1
,
2
,
3
Phơng trình (5.2.1) ~ (5.2.8) là dạng mở rộng của công thức Goda. Chúng có ba hệ số hiệu chỉnh để có thể
áp dụng chúng cho tờng có các hình dạng khác nhau và điều kiện khác nhau. Với một tờng thẳng đứng, hệ
số hiệu chỉnh tất nhiên là 1,0. áp lực sóng tác động lên các loại tờng khác ví dụ một giếng chìm có phủ một
lăng thể các khối bê tông tiêu sóng hoặc một giếng chìm tờng có khoan lỗ có thể biểu thị bằng cách sử dụng
công thức Goda mở rộng với các hệ số hiệu chỉnh thích hợp (xem 5.2.4. Lực sóng trên tờng thẳng đứng
che phủ bằng các khối bê tông tiêu sóng)
(4) áp dụng các phơng trình lý thuyết và tính toán khác
Khi tỷ lệ chiều cao sóng và chiều sâu nớc nhỏ và có một lực sóng đứng tác động rõ ràng lên một tờng thẳng
đứng, có thể áp dụng lý thuyết sóng đứng, chính xác cao. Tuy nhiên, trong trờng hợp này cần xem xét đầy đủ
đến tính chất không ổn định của sóng ở hiện trờng và đánh giá lực do sóng cao nhất gây ra. Hơn nữa, khi khả
năng sử dụng có thể kiểm tra dựa trên các kết quả trớc đây đối với các đê chắn sóng hiện có, cũng có thể sử
dụng công thức Sainflou và công thức Hiroi để tính một lực sóng tính toán
(5) Các đặc điểm và giới hạn áp dụng của công thức Goda
Đặc điểm thứ nhất của công thức Goda là lực sóng từ sóng đứng cho tới sóng vỡ có thể đợc đánh giá liên tục,
kể cả tác động của chu kỳ. Thông số
1

cho bởi phơng trình (5.2.5) biểu thị tác động của chu kỳ (nói chặt chẽ
thì là h/L); nó có các giá trị giới hạn là 1,1 đối với sóng nớc cạn và 0,6 đối với sóng nớc sâu. Tác động của
chu kỳ cũng xuất hiện khi đánh giá chiều cao sóng lớn nhất sử dụng trong tính toán; với chiều cao sóng nớc
sâu không thay đổi, chu kỳ càng dài, chiều cao sóng lớn nhất trong vùng sóng tung bọt càng lớn. Vì công thức
Goda gắn kết tác động của chu kỳ vào áp lực sóng cũng nh vào chiều cao sóng lớn nhất, nên cần cẩn thận
khi xác định chu kỳ trong các điều kiện thiết kế.
Một đặc điểm khác của công thức Goda là sự thay đổi lực sóng theo chiều cao của lớp đệm đá và độ dốc đáy
đợc xem xét theo thông số
2
. Có thể thấy từ phơng trình (5.2.6), khi chiều cao lớp đệm đá tăng dần từ số 0
(nghĩa là d = h) thì
2
tăng dần từ số 0 tới giá trị cực đại. Sau khi đạt giá trị cực đại,
2
giảm

cho tới khi nó đạt số
0 lần nữa khi d = 0. Giá trị cực đại của
2
là 1,1; kết hợp điều này với giá trị cực đại của
1
là 1,1 , cờng độ áp
lực sóng p, ở mực nớc tính đợc cho bởi 2,2
0
gH
0

Về ảnh hởng của độ dốc đáy, h
b
trong phơng trình cho

2
đợc lấy khi chiều sâu nớc ở khoảng cách 5 lần
chiều cao sóng có ý nghĩa kể từ tờng thẳng đứng. Do vậy, một độ dốc đáy dốc dẫn đến cùng một ảnh hởng
nh một lớp đệm đá cao. ảnh hởng của độ dốc đáy cũng xuất hiện khi đánh giá chiều cao sóng lớn nhất
đợc dùng trong tính toán. Trong vùng sóng vỡ, độ dốc đáy càng dốc, chiều cao sóng lớn nhất ở khoảng cách
5H
1/3
về phía biển kể từ tờng thẳng đứng. Do đó, độ dốc đáy có một ảnh hởng lớn đến lực sóng, do đó cần
cẩn thận khi xác định độ dốc đáy trong các điều kiện thiết kế.
Nh đã giải thích trên đây, công thức Goda xem xét các ảnh hởng của chiều cao lớp đệm đá và độ dốc đáy
đến áp lực nớc. Tuy nhiên, đối với tờng thẳng đứng đặt trên một lớp đệm đá cao hoặc một đáy biển dốc, có
thể bị một lực sóng vỡ xung lớn tác động, và trong các điều kiện nh vậy, công thức Goda có thể đánh giá
thấp lực sóng. Khi áp dụng công thức Goda, cần chú ý đến nguy cơ nảy sinh lực sóng vỡ xung. Đặc biệt, với
một lớp đệm đá cao, cần xét không chỉ
2
trong phong trình (5.2.6) mà cả hệ số lực sóng vỡ xung
1
theo
Takahasi và các cộng sự (xem 5.2.3. áp lực xung do sóng vỡ) và dùng
1
thay cho
2
nếu
1
lớn hơn
2.
Một vấn đề khác đối với công thức Goda liên quan đến việc áp dụng nó vào nơi nớc rất nông, ví dụ gần bờ.
Công thức Goda không thể áp dụng chính xác với các sóng đã vỡ. Tuy nhiên, khó xác định rõ ràng giới hạn
khả năng áp dụng nằm ở đâu. Với các trờng hợp nh khi lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng gần bờ,
nên sử dụng các phơng trình khác cùng với công thức Goda (xem 5.2.7. Lực sóng tác động lên một tờng

thẳng đứng gần đờng bờ hoặc trên bi biển)
(6) Sửa đổi công thức Goda nguyên thuỷ đối với hớng sóng


Phn 2 - Chng 5 6

Tuy có thể có đợc các kết quả từ một số thí nghiệm về ảnh hởng của hớng sóng đến lực sóng, vẫn còn
nhiều điểm cha rõ. Thông thờng, đối với sóng đứng, không có hiệu chỉnh về hớng sóng đối với lực sóng.
ảnh hởng của sóng chỉ đợc xét đối với sóng đang vỡ, bằng cách nhân lực sóng với cos
2
, trong đó là góc
giữa hớng sóng tới với đờng vuông góc với mặt tờng thẳng đứng. Tuy nhiên, việc này dẫn đến tình trạng
phi lý vì lực sóng vỡ đợc giả định là giảm xuống khi góc sóng tăng lên, đạt tới không ở giá trị giới hạn =
90
0
, và sóng đứng đợc giả định là vẫn duy trì nh trong điều kiện sóng đứng hoàn hảo. Một cách giải thích là
vì các đê chắn sóng là hữu hạn về độ dài, khi góc tới lớn (nghĩa là sóng tới xiên) nó sẽ cách xa đáng kể đầu đê
chắn sóng trớc khi chiều cao sóng bằng hai lần chiều cao sóng tới. Khi tới gần giá trị giới hạn = 90
0
,
khoảng cách tới chỗ mà chiều cao sóng lớn gấp hai lần tiến tới vô hạn. Nói cách khác, trong trờng hợp này,
xem nh là áp lực sóng của các sóng phát triển không ngừng tác động lên tờng thẳng đứng. Xem xét các
điểm đó và áp dụng vào các đê chắn sóng ở hiện trờng, ngời ta đã quyết định hiệu chỉnh phơng trình
(5.2.2) đối với hớng sóng bằng cách nhân
2
(đại diện cho ảnh hởng của lớp đệm đá) với cos
2
, và sau đó
nhân toàn bộ số hạng với 0,5 (1+ cos)
(7) Lực sóng và chu kỳ sóng có ý nghĩa đối với các sóng tạo thành bởi hai nhóm sóng có chu kỳ khác nhau

Ví dụ về hai nhóm sóng có chu kỳ khác nhau chồng lên nhau là trờng hợp các sóng từ bên ngoài biển vào
trong vịnh và một nhóm sóng khác phát sinh trong vịnh do gió cục bộ. Trờng hợp khác là sự xếp chồng của
các sóng nhiễu xạ đến từ cửa vào cảng và sóng truyền do tràn. Trong các trờng hợp đó, phổ sóng là "hai
phơng thức" (nghĩa là có hai đỉnh) và có các trờng hợp thực tế quan sát đợc ngoài hiện trờng. Tanomoto
thực hiện các thí nghiệm về lực sóng tác động lên tiết diện thẳng đứng của một đê chắn sóng hỗn hợp bằng
cách sử dụng các sóng có phổ hai phơng thức, và kiểm tra thấy rằng công thức Goda cũng có thể áp dụng
cho trờng hợp này. Ông ta cũng kiến nghị một phơng pháp để tính chu kỳ sóng có ý nghĩa để sử dụng trong
tính toán lực sóng (xem 4.5.4. Sự phản xạ của sóng). Nếu mỗi phổ tần số của hai nhóm sóng trớc khi chồng
có thể xem là loại Bretschneider - Mitsuyasu, chu kỳ sóng có ý nghĩa sau khi chồng có thể có đợc bằng cách
sử dụng phơng pháp của Tanimoto. Sau đó có thể dùng chu kỳ sóng có ý nghĩa này trong tính toán lực sóng
(8) Lực sóng đối với tờng thẳng đứng đỉnh thấp
Theo các kết quả thí nghiệm mô hình, độ ổn định của tờng thẳng đứng có xu hớng tăng lên khi chiều cao
đỉnh giảm. Nakata và Terauchi đã kiến nghị một phơng pháp để tính lực sóng đối với một đê chắn sóng có
chiều cao đỉnh thấp. Trong phơng pháp này, áp lực sóng nằm ngang và áp lực đẩy nổi từ công thức Goda
đợc nhân với hệ số hiệu chỉnh
h
, từ đó giảm lực sóng.
(9) Lực sóng đối với tờng thẳng đứng đỉnh cao
Khi đỉnh của một tờng thẳng đứng cao hơn đáng kể so với một đê chắn sóng bình thờng, sẽ không có sóng
tràn, có nghĩa là lực sóng có thể lớn hơn lực sóng cho bởi công thức Goda. Mizuno và Sugimoto tiến hành thí
nghiệm lực sóng tác động lên một đê chắn sóng đỉnh cao
(10) Lực sóng lên tờng nghiêng
Khi tờng nghiêng nhẹ, lực sóng nằm ngang ít nhiều vẫn là lực sóng đối với tờng hoàn toàn thẳng đứng. Tuy
nhiên, cần xét đến thành phần thẳng đứng của lực sóng tác động lên bề mặt nghiêng, cùng với sự giảm áp lực
đẩy nổi và các vấn đề khác. Tanimoto và Kimura đã tiến hành thí nghiệm về lực sóng đối với tờng thùng chìm
hình thang, và đã kiến nghị một phơng pháp tính lực sóng. Với một thùng chìm mà phần trên của tiết diện
thẳng đứng nghiêng (thùng chìm đầu dốc) lực sóng ngang giảm không chỉ ở phần dốc nghiêng mà cả ở phần
thẳng đứng. Cũng cần xét đến thành phần thẳng đứng của lực sóng đối với phần dốc nghiêng để phân tích độ
ổn định của đê chắn sóng. Mohira và các cộng sự là những ngời đầu tiên kiến nghị một phơng pháp để tính
lực sóng trong trờng hợp này. Hosoyamada và các cộng sự đã tìm ra một phơng pháp dựa trên phơng

pháp của Morihira, nhng phơng pháp của Hosoyamada tổng quát hơn và có thể áp dụng cho nhiều loại
thùng chìm đầu dốc hơn (xem Phần VII, 3.2.4. Đê chắn sóng thùng chìm đầu dốc)
(11) Lực đẩy nổi tác động lên một thùng chìm có đế
Khi một thùng chìm có một đế, một lực sóng tác động xuống
phía dới đối với bề mặt bên trên của đế về phía biển, và một
áp lực đẩy nổi p'
u
tác động vào chân trớc, trong khi áp lực đẩy
nổi ở chân sau bằng không. Tuy nhiên, nói chung hợp lực
cũng không khác nhiều so với khi không có đế. Do đó, có thể
chấp nhận bỏ qua đế, và giả định áp lực đẩy nổi có cách
phân bổ tam giác nh đã cho trong Hình T.5.2.3 , với
áp lực
đẩy nổi p
u
ở chân trớc đợc cho bởi phơng trình
(5.2.8)


Phn 2 - Chng 5 7

và áp lực đẩy nổi ở chân sau bằng không
Tuy nhiên, nếu đế rất dài, cần tính lực đẩy nổi một cách thích đáng, có xét đến sự thay đổi trong áp lực đẩy nổi
p'
u
ở chân trớc của đế.
(12) Thềm lớp đệm đá rộng ở trớc tờng thẳng đứng
Lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng của một đê chắn sóng hỗn hợp thay đổi không chỉ với chiều cao
lớp đệm đá mà cả với bề rộng thềm và độ dốc phía trớc của lớp đệm đá (xem 5.2.3. áp lực xung do sóng
vỡ). Nh đã giải thích, trong ba yếu tố đó, Goda chỉ đa vào công thức ảnh hởng của chiều cao lớp đệm đá.

Do đó nếu bề rộng và độ dốc của lớp đệm đá khác đáng kể với bình thờng, nên tiến hành nghiên cứu bằng
thí nghiệm mô hình thuỷ lực. Tuy nhiên, nên nhớ rằng nếu thềm đủ rộng, nó có thể đợc xem nh một phần
của địa hình đáy biển. Ngay với công thức tiêu chuẩn, nếu bề rộng lớn hơn một nửa chiều dài sóng, phải sử
dụng chiều sâu nớc phía trên lớp đệm đá để đánh giá chiều cao sóng và chiều dài sóng đẻ dùng tính toán lực
sóng.
(13) Lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng đợc tạo thành bởi một hàng các hình trụ thẳng đứng
Nagai cùng các cộng sự và Hayashi đã tiến hành nghiên cứu về lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng
gồm có một hàng các hình trụ (đê chắn sóng cọc). Qua các nghiên cứu này, đã kiểm tra thấy rằng lực sóng
không khác nhiều so với lực sóng tác động lên một tơng thẳng đứng có bề mặt phẳng. Do đó có thể chấp
nhận coi tờng thẳng đứng gồm có một hàng các hình trụ nh tờng có một mặt phẳng và tính lực sóng bằng
công thức Goda
[2] Lực sóng dới chân sóng (Điều 5, Khoản 1 Số 2 Thông báo)
Lực sóng âm ở thời điểm chân sóng tác động lên một tờng phải tính bằng cách sử dụng thí
nghiệm mô hình thuỷ lực thích hợp hoặc một công thức tính toán thích hợp
[Chú giải]
Khi một chân sóng tác động vào một tờng, một lực sóng âm tác động tơng ứng với chiều sâu chân sóng của mặt
nớc từ mực nớc tĩnh. Một "lực sóng âm" là lực hớng ra biển. Cần nhớ rằng lực sóng âm có thể so sánh đợc về
cờng độ với lực sóng dơng khi nớc sâu và chiều dài sóng ngắn
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Phân bổ áp lực sóng âm
áp lực sóng âm tác động lên một tờng thẳng đứng lúc có chân sóng có thể ớc tính gần đúng nh đã cho
trong Hình T.5.2.4. Cụ thể, có thể giả định rằng áp lực sóng tác động về phía biển, với cờng độ áp lực sóng
này bằng không ở mức nớc tĩnh lặng và có một giá trị không đổi p
n
từ một chiều sâu 0,5 H
D
dới mực nớc
tĩnh cho tới chân tờng. ở đây p
n
đợc cho bởi công thức :

p
n
= 0,5
0
gH
D
(5.2.10)
Trong đó :
p
n
: cờng độ áp lực sóng ở vùng không thay đổi (kN/m
2
)

0 :
dung trọng nớc biển (thờng là 1,03 t/m
3
)
g : gia tốc trọng trờng (9,81 m/s
2
)
H
D
: chiều cao sóng sử dụng trong tính toán thiết kế
Hình T.5.2.3.
á
p lực đẩy nổi khi có đế


Phn 2 - Chng 5 8

Hình T.5.2.4. Phân bố áp lực sóng âm

Ngoài ra, áp lực đẩy nổi âm tác động vào đáy tờng thẳng đứng có thể đợc giả định tác động nh trong Hình
T.5.2.4. Cụ thể, có thể giả định một lực đẩy nổi tác động hớng xuống dới với cờng độ bằng p
n
(nh đã cho
trong phơng trình (5.2.10) ở chân trớc, bằng không ở chân sau, và ở giữa hai chân này là sự phân bố tam
giác. Cần sử dụng chiều cao sóng cao nhất làm chiều cao sóng H
D
dùng trong tính toán
(2) Lực sóng âm theo lý thuyết sóng biên độ hữu hạn
Goda và Kakizaki đã tiến hành một tính toán lực sóng dựa trên các lời giải gần đúng bậc bốn của lý thuyết
sóng đứng biên độ hữu hạn, và giới thiệu các biểu đồ tính toán áp lực sóng âm. Đã kiểm tra thấy rằng các kết
quả tính toán của chúng phù hợp tốt với các kết quả thí nghiệm. Khi nớc sâu và hình thành rõ rệt sóng đứng,
có thể chấp nhận sử dụng các kết quả của lý thuyết sóng đứng biên độ hữu hạn bậc gần đúng cao hơn. Cần
nhớ rằng, với một đê chắn sóng nớc sâu, lực sóng âm ở chân sóng có thể trở thành lớn hơn lực sóng dơng ở
đỉnh sóng, và tờng thẳng đứng có thể trợt ra phía biển.
5.2.3. áp lực xung do các sóng vỡ
(1) Khi thấy rõ một áp lực sóng xung có thể đợc tạo ra do sóng đang vỡ, phải tiến hành nghiên
cứu kể cả thí nghiệm mô hình thuỷ lực
(2) Nên tránh không chấp nhận các dạng tiết diện ngang và các loại kết cấu có thể làm nảy sinh
áp lực xung lớn do sóng vỡ. Nếu không thể tránh đợc một áp lực xung lớn do sóng vỡ, nên
thiết kế lại kết cấu sao cho lực sóng giảm xuống, ví dụ bằng cách bố trí các công trình hấp
thụ sóng thích hợp
[Chú giải]
Một áp lực xung sẽ phát sinh khi phía trớc của một sóng đang vỡ đập vào mặt tờng. Từ các thí nghiệm mô hình,
có thể thấy rằng trong các điều kiện nào đó, áp lực sóng lớn nhất có thể lớn tới vài chục lần áp lực thuỷ tĩnh tơng
ứng với chiều cao sóng (1,0

0
gH
D
). Tuy nhiên, một áp lực sóng nh vậy chỉ tác động cục bộ và trong thời gian rất
ngắn, và ngay cả các sự thay đổi nhẹ về các điều kiện dẫn đến sự giảm rõ rệt áp lực sóng. Do tính chất xung của
lực sóng, các ảnh hởng đến độ ổn định và ứng suất trong các bộ phận kết cấu thay đổi theo các đặc điểm động
lực của kết cấu. Theo đó, khi có nguy cơ phát sinh áp lực xung lớn do sóng vỡ gây ra, cần thiết phải có các biện
pháp chống đỡ thích đáng bằng cách hiểu rõ các điều kiện phát sinh áp lực xung và các đặc trng của lực sóng
thông qua thí nghiệm mô hình thuỷ lực
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Điều kiện của áp lực xung do sóng đang vỡ
Một loạt các yếu tố tham gia vào vấn đề làm phát sinh một áp lực xung do các sóng đang vỡ, do đó khó mô tả
các điều kiện một cách tổng quát. Tuy nhiên, dựa trên các kết quả của rất nhiều thí nghiệm, có thể nói rằng
một áp lực xung có khả năng xảy ra khi góc của sóng nhỏ hơn 20
0
trong các trờng hợp sau
(a) Đáy dốc
Hớn
g
ra biển
Hớn
g
vào bờ


Phn 2 - Chng 5 9

Khi ba điều kiện (độ dốc đáy hơn khoảng 1/30; có sóng vỡ nhẹ ngoài tờng thẳng đứng; và độ dốc sóng nớc
sâu tơng đơng của chúng nhỏ hơn 0,13) đợc thoả mãn đồng thời, khi đó áp lực xung có khả năng phát
sinh.

(b) Lớp đệm cao
Ngay khi nếu độ dốc đáy thoải, hình dạng của lớp đệm đá có thể tạo ra một áp lực xung. Trong trờng hợp
này, ngoài các điều kiện của sóng, chiều cao đỉnh, chiều rộng thềm và độ dốc của lớp đệm đá đều có vai trò
một phần, do đó khó xác định các điều kiện để có thể làm nảy sinh một áp lực xung. Nói chung, một áp lực
xung sẽ đợc phát sinh khi lớp đệm đá tơng đối cao, chiều rộng thềm phù hợp hoặc độ dốc lớp đệm đá thoải,
và các sóng đang vỡ tạo thành một bức tờng nớc thẳng đứng ở mái dốc hoặc ở đỉnh lớp đệm đá. Khi đáy
biển có độ dốc nhỏ hơn khoảng 1/50 và tỷ lệ giữa chiều sâu nớc trên đỉnh lớp đệm đá (kể cả công trình phủ
bảo vệ) và chiều sâu nớc bên trên đáy biển lớn hơn 0,6, có thể cho rằng sẽ không phát sinh áp lực xung lớn.
(2) Các biện pháp chống lại
Nếu có một áp lực xung lớn do các sóng đang vỡ tác động lên một tờng thẳng đứng, lực sóng có thể giảm
nhiều bằng cách phủ lên mặt trớc một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng. Đặc biệt, với một lớp đệm đá cao,
một lớp phủ vừa đủ các khối bê tông tiêu sóng có thể ngăn chặn đợc việc xảy ra áp lực xung. Trong vài
trờng hợp có thể tránh đợc tác động của 1 số áp lực xung bằng cách dùng các thùng chìm đặc biệt nh
thùng chìm tờng có lỗ hoặc thùng đầu dốc nghiêng. Hớng sóng cũng có ảnh hởng lớn đến việc xảy ra áp
lực xung và vì vậy một biện pháp chống lại có thể dùng là đảm bảo hớng sóng không vuông góc với tờng đê
chắn sóng.
(3) Nghiên cứu lực sóng bằng thí nghiệm mô hình
Khi nghiên cứu lực sóng bằng cách thí nghiệm mô hình đối với trờng hợp có tác động của áp lực xung do
sóng vỡ, cần xem xét các đáp tuyến của kết cấu đối với lực xung kích. Sẽ tốt hơn nếu nghiên cứu độ ổn định
của toàn bộ tờng đứng bằng các thử nghiệm trợt, và nghên cứu cờng độ của các bộ phận kết cấu nh
tờng đầu bằng cách đo đạc ứng suất và biến dạng.
(4) áp lực xung các sóng vỡ tác động lên tờng thẳng đứng đặt trên đáy biển dốc
(a) Chiều sâu nớc tạo ra áp lực sóng lớn nhất và cờng độ trung bình của áp lực sóng
Mitsuyasu, Homma, Morihita, Goda và Haranaka, Horikawa và Noguchi, Fujisaky và Sasada và các công sự
đã tiến hành nghiên cứu về áp lực xung do sóng vỡ tác động lên tờng thẳng đứng đặt trên đáy biển dốc. Đặc
biệt Mitsuyasu tiến hành một phạm vi rộng các thí nghiệm sử dụng sóng ổn định nhờ đó ông ta nghiên cứu lực
sóng vỡ tác động lên tờng thẳng đứng đặt trên mặt dốc đồng đều có độ dốc 1/50, 1/25 và 1/15 với nhiều
chiều sâu n
ớc khác nhau. Ông nghiên cứu sự thay đổi trong tổng lực sóng với chiều sâu nớc ở vị trí tờng
đứng, và có đợc một phơng trình để tính chiều sâu nớc h

M
tại tờng thẳng đứng mà lực sóng xung và lớn
nhất. Khi phuơng trình Mitsuyasu đợc viết lại theo chiều dài sóng nớc sâu, nó trở thành nh sau:

H
o
: Chiều cao sóng nớc sâu (m)
L
o
: Chiều dài sóng nớc sâu (m)
tan: Độ dốc của mái dốc đồng đều
Hom-ma, Horikawa và Hase kiến nghị một giá trị hơi khác đối với C
M
dựa trên các kết quả thí nghiệm với độ dốc
bằng 1/15 và các dữ liệu khác. Trong mọi trờng hợp, áp lực sóng xung là lớn nhất khi kết cấu nằm hơi lùi về
phía bờ so với điểm sóng vỡ đối với các sóng phát triển không ngừng. Hình T.5.2.5 cho tổng lực sóng khi lực
sóng xung là lớn nhất đối với một số độ dốc đáy biển, dựa trên kết quả các thí nghiệm của Mitsuyasu. Trong
hình này, có đợc p và sau đó chia cho
o
gH
D
để làm cho nó trở thành không thứ nguyên; sau đó đem các giá
trị này lập thành biểu đồ theo độ dốc sóng nớc sâu. Có thể có đợc một sự hiểu biết về toàn thể xu hớng từ
hình này. Cụ thể, có thể thấy rằng độ dốc sóng càng nhỏ, áp lực sóng xung đợc sinh ra càng lớn. Cũng vậy khi
độ dốc đáy biển nhỏ hơn, cờng độ của áp lực xung cực đại giảm đi.
Trong đó:


Phn 2 - Chng 5 10

(b) Điều kiện để sinh ra áp lực sóng vỡ
xung.
Điều kiện để xuất hiện một áp lực xung
trên một đáy biển dốc, nh mô tả trong
(1) (a) đã đợc xác định trớc hết bằng
cách dùng Hình T.5.2.5 nh một
tài liệu
hớng dẫn sơ bộ. Đối với sóng không
ổn định ở biển, độ dốc sóng có thể ớc
tính là tỷ số giữa chiều cao sóng nớc
sâu tơng đơng tơng ứng với chiêù
cao sóng cao nhất H
max
và chiều dài
sóng nớc sâu tơng ứng với chu kỳ sóng
có ý nghĩa: chiều cao sóng H
max
đợc ớc
tính ở khoảng cách 5H
1/3
kể từ tờng thẳng đứng. Ta có thể dựa vào Hình T.5.2.5 để có một giá trị gần đúng của
cờng độ trung bình của áp lực sóng đối với độ dốc sóng nớc sâu tơng đơng này. Trong trờng hợp này, H
b

phải đợc lấy làm H
max
nói trên.
Ngời ta cũng có thể dự tính đặt một đê chắn sóng ở một nơi mà nguy cơ sinh ra áp lực xung không lớn đối với
các sóng thiết kế. Tuy nhiên, khi đặt một tờng thẳng đứng gần hơn với bờ biển tại đó có sóng đã vỡ tác động
lên tờng, vấn đề quan trọng là tiến hành nghiên cứu đối với các sóng có chiều cao nhỏ hơn so với chiều cao

sóng thiết kế.
(c) Lực sóng xung tác động lên một tờng
thẳng đứng đặt trên một nền nằm
ngang tiếp giáp một đáy dốc.
Takahashi và các cộng sự đã tiến hành
nghiên cứu áp lực sóng xung tác động
lên một tờng thẳng đứng trên một nền
nằm ngang tiếp giáp một đáy biển dốc.
Ông dùng một thềm nằm ngang liên
kết với một mặt dốc 1/10 hoặc 3/100
trong một máng sóng, sau đó đo áp lực
sóng tác động lên một tờng thẳng
đứng ở nhiều vị trí khác nhau với sóng
ổn định. Ông kiến nghị một
phơng trình (có giá trị với một số điều
kiện nào đó) để tính vị trí tờng thẳng
đứng tại đó lực sóng lớn nhất và tính
lực sóng cực đại tại vị trí đó.
(5) áp lực sóng xung tác động lên một
đê chắn sóng hỗn hợp
(a) ảnh hởng của hình dáng lớp đệm
đá (hệ số áp lực sóng vỡ xung)
Takahashi kiến nghị hệ số áp lực
sóng vỡ xung dựa trên các
kết
quả thí nghiệm trợt. Đó là một hệ số
tiêu biểu cho mức độ áp lực xung
do sóng đang vỡ khi lớp đệm đá
cao. Nó đợc biểu thị bằng hàm số của tỷ số chiều cao sóng với chiều sâu nớc bên trên lớp đệm đá đằng
trớc lớp đệm đá H/d, tỷ số giữa chiều sâu nớc bên trên lớp đệm đá với chiều sâu nớc nguyên thuỷ tại

tờng đứng d/h, và tỷ số của bề rộng thềm lớp đệm đá với chiều dài sóng tại chỗ đó B
M
/L. Nhớ rằng chiều
cao sóng H là chiều cao sóng tính toán (chiều cao sóng lớn nhất).
Hệ số áp lực sóng vỡ xung , đợc biểu thị bằng tích số của
10
và
11
nh trong phơng trình sau:
Hình T-5.2.5 Cờn
g
độ trun
g
bình của áp lực són
g
đối với són
g

vỡ mạnh nhất (Tờng đứng trên mái dốc có độ dốc lớn)

Hình T.5.2.6. Hệ số áp lực sóng vỡ xung
11



Phn 2 - Chng 5 11


Hình T.5.2.6 cho sự phân bố của
11.

Nó đạt giá trị lớn nhất bằng 1 khi d/h là 0,4 và B
M
/L là 0,12. Hệ số áp
lực sóng vỡ xung , có các giá trị giữa 0 và 2; giá trị
1
càng lớn, lực sóng vỡ xung càng lớn. Khi tính lực sóng
bằng công thức Goda, ta phải dùng
1
thay cho
2
(phơng trình 5.2.6) nếu
1
lớn hơn
2
. Nhớ rằng phơng
trình (5.2.13) cho
1
đợc rút ra cho trờng hợp H/h bằng 0,60 hoặc lớn hơn dựa trên các kết quả thí nghiệm
trợt. Hệ số
1
này có thể dùng để xem xét vấn đề trợt của một tờng thẳng đứng khi chịu các sóng tơng
đối cao.
(b) ảnh hởng của chiều cao đỉnh tờng đứng.
Đỉnh càng cao, nguy cơ phát sinh lực sóng vỡ xung càng lớn. Đó là do mặt đầu sóng vỡ dốc tạo ra một vách
nớc gần nh thẳng đứng bên trên mực nớc tĩnh, và nếu có một tờng thẳng đứng tại chỗ đó, sự va đập của
mặt đầu sóng làm phát sinh một lực xung kích. Ví dụ, Mizuno và các cộng sự đã chỉ ra rằng, khi đỉnh đê cao,
sẽ sinh ra một lực sóng vỡ xung ngay cả khi lớp đệm đá tơng đối thấp.
(c) ảnh hởng của hớng sóng
Theo các kết quả thí nghiệm trợt của Tanimoto và các cộng sự, ngay cả khi các điều kiện đủ để phát sinh
áp lực xung lớn khi góc là 0 cờng độ lực sóng sẽ giảm nhanh khi tăng tới 30

0
hoặc 45
0
. Xét đến sự dao
động trong hớng sóng, sẽ hợp lý khi giả định điều kiện để sinh ra lực sóng xung là nhỏ hơn 20
0
(d) Phản ứng động lực học của một đoạn tờng thẳng đứng đối với một lực xung kích và sự trợt của đoạn tờng
thẳng đứng
Khi một áp lực xung do các sóng đang vỡ tác động vào một đoạn tờng thẳng đứng, áp lực cục bộ tức thời có
thể lên tới vài chục lần áp lực thuỷ tĩnh tơng ứng với chiều cao sóng, mặc dầu thời gian của áp lực xung rất
ngắn. áp lực xung đỉnh dao động đáng kể, nhng các dao động trong xung không lớn. Cần đánh giá sự tham
gia của lực sóng vỡ xung vào vấn đề trợt bằng phản ứng động lực học, có xét đến biến dạng của lớp đệm
đá và đất gốc. Goda cũng nh Takahashi và Shimosako, đã tiến hành tính toán lực cắt tại đáy một đoạn
thẳng đứng bằng mô hình động lực. Phán đoán qua các kết quả tính toán này và các kết quả của các thí
nghiệm trợt khác nhau, có vẻ hợp lý nếu lấy cờng độ trung bình của áp lực sóng tơng đơng với lực cắt
trợt bằng (2,5~3,0)
0
gH. Hệ số áp lực sóng xung
1
đã đợc đa vào, dựa trên các kết quả thí nghiệm trợt
có xét đến ảnh hởng của phản ứng động lực học.
5.2.4. Lực sóng lên tờng thẳng đứng có phủ các khối bê tông tiêu sóng
Lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng có phủ một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng
phải đợc đánh giá dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc một phơng pháp tính toán
thích đáng, có xét đến chiều cao đỉnh và bề rộng của công trình hấp thụ sóng cũng nh các đặc
tính của các khối bê tông tiêu sóng
[Chú giải]
Nếu mặt trớc của một tờng thẳng đứng có phủ một lăng thể các khối bê tông đúc sẵn tiêu sóng, các đặc điểm
của lực sóng tác động lên tờng đã thay đổi. Mức độ thay đổi này phụ thuộc vào các đặc trng của sóng tới, cùng
với chiều cao đỉnh và chiều rộng của công trình hấp thụ sóng, loại khối bê tông tiêu sóng sử dụng, và thành phần

của công trình hấp thụ sóng. Nói chung, khi các sóng không vỡ tác động lên một tờng thẳng đứng, sự thay đổi lực
sóng lên tờng thẳng đứng có phủ các khối bê tông tiêu sóng không lớn. Tuy nhiên khi một lực sóng vỡ xung lớn
tác động, lực sóng có thể giảm đáng kể bằng cách che tờng thẳng đứng bằng một lăng thể các khối bê tông tiêu
sóng. Nhng một sự giảm nh thế trong lực sóng chỉ đợc hoàn thành khi công trình hấp thụ sóng có đủ bề rộng và
chiều cao đỉnh; đặc biệt, nhớ rằng nếu đỉnh của công trình hấp thụ sóng nằm dới mực nớc tính toán, công trình
hấp thụ sóng thờng hay làm tăng thêm lực sóng.
[Chỉ dẫn kỹ thuật ]
(1) Công thức tính lực sóng đối với tờng đứng đợc che chắn đầy đủ bằng các khối bê tông tiêu sóng. Lực sóng
tác động lên một tờng thẳng đứng có che chắn bằng một lăng thể các khối bê tông tiêu sóng thay đổi tuỳ
thuộc vào cấu tạo của công trình hấp thụ sóng, và vì vậy, nó phải đợc đánh giá bằng cách sử dụng các kết


Phn 2 - Chng 5 12

quả mô hình tơng ứng với các điều kiện thiết kế. Tuy nhiên, nếu cao độ đỉnh của công trình hấp thụ sóng cao
bằng đỉnh của tờng thẳng đứng và các khối bê tông tiêu sóng đủ vững vàng chống lại các tác động của sóng,
lực sóng tác động lên tờng thẳng đứng có thể tính theo công thức Goda mở rộng. Trong phơng pháp này với
công thức tiêu chuẩn cho trong 5.2.2. Lực sóng đứng và sóng vỡ, ta sử dụng các giá trị của

, p
1
và p
u
cho
bởi các phơng trình (5.2.1), (5.2.2) và(5.2.8) nhng cần lấy các giá trị thích đáng cho các hệ số hiệu chỉnh áp
lực sóng
1
,
2
, và

3
phù hợp với các điều kiện thiết kế.
(2) Các hệ số hiệu chỉnh với công thức Goda mở rộng
Có thể áp dụng công thức Goda mỏ rộng bằng cách lấy các giá trị thích đáng cho các hệ số hiệu chỉnh
1
,
2
,
và
3
. Các nghiên cứu đã đợc tiến hành bởi Tanimoto,Takahashi và các cộng sự, Sekino và Kakuno, và
Tanaka, Abe trong cùng các cộng sự đã phát hiện nh sau:
(a) Các khối bê tông tiêu sóng làm giảm đáng kể áp lực sóng vỡ, do đó thờng có thể chấp nhận lấy hệ số hiệu
chỉnh áp lực sóng vỡ
2
bằng không
(b) Chiều cao sóng cao, hệ số hiệu chỉnh
1
càng nhỏ đối với áp lực loại sóng đứng và các hệ số hiệu chỉnh
3

đối với áp lực đẩy nổi càng nhỏ
(c) Tỷ số bệ rộng lớp đệm bằng các khối bê tông so với chều dài sóng càng lớn, các hệ số hiệu chỉnh
1
và
3

càng nhỏ
(d) Nếu chỉ một phần nhỏ phần trên của đoạn tờng không đợc che chắn, vẫn có nguy cơ lực sóng ở đây trở
thành lực sóng vỡ xung kích. Dựa trên các kết quả thí nghiệm nh thế, Takashi và các cộng sự đã tổng kết

rằng nói chung khi tờng thẳng đứng đợc che chắn đầy đủ bởi các khối bê tông tiêu sóng, hệ số giảm lực
sóng
2
có thể lấy bằng không, còn giá trị của
1
và
3
phụ thuộc chủ yếu vào chiều cao sóng H (chiều cao
sóng cao nhất). Từ đó, các ông đã kiến nghị các phơng trình sau:


Trong vùng sóng vỡ, ở đó đê chắn sóng có che các khối bê tông tiêu sóng thờng đơc sử dụng, các phơng
trình trên cho
1
=
3
= 0,8
5.2.5 ảnh hởng của cách bố trí đê chắn sóng đến lực sóng
Trong trờng hợp sự phân bố của chiều cao sóng dọc theo tuyến mặt của một đê chắn sóng
không đều, phải tính lực sóng có xét đến dạng phân bổ chiều cao sóng này
[Chú giải]
Khi đê chắn sóng không phải là dài vô hạn, sự phân bổ chiều cao sóng dọc tuyến mặt của đê chắn sóng không
đồng đều do ảnh hởng của sóng phản xạ và nhiễu xạ. Lto và Tanimoto đã chỉ ra rằng các đê chắn sóng bị h hại
nhiều nhất do bị va đập bởi các sóng bão tơng đơng với các sóng tính toán cho thấy một dạng phân bố uốn khúc
của khoảng cách trợt (các tác giả gọi là "h hại uốn khúc" ) và một trong nguyên nhân gây ra loại h hại này là sự
khác nhau của các lực sóng cục bộ do sự phân bổ chiều cao sóng không đồng đều. Sự thay đổi chiều cao sóng
dọc theo đê chắn sóng đặc biệt đáng chú ý khi đê chắn sóng có một góc lõm đối với hớng sóng tới (xem 4.5.4[3].
Biến dạng của sóng tại các góc lõm, gần đầu đê chắn sóng, và xung quanh các đê chắn sóng tách rời)
Các sự thay đổi chiều cao sóng dọc theo đê chắn sóng cũng có thể xẩy ra gần đê chắn sóng. Đặc biệt, đối
với đê chắn sóng tách rời chỉ kéo dài trên một đoạn ngắn, các sóng nhiễu xạ từ hai đầu có thể gây ra các sự thay

đổi trong chiều cao sóng.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Các phơng pháp tính lực sóng xem xét đến ảnh hởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng không đạt đợc mức độ
tin cậy hợp lý. Do đó nên tiến hành nghiên cứu có sử dụng thí nghiệm mô hình thuỷ lực. Tuy nhiên, có một sự tơng


Phn 2 - Chng 5 13

quan tốt giữa sự tăng chiều cao sóng do hình dạng của tuyến đê chắn sóng và sự tăng trong lực sóng. Do đó có thể
chấp nhận tăng chiều cao sóng để tính toán phù hợp với mức độ ảnh hởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng nh
trong phơng trình (5.2.18) và sau đó tính lực sóng dựa trên công thức tính toán tiêu chuẩn
H
D
' = min {K
c
H
D
, K
cb
H
b
} (5.2.18)
Trong đó :
H
D
' : chiều cao sóng dùng trong tính toán lực sóng có xét đến ảnh hởng của hình dạng tuyến đê chắn sóng
K
c
: hệ số xét đến sự tăng chiều cao sóng do ảnh hởng của hình dáng tuyến đê chắn sóng; K
c

1,0
K
cb
: giá trị giới hạn của hệ số độ tăng chiều cao do sóng vỡ giới hạn K
cb
=1,4
H
D
:chiều cao sóng dùng trong tính toán lực sóng khi không xét đến ảnh hởng của hình dạng tuyến đê chắn
sóng (m).
H
b
: chiều cao sóng đang vỡ tại vị trí xa bờ với khoảng cách bằng 5 lần chiều cao có ý nghĩa của các sóng phát
triển không ngừng kể từ tờng thẳng đứng.
Hệ số tăng chiều cao K
c
trong phơng trình (5.2.18) thờng đợc biểu thị nh trong phơng trình (5.2.19). Nó phải
đợc xác định một cách thích đáng dựa trên sự phân bổ chiều cao sóng đứng (xem 4.5.4[3] Biến dạng của sóng
tại các góc lõm, gần đầu đê chắn sóng và xung quanh các đê chắn sóng tách rời) dọc theo tuyến mặt của đê
chắn sóng nh đợc xác định trong điều kiện sóng không vỡ
K
c
= H
s
/ {H
I
(1 + K
R
)} (5.2.19)
Trong đó :

H
s
: chiều cao sóng đứng dọc tờng trớc của đê chắn sóng
H
I
: chiều cao sóng tới (m)
K
R
: Hệ số phản xạ đối với đê chắn sóng đang xét
Nếu các sóng đợc xem là từ các đợt sóng ổn định, hệ số tăng chiều cao sóng thay đổi đáng kể dọc theo đê chắn
sóng. Hơn nữa, hệ số tăng chiều cao rất nhạy cảm với chu kỳ của sóng tới và hớng tới. Do đó sẽ hợp lý nếu xét
đến tính không ổn định của chu kỳ và hớng tới của sóng. Cần nhớ rằng giá trị của K
c
có đợc trong cách này thay
đổi dọc theo đê chắn sóng và có thể có các vùng mà K
c
< 1,0. Tuy nhiên, chiều cao sóng dùng trong tính toán
không đợc nhỏ hơn chiều cao nguyên thuỷ của sóng tới.
Giá trị giới hạn K
cb
của hệ số tăng chiều cao đối với sóng đang vỡ cha đợc làm sáng tỏ về chi tiết. Tuy nhiên, có
thể xem nó bằng khoảng 1,4 dựa trên các kết quả thí nghiệm ở thời điểm này

5.2.6. ảnh hởng của sự thay đổi đột ngột trong chiều sâu nớc tới lực sóng
Với một tờng thẳng đứng nằm ở một vị trí mà chiều sâu nớc thay đổi đột ngột do sự có mặt
của các đá ngầm và các thứ khác, nên tính lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng dựa
trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, bằng cách xét đến biến dạng nhanh chóng của sóng.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Ito và các cộng sự đã làm các thí nghiệm về lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng nằm trên hoặc sau bãi đá
ngầm, tại đó chiều sâu nớc ít nhiều đồng đều, với độ dốc phía xa bờ của bãi cạn khoảng 1/10.

5.2.7. Lực sóng trên tờng thẳng đứng gần bờ hoặc trên bi
[1] Lực sóng tại phía biển của đờng bờ
Nên tính lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng trong nớc nông gần đờng bờ dựa trên
các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, xét đến các ảnh hởng của sự thay đổi mực nớc do phách
sóng vỗ bờ v.v và quá trình phức tạp của sóng vỡ ngẫu nhiên
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Một số các công thức lực sóng khác nhau đã đợc kiến nghị đối với tờng thẳng đứng gần bờ hoặc trên bờ. Cần
tiến hành tính toán thoả đáng lực sóng phù hợp với các điều kiện thiết kế. Nói một cách đại khái, công thức tiêu
chuẩn trong 5.2.2 Lực của sóng đứng và sóng đang vỡ có thể áp dụng trong các vùng đáy biển có độ dốc thoải


Phn 2 - Chng 5 14

và nớc tơng đối sâu. Công thức của Tominaga và Kutsumi có thể áp dụng cho các vùng gần bờ biển. Công thức
của Hom-ma, Horikawa và Hase áp dụng đợc ở các vùng đáy biển dốc và nớc có chiều sâu trung bình.
Khi áp dụng công thức áp lực sóng tiêu chuẩn vào những nơi ở đó chiều sâu nớc nhỏ hơn một nửa chiều cao sóng
nớc sâu tơng đơng, có thể thoả đáng nếu sử dụng các giá trị đối với chiều dài sóng và chiều cao sóng tại chiều
sâu nớc bằng một nửa chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng trong tính toán
[2] Lực sóng tại phía hớng về đất liền của đờng bờ
Nên tính lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng nằm trên phía hớng về đất liền của
đờng bờ dựa trên các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, có xét đến sự tăng mực nớc do phách
sóng vỗ bờ và sự điều chỉnh lại sóng và sóng leo
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Với một tờng thẳng đứng nằm trên phía đất liền của đờng bờ, có thể có đợc các công thức của CERC (Trung
tâm nghiên cứu xây dựng bờ biển của quan đội Mỹ). Hơn nữa ta có thể tham khảo nghiên cứu đã đợc Tominaga
và Kutsumi thực hiện về lực sóng tác động lên một tờng thẳng đứng nằm ở phía hớng về đất liền của đờng bờ.
5.2.8. Lực sóng lên một thùng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng
Lực sóng tác động lên một thùng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng phải đợc tính dựa trên các thí
nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc công thức tính toán thích hợp, có xét đến các thay đổi trong lực
sóng do kết cấu của ngăn hấp thụ sóng

[Chú giải]
Lực sóng tác động lên một thùng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng (thùng chìm tờng có lỗ) thay đổi phức tạp. Cụ thể
nó thay đổi theo các đặc trng của sóng, mực nớc, chiều sâu nớc, địa hình đáy biển và hình dạng lớp đệm nh
với trờng hợp của một tờng thẳng đứng bình thờng, nhng nó cũng thay đổi theo kết cấu của ngăn hấp thụ
sóng. Do đó khó chỉ định một cách tính chung có thể sử dụng cho mọi trờng hợp. Vì vậy, nếu phơng pháp tính
toán đủ tin cậy cho kết cấu đang xem xét cha đợc kiến nghị, cần tiến hành các nghiên cứu có sử dụng thí nghiêm
mô hình thuỷ lực phù hợp với các điều kiện riêng. Cần nghiên cứu đầy đủ không chỉ lực sóng sử dụng trong nghiên
cứu độ ổn định mà cả lực sóng tác động lên các bộ phận kết cấu. Hơn nữa, cần nhớ là lực sóng thay đổi đáng kể
tuỳ theo đỉnh của buồng sóng có đợc phủ một tấm trần hay không
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Lực sóng khi không có tấm trần trong buồng sóng
Lực sóng tác động lên một giếng chìm thẳng đứng hấp thụ sóng thay đổi tuỳ thuộc vào các điều kiện kết cấu
của ngăn hấp thụ sóng, và do đó không thể tính lực sóng cho tất cả mọi trờng hợp có liên quan. Tuy nhiên,
đối với trờng hợp bình thờng không có tấm trần trong buồng sóng, ta có thể dùng công thức Goda mở rộng
để tính lực sóng, với điều kiện có các sửa đổi cần thiết. Takahashi và các cộng sự đã tiến hành các thí nghiệm
đối với thùng chìm tờng có rãnh thẳng đứng, và đã trình bày một phơng pháp để tính áp lực sóng tác động
lên tờng có rãnh và tờng sau cho bốn pha đại diện, trong đó áp lực sóng cho bởi công thức Goda mở rộng
đợc nhân với một hệ số hiệu chỉnh đối với thùng chìm tờng có rãnh thẳng đứng. Các tác giả này cho các
giá trị đặc trng cho hệ số hiệu chỉnh đối với tờng rãnh và tờng sau cho mỗi pha. Phơng pháp này có thể
sử dụng để cho không chỉ lực sóng nghiêm trọng nhất về trợt và lật đổ cuả giếng chìm, mà cả lực sóng
nghiêm trọng nhất đối với việc thiết kế các bộ phận của tờng.
(2) Lực sóng với tấm trần trong buồng sóng
Khi đỉnh buồng sóng đợc đóng kín bằng một tấm trần, một áp lực xung sẽ phát sinh ngay khi lớp không khí ở
phần trên của buồng sóng bị kìm hãm lại do mặt nớc dâng lên. Do đó cần xét đến áp lực xung này, đặc biệt
đối với áp lực sóng dùng trong thiết kế các bộ phận kết cấu. áp lực xung này có thể đợc giảm đi bằng cách
bố trí các lỗ không khí. Tuy nhiên, cần nhớ rằng nếu các lỗ này quá lớn, mặt nớc khi dâng lên sẽ trực tiếp đập
vào tấm trần không có đệm không khí, nghĩa là lực sóng có thể thực sự tăng lên.
5.3. Trọng lợng tảng đá bảo vệ và khối bê tông
5.3.1. Đá bảo vệ trên mái dốc (Điều 48, Khoản 5 Thông báo)

Phn 2 - Chng 5 15

Phải tính khối lợng tảng đá hộc hoặc khối bê tông cần thiết để che phủ mái dốc phía trớc của
một kết cấu có mái dốc chịu các lực sóng, bằng các thí nghiệm mô hình thuỷ lực hoặc bằng
phơng trình sau:

Trong đó :
M : trọng lợng tối thiểu của tảng đá hộc hoặc khối bê tông (t)

r
: dung trọng của đá hộc hoặc khối bê tông (t /m
3
)
H : chiều cao sóng dùng trong tính toán độ ổn định
N
s
: Hệ số ổn định
S
r
: Trọng lợng riêng của đá hoặc khối bê tông so với nớc biển
[Chú giải]
Lớp đá bảo vệ cho mái dốc của một đê chắn sóng bằng đá hộc là để bảo vệ cho các đá hộc nằm bên trong và do
đó cần đảm bảo rằng một tảng đá bảo vệ có một khối lợng đủ để ổn định chống đợc tác động của sóng để cho
nó không bị trôi đi. Khối lợng cần thiết để tạo ra độ ổn định nh vậy có thể tính đợc bằng một công thức thích
hợp. Ví dụ, với các tảng đá trên mái dốc một đê chắn sóng bằng đá hộc, trớc đây khối lợng cần thiết đã đợc tính
toán bằng công thức Hudson với một hệ số thích hợp (giá trị K
D
), nhng hiện nay vọêc sử dụngcông thức Hudson
với một hệ số ổn định trở nên thông dụng hơn. Cách sau chung hơn ở chỗ nó cũng có thể áp dụng cho các trờng

hợp khác, nh các tảng đá trên lớp đệm đá của một đê chắn sóng hỗn hợp.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Công thức Hudson
Khối lợng cần thiết của một tảng đá bảo vệ trên một mái dốc có thể đợc biểu thị bằng cách sử dụng công
thức Hudson với một hệ số ổn định (việc này cũng đợc xem nh công thức Hudson tổng quát hoá)
24)
(xem
phơng trình 5.3.1)
(2) Hệ số ổn định và đờng kính danh nghĩa
Hệ số ổn định trực tiếp tơng ứng với kích thớc cần thiết (đờng kính danh nghĩa) của đá bảo vệ hoặc khối bê
tông đối với một chiều cao sóng đã cho. Nói cách khác, bằng cách đa vào đờng kính danh nghĩa D
n
= (M
/
r
)
1/3
và số hạng = S
r
- 1 và thay chúng vào trong phơng trình (5.3.1), ta có phơng trình tơng đối đơn
giản sau đây:
H / (D
n
) = N
s
(5.3.2)
Có thể thấy là đờng kính danh nghĩa tỷ lệ thuận với chiều cao sóng với hằng số tỷ lệ bằng 1/ N
s

(3) Chiều cao sóng tính toán

Công thức Hudson đã đợc kiến nghị dựa trên các kết quả thí nghiệm sử dụng sóng ổn định. Khi áp dụng nó
cho các tác động của sóng thực tế (chúng không ổn định), khi đó có vấn đề là phải xác định chiều cao sóng.
Tuy nhiên, với các kết cấu đợc làm bằng đá hộc và khối bê tông, h hại có xu thế xảy ra không phải khi có
một sóng đơn có chiều cao sóng lớn nhất H trong các đợt tấn công của sóng không ổn định vào lớp bảo vệ,
mà h hại tiến triển dần dần dới tác động liên tục của các sóng có chiều cao khác nhau. Xét vấn đề này và
các thí nghiệm đã qua, đã quyết định phải sử dụng chiều cao sóng có ý nghĩa của các sóng tới tại chỗ có mái
dốc cần bảo vệ làm chiều cao sóng H trong phơng trình (5.3.1), vì chiều cao sóng có ý nghĩa là đại diện cho
toàn bộ phạm vi của một đợt sóng không ổn định. Do đó, cũng cần sử dụng chiều cao sóng có ý nghĩa khi sử
dụng công thức Hudson tổng quát hoá. Tuy nhiên, cần nhớ rằng ở những nơi chiều sâu nớc nhỏ hơn một nửa
chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng, phải sử dụng chiều cao sóng có ý nghĩa nơi chiều sâu nớc bằng một
nửa chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng.
(4) Các thông số ảnh hởng đến hệ số ổn định


Phn 2 - Chng 5 16

Nh đã thấy trong phơng trình (5.3.1), khối lợng cần thiết của đá bảo vệ hoặc khối bê tông thay đổi theo
chiều cao sóng và dung trọng của các khối đá bảo vệ và vào hệ số ổn định N
s
. Giá trị N
s
là một hệ số đại diện
ảnh hởng các đặc trng của kết cấu, của khối đá bảo vệ, đặc trng sóng và các yếu tố khác về ổn định. Các
yếu tố chính ảnh hởng đến giá trị N
s
là những yếu tố sau đây:
(a) Đặc trng của kết cấu
(1) Loại kết cấu (đê chắn sóng đá hộc, đê chắn sóng che chắn bằng các khối bê tông tiêu sóng , đê chắn
sóng hỗn hợp v.v )
(2) Độ dốc của mái dốc cần bảo vệ

(3) Vị trí của các khối đá bảo vệ (đầu đê, thân đê, vị trí so với mực nớc tĩnh, mặt trớc và đỉnh mái dốc, mặt
sau, thềm v.v )
(4) Chiều cao đỉnh và chiều rộng đỉnh, hình dạng của thợng tầng kiến trúc
(5) Lớp bên trong (hệ số thấm, bề dầy và độ gồ ghề bề mặt)
(b) Đặc trng của khối đá bảo vệ
(1) Hình dạng của khối bảo vệ (hình dạng của khối đá hoặc khối bê tông; đối với đá bảo vệ, sự phân bổ
đờng kính của chúng)
(2) Cách sắp xếp khối đá bảo vệ (số lớp, xếp đều đặn hoặc đổ hỗn độn v.v )
(3) Cờng độ của vật liệu bảo vệ
(c) Đặc trng của sóng
(1) Số sóng tác động lên các lớp bảo vệ
(2) Độ dốc của sóng
(3) Hình dáng đáy biển (độ dốc đáy, đá ngầm v.v )
(4) Tỷ số chiều cao sóng với chiều sâu nớc (chỉ số của điều kiện sóng không vỡ hoặc sóng vỡ, loại sóng
vỡ v.v )
(5) Hớng sóng, phổ sóng, đặc trng của nhóm sóng.
(d) Mức độ h hại (tỉ lệ h hại, mức độ h hại, h hại tơng đối)
Từ đó, giá trị N
s
sử dụng trong thiết kế phải xác định một cách thích đáng dựa trên các thí nghiệm mô hình
thuỷ lực phù hợp với các điều kiện thiết kế tơng ứng. So sánh các kết quả thí nghiệm sóng ổn định với các
kết quả thí nghiệm sóng không ổn định, ta thấy tỷ số chiều cao sóng điều hoà với chiều cao quan trọng của
sóng không điều hoà khi tỷ số này cho cùng một tỷ số h hại (sai số trong vòng 10%) sẽ thay đổi trong phạm
vi từ 1,0 đến 2,0 (tuỳ theo điều kiện). Nói cách khác, có xu hớng sóng không ổn định phá hoại nhiều hơn
sóng ổn định. Vì vậy tốt hơn là dùng sóng không ổn định trong thí nghiệm.
(5) Hệ số ổn định N
s
và giá trị K
D

Năm 1959, Hudson công bố công thức Hudson, thay cho công thức Iribarren - Hudson trớc đó. Hudson triển
khai phơng trình (5.3.1), sử dụng K
D
cotg thay cho N
s
, nghĩa là :
N
s
3
= K
D
cot (5.3.3)
Trong đó :
: góc của mái dốc (tính từ đờng nằm ngang)
K
D
: Hằng số xác định chủ yếu từ hình dạng của khối bảo vệ và tỷ số h hại
Công thức Hudson dựa vào các kết quả của một phạm vi rộng các thí nghiệm và tỏ ra sử dụng tốt trong thiết
kế mẫu đầu tiên. Trong quá khứ, công thức này (nghĩa là công thức sử dụng giá trị K
D
) đã đợc dùng trong tính
toán khối lợng cần thiết của khối bảo vệ trên mái dốc
Tuy nhiên, công thức Hudson tổng quát hoá sử dụng hệ số ổn định (phơng trình (5.3.1) đã đợc sử dụng để
tính khối lợng cần thiết của khối bảo vệ trên lớp đệm đá của đê chắn sóng hỗn hợp (sẽ thảo luận sau) và
cũng dùng cho các khối bảo vệ của các kết cấu khác nh đê chắn sóng ngập. Do đó ngày nay nó thông dụng
hơn công thức cũ với giá trị K
D
, do đó công thức Hudson tổng quát hoá với hệ số ổn định có thể đợc xem là
phơng trình tiêu chuẩn để tính khối lợng cần thiết của các khối bảo vệ trên mái dốc.

Phn 2 - Chng 5 17

Hệ số ổn định N
s
có thể rút ra từ giá trị K
D
và góc của mái dốc tính từ đờng nằm ngang bằng cách sử dụng
phơng trình (5.3.3). Không có vấn đề với quá trình này vì giá trị K
D
là một giá trị đã đợc xác lập và góc
nghiêng ở trong phạm vi thiết kế thông thờng. Tuy nhiên, hầu hết các giá trị K
D
có đợc tới lúc này không
kết hợp đợc đủ các yếu tố khác nhau, nh đặc trng của kết cấu và của sóng. Do đó, phơng pháp này xác
định hệ số ổn định từ giá trị K
D
không thể luôn đảm bảo lúc nào thiết kế cũng kinh tế. Để tính các giá trị của
khối lợng cần thiết hợp lý hơn, nên sử dụng các kết quả thí nghiệm phù hợp với các điều kiện đã cho, hoặc sử
dụng các công thức tính toán (biểu đồ tính toán) bao gồm các yếu tố có liên quan khác nhau nh dới đây.
(6) Công thức Van der Meer cho khối đá bảo vệ
Năm 1987, Van der Meer tiến hành các thí nghiệm có hệ thống liên quan đến đá bảo vệ mái dốc của một đê
chắn sóng đá hộc có đỉnh cao. Ông kiến nghị công thức tính toán sau với hệ số ổn định, không chỉ xét độ dốc
mái dốc mà cả độ dốc sóng, số lợng sóng, và mức độ h hại. Tuy nhiên, cần nhớ công thức dới đây đã đợc
thay đổi một chút so với công thức Van der Meer nguyên thuỷ để làm cho tính toán dễ hơn. Ví dụ, chiều cao
sóng H
2%
với xác suất vợt quá là 2% đợc thay đổi bởi H
1/20

Trong đó :
N
spl
: hệ số ổn định đối với đê chìm
N
ssr
: hệ số ổn định đối với đê cao trên mặt nớc
I
r
: số Irbarren (tan /S
om
0,5
) (cũng gọi là hệ số đồng dạng sóng xô)
S
om
: độ dốc sóng (H
1/3
/L
0
)
L
o
: chiều dài sóng nớc sâu (L
0
= gT
1/3
2
/ 2 , g = 9,81 m/ s
2

)
T
1/3
: chu kỳ sóng có ý nghĩa
C
H
: hệ số hiệu chỉnh do sóng vỡ [ = 1,4 / (H
1/20
/ H
1/3
)]
( = 1,0 trong vùng không xẩy ra sóng vỡ)
H
1/3
: chiều cao sóng có ý nghĩa
H
1/20
: chiều cao sóng một phần hai mơi cao nhất (xem Hình T.5.3.1)
: góc mái dốc tính từ đờng nằm ngang (
0
)
D
n50
: đờng kính danh nghĩa của tảng đá bảo vệ = (M
50
/
r
)
1/3
)

M
50
: giá trị 50% của đờng cong phân bổ khối lợng của một tảng đá bảo vệ (khối lợng cần thiết của đá
bảo vệ)
P : hệ số thấm cuả lớp bên trong (xem Hình T.5.3.2)
S : mức độ biến dạng (S = A /D
n50
2
) (xem Bảng T.5.3.1)
A : diện tích xói mòn của tiết diện ngang (xem Hình T.5.3.3)
N : số lợng sóng (trong thời hạn bão)
Chiều cao sóng H
1/20
trong Hình T.5.3.1 là đối với một điểm ở một khoảng cách 5 H
1/3
kể từ đê chắn sóng, và H
0
' là
chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng.
Mức biến dạng S là một chỉ số đại diện cho lợng biến dạng của đá bảo vệ, và nó là một loại tỷ số h hại. Nó đợc
xác định bằng kết quả của diện tích A bị xói mòn bởi sóng (xem Hình T.5.3.3) chia cho bình phơng của đờng
kính danh nghĩa D
n50
của đá bảo vệ. Nh đã nêu trong Bảng T.5.3.1, ba giai đoạn đợc xác định đối với mức độ
biến dạng của đá bảo vệ: h hại ban đầu, h hại trung gian và hỏng. Với thiết kế tiêu chuẩn, thông thờng sử dụng
mức độ biến dạng cho giai đoạn h hại ban đầu với N = 1000 sóng. Tuy nhiên, với thiết kế cho phép một lợng biến
dạng nào đó, có thể xem xét sử dụng giá trị đối với h hại trung gian.


Phn 2 - Chng 5 18

Bảng T.5.3.1 Mức độ biến dạng cho giai đoạn hỏng với hai lớp bảo vệ
Độ dốc H hại ban đầu H hại trung gian Hỏng
1 : 1,5
1 : 2
1 : 3
1 : 4
1 : 6
2
2
2
3
3
3 ~ 5
4 ~ 6
6 ~ 9
8 ~ 12
8 ~ 12
8
8
12
17
17

(7) Hệ số ổn định đối với khối bê tông bảo vệ đê chắn sóng đá hộc
Van der Meer đã tiến hành các thí nghiệm mô hình trên một số loại khối bê tông đúc sẵn, và kiến nghị các
công thức tính hệ số ổn định. Ngoài ra các tác giả khác cũng tiến hành nghiên cứu để thành lập các công thức
tính toán các khối bê tông đúc sẵn. Ví dụ Burcharth và Liu đã kiến nghị một công thức tính toán. Tuy nhiên,
phải nhớ rằng các công trình đó dựa vào các kết quả thí nghiệm cho một đê chắn sóng đá hộc có đỉnh cao.
(8) Hệ số ổn định đối với khối bê tông của lớp đệm bằng các khối bê tông tiêu sóng trớc tờng thẳng đứng (đê

chắn sóng hỗn hợp - nằm ngang)
Lớp đệm bằng các khối bê tông tiêu sóng của một đê chắn sóng hỗn hợp - nằm ngang có thể có nhiều dạng
tiết diện ngang khác nhau. Đặc biệt, khi toàn bộ mặt trớc của một tờng thẳng đứng đợc che phủ bởi các
khối bê tông tiêu sóng, độ ổn định sẽ cao hơn đối với trờng hợp thông thờng là các khối bê tông bảo vệ che
chắn một đê chắn sóng đá hộc vì tính thấm cao. ở Nhật, nhiều nghiên cứu đã đợc tiến hành đối với tính ổn
định của đê chắn sóng phủ các khối bê tông tiêu sóng. Ví dụ Tanimoto và các cộng sự, Kajima, và Hanzewa
đã tiến hành nghiên cứu một cách hệ thống về độ ổn định của các khối bê tông hấp thụ sóng. Ngoài ra
Takahashi đã kiến nghị phơng trình sau cho các khối bê tông tiêu sóng đặt hỗn độn thành đống che chắn
toàn bộ tờng thẳng đứng
N
s
= C
H
{a (N
0
/ N
0,5
)
0,2
+ b} (5.3.7)
Trong đó :
N
o
: h hại tơng đối (một loại tỷ số h hại đại diện cho mức độ h hại: nó đợc định nghĩa là số khối bê
tông đã dịch chuyển trong một bề rộng D
n
theo hớng tuyến đê chắn sóng, ở đây D
n
là đờng kính
danh nghĩa của khối bê tông : D

n
= (M/P
r
)
1/3
, ở đây M là khối lợng của một khối bê tông)
C
H
: hệ số hiệu chỉnh do sóng vỡ; C
H
= 1,4(H
1/20
/ H
1/3
) (Trong vùng không xảy ra sóng vỡ, H
1/20
/ H
1/3
=
1,4 và do đó C
H
= 1,0)
a,b : hệ số phụ thuộc vào hình dạng khối bê tông và góc mái dốc (đối với khối bê tông với giá trị K
D
bằng
8,3 , a = 2,32 và b = 1,33 nếu cot = 4,3; a

= 2,32 và b = 1,42 nếu cot = 1,5)
Takahashi đã giới thiệu thêm một phơng pháp để tính h hại tơng đối cộng dồn (h hại tơng đối dự kiến)
trong thời gian tuổi thọ của đê chắn sóng. Trong tơng lai, các phơng pháp thiết kế độ tin cậy có xét đến mức

h hại tơng đối dự kiến sẽ trở thành quan trọng trong phơng pháp luận thiết kế tiên tiến.
Trong vùng không xẩy ra sóng vỡ, nếu số lợng sóng là 1000 và h hại tơng đối N
o
là 0,3, khối lợng
tính toán đợc theo phơng pháp Takahashi và các cộng sự ít nhiều cũng giống nh tính bằng cách dùng giá
trị K
D
trong thời gian trớc đây. Giá trị của N
o
= 0,3 tơng ứng với tỷ số h hại thờng sử dụng theo truyền
thống là 1%
(9) Đầu đê chắn sóng
Các sóng tấn công đầu đê chắn sóng từ toàn bộ góc của các hớng, và có nguy cơ lớn các khối bảo vệ trên
đỉnh mái dốc rơi không phải về phía trớc mà về phía sau. Đá hoặc khối bê tông dùng ở đầu đê chắn sóng do
đó phải có khối lợng lớn hơn giá trị cho bởi phơng trình (5.3.1). Hudson gợi ý tăng khối lợng thêm 10%
trong trờng hợp đá hộc và 30% trong trờng hợp khối bê tông. Tuy nhiên, có thể vẫn cha đủ. Nên sử dụng
khối lợng ít nhất bằng 1,5 lần giá trị cho bởi phơng trình (5.3.1) đối với cả hai loại đá và bê tông


Phn 2 - Chng 5 19


Hình T.5.3.1. T
ỷ
số của H
1/20
với H
1/3
(g
iá trị H

1/20
là ở khoản
g
cách
5 H
1/3
từ đê chắn sóng).
Độ dốc đáy biển 1/100
Độ dốc đáy biển 1/50
Độ dốc đáy biển 1/30
H
0
' : chiều cao sóng
nớc sâu tơng
đơng
Hình T.5.3.2. Hệ số thấm P
Đờng kính danh nghĩa đá bảo vệ
Đờng kính danh nghĩa vật liệu lọc
Đ
ờn
g
kính danh n
g
hĩa v
ậ
t li
ệ
u lõi.
Lớ
p

bảo v
ệ

Lớ
p
bảo v
ệ

Lớ
p
bảo v
ệ

Lớ
p
bảo v
ệ

Lớp lọc
Lớp lọc
Lớp vỏ
Không lớp lọc, không lớp vỏ
Hình T.5.3.3. Diện tích xói mòn
A

(diện tích bị xói mòn)


Phn 2 - Chng 5 20

(10) Các khối bảo vệ ngập trong nớc
Vì tác động của sóng vào một đê chắn sóng đá hộc thì yếu hơn trong nớc hơn là xung quanh đờng ngấn nớc, có thể sử
dụng đá hoặc khối bê tông có khối lợng giảm bớt ở các độ sâu lớn hơn 1,5 H
1/3
dới mực nớc tĩnh
(11) ảnh hởng của hớng sóng
Mức độ mà góc tới của sóng ảnh hởng tới độ ổn định của đá bảo vệ cha đợc nghiên cứu đầy đủ. Tuy nhiên, theo các
kết quả thí nghiệm do Van de Kreeke tiến hành, trong đó góc sóng đợc thay đổi giữa 0
o
(nghĩa là hớng tới của sóng
vuông góc với tuyến đê chắn sóng) 30
o
, 45
o
, 60
o
, và 90
o
tỷ lệ h hại vơí một hớng sóng bằng 45
o
hoặc nhỏ hơn thì
không ít thì nhiều giống nh khi hớng sóng là 0
o
; khi hớng sóng lớn hơn 60
o
, tỷ lệ này giảm đi. Dựa trên các kết quả này,
có thể cho rằng khi góc sóng (xem Hình T.5.2.2. trong 5.2.2[1] Lực sóng dới đỉnh sóng) bằng 45
o

hoặc nhỏ hơn, khối
lợng tối thiểu không phải hiệu chỉnh theo hớng sóng. Hơn nữa Christensen và các cộng sự đã cho biết độ ổn định tăng
khi sự lan truyền theo hớng của các sóng ngẫu nhiên lớn.
(12) Khối bê tông bảo toàn đợc nguyên vẹn
Với một khối bê tông đúc sẵn, không chỉ cần đảm bảo khối bê tông có một khối lợng đủ để ổn định chống lại các sóng
tính toán, mà còn phải khẳng định bản thân khối đó có đủ cờng độ kết cấu
(13) Khối bảo vệ nơi có đá ngầm
Nói chung, đá ngầm nhô lên ở một đáy biển dốc từ biển tơng đối sâu, và tạo thành một đáy biển tơng đối bằng phẳng và
nông. Do đó khi có một sóng lớn tới vùng đá ngầm nh vậy, nó vỡ ra xung quanh đỉnh đá ngầm, và sau đó các sóng tái tạo
lại sẽ lan truyền trên bãi đá ngầm dới dạng sóng cồn xung. Các đặc trng của sóng trên một bãi đá ngầm phụ thuộc
nhiều không chỉ các điều kiện sóng tới mà cả chiều sâu nớc trên bãi đá ngầm và khoảng cách tới đỉnh đá ngầm. Độ ổn
định của các khối bê tông tiêu sóng đặt trên một bãi đá ngầm cũng thay đổi lớn do cũng các lý do đó làm cho tình trạng
phức tạp hơn nhiều các trờng hợp chung khác. Do đó độ ổn định của các khối bê tông tiêu sóng nằm trên bãi đá ngầm
phải đợc nghiên cứu dựa trên các thí nghiệm mô hình phù hợp với các điều kiện đang xét hoặc dựa vào kinh nghiệm hiện
trờng đối với các địa điểm có điều kiện tơng tự.
(14) Khối bảo vệ đê chắn sóng đỉnh thấp
Với một đê chắn sóng đá hộc có đỉnh thấp, cần chú ý rằng các khối bê tông xung quanh đỉnh đê (đặc biệt phía hớng vào
bờ) dễ bị phá hoại. Ví dụ với đê chắn sóng tách rời có các khối bê tông tiêu sóng, không giống nh một đê chắn sóng
giếng chìm che chắn bởi các khối bê tông tiêu sóng, đê không có tờng đỡ phía sau và đỉnh không cao. Điều đó có nghĩa
là các khối bê tông gần đỉnh (đặc biệt ở phía sau) dễ bị h hại, và quả vậy các trờng hợp h hại nh vậy đã đựoc báo cáo.
(15) ảnh hởng của đáy biển dốc
Khi đáy biển dốc và sóng vỡ dới dạng lao xuống, một lực sóng lớn có thể tác động lên các khối bê tông, tuỳ thuộc vào
hình dạng cuả chúng. Do đó cần tiến hành các nghiên cứu thích đáng trong khi xem xét khả năng có thể có một lực sóng
lớn (xem Takeda và các cộng sự)
(16) Các khối có dung trọng cao
Khối lợng tối thiểu của các khối đợc làm từ cốt liệu dung trọng cao cũng có thể xác định đợc bằng công thức Hudson
với hệ số ổn định (phơng trình (5.3.1)). Nh đã thấy trong phơng trình, các khối dung trọng cao có độ ổn định lớn, do đó
có thể làm một lớp bảo vệ ổn định vững chắn bằng các khối tơng đối nhỏ dung trọng lớn
(17) ảnh hởng của cách đặt các khối
Độ ổn định của các khối bê tông tiêu sóng cũng thay đổi theo ph

ơng pháp đặt các khối (đặt hỗn độn hay xếp đều đặn).
Theo các kết quả thí nghiệm đợc tiến hành để so sánh cách đặt hỗn độn trên toàn bộ tiết diện ngang với cách đặt hai lớp
đều đặn trên một lõi đá, độ ổn định của cách đặt đều đặn với các liên kết tốt đợc cải thiện rõ ràng trong hầu hết các
trờng hợp thử nghiệm. Hơn nữa độ ổn định cũng bị ảnh hởng bởi chiều cao đỉnh và chiều rộng của lớp đệm khối bê tông
tiêu sóng. Theo các kết quả của một số thí nghiệm, có xu thế độ ổn định lớn hơn khi đỉnh cao và rộng
(18) Phơng pháp tiêu chuẩn: thí nghiệm mô hình thuỷ lực
Độ ổn định của các khối bê tông bị ảnh hỏng bởi một số rất lớn yếu tố, do đó, nó cha đợc làm sáng tỏ đầy đủ. Điều đó
có nghĩa là cần tiến hành các nghiên cứu sử dụng thí nghiệm mô hình để thiết kế các đê chắn sóng nguyên mẫu, và cần
thu thập dần dần kết quả của các thí nghiệm đó. Cần phải ghi nhớ các điểm sau đây khi tiến hành nghiên cứu có sử dụng
thí nghiệm mô hình
(a) Phải thí nghiệm với các sóng không ổn định
(b) Với mỗi nhóm điều kiện riêng, thí nghiệm phải lập lại ít nhất ba lần (nghĩa là với ba đợt sóng khác nhau). Tuy nhiên, khi
thí nghiệm đợc tiến hành bằng cách thay đổi có hệ thống khối lợng và các yếu tố khác và có thể thu đợc một khối
lợng lớn dữ liệu, chỉ cần với mỗi điều kiện thí nghiệm chạy một lần là đủ


Phn 2 - Chng 5 21

(c) Cần nghiên cứu tác động của 1000 sóng trong tổng số ba lần cho mỗi mức chiều cao sóng. Ngay cả với các thí nghiệm
có hệ thống, nên áp dụng nhiều hơn 500 sóng
(d) Để miêu tả mức độ h hại, ngoài tỷ số h hại thờng đợc sử dụng trong quá khứ, cũng có thể sử dụng mức độ biến
dạng hoặc mức độ h hại. Mức độ biến dạng thích hợp khi khó đếm số lợng đá hoặc khối bê tông đã dịch chuyển còn
mức độ h hại thích hợp khi ta muốn biểu hiện sự h hại theo khối bê tông tiêu sóng. Tỷ số h hại là tỷ số khối bảo vệ
bị h hại trong một diện tích kiểm tra so với tổng số lợng các khối bảo vệ có trong cùng diện tích kiểm tra đó. Diện tích
kiểm tra đợc lấy từ độ cao sóng leo tới độ sâu bằng 1,5 H bên dới mực nớc tĩnh hoặc tới độ cao đáy của lớp bảo vệ
(lấy chiều sâu nông hơn), ở đây chiều cao sóng H đợc rút ra từ công thức Hudson với khối lợng của khối bảo vệ làm
số liệu đầu vào. Tuy nhiên, đối với mức độ biến dạng và mức độ h hại, không cần xác định diện tích kiểm tra. Để đánh
giá tỷ số h hại, một khối bảo vệ đợc xem là bị h hại nếu nó đã dịch chuyển một khoảng cách lớn hơn khoảng 1/2
đến 1.0 lần chiều cao của nó.
5.3.2 Khối bảo vệ trên lớp đệm móng của đê chắn sóng hỗn hợp (Điều 48, khoản 5

Thông báo)
Cần tính khối lợng của các đá bảo vệ hoặc khối bê tông cho lớp đệm móng một đê chắn sóng
hỗn hợp, bằng các thí nghiệm mô hình thuỷ lực thích đáng hoặc phơng trình sau:

Trong đó :
M : khối lợng tối thiểu của đá hộc hoặc khối bê tông (t)

r
: dung trọng của đá hộc hoặc khối bê tông (t/m
3
)
H : chiều cao sóng dùng trong tính toán độ ổn định
N
s
: hệ số ổn định
S
r
: trọng lợng riêng của đá hộc hoặc khối bê tông so với nớc biển
[Chú giải]
Khối lợng cần thiết đối với một khối bảo vệ phủ một lớp đệm móng của một đê chắn sóng hỗn hợp thay đổi theo
các đặc trng sóng, chiều sâu nớc, hình dạng lớp đệm (độ dày, bề rộng thềm, góc mái dốc v.v ) và loại khối bảo
vệ, phơng pháp đặt, và vị trí của nó (đầu đê chắn sóng, thân đê v.v ), đặc biệt ảnh hởng của các đặc trng sóng
và hình dạng lớp đệm nổi bật hơn so với trờng hợp các khối bảo vệ phủ bề mặt của đê chắn sóng dốc trong 5.3.1
Khối bảo vệ trên mái dốc. Do đó cần xác định thích đáng khối lợng, có xét đến các kết quả nghiên cứu đã có trớc
đây, nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế ở hiện trờng, và tiến hành thí nghiệm mô hình nếu cần. Hơn nữa, cần chú
ý đầy đủ đến ảnh hởng của tính chất không ổn định của sóng.
Tuy nhiên, cần nhớ rằng độ ổn định của các khối bảo vệ phủ lớp đệm móng của đê chắn sóng hỗn hợp không nhất
thiết đợc xác định đơn thuần bằng kich thớc của chúng. Tuỳ thuộc vào kết cấu và cách bố trí các khối bảo vệ, có
thể đạt đợc độ ổn định ngay cả khi các khối bảo vệ tơng đối nhỏ.
[Chỉ dẫ kỹ thuật]

(1) Công thức Hudson tổng quát hoá để tính khối lợng cần thiết
Tơng tự nh với khối lợng ổn định của các khối bảo vệ trên mái dốc, khối lợng cần thiết của khối bảo vệ
phủ lớp đệm móng một đê chắn sóng hỗn hợp có thể tính đợc bằng cách dùng công thức Hudson tổng quát
hoá (công thức Hudson với hệ số ổn định), nghĩa là phơng trình (5.3.1). Từ khi Brebner và Donnelly dùng nó
làm phơng trình cơ bản để tính khối lợng cần thiết của đá bảo vệ của lớp đệm đá cho một tờng thẳng đứng,
công thức Hudson tổng quát hoá đã đợc sử dụng rộng rãi và ở Nhật nó cũng đợc biết với tên công thức
Brebner- Donnelly. Vì có một mức độ giá trị nào đó ngay từ quan điểm lý thuyết, công thức Hudson tổng quát
hoá cũng có thể sử dụng làm công thức cơ bản để tính khối lợng tối thiểu của khối bảo vệ cho lớp đệm đê
chắn sóng. Cần nhớ là hệ số ổn định N
s
thay đổi không chỉ với chiều sâu nớc, đặc trng sóng, hình dáng lớp
đệm và các đặc trng của khối bảo vệ, mà còn với vị trí của chúng (thân đê chắn sóng, đầu đê chắn sóng
v.v ). Do đó cần lấy hệ số N
s
sao cho thích đáng thông qua thí nghiệm mô hình tơng ứng với các điều kiện
thiết kế. Hơn nữa, chiều cao sóng dùng trong tính toán thờng là chiều cao sóng có ý nghĩa, và các sóng dùng
trong thí nghiệm mô hình phải là sóng không ổn định


Phn 2 - Chng 5 22

(2) Hệ số ổn định đối với đá bảo vệ
Hệ số ổn định N
s
có thể xác định theo phơng pháp Inagaki và Katayama. Phơng pháp này dựa trên công
trình của Brebner và Donnnelly và kinh nghiệm h hại đã qua. Tuy nhiên, các công trình sau đây của
Tanimoto và các cộng sự dựa trên vận tốc dòng chảy gần lớp đệm và đa vào một loạt các điều kiện, và
chúng đợc mở rộng bởi Takahashi, Kimura và Tanimoto để đa vào các ảnh hởng của hớng sóng. Công
thức Tanimoto mở rộng do đó đã đợc dùng làm công thức tiêu chuẩn
(a) Công thức Tanimoto mở rộng:

Trong đó :
h' : chiều sâu nớc trên đỉnh lớp đệm móng (không kể lớp bảo vệ) (m) (xem hình T.5.3.4)
l : trong trờng hợp sóng tới pháp tuyến, bề rộng thềm B
M
(m)
Trong trờng hợp sóng tới xiên, hoặc B
M
hoặc B
M
' , lấy giá trị nào cho giá trị của (K
2
)
B
lớn hơn
L : chiều dài sóng tơng ứng với chu kỳ sóng có ý nghĩa tính toán tại chiều sâu nớc h' (m)
: hệ số hiệu chỉnh khi lớp bảo vệ nằm ngang (= 0,45)
: góc sóng tới (xem hình 5.3.5)
H
1/3
: chiều cao sóng có ý nghĩa tính toán(m)
Hiệu lực của các công thức trên đã đợc kiểm tra đối với thân đê chắn sóng khi sóng tới xiên với một góc tới lên
tới 60
o



Hình T.5.3.4. Tiết diện ngang tiêu chuẩn của một đê chắn sóng hỗn hợp

(b) Hệ số ổn định khi cho phép một khối lợng h hại nào đó

Sudo và các cộng sự đã tiến hành các thí nghiệm ổn định đối với trờng hợp đặc biệt trong đó lớp đệm thấp và
không xẩy ra sóng vỡ. Ông nghiên cứu mối quan hệ giữa số lợng sóng N và tỷ số h hại, và kiến nghị phơng
trình sau đây, nó cho hệ số ổn định N
s
* đối với một số lợng
sóng đã cho N bất kỳ và một tỷ số h hại D
N
(%) đã cho bất
kỳ
Phía biển Phía bờ
Khối bảo vệ chân
Vật liệu bảo vệ
Đ
ệm đá hộcVật liệu bảo vệ
Khối bảo vệ chân
Mặt cắt
thẳng đứng
Hình T.5.3.5. Hình dạn
g
tu
y
ến đê
chắn sóng và ảnh hởng của
hớn
g
són
g

Thân đê chắn són
g

Đ
ầu đê chắn són
g



Phn 2 - Chng 5 23


Trong đó N
s
là hệ số ổn định cho bởi công thức Tanimoto khi N = 500 và tỷ số h hại là 1%. Trong thiết kế, cần
lấy N = 1000 có xét đến sự tiến triển của h hại, trong khi tỷ số h hại cho phép đối với hai lớp bảo vệ là 3% tới
5%. Nếu N = 1000 và D
N
= 5%, từ đó N
s
* = 1,44N
s
, nghĩa là khối lọng cần thiết đợc giảm xuống khoảng 1/3
của khối lợng yêu cầu với N = 500 và D
N
=1%
(3) Hệ số ổn định đối với khối bê tông
Hệ số ổn định đối với khối bê tông thay đổi theo hình dáng của khối và phơng pháp đặt chúng. Do đó nên
đánh giá hệ số ổn định bằng thí nghiệm mô hình thuỷ lực. Khi tiến hành các thí nghiệm này, tốt nt là sử dụng
sóng không ổn định
(4) Điều kiện để áp dụng hệ số ổn định đối với đá bảo vệ trên lớp đệm móng
Khi nớc trên các khối đá bảo vệ phủ trên lớp đệm nông, sóng đang vỡ thờng làm cho đá bảo vệ mất ổn

định. Do đó chỉ thích đáng khi sử dụng hệ số ổn định đối với đá bảo vệ phủ trên lớp đệm khi h' / H
1/3
1; khi
h'/ H
1/3
< 1, sẽ tốt hơn nếu dùng hệ số ổn định đối với đá bảo vệ trên một mái dốc của đê chắn sóng đá hộc.
Hiệu lực của hệ số ổn định đối với đá bảo vệ trong công thức Tanimoto không đợc kiểm tra bằng thí nghiệm
khi h' / H
1/3
nhỏ, khi h' / H
1/3
bằng khoảng 1 hoặc nhỏ hơn, nên xem xét hiệu lực của nó bằng cách sử dụng thí
nghiệm mô hình thuỷ lực.
(5) Bề dầy lớp bảo vệ
Cần dùng hai lớp đá bảo vệ. Tuy nhiên, có thể chấp nhận chỉ dùng một lớp, miễn là có xét đến các kinh
nghiệm của các đê chắn sóng đã có trớc. Trong trờng hợp này, ta có thể bù vào việc chỉ sử dụng một lớp
bằng cách lấy tỷ số h hại trong phơng trình nói trên (3.5.12) thấp xuống, D
N
= 1% với N = 1000 sóng tác
động. Đối với khối bê tông, thờng chỉ cần dùng một lớp, dù rằng có thể đặt hai lớp nếu hình dạng của khối
thuận lợi cho việc đặt hai lớp và các điều kiện sóng tính toán nghiêm trọng
(6) Khối bảo vệ đối với đầu đê chắn sóng
ở đầu đê chắn sóng, các dòng chảy mạnh thờng xuất hiện cục bộ gần các góc ở mép tiết diện thẳng đứng,
có nghĩa là khối bảo vệ có thể bị dịch chuyển. Do đó cần kiểm tra mức độ mà khối lợng của khối bảo vệ phải
tăng tại đầu đê chắn sóng bằng cách tiến hành thí nghiệm mô hình thuỷ lực. Nếu không làm thí nghiệm mô
hình thuỷ lực, cần tăng khối lợng lên ít nhất 1,5 lần khối lợng ở thân đê
Khối lợng của đá bảo vệ ở đầu đê chắn sóng cũng có thể tính bằng công thức Tanimoto mở rộng. Cụ thể, đối
với đầu đê chắn sóng, thông số vận tốc dòng chảy k trong phơng trình (5.3.9) phải viết lại nh sau :

Tuy nhiên, nên nhớ rằng nếu khối lợng tính toán đợc nhỏ hơn 1,5 lần khối lợng ở thân đê, nên lấy khối

lợng đó bằng 1,5 lần khối lợng ở thân đê.
5.4. Lực sóng tác động lên các cấu kiện hình trụ và kết cấu riêng lẻ lớn
5.4.1. Lực sóng lên cấu kiện hình trụ
Lực sóng tác động lên một cấu kiện hình trụ có thể đợc tính nh tổng của một lực cản tỷ lệ với
bình phơng của vận tốc hạt nớc dới sóng và một lực quán tính tỷ lệ với gia tốc hạt nớc.

[Chú giải]
Cấu kiện kết cấu nh cọc có đờng kính nhỏ so với chiều dài sóng không gây xáo động nhiều cho sự lan truyền
của sóng. Lực sóng tác động lên các cấu kiện nh vậy có thể có đợc bằng cách sử dụng phơng trình Morison,
trong đó lực sóng đợc biểu thị bằng tổng của một lực cản tỷ lệ với bình phơng của vận tốc của các hạt nớc và
một lực quán tính tỷ lệ với gia tốc. Tuy nhiên, nhớ rằng với phơng trình Morison, cần tìm các giá trị chính xác cho
vận tốc và gia tốc hạt nớc của sóng, cũng nh độ cao mặt sóng. Cũng cần đánh giá thoả đáng hệ số cản và hệ số
quán tính bằng các thí nghiệm mô hình hoặc kết quả đo đạc hiện trờng. Cần ghi nhớ thêm rằng sự va đập của mặt
đầu sóng có thể làm phát sinh một lực sóng xung nếu cấu kiện nằm gần mực nớc tĩnh hoặc nếu sóng đang vỡ đập
vào cấu kiện, và một lực đẩy nổi có thể tác động vào cấu kiện, phụ thuộc vào hình dạng và vị trí của cấu kiện


Phn 2 - Chng 5 24

[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Phơng trình Morison
Lực sóng tác động lên một cấu kiện kết cấu đợc tính dựa trên phơng trình sau :

Trong đó :
: lực tác động lên một chiều dài nhỏ
s
(m) theo hớng dọc trục của cấu kiện, hớng của lực này nằm trong
mặt phẳng chứa trục cấu kiện và hớng chuyển động của các hạt nớc và vuông góc với trục cấu kiện (kN)
: thành phần của vận tốc (m/s) và gia tốc (m/s
2

) của hạt nớc, trong hớng vuông góc với trục cấu kiện,
trục này nằm trong mặt phẳng chứa trục cấu kiện và hớng chuyển động của các hạt nớc (nghĩa là cùng hớng
với ) ( các thành phần này là đối với sóng tới không bị xáo động bởi sự có mặt của cấu kiện)
: giá trị tuyệt đối của (m/s)
C
D
: hệ số cản
C
M
: hệ số quán tính
D : bề rộng của cấu kiện trong hớng vuông góc vơí trục cấu kiện nhìn từ hớng của (m)
A : diện tích tiết diện ngang của cấu kiện trong mặt phẳng vuông góc với trục cấu kiện (m
2
)

o
: dung trọng nớc biển (thờng là 1,03 t/ m
3
)
Phơng trình (5.4.1) là một dạng tổng quát hoá của phơng trình do Morison và các cộng sự giới thiệu, cho ta
lực sóng tác động lên một đọan có chiều dài rất nhỏ s của một cấu kiện hớng theo một hớng đã cho nào
đó. Mũi tên trên đầu ký hiệu chỉ rằng lực, vận tốc và gia tốc là các thành phần trong hớng vuông góc với cấu
kiện. Số hạng đầu ở phía tay phải biểu thị lực cản, còn số hạng thứ hai biểu thị lực quán tính. Cả hai thành
phần vận tốc và gia tốc hạt nớc trong phơng trình thay đổi theo thời gian và không gian. Cần chú ý đầy đủ
đến các biến đổi này và cần nghiên cứu sự phân bổ của lực sóng nghiêm trọng nhất cho cấu kiện hoặc kết cấu
đang nghiên cứu
(2) Thành phần vận tốc và gia tốc hạt nớc
Các thành phần vận tốc và gia tốc hạt nớc và trong phơng trình (5.4.1) đại diện cho các thành phần
chuyển động của hạt nớc tại tâm cấu kiện. Các thành phần này nằm trong hớng vuông góc với trục cấu
kiện, và đợc đánh giá với giả định các sóng không bị xáo động bởi sự có mặt của kết cấu đang xét. Khi tính

lực sóng, cần ớc tính các thành phần này càng chính xác càng tốt, dựa trên các dữ liệu thí nghiệm hoặc dự
báo lý thuyết. Đặc biệt, thành phần vận tốc hạt nớc tham gia vào lực sóng với luỹ thừa hai, có nghĩa là khi
chiều cao sóng lớn, một cách tính gần đúng sử dụng lý thuyết sóng biên độ nhỏ trở thành không đủ để cho các
kết quả tin cậy. Hơn nữa, khi cấu kiện vơn lên trên mực nớc trung bình, cần xem xét đầy đủ đến phạm vi mà
lực sóng tác động, nghĩa là độ cao của đỉnh sóng. Khi đánh giá các số hạng đó theo các giá trị lý thuyết, nên
sử dụng lý thuyết sóng biên độ hữu hạn, nó phù hợp với các đặc trng của sóng tính toán, dựa trên 4.1.3. Tính
chất của sóng. Cũng cần nhớ rằng cần thiết phải quan tâm đầy đủ đến tính chất không ổn định của sóng đối
với chiều cao sóng và chu kỳ sóng dùng trong tính toán lực sóng, và nghiên cứu các đặc trng của sóng
nghiêm trọng nhất cho độ an toàn của cấu kiện hoặc kết cấu đang xét. Nói chung phải sử dụng chiều cao
sóng cao nhất và chu kỳ sóng có ý nghĩa trong việc phân tích đối với kết cấu cứng.
(3) Hệ số cản
Nói chung, có thể dùng hệ số cản đối với dòng ổn định làm hệ số cản C
D
cho lực sóng. Tuy nhiên nên nhớ
rằng hệ số cản thay đổi theo hình dạng cấu kiện, độ nhám bề mặt, số Reynolds và khoảng phân cách giữa
các cấu kiện lân cận. Nó cũng thay đổi với số Keulegan-Carpenter (số KC) vì dòng chảy có bản chất dao
động. Cũng cần xem xét các điều kiện này khi xác định giá trị của hệ số cản. Với một cấu kiện hình trụ tròn,
cần lấy C
D
= 1,0 nếu đánh giá đầy đủ các tính chất biên độ hữu hạn của sóng. Với một kết cấu không có
ngời, có thể sử dụng một giá trị thấp hơn nếu giá trị này đợc dựa trên các kết quả thí nghiệm mô hình phù
hợp với các điều kiện. Tuy nhiên ngay trong trờng hợp này, C
D
không đợc lấy thấp hơn 0,7. Cũng cần nhớ
rằng khi ớc tính vận tốc hạt nớc bằng một phơng trình gần đúng, cần sử dụng một giá trị cho hệ số cản đã
đợc điều chỉnh đối với sai số ớc tính trong vận tốc hạt nớc
(4) Hệ số quán tính


Phn 2 - Chng 5 25

Giá trị tính toán đợc theo lý thuyết sóng biên độ nhỏ có thể sử dụng đợc đối với hệ số quán tính C
M
. Tuy
nhiên cần nhớ rằng hệ số quán tính thay đổi theo hình dạng của cấu kiện và các yếu tố khác nh số Reynolds,
số KC, độ nhám bề mặt, và khoảng phân cách giữa các cấu kiện lân cận. Do đó cần định giá trị của hệ số
quán tính một cách thích đáng phù hợp với các điều kiện đã cho. Với cấu kiện hình trụ tròn, có thể dùng C
M
=
2,0 nh một giá trị tiêu chuẩn, với điều kiện đờng kính cấu kiện không lớn hơn 1/10 chiều dài sóng.
(5) Lực đẩy nổi
Ngoài lực cản và lực quán tính trong phơng trình (5.4.1), lực đẩy nổi tác động lên một cấu kiện nằm dới nớc
theo hớng vuông góc với mặt phẳng chứa trục cấu kiện và hớng chuyển động của các hạt nớc. Nói chung,
có thể chấp nhận bỏ qua lực đẩy nổi này, nhng cần chú ý tới vấn đề là lực đẩy nổi có thể trở thành một vấn
đề đối với các cấu kiện nằm ngang đặt gần đáy biển. Hơn nữa, với các cấu kiện dài và mỏng, cần chú ý là lực
đẩy nổi có thể gây ra rung động.
(6) Giá trị tiêu chuẩn của hệ số cản
Khi vận tốc hạt nớc có thể tính chính xác đợc, có thể sử dụng giá trị của hệ số cản đối với dòng chảy ổn định
nh đã đợc ghi trong Bảng T.7.2.1 trong 7.2. Các lực dòng chảy tác động lên các cấu kiện và kết cấu
ngập trong nớc.
(7) Giá trị tiêu chuẩn của hệ số quán tính
Khi đờng kính của cấu kiện đang xét không lớn hơn 1/10 chiều dài sóng, phải sử dụng giá trị ghi trong Bảng
T.4.5.1 làm giá trị của hệ số quán tính C
M
. Tuy nhiên, khi ớc tính gia tốc hạt nớc bằng một phơng trình gần
đúng, cần điều chỉnh giá trị của C
M
đối với sai số trong việc ớc tính gia tốc hạt nớc. Giá trị hệ số quán tính
cho ở đây phần lớn là từ nghiên cứu của Stelson và Maris. Theo các thí nghiệm của Hamada và v.v , hệ số
quán tính đối với một khối lập phơng dới sóng nằm trong phạm vi từ 1,4 tới 2,3

(8) Các giá trị do thí nghiệm đối với hệ số cản và hệ số quán tính
Có nhiều giá trị do thí nghiệm đối với hệ số cản và hệ số quán tính của một hình trụ tròn thẳng đứng; ví dụ các
giá trị của Keulegan và Carpenter, Sarpkaya, Goda, Yamaguchi, Nakamura, Chakrabarti, và Koderayama và
Tashiro. Có nhiều sự khác nhau giữa các giá trị đó. Tuy nhiên không có đủ dữ liệu trong vùng có số Reynolds
cao. Oda đã lập một bảng tổng kết các nghiên cứu này, có thể tham khảo