CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐÊ NGĂN CÁT – GIẢM SÓNG DẠNG MÁI NGHIÊNG (PHƯƠNG ÁN 1) pdf

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ ĐÊ NGĂN CÁT – GIẢM
SÓNG DẠNG MÁI NGHIÊNG (PHƯƠNG ÁN 1)
I – Tổng quát :
Đê đá đổ bao gồm nhiều lớp đá với đá có hình dạng kích thước khác
nhau , đổ cho lăn tự nhiên và được bảo vệ ở ngoài bằng các khối bê tông có
hình dạng đặc biệt hoặc bằng đá tảng lớn . Các khối bê tông hoặc đá bảo vệ
này phải được sắp xếp bởi con người để đạt được vò trí ổn đònh nhất trên mái
nghiêng . Các kỹ thuật hiện nay không cung cấp cho ta cách xác đònh lực cần
thiết để dòch chuyển một khối riêng lẻ ra khỏi vò trí của nó khi sóng đập vào
công trình .
Khối phủ bảo vệ có thể bò dòch chuyển trên một diện tích rộng của lớp
bảo vệ , nó bò trượt xuống do trọng lượng bản thân , hay một khối riêng rẻ có
thể bò nhấc lên và lăn lên hoặc lăn xuống theo mái nghiêng của đê.
Các phương pháp thực hiện đã phát triển ( sẽ được sử dụng trong phần
này) để xác đònh trọng lượng của một khối riêng rẻ có thể chòu được áp lực của
sóng nước cho trước , nếu sử dụng một cách cẩn thận sẽ cho ta xác đònh một
cách chính xác tính ổn đònh của công trình đá đổ dưới tác dụng của cả sóng bão
.
II – Các yếu tố cần thiết để thiết kế :
Yếu tố đầu tiên ảnh hưởng đến điều kiện sóng tại nơi đặt công trình là
độ sâu ở vùng lân cận đó . Độ sâu nùc sẽ quyết đònh công trình sẽ chòu tác
động của loại sóng nào : sóng vỡ , sóng không vỡ , hay sóng đã vỡ (sóng xô )
Sự thay đổi độ sâu nước dọc theo trục đê cũng phải được xem xét khi nó
ảnh hưởng đến điều kiện sóng .
Khi sóng tiến gần sát công trình , nó sẽ có những tác động như sau :
• Vỡ hoàn toàn , tia nước phát ra đập vuông góc với mái nghiêng .
• Vỡ một phần .
• Hoàn thành những chuyển động dao động của phân tử nước lên và
xuống trên mái nghiêng của đê .
Thiết kế đê cần thiết qua 3 giai đoạn sau đây :
Xác đònh kích thước hình học của đê.

Đònh phương pháp thi công đê .
Xác đònh các vật liệu làm đê .
Trong các bước trên thì bước một là rất quan trọng cần xem xét như sau :
Cao độ đỉnh đê và bề rộng đỉnh đê .
Khối bêtông dùng làm đỉnh đê ( concrete cap for rubble mount structures
).
Chiều dày khối phủ ngoài và các lớp bên trong và số khối bê tông.
Độ cao đáy của lớp phủ ngoài
Chiều rộng của lớp phủ bảo vệ chân đê .
Phần đầu và phía mặt trong của đê .
Lớp phủ ngoài phía dưới .
Lớp phủ thứ hai
Lớp đệm và tầng lọc .
III – Tính kết cấu đe â
1 . Xác đònh cao độ và bề rộng đỉnh đê :
Cao độ của đỉnh đê thường được chọn một cách tuỳ ý nếu nó không có
nhiệm vu ïlàm giảm sóng phía sau công trình . Nói chung độ cao so với mặt
nước biển của đê đá đổ sẽ phụ thuộc chiều cao sóng leo R . Sóng leo phụ thuộc
vào đặc điểm của sóng , mái dốc , độ rỗng và độ nhám của lớp phủ ngoài cùng
.
Việc lựa chọn cao độ đê là chọn chiều cao thấp nhất có thể mà vẫn đảm
bảo chắn được hoàn toàn sóng tới .
Bề rộng đỉnh đê thường phụ thuộc hoàn toàn vào mức độ cho phép sóng
tràn qua hay không . Nếu sóng không tràn qua thì bề rộng đê không có giới
hạn . Các nghiên cứu dựa trên mô hình đã đưa ra một công thức xác đònh bề
rộng (B ) của đỉnh đê .
B = n K
∆
( W/W
r

)
1/3
(7.120)
• B : bề rộng đỉnh đê (m)
• n : số viên đá trong một lớp ( thường lấy bằng 3 )
• K
∆

= 1,04

: Hệ số lớp ( tra bảng 7-13) ( layer coefficient )
• Trọng lượng khối phủ ngoài (kg) ứng với mái dốc = 3 ,W = 1200 kg
• Trọng lượng riêng của vật liệu làm khối phủ bảo vệ bên ngoài (kg/m
3
)
W
r
= 2,5 T/m
3
= 2500kg/m
3
Vậy B = 2,5 m .
Bề rộng đỉnh đê phải đủ rộng để xây dựng 1 vài công trình phụ như đèn
báo hiệu , nhà, trang thiết bò để phục vụ việc hoạt động của đê ,… có thể phối
hợp làm đường giao thông .
Ngoài ra , chiều rộng đỉnh đê ( không bao gồm phần tường đỉnh ) chủ
yếu phụ thuộc bởi ổn đònh cuả thân đê , ổn đònh của nền đê , yêu cầu chống
thấm , chống sóng yêu cầu của phương pháp thi công , yêu cầu cấp cứu hộ đê
và giao thông . Nói chung ,chiều rộng đê biển không nhỏ hơn 3 ÷ 4 m , thường
lấy 4 ÷ 6 m . Ngoài ra theo yêu cầu sử dụng có thể mở rộng thêm . Ở nước

ngoài có những đoạn đê kết hợp giao thông rộng tới hơn 20 m .
Do đó ta chọn bề rộng đỉnh đê là 4m (cấp công trình đê là cấp II và do
đây là đê ngăn cát giảm sóng nên không yêu cầu nhiều về mỹ thuật cũng như
các trang thiết bò khác )
Ở đoạn đầu đê do chòu tác dụng sóng toàn phần nên bề rộng đỉnh đê
được tăng B
đ
= 1,5 B = 6 m.
∗ Mái dốc đê : được thể hiện qua hệ số mái dốc m = cotg α , với α là góc
giữa mái đê và đường nằm ngang . Độ dốc mái đê chủ yếu xác đònh theo yêu
cầu ổn đònh của đê biển , đồng thời cũng xét đến các yếu tố về hình dạng mặt
cắt , loại hình và vật liệu gia cố , vật liệu thân đê , tình hình tác dụng của
sóng , điều kiện đòa chất và điều kiện thi công v.v…
Theo bảng 5-3 trong Công trình bảo vệ bờ biển và hải đảo (CTBVBB và
HĐ)ta có thể chọn sơ bộ mái dốc của kết cấu đê như sau :
Mái dốc phía biển m = 3
Mái dốc phía bờ m = 2
∗ Tính chiều cao sóng leo :
Độ cao theo phương đứng trên mực nước tónh do nước từ sóng đi tới leo
lên bề mặt công trình gọi là sóng leo. Xác đònh cao độ cần thiết của công trình
để sóng leo không thể tràn qua công trình thì cần phải xác đònh sóng leo .
Ký hiệu của sóng leo : R(m)
Sóng leo phụ thuộc vào bề mặt công trình (độ dốc ) và độ nhám của nó ,
và độ sâu tại chân công trình , độ dốc đáy biển phía trước công trình và tính
chất của sóng đi tới . Bởi vì sóng leo phụ thuộc vào quá nhiều bên liên quan,
như vậy nên việc mô tả một cách hoàn chỉnh chưa có sẵn cho hiện tượng sóng
leo lên các công trình có kích thước và hình dáng hình học khác nhau và cho
các điều kiện khác nhau của sóng đi tới .
R/H’
0

là một hàm của độ dốc sóng nước sâu và mái dốc công trình
Với R : chiều cao sóng leo đo được ( theo phương đứng ) tính từ mực
nước tónh
Và H’
O
: chiều cao sóng nước sâu chưa bò ảnh bởi khúc xạ .
Kết quả tiên đoán sóng leo theo các đồ thò (7.8) ⇒ (7.12) cho ta thấy
chiều cao sóng leo nhỏ hơn so với kết qủa thực đo rất nhiều trên các công trình
co’sẵn vì không thể xây dựng mô hình có tỉ lệ về độ nhám trên mái nghiêng
chính xác được . Do đó gia 1trò sóng leo tra được trên đồ thò (7.13) để xét ảnh
hưởng tỷ lệ của mô hình .
Chiều cao sóng ngoài khơi H’
O
= 7,7 m , T = 12,7 s
2
'
gT
H
O
=0,0048
Độ sâu tại chân công trình ứng với mực nước lớn nhất :
D
S
= 5+ 1,19 = 6,19(m)
D
s
/H’
O
= 0,8038 ⇒ tra đồ thò hình 7-10 ta có :
R/H

S
= 1,9 → R = 7,34(m)
Hệ số điều chỉnh do tỉ lệ mô hình :
tanθ 1/3 = 0,333
H’
O
=7,7
Tra đồ thò 7.13 → k = 1,15
→ R = 8,44 (m)
Hệ số điều chỉnh do mái nghiêng nhám (tetrapod)
. r = 0,47 → R = 3,9 (m)
∗ Cao độ đỉnh đê :
Cao độ đỉnh = R
P
+h
2%
H
2%
: mục nước cao thiết kế = 1,19m.( Hệ cao độ Hòn Dấu)
⇒ Cao độ đỉnh = 1.19 + 3,9= 5,09(m)
2 . Chọn kích thước khối Tetrapod
W =
θ
γ
γγ
γ
gK
H
r
D

Sr
cot
3
3








−
(7.116)
W : trọng lượng của một khối tetrapod
γ
r
: trọng lượng đơn vò của bêtông = 2,5 T/m
3
ứng với bêtông # 250
H : chiều cao sóng thiết kế = 3,864 m .
Cotg
θ
: hệ số mái dốc = 3
γ : trọng lượng đơn vò của nước biển = 1,03 T/m
3
.
K
D
: hệ số ổn đònh ( tùy thuộc vào hình dạng của khối , độ nhám bề mặt

khối , loại sóng tác dụng và độ dốc bờ biển ) tra bảng 7 – 8 trang 7 – 206 trong
SPM.
Công trình nằm trong vùng sóng vỡ - Tetrapod đổ 2 lớp ,do đó ta tra
bảng được :
− Đầu đê : K
D
= 3,5
− Thân đê : K
D
= 7
Vậy
W
đ
= 4,625(T) chọn W
đ
= 5 (T)
W
t
= 2,31 (T) chọn W
đ
= 2,5 (T) .
Do bố trí tuyến đê song song với hướng sóng tới nên đê chòu tác
động do sóng ở hai mặt là như nhau nên kết cấu ở 2 mặt đê được thiết kế
như nhau
3 – Bề dày của lơp phủ ngoài cùng :
r
A
= nK
∆
3/1









r
A
W
W
(7.121)
r
A
: chiều dày lớp phủ ngoài cùng (m)
n : số khối bêtông trong một lớp n = 2
W
A
: trọng lượng tiêu chuẩn của một khối (T)
W
r
: trọng lượng riêng của bêtông = 2,5 T/ m
3
K
∆
: hệ số lớp ( layer coefficient ) (tra bảng 7-13) = 1,04
Vậy bề dày trung bình của khối phủ ngoài cùng là :
∗ Tại vò trí đầu đê : r
A

= 2,62 m
∗ Tại vò trí thân đê : r
A
=2,08 m
4 – Số lượng khối tetrapod cần thiết cho lớp phủ ngoài :
N
R
= AnK
∆
3/2
100
1














−
A
r
W

W
P
(7.122)
N
R
: số lượng viên đá cần thiết cho lớp phủ ngoài
A : diện tích trung bình(m
2
)
P : độ rỗng (%) = 0,5 Tribar : 54%
Tetrapod : 50%
Đá : 37%
Do khối phủ sử dụng tại đầu đê và thân khác nhau nên ta phải tính cho 2 loại
khối phủ
Tại vò trí đầu đê : A = 1824 (m
2
) (Chọn chiều dài đầu đê =60 do tác dụng của
sóng quá lớn và phạm vi tác dụng của sóng kéo dài nên khu vực đầu đê cần
được kéo dài và gia cố chắc chắn hơn )
Khối tetrapod có trọng lượng là 5T
Vậy N
R
= 1150 ( khối)
Tại vò tri thân đê : A = 9830 (m
2
) ( Chiều dài thân đê = 400 m )
Khối tertrapod có trọng lượng 2,5 T
Vậy N
R
= 10223 (khôi)

Từ đó ta có thể suy ra : khối lượng bê tông lớp phủ mái
Tại vò trí đầu đê :G = N
R








r
A
W
W

=1196 (m
3
)
Tại vò trí thân đê : G = 10233 (m
3
)
5 – Đá lót dươi lớp phủ mái , lõi đê và lớp đệm :
Lớp đá lót dưới lớp phủ mái cần đảm bảo kích thước để không bò sóng
moi qua khe giữa các khối phủ và gây lún sụt cho các lớp phủ . Đồng thời cũng
đảm bảo cho trong thời gian thi công không bò sóng cuốn đi khi chưa có khối
phủ che chở .
Thông thường , trọng lượng viên đá lớp lót lấy bằng 1/10
→
1/20 trọng

lượng khối phủ ngoài , do đê chòu tac động của sóng khá lớn nên ta chọn đá có
trọng lượng = 1/10 trọng lượng khôi phủ ngoài = 250
→
500 kg
Chiều dày lớp lót thường lấy bằng 2 lần đường kính viên đá lót hoặc có
thể tính theo công thức :
r
A
= nK
∆
3/1








r
A
W
W
Lúc này hệ số K
∆
= 1,0 ( Tra bảng 7-13 trang 7-234 SPM )
r
A
= 1,2 (m)
Sốâ lượng viên đá của lớp lót :

N
R
= AnK
∆
3/2
100
1














−
A
r
W
W
P
A : diện tích trung bình của lớp đá lót tính vuông góc với bề dày
(m
2

)
A = 8187 (m
2
)
K
∆
= 1,0
P = 37%
Vậy N
R
= 30163 ( khối)
Khối lượng đá của lớp đá lót :
G = N
R









r
A
W
W
W
A
: trọng lượng của đá (T)

W
r
: trọng lượng riêng của đá
G = 6033 (m
3
)
Lõi đê thường dùng đá hộc có trọng lượng từ 10 ÷ 100 kg
Trên vùng đáy có thể bò dưới tác dụng của sóng , những khối phủ
mái và đá hộc lớn có lăng thể chân mái cũng cần được đặt trên một lớp đệm
đá (loại 10 ÷ 100 kg), chiều dày lớp đệm cũng không nhỏ hơn chiều dày lớp
chống xói đáy.Chọn chiều dày lớp đệm đá = 1m .
Lớp gia cố đáy:
Dọc chân đê mái nghiêng , nếu đáy biển dễ bò xói cần bố trí sân gia cố
đáy. Chiều rộng gia cố đáy lấy bằng 0,25 chiều dài sóng ở phía đầu đê và ở
mái phía chòu tác dụng sóng lớn , ở những phần khác lấy bằng 2,0m .
∗ Phương án kết cấu đê mái nghiêng đá đổ bảo vệ luồng như sau :
Khối bảo vệ tetrapod
Cao độ đê = + 5 m
Mái dốc : phía biển m =3 , phía bờ m = 2
Trọng lượng riêng của bêtông #250 = 2,5 T/m
3
Khối tetrapod đầu đê : 5 T , bề dày khối là 2.62m , khối lượng khối phủ
là 1196 m
3
Khối phủ tetrapod thân đê : 2,5 T , bề dày khối là 2,08m , khối lượng
khối phủ là10233m
3
.
Trọng lượng viên đá lót dưới lớp phủ ngoài là từ 250 → 500 kg.
Số khối đá lót là 30163 khối

Khối lượng lớp đá lót là : 6033 m
3
.
Bề dày của lớp đá lót là : 1.2 m
Trọng lượng viên đá lõi đê là : 50 kg
Thể tích đá của lõi đê : 58000m
3
IV – Kiểm tra ổn đònh toàn bộ công trình :
Kiểm tra ổn đònh trượt do lực ngang gây ra :
Sóng tác dụng lên đê với thông số lớn nhất như sau :
Chiều cao sóng H
i
= 3.864 m , chu kỳ sóng T= 12.7 s
Độ sâu tại chân công trình d = 5 m
Lực tác dụng của sóng lên tường đứng – trường hợp đỉnh sóng tới công
trình :
2
gT
H
i
=
)29.161(81.9
864.3
=0.0024
d
H
i
=
5
864.3

=0.7728
χ
=1 (hệ số phản xạ)
Tra đồ thò (7.91)
→
2
d
F
C
ω
=1.2
→
F
C
=1,2 ×10× 25 =300KN/m
ω : dung trọng nước biển .
p lực sóng xét ảnh hưởng trên mái nghiêng( chỉ xét thành phần lực
ngang):
F = F
C
× sin
2
θ = 300 × sin
2
(18.43)=30KN/m.
Tổng áp lực động và tónh :
F
t
= F +
2

2
d
ω
= 30 +125 =155 KN/m
Để cho an toàn nên xét đê chỉ chòu tác dụng của sóng từ phía biển
,còn phía bờ không bò tác dụng của sóng, lúc đó thì thành phần nước
tónh coi như là cân bằng như vậy tổng thành phần lực nagng tác dụng
lên đê gồm :
F
net
= F = 155 KN/m
Lực đẩy nổi do sóng :
Thành phần áp lực tại đáy do sóng tính theo công thức :
P
1
=
( )
L
d
H
i
π
ω
χ
2
cosh
2
1







+
(7-75)
Ta có :
L
O
=1.56T
2
= 251.61m.
0
L
d
=
61.251
5
=0.0198 tra bảng C-1 ta được
L
d
= 0.0576
và cosh






L

d
π
2
= 1.066
χ
: hệ số phản xạ = 1
ω
= 10KN/m
3
: dung trọng nước biển
→
p
1
= 36.24KN/m
2
p lực đẩy nổi /1 m dài đê:
B
1
= ½(p
1
B’)=969.42KN/m
B
2
=p
2
B’=ωd×53.5=2675KN/m
Tải trọng bản thân trên 1 mét dài đê:
• Đỉnh đê:
w
1

= 6*2,76*25=414KN/m
• Trọïng lớp tetrapod (W=5T):
w
2
= (1196×25)/30=996.67KN/m
• Trọng lượng tetrapod :( W= 2.5T)
w
3
=(10233×25)/428=598KN/m
• Trọng lượng lớp đá lót :
w
4
=(6033×26)/458=342.5KN/m
•Trọng lượng lớp đá thứ ba (lõi đê):
w
5
= (58000×26)/458=3292.57KN/m
Vậy tổng trọng lượng đê trên một mét dài là:
W
t
= 3292.57+342.5+558.57+997+414=5605 KN/m
LỰC CHỐNG TRƯT :
W
tt
=( W
t
-B
1
-B
2

)µ =882.26 KN/m
Với µ = 0.4 : hệ số ma sát giữa đá và cát tra bảng 7-16
HỆ SỐ AN TOÀN CHỐNG TRƯT NGANG :
K = ( lực chống trượt / lực gây trượt )= 6>3
→ Đê không bò trượt dưới tác dụng của lực ngang.
2.Kiểm tra ứng suất của đất nền :
Tính sức chòu tải của đất nền theo công thức trong qui phạm :
R
tc
= m (Abγ +Bhγ +Dc)
ϕ = 20
o
tra bảng sách Cơ học đất ta có:
A =0.51
B =3.06
C =5.66
Vậy R
tc
= 24.6 KN/m
2
Phản lực nền do trọng lượng đê :
o
σ
=
B
BBW
t 21
−−
= 41.6KN/m
2

→ Đất nền đủ khả năng chòu lực
(Sơ đồ tính toán cuả hai phần tính toán xem trang sau)
3.Tính toán trượt cung tròn của mái dốc đê :
Phương pháp trượt cung tròn có nhiều loại , nhưng bất cứ sử dụng phương
pháp nào trươc hết đều phải phân tích các tổ hợp tải trọng tác trọng lên đê
biển , xét đến các mực nước trong ngoài , khác nhau, đồng thời tính các
trường hợp tính toán đối với mặt cắt hoàn công và mặt cắt thi công .
Trong phần này ta sẽ sử dụng phần mềm hỗ trợ tính toán trượt cung tròn
Slopew, ta sẽ tính trượt cung tròn cho cho hai mặt cắt ở vò trí đầu đê và vò trí
thân đê. Cao trình đáy của hai mặt cắt tương ứng là : -4.5 và -2.7 và mực
nước tính toán là mực nước thấp thiết kế do tính cho trường hợp tải trọng
nguy hiểm nhất là -0.95
TOẠ ĐỘ ĐIỂM MẶT
CẮTĐẦU ĐÊ
TOẠ ĐỘ ĐIỂM MẶT
CẮT THÂN ĐÊ
STT X Y STT X Y
1 -3 0 1 -2 0
2 3 0 2 2 0
3 -3 -2.74 3 -2 -2.21
4 3 -2.74 4 2 -2.21
5 -2.71 -3.94 5 -1.69 -3.07
6 2.8 -3.94 6 1.71 -3.07
7 -22 -8.5 7 -17.4 -6.7
8 -20 -8.5 8 -15.4 -6.7
9 -14.52 -8.5 9 -11 -6.7
10 -11.83 -8.5 10 -9 -6.7
11 16.48 -8.5 11 12.61 -6.7
12 20.28 -8.5 12 15.46 -6.7
13 28.5 -8.5 13 22.1 -6.7

14 30.5 -8.5 14 24.1 -6.7
15 -26 -9.5 15 -21.4 -7.7
16 -24 -9.5 16 -19.4 -7.7
17 32.5 -9.5 17 26.1 -7.7
18 34.5 -9.5 18 28.1 -7.7
19 -24.5 -10.5 19 -19.9 -8.7
20 33 -10.5 20 26.6 -8.7
21 -56 -9.5 21 -51.4 -7.7
22 -56 -13.5 22 -51.4 -11.5
23 -56 -15.5 23 -51.4 -13.7
24 -56 -17.5 24 -51.4 -15.7
25 64.5 -9.5 25 58.1 -7.7
26 64.5 -13.5 26 58.1 -11.5
27 64.5 -15.5 27 58.1 -13.7
28 64.5 -17.5 28 58.1 -15.7
29 -56 -6.1 29 -51.4 -6.1
30 -15.2 -6.1 30 -14.2 -6.1
31 21.3 -6.1 31 20.3 -6.1
32 64.5 -6.1 32 58.1 -6.1
MỘT SỐ THÔNG SỐ VỀ KHỐI TETRAPOD
Thể tích của khối TETRAPOD
Ft
3
7.14 14.29 28.57 71.4
3
142.86 214.29 285.7 357.1
4
428.5
7
500 571.43

M
3
0.202 0.404
6
0.809 2.02
3
4.045 6.068 8.09 10.11
3
12.13
6
14.15
8
16.181
TL
Trọng lượng một khối (T)
T/m
3
2.243 0.5 1 2 5 10 15 20 25 30 35 40
2.4 0.53 1.07 2.14 5.34 10.68 16.02 21.36 26.7 32.04 37.38 42.71
2.5 0.56 1.11 2.23 5.57 11.14 16.71 22.39 27.86 32.83 39 44.57
2.6 0.58 1.16 2.31 5.79 11.57 17.36 23.14 28.93 34.71 40.5 46.29
Bề dày trung bình của mỗi lớp
(ft) 4.01 5.05 6.34 8.83 10.87 12.45 13.7 14.76 15 16.51 17.26
(m) 1.22 1.54 1.93 2.69 3.31 3.79 4.18 4.50 4.57 5.03 5.26
Số lượng khối tetrapod trên 1000m
2
(two layer random placed)
230180 176400 111180 90420 87940 29020 24020 20700 18410 16540 15100
KH
Các kích thước của khối (m)

A
0.274 0.341 0.43
0
0.582 0.735 0.841 0.927 0.997 1.061 1.109 1.167
B
0.136 0.165 0.213 0.293 0.366 0.415 0.46
3
0.497 0.530 0.555 0.582
C
0.432 0.539 0.677 0.920 1.161 1.329 1.463 1.576 1.676 1.756 1.838
D
0.395 0.530 0.671 0.896 1.146 1.311 1.442 1.554 1.652 1.737 1.811
E
0.183 0.265 0.33
5
0.432 0.579 0.655 0.722 0.811 0.826 0.869 0.902
F
0.576 0.725 0.914 1.237 1.567 1.792 1.972 2.124 2.259 2.377 2.472
G
0.174 0.241 0.30
5
0.378 0.521 0.591 0.658 0.707 0.753 0.792 0.829
H
0.894 1.131 1.423 1.932 2.252 2.786 3.06
9
3.304 3.603 3.697 3.853
I
0.546 0.694 0.86
3
0.866 1.475 1.780 1.859 2.094 2.121 2.240 2.344

J
0.271 0.341 0.43
0
0.585 0.738 0.844 0.93
0
0.975 1.061 1.119 1.201
K
0.674 1.231 1.551 2.106 2.655 3.039 3.31
3
3.603 3.914 4.051 4.215
L
1.079 1.366 1.710 2.323 2.926 3.341 3.68 3.968 4.218 4.532 4.642
5
CHƯƠNG V – THIẾT KẾ ĐÊ NGĂN CÁT GIẢM
SÓNG DẠNG TƯỜNG ĐỨNG
I – GIỚI THIỆU CHUNG :
Công trình dạng tường đứng kết cấu trọng lực dùng để ngăn cát giảm
sóng , tôn tạo đảo và bảo vệ bờ biển . Công trình lớn thì sử dụng các loại thùng
chìm , cọc trụ đường kính lớn , công trình nhỏ thì thường sử dụng kết cấu khối
chuồng ( hoặc cũi ) và kết cấu khối xếp .
Do công trình của ta không lớn lắm và nền đất tương đối tốt nên sử dụng
đê tường đứng dạng trọng lực khối xếp .
II – THIẾT KẾ ĐÊ :
1. Các kích thước cơ bản của đê :
a. Cao trình đỉnh đè:
Đỉnh đê = MNCTK +
max
η
+ ∆h + a

Trong đó :
∆h : Chiều cao nước dâng lớn nhất. Tra theo hình C-2/trang 93-Sách
“Hướng dẫn thiết kế đê biển”
Tra theo khu vực Quãng Ngãi ta có được ∆h =1,2 m
a : Chiều cao dự trữ an toàn. a = (0,5÷1)m
Ta chọn a = 1 m
Do cho phép sóng tràn qua đê nên theo quy phạm ta có thể bỏ qua
chiều cao nước dâng và chiều cao dự trữ an toàn .
max
η
: độ dềnh cao do sóng.
Theo 22 TCN 222-95 ta có công thức tính như sau :
tkdcth
kh
th
ωωη
2
2
cos)(
2
cos −−=
Với :

T
π
ω
2
=
=0.4947 : tần số sóng , T= trò số của chu kỳ sóng (sec) = 12.7(s)
Với các thông số về sóng ta tính được chiều dài sóng do tra bảng C-1 trong

SPM ta được
⇒
λ = 86.8 m
t : thời gian (sec)
Ta chọn tại thời điểm đỉnh sóng tác dụng vào công trình t=0 s
⇒

0=t
ω
k : chỉ số sóng. Được tính theo công thức:
λ
π
2
=k
=
8.86
14,3.2
= 0,07235
• d = MNCTK – (-5) =6.19 (m)
Vậy độ dềnh cao do sóng :
0cos)19,6.07235,0(
2
864,3.07235,0
0cos864,3
2
2
cth−−=
η
= -4,46 (m)
Vậy ta suy ra:

Đỉnh đê = 1.19+4.46 = 5.65 (m) (Hệ cao độ Hòn Dấu)
Làm tròn cao trình đỉnh đê là 6 m cho tiện trong lúc thi công .
b. Bề rộng đỉnh đê:
B = 2H÷4
H
Với H : là chiều cao sóng tính toán (m)
Vì công trình có quy mô nhỏ và không có làm đường giao thông nên ta
chọn :
B = 2H = 2.3,864 = 7.728(m)
Chọn bề rộng đỉnh đê B = 8 m
c. Chiều cao công trình :
H
CT
= Đỉnh đê - Điểm sâu nhất ở vò trí bố trí CT
= 6 – (-5)
= 11 (m)
Vậy chiều cao của đê là :
H
CT
= 11 (m)
2. Kết cấu công trình :
Đê chắn sóng bảo vệ cảng dạng kết cấu tường đứng khối xếp.
3. Tính toán kết cấu :
Xác đònh kích thước khối xếp :
Theo mặt cắt ngang:
Theo mặt cắt ngang của đê thì ta chia ra làm 2 loại : bxh = 3x2 m;5x2m.
Lựa chọn kích thước khối xếp dựa trên 3 yếu tố:
Không trùng mạch
Bản thân khối phải ổn đònh (trong điều kiện thi công)
Phương tiện thi công.

Hình H1(xem hình ở các trang sau )
Theo mặt cắt dọc 1 phân đoạn: Hình H2
Xác đònh đệm đá:
Chiều cao lớp đệm đá:
Chiều cao lớp đệm đá cho phép đối với công trình là : 0,5÷1 m.
Ta chọn chiều dày lớp đệm : 1 (m)
b. Chọn loại kết cấu đệm đá:
Ta chọn dạng đệm đá chìm. Ta phải đào phần bố trí đê xuống để đổ đá
vào. Ta chọn mái dốc đào với hệ số mái dốc là m=2. Ta dùng đá có đường kính
D=20 cm (TL tham khảo thiết kế chuẩn tắc luồng tàu) để làm lớp đệm, để
tránh cho các viên đá không bò dòng nước cuốn đi và do áp lực thẳng đứng tác
dụng xuống của sóng khi tác dụng vào công trình. Phần tiếp xúc giữa công
trình và lớp đệm đá ta dùng đá dăm 4x6 dày 20 cm để tiện việc thi công vì khi
đó lớp đá dăm đã tạo ra 1 bề mặt bằng phẳng để đặt các khối xếp lên.
3. Tính toán áp lực sóng tác dụng lên công trình:
Các giá trò áp lực tác dụng lên công trình:
Giá trò áp lực lớn nhất tại mực nước tính toán
P
o
=
hgk
2
ρ

Trong đó:
- k
2
: hệ số tra hình 3/ trang 8 – sách 22 TCN 222 – 95.
k
2

= 1
- ρ : dung trọng nước biển ρ = 1,03 T/m
3
- g : gia tốc trọng trường. g=9,81 m/s
2
- h : chiều cao sóng tính toán. h=3,864 m
⇒
P
o
= 1.1,03.9,81.3,864 = 39.043 (kN/m
2
) = 3.9043 (T/m
2
)
Giá trò áp lực tại chân công trình
P
d
= k
5
.ρ.g.h
Với k
5
tra hình 4/ trang 9– sách 22 TCN 222 – 95.
k
5
= 0.4
⇒
P
d
= 0,4.1,03.9,81.3,864 = 15,617 (kN/m

2
) = 1,5617 (T/m
2
)
Giá trò áp lực đẩy nổi do sóng phân bố theo dạng hình tam giác theo
bề rộng đê. Có giá trò lớn nhất tại chân công trình phía biển và
bằng giá trò P
d
.
4. Tính toán ổn đònh:
a) Ổn của viên đá của lớp đệm :
Vận tốc cực đại của dòng chảy do sóng tạo ra ở chân đê được xác đònh theo
công thức: (
V
max
=
s
s
s
L
h
g
L
H
π
π
π
4
sinh
.

.
=
8.86
19,6.14,3.4
sinh
81,9
8,86.14,3
864,3.14,3
=2,28 (m/s)
Dựa vào bảng 5.5 /Trang 24 – sách :”Hướng dẫn thiết kế đê biển” ta tra ra
được trọng lượng ổn đònh của viên đá :
G
d
= 50 (kG)
Với γ
đá
= 2,5 T/m3, ta tính được đường kính của viên đá D=40 cm.
Với viên đá như thế này thì bản thân viên đá đã ổn đònh nên ta không cần phải
tính toán ổn đònh của viên đá nữa.
b) Biểu đồ áp lực sóng tác dụng lên công trình: Hình H4
c) Tính ổn đònh của các khối xếp trong quá trình thi công:
Ta tính toán đối với khối nhỏ nhất với chiều dài ngắn nhất BxHxL :
3x2x4 (m)
Để thiên về an toàn tính toán khối này chòu áp lực lớn nhất, ta lấy biểu đồ áp
lực tác dụng lên phần chiều cao khối là 2 m với diện chòu tải hình chữ nhật có
giá trò P
o
là lực phân bố. Tính trong trường hợp khối xếp nằm trên 1 khối xếp
khác và lúc áp lực max.
Trọng lượng bản thân khối xếp trên 1 m dài :

G
bt
= 1.S.γ =4. 3.3.2,4 = 86.4 (T)
Lực đẩy nổi do sóng gây ra :
F
đn
=
=3.094,3.
2
1
4,635 (T)
Lực ngang do sóng gây ra:
F
s
= 3,09.3 = 9,27 (T)
Điều kiện ổn đònh của khối xếp :
truot
giu
N
N
∑
∑

≥

[ ]
t
K
=1,3 ( Bảng H-1/trang 108 –“HD thiết kế đê biển”)
Tổng các lực giữ cho khối xếp ổn đònh:

giu
N∑
= (G
bt
– F
đn
). f
ms
= (86.4 – 4.635).0,55 = 44,9 (T)
Lực gây trượt chỉ do sóng gây ra:
truot
N∑
= F
s
= 9.27 (T)
truot
giu
N
N
∑
∑
=
27.9
9.44
= 4,8 > 1,3
Vậy khối xếp ổn đònh được trong quá trình thi công.
d) Ổn đònh chống trượt:
d1) Theo mặt trượt gãy khúc DNLU :
truot
giu

t
N
N
K
∑
∑
=
>
[ ]
t
K
p lực sóng tại điểm D:
P
D
= P
d
+
FD
FC
PP
do
)( −
= 1,5617 +
6.
19,6
)5617,109,3( −
= 3,043 (T/m
2
)
p lực sóng tại điểm E :

P
E
= P
d
+
FE
FC
PP
do
)( −
= 1,5617 +
3.
19,6
)5617,109,3( −
= 2,302 (T/m
2
)
p lực sóng tại điểm N :
P
N
=
D
P
CQ
NQ
=
8
3
. 3,043 = 1,141(T/m
2

)
p lực sóng tại điểm L :
P
L
=
EU
LU
.P
E
=
8
3
. 2,302 = 0,863 (T/m
2
)
Tổng các lực gây trượt :
t
N∑
= E
1
+ E
2
+ E
3
= 0,5.Po.AC + 0,5.(P
o
+P
D
).CD + 0,5(P
N

+P
L
)NL
= 0,5.3,094.4,46 + 0,5.(3,094+3,043).0,19+ 0,5.(1,141+0,863).3
= 10,488 (T/m)
Tổng các lực giữ :
giut
N∑
= [G
ADNLUPHG
- F
đn1
- F
đn2
-
S
dn
F
1
-
S
dn
F
2
].f
BT_BT
= [ (8.4+3.3+0,5.(2+3).1).2,4–0,19.5.1,03–3.3,19.1,03- 0,5.
(3,043+1,141).5- 0,5.0,863.3].0,5
= 40,905 (T/m)
Vậy :

truot
giu
t
N
N
K
∑
∑
=
=
488,10
905,40
= 3,9 >
[ ]
t
K
= 1,3 (lấy trong “14 TCN 130-2002”)
Vậy công trình ổn đònh theo các đường gãy khúc.
d2) Trượt trên mặt trượt của đệm đá:
• Tổng các lực giữ :
∑R
g
= G’.f
k
.cosψ - Esinψ
Trong đó :
G’ : tổng các lực đứng tác dụng lên mặt trượt FT. G’ được tính như sau:
G’ = G
AGPSF
- F

S
dn
- F
đn
+ G
FRT
= (8.10+0,5.(2+3).1).2,4 - 0,5.1,5617.8 – 8.6,19.1,03 + 0,5.13.1.1,7
= 151,8 (T/m)
- f
k
: hệ số ma sát giữa đá và đá. Lấy theo bảng H-2/ Trang 108 – sách
“Hướng dẫn thiết kế đê biển” 14TCN130-2002.
f
k
= 0,65
ψ : góc hợp bởi mặt trượt HR và phương ngang HS.
tgψ = 1/11
⇒
ψ=5
o
E : Tổng lực ngang do sóng gây ra.
E = 0,5.3,094.4,46 + 0,5.(3,094+1,5617).6,19 = 21,309 (T/m)
Vậy tổng các lực giữ là :
∑R
g
= 151,8.0,65.cos5
o
– 21,309.sin5
o
= 96,437 (T/m)

• Tổng các lực gây trượt :
∑R
t
= Ecosψ + G’.sinψ
= 21,309.cos5
o
+ 151,8.sin5
o
= 34,458 (T/m)
K
t
=
t
g
R
R
∑
∑
=
458,34
437,96
= 2,79 > [K
t
] = 1,3 (Theo 14TCN 130-2002)
Vậy công trình đảm bảo không trượt trên mặt trượt khả dó của lớp đệm.
d3) Trượt trên mặt trượt khả dó là góc ma sát trong của đá (Mặt FZT)
Xác đònh áp lực tiếp xúc tại bản đáy FS:
Min
Max
σ

=
F
N
±
ω
M
=
2
.1
6
1.
)(
b
M
b
FG
S
dnAPSF
±
−
Trong đó :
G
APSF
: trọng lượng bản thân đê có kể đến đẩy nổi.
G
APSF
= (8.10+0,5.(2+3).1).2,4– 8.6,19.1,03 = 147 (T/m)
-
S
dn

F
: lực đẩy nổi do sóng.

S
dn
F
=0,5.1,5617.8 = 6,2468 (T/m)
b : bề rộng đê. b = 8 m
M : tổng Moment do các lực tác dụng vào công trình quy về trung điểm
đoạn FS.
M = E
1
.e
1
+ E
2
.e
2
+ E
3
.e
3
+
S
dn
F
.e
4
Trong đó :
e

i
: khoảng cách cánh tay đòn từ các lực đến trung điểm FS.
E
1
: lực tập trung do phần biểu đồ sóng hình tam giác trên đoạn CI.
E
1
= 0,5.3,094.4,46 = 6,899 (T/m)
E
1
đặt tại 1/3 CI. Có cánh tay đòn e
1
= 7,67 m
E
2
: lực tập trung do phần biểu đồ sóng hình tam giác trên đoạn CF
(ta chia biểu đồ sóng hình thang ra làm 2 phần hình tam giác
và hình chữ nhật).
E
2
= 0,5.(3,094-1,5617).6,19 = 4,742 (T/m)
E
2
đặt tại 1/3 CF. Có cánh tay đòn e
2
= 4,126 m
E
3
: lực tập trung do phần biểu đồ sóng hình chũ nhật trên đoạn CF.
E

3
= 1,5617.6,19 = 9,67 (T/m)
E
3
đặt tại 1/2CF. Có cánh tay đòn e
3
= 3,095 m
S
dn
F
: lực đẩy nổi do sóng.
S
dn
F
=0,5.1,5617.8 = 6,2468 (T/m)
S
dn
F

đặt tại 1/3 MH. Có cánh tay đòn e
4
= 8/3 m
Vậy tổng Moment là :
M = 6,899.7,67 + 4,742.4,126 + 9,67.3,095 + 6,2468.8/3
= 119,067 (T/m)
p lực tại mặt tiếp xúc :
Min
Max
σ
=

2
8
067,119.6
8
)2468,6147(
±
−
σ
max
= 28,756(T/m
2
)
σ
min
= 6,4316 (T/m
2
)
p lực tại mặt tiếp xúc là TR :
σ
1
=
hb
b
.2
.
min
+
σ
=
1.28

8.4316,6
+
= 5,1452 (T/m
2
)