Đồ án thiết kế đê biển

GVHD: Nguyễn Quang Lương
Năm
1960
1961
1962
1963
1964
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1972

Hs (m)
2.80
4.10
4.07
3.76
7.72
2.45
3.33
5.44
2.07
2.83
4.27
3.62
3.23

Năm
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993

Hs (m)
2.71
4.02
3.34
2.41
3.40
5.70
3.93
4.28
5.08
2.99
4.56
2.31
3.80

1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980

3.05
3.67
2.21
3.14
3.71
4.18
3.71
3.75

1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000

3.83
4.11
6.61
3.50

2.53
2.86
2.57

Dân số (người)
Diện tích (ha)
Rừng
ngập
mặn
Cơ đê

48,000
8,500
RNM-1
Có

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương

TÍNH TOÁN ĐIỀU KIỆN BIÊN THIẾT KẾ
1. Xác định tiêu chuẩn an toàn(TCAT), tần suất thiết kế.
Bảng 1 - Tiêu chuẩn an toàn ứng với vùng bảo vệ.

Bảng 2 - Phân cấp công trình đê biển.

Căn cứ vào bảng trên với diện tích bảo vệ 8.500 ha và dân số 48.000 người ta xác định được

TCAT 30 năm (P = 3.33%), cấp đê là IV

2. Xác định mực nước thiết kế ứng với tần suất thiết kế.
2.1 Mực nước thiết kế ứng với tần suất thiết kế theo phương pháp tổ hợp các thành phần:
MNTK = MNTB + Atr,max + Hnd,P%
Theo vị trí của biển Nghi Xuân có thể lấy giá trị MNTB và Ztr,max đo được tại trạm Cửa
Hội:
Bảng 3 – Mực nước triều cực đại, cực tiểu và cực trị thiên văn tại trạm Cửa Hội.
TT Tên trạm
Mực Cực trị theo dự báo chu kỳ 19 năm
Cực trị thiên

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương
nước
TB
Ngày tháng Max
(cm) năm
(cm)

8

•
•

Cửa Hội

171
0
0
(18 46,105 45)

25/11/1987

324

Ngày tháng Min
năm
(cm)

15/06/1987

-20

văn
Mực
nước
max
(cm)
323,61

Mực
nước
min
(cm)
-11,41

MNTB = +1.71 m (theo hệ cao độ hải đồ) = -0.2 m (theo hệ cao độ lục địa)
Ztr,max = +3.2361 m (theo hệ cao độ hải đồ) = +1.3261 m (theo hệ cao độ lục địa.) →Biên
độ triều lớn nhất: Atrmax = +1.3261 - -0.2 = 1.53m
Nghi Xuân Hà Tĩnh nằm trong vĩ tuyến từ 19oN ÷18oN tra bảng ta được giá trị tần suất Hnd
như trong bảng.
Bảng 4 – Bảng phân bố tần suất nước dâng.
Hnd, khoảng(m)
n
ntích lũy
Ptích lũy (%)
Hnd, tính toán (m)
> 2.5
1
1
0.99
2.5
2.0 - 2.5
2
3
2.97
2.0
1.5 - 2.0
5
8
7.92
1.5
1.0 - 1.5
10
18
17.82

1.0
0.5 - 1.0
37
55
54.46
0.5
0 - 0.5
46
101
100.00
0.0
TỔNG
101

Hình 1 –Đường phân bố tần suất chiều cao nước dâng.
Từ đường phân bố tần suất chiều cao nước dâng ứng với tần suất thiết kế P = 3.33% ta tìm
được chiều cao nước dâng: Hnd,P% = Hnd,3.33% = 1.91m
MNTK = MNTB + Atr,max + Hnd,P% = -0.2 + 1.53 + 1.91 = +3.24m
2.2 Mực nước thiết kế ứng với tần suất thiết kế tra theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển:

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương

Hình 2 – Đường phân bố tần suất mực nước tổng hợp.
• Tra đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC25 (105°48', 108°39') Xuân Viên, Nghi
Xuân, Hà Tĩnh được (Atrmax + Hnd)P% = 2.70m

MNTK = MNTB + (Atr,max + Hnd)P% = +2.70 m

3. Xác định chiều cao sóng nước sâu H0.
3.1 Sử dụng bảng tính Excel
•
•
•
•

Số liệu quan trắc:
Độ dài chuỗi: 41 năm
Giá trị trung bình: 3.7 m
Hệ sô phân tán (Cv): 0.313
Hệ số thiên lệch (Cs): 1.448
TT
1
2
3
4

Bảng 5 – Tính toán sóng theo phân bố Weibull.
Hs (m)
P (%)
ln(Hs-A)
7.72
2.38
1.77
6.61
4.76
1.56

5.70
7.14
1.35
5.44
9.52
1.28

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

ln(-ln(P))
1.318
1.113
0.970
0.855

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

5.08
4.56
4.28

4.27
4.18
4.11
4.10
4.07
4.02
3.93
3.83
3.80
3.76
3.75
3.71
3.71
3.67
3.62
3.50
3.40
3.34
3.33
3.23
3.14
3.05
2.99
2.86
2.83
2.80
2.71
2.57
2.53
2.45

2.41
2.31
2.21
2.07

11.90
14.29
16.67
19.05
21.43
23.81
26.19
28.57
30.95
33.33
35.71
38.10
40.48
42.86
45.24
47.62
50.00
52.38
54.76
57.14
59.52
61.90
64.29
66.67
69.05

71.43
73.81
76.19
78.57
80.95
83.33
85.71
88.10
90.48
92.86
95.24
97.62

1.17
0.99
0.88
0.88
0.84
0.81
0.80
0.79
0.77
0.73
0.68
0.66
0.64
0.64
0.62
0.61
0.59

0.56
0.49
0.43
0.39
0.39
0.31
0.24
0.18
0.12
-0.01
-0.03
-0.06
-0.16
-0.34
-0.40
-0.53
-0.60
-0.81
-1.06
-1.57

0.755
0.666
0.583
0.506
0.432
0.361
0.293
0.225
0.159

0.094
0.029
-0.036
-0.100
-0.166
-0.232
-0.298
-0.367
-0.436
-0.507
-0.581
-0.656
-0.735
-0.817
-0.903
-0.993
-1.089
-1.192
-1.302
-1.422
-1.554
-1.702
-1.870
-2.066
-2.302
-2.602
-3.020
-3.726

Hình 3 – Biểu đồ xác định thông số phân bố Weibull.

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương

Phân bố tần suất lý thuyết:
• Thông số hình dạng (c): 1.6844
• Thông số tỉ lệ (b): .2.071
• Thông số vị trí (a): 1.8606
Hệ số tương quan (R): 0.991932

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương

TT
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

Bảng 6 – Phân bố tần suất Weibull.
T (năm)
P (%)
1000
0.10
500
0.20
200
0.50
100
1.00

95
1.05
90
1.11
85
1.18
80
1.25
75
1.33
70
1.43
60
1.67
50
2.00
40
2.50
30
3.33
25
4.00
20
5.00
15
6.67
10
10.00
5
20.00

3
33.33
2
50.00
1.67
60.00
1.43
70.00
1.25
80.00
1.11
90.00
1.01
99.00

Hs (m)
8.4
8.0
7.4
7.0
7.0
6.9
6.9
6.8
6.8
6.7
6.6
6.5
6.4
6.1

6.0
5.8
5.6
5.3
4.6
4.1
3.5
3.3
3.0
2.7
2.4
2.0

Hình 4 – Biểu đồ phân bố tần suất chiều cao sóng lớn nhất dùng Excel.
P = 3.33%

Ứng với tần suất thiết kế
tra trên biểu đồ →
3.2 Tính theo phần mềm vẽ đường tần suất FFC

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

H 3.33% = 6.15m

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương

Hình 3 – Biểu đồ phân bố chiều cao sóng lớn nhất dùng phần mềm FFC.

Ứng với tần suất thiết kế

P = 3.33%

Với Ptk=2% tra được

H0
H0

tra trên biểu đồ →

H 3.33% = 6.30m

= 6.15 m ( bảng tính Excel)
= 6.30 m ( phần mềm FFC )

Vậy tổng hợp từ hai cách tính và để đảm bảo thiên về an toàn thì ta chọn chiều cao
sóng tại biên nước sâu là H0 = 6.30 m
Áp dụng tương quan giữa độ cao và chu kỳ sóng cho vùng biển Bắc Bộ và Trung Bộ (công
thức Nguyễn Xuân Hùng, 1999):
Tm = 5.146 ×10−5 H s 0.158 = 5.146 × 6.300.158 = 6.88
→ Tp = 1.2Tm = 1.2 × 6.88 = 8.256

H rms =

(s) ;

H0
2

=

6.30
= 4.45m
2

(s)
L0 =

g 2
9.81
Tp =
× 8.2562 = 106.42m
2π
2 × 3.14

S0 p =

H0
6.30
=
= 0.059
L0 106.42

;

4. Xác định vị trí thiết kế và các tham số sóng tại đó.
Sử dụng phần mềm WADIBE

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương
Bảng 7 – Số liệu mặt cắt ngang địa hình.
Mặt cắt giữa
Mặt cắt trái
Mặt cắt phải
KCCD
Zđ
KCCD
Zđ
KCCD
Zđ
-33.52
1.84
-32.45
0.72
-52.27
1.35
-11.67
2.34
-21.07
2
-43.89
1.4
-6.22
3.35
-11.79

1.62
-29.78
1.4
0
4.21
0
4.61
-21.01
1.27
6.24
2.92
14.55
2.37
-10.52
1.68
16.65
1.42
25.69
2.98
0
3.82
40.18
1.73
36.51
2.36
9.22
3
55.49
2
56.78

2.74
18.84
2.29
71.69
3
68.03
2.78
30.52
2
95.29
3.44
71.99
2
40.77
1.71
110.63
2
76.83
1.94
60.98
1.72
122.08
1
89.22
1.1
84.27
1
139.95
0
111.02

0.16
103.99
0.65
156.78
-0.52
126.57
-0.3
131.06
0
198.99
-1.03
141.14
-0.41
151.99
-0.61
2000
-22.79
154.19
-0.49
174.21
-1
171.4
-0.81
2000
-33.05
189.21
-1.29
2000
-50.09
Bảng 8 – Thông số rừng ngập mặn.

Đoạn
1

Loại
cây
RNM
-1

X1
(m)

X2
(m)

Nr
(rễ/m2)

Dr
(cm)

Teta
(o)

Nt
(thân/m2)

Dt
(cm)

Nc

(cành)

dc
(cm
)

hr
(m)

hc
(m)

50

350

94

2

30

1,75

7,6

0

0

0,2

1,52

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

hm
(m
)
1,7
2

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương

Hình 4 – Tham số đầu vào phần mềm WADIBE.
Kết quả chạy WADIBE cho giá trị chiều cao sóng H rms tại vị trí thiết kế ở mặt cắt bên phải là
lớn nhất nên thiên về an toàn ta sử dụng các thông số tại mặt cắt bên phải để tính toán.
L0
4
Xác định vị trí thiết kế (chân công trình): Vị trí tính từ mép nước ra phía biển một đoạn
L0 106.42
=
= 26.605
4
4
m

Từ biểu đồ phân bố chiều cao sóng ngang bờ xác định được vị trí thiết kế tại
Bảng 9 – Kết quả đầu ra phần mềm WADIBE.
X
Zđ
MNTK
ds
Hrms
27.527
2.074
3.240
1.166
1.027

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

X = 32.5m

.

Hs
1.453

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương
28.527
29.527
30.527
31.527

32.528
33.528
34.528
35.528
36.529
37.529

2.049
2.025
2.000
1.971
1.943
1.915
1.887
1.858
1.830
1.802

→ H s = 1.49m

→

;

Lấy

Tm −1.0 =

1.191
1.215

1.240
1.269
1.297
1.325
1.353
1.382
1.410
1.438

1.033
1.039
1.045
1.049
1.054
1.058
1.062
1.065
1.067
1.070

1.461
1.470
1.477
1.484
1.490
1.496
1.501
1.506
1.509
1.513

d s = MNTK − Z d = 1.30m

 2π d s 
Ls = L0 tanh 
÷
 Ls 

β =0

3.240
3.240
3.240
3.240
3.240
3.240
3.240
3.240
3.240
3.240

dùng hàm solver tính được

Ls = 29.10m

o

Tp
1.1

sóng đến vuông góc với bờ.
=

8.256
= 7.51s
1.1

Lm −1,0 =

g 2
9.81
Tm−1,0 =
× 7.512 = 88.06m
2π
2π

S m −1,0 =

Hs
1.49
=
= 0.017
Lm −1,0 88.06

H0
L0
Tp
S0p

Bảng 10 – Tổng hợp kết quả tính toán các tham số sóng.

Biên nước sâu
Biên thiết kế
6.3 m
Hs
106.42 m
ds
8.256 s
Ls
0.059
Tm-1,0
Tm
Lm-1,0
β
Sm-1,0

1.49 m
1.30 m
29.10 m
7.51 s
6.88 s
88.06 m
0o

0.017

5. Tính toán cao trình đỉnh đê theo tiêu chuẩn sóng leo và sóng tràn.

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2

GVHD: Nguyễn Quang Lương
Với yêu cấu thiết kế đê biển có cơ đê, không tường đỉnh , có rừng ngập mặn sơ bộ chọn kích
thước mặt cắt đê:
- Cao trình cơ trùng với cao trình mực nước thiết kế: Zcơ = 3.24m;
- Phần mái phía dưới cơ có hệ số độ dốc mái m2 = 4;
- Phần mái phía trên cơ có hệ số độ dốc mái m1 = 3;
γ f =1

- Mái phía biển được bảo vệ bằng cấu kiện bê tông nhẵn:
- Hệ số chiết giảm do góc sóng tới:

β =1

- Trị số gia tăng độ cao an toàn ứng với cấp đê IV:

a = 0.3

- Tính toán chọn bề rộng Bb tối ưu:
Hệ số chiết giảm do cơ đê:

γ b = 0.6

0.4 × ( 1.49 × 3 + Bb + 1.49 × 4 ) →

Bb = 0.4Lb = 0.4(Hsm1 + Bb +Hsm2) =

Bb = 6.95m

5.1 Tính toán cao trình đỉnh đê theo tiêu chuẩn sóng leo.
Giả thiết
tan α qd =

Ru 2% = 1.5H s = 2.235m → Lmái = Ru 2% m1 + Bb + 1.5H s m2 = 22.595m

1.5 H s + Ru 2% 1.5 × 1.49 + 2.235
=
= 0.286
Lmái − Bb
22.595 − 6.95

0.5 < γ bξ m −1,0 = 0.6 × 2.19 = 1.31 < 1.77

=> Ru 2% = 1.75H sγ bγ f γ β ξ m −1,0
tt

So sánh thấy
cuối cùng

Rutt2%

≠

Rugt2%

ξ m −1,0 =

tan α qd
S m −1,0

=

0.286
0.017

= 2.19

→

→ sóng vỡ
= 1.75 × 1.49 × 0.6 × 1× 1× 2.19 = 3.42m

→Tính lặp với

Rugt2% = Rutt2%

cho đến khi

Rugt2% ≈ Rutt2%

ta được kết quả

Ru 2% = 3.54m

=>Cao trình đỉnh đê:

Z dd = MNTK + Ru 2% + a = +3.24 + 3.54 + 0.3 = +7.08m

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương

5.2 Tính toán cao trình đỉnh đê theo tiêu chuẩn sóng tràn.
Chọn lưu lượng tràn cho phép:
Giả thiết
tan α qd =

Rc = H s = 1.49m

l/s/m = 0.01 m3/s/m.

Lmái = Rc m1 + Bb + 1.5 H s m2 = 20.36m

→

1.5 H s + Rc 1.5 × 1.49 + 1.49
=
= 0.278
Lmái − Bb
20.36 − 6.95

γ bξ m−1,0 = 0.6 × 2.132 = 1.279 < 2
Rc =

[ q ] = 10

ξ m−1,0 =

tan α qd
S m−1,0

=

0.278
= 2.132
0.017

→

→ sóng vỡ

γ β γ f γ vγ bξ m−1.0 H s  0.067γ bζ m−1.0 gH s3
ln 

4.3
q tan α qd



÷
÷ γ =1
 v

; đê không có tường đỉnh)
1×1× 1× 0.6 × 2.132 × 1.49  0.067 × 0.6 × 2.132 9.81× 1.493 
Rc =

ln 
÷ = 2.01m

÷
4.3
0.01
×
0.278



So sánh thấy
cùng

Rctt

≠

Rcgt

→Tính lặp với

(

Rcgt = Rctt

cho đến khi

Rcgt ≈ Rctt

ta được kết quả cuối

Rc = 2.06m

=>Cao trình đỉnh đê:

Z dd = MNTK + Rc + a = +3.24 + 2.06 + 0.3 = +5.60m

6. Tính toán kích thước và kết cấu của đỉnh đê, mái đê.
6.1 Kích thước đê.
Bảng 11 – Bảng tra chiều rộng đỉnh đê theo cấp công trình.

- Chiều rộng đỉnh đê ứng với cấp đê là IV: Bđ = 3m (không kết hợp làm đường giao thông).
- Mặt đê đổ bê tông dày 20 cm kéo dài xuống mái phía đồng 1m, phần tiếp theo đến chân
trồng cỏ chống xói; độ dốc m = 2.5. Dưới lớp bê tông là lớp đá dăm

1× 2

dày 15cm, tiếp

theo là lớp cát vàng dày 5cm, lớp vải địa kỹ thuật, trong cùng là đất đắp.
- Mái đê gia cố bằng cấu kiện bê tông đúc sẵn→ lớp đá dăm dày 20cm→ lớp vải địa kỹ

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương
thuật→ đất đắp.

- Cơ đê rộng 6.95m, mặt đổ bê tông dày 25cm→ lớp đá dăm

1× 2

dày 15cm→ lớp cát vàng

dày 5cm→ lớp vải địa kỹ thuật→ đất đắp.
- Mái phía đồng bố trí kênh thoát nước tràn bằng bê tông

6.1 Tính toán kích thước cấu kiện bảo vệ mái đê.
Sử dụng công thức của Pilarczyk (1990):

Hs
cos α
≤ψuФ
∆m D
ξpb

Trong đó:
Ψu: Hệ số chất lượng ổn định mái kè
Ф: hàm số ổn định cho ngưỡng chuyển động/ổn định của vật liệu
ξpb: Số Iribarren ứng với chu kỳ đỉnh Tp
D : Kích thước (bề dày) của lớp cấu kiện
Δm: Tỷ trọng vật liệu của lớp áo kè
b: Hệ số mũ (đá đổ b=0.5;cấu kiện nhẵn b=1;trung bình b=2/3)
Tính toán các đại lượng:
- Ψu=1.5 (cấu kiện xếp lỏng lẻo)
- b=2/3
ρ − ρ w 2.4 − 1.025
∆ m = bt

=
= 1.34
ρw
1.025
tan α qd = 0.287 → cos α = 0.961

-

Theo tiêu chuẩn sóng tràn:
b

-

2

 
3

 tan α ÷ 
0.287
÷ = 1.805
÷ =
ξ pb = 
÷
 H s ÷  1.49
÷

÷
106.42


Lo  


0.1

Ф = 6.2 P

-

0.18

0.1

2
 Sb2 

0.18  2
=
6.2
×
0.1
×
 ÷

÷ = 1.94
N
7000


 

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

b

(lấy P=0.1; S =2; N=7000)

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương
D≥
=> Kích thước cấu kiện

Hs
1.49
ξ pb =
×1.805 = 0.718m
ψ uФ∆ m cos α
1.5 ×1.94 ×1.34 × 0.961

Vậy chọn bề dày lớp áo kè là 75cm→ chọn cấu kiện lục lăng mặt cắt ngang hình lục giác
đều cạnh 20cm, cao 75cm.
Trọng lượng cấu kiện:
1
W = A × h × γ bt = 6 × × 0.1× tan 60o × 0.2 × 0.75 × 2400 = 187.06kg ≈ 187 kg
2

7. Tính chiều sâu hố xói lớn nhất tại chân đê trong bão, từ đó lựa chọn kết cấu
chân kè phù hợp, tính toán kích thước thảm đá gia cố bãi trước của tuyến đê.

7.1 Tính chiều sâu hố xói lớn nhất tại chân đê và lựa chọn kết cấu chân kè phù
hợp.
Chiều sâu hố xói lớn nhất được xác định bằng phương pháp kinh nghiệm:
hx ≤ H1% = 1.517 H s = 1.517 × 1.49 = 2.26m

=>Chọn kết cấu bảo vệ chân kè dạng ống buy đơn kết hợp lăng thể gia cố bằng đá hộc.

Hình 5 – Kết cấu bảo vệ chân kè dạng ống buy đơn kết hợp lăng thể gia cố bằng đá hộc
theo 14TCN 130-2002

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương
Chiều sâu khay đá phòng xói: Y = 2D = 1.5m; rộng X = 3Hs = 4.47m→lấy = 4.5m
Chiều dài ống buy L = 2D + H s = 2.99m, quá dài không khả thi trong thi công và vận
chuyển,→ thiết kế rọ đá phía dưới
Chọn kết ống buy lục lăng đường kính 1m (cạnh 0.5m), cao 2.5m bên trong đổ đá hộc; rọ đá
kích thước 1×1×0.5m.
Chiều sâu thảm đá 1.5m, rộng 3m.

7.2 Tính toán kích thước thảm đá gia cố bãi trước của tuyến đê.
- Đá gia cố bãi trước tuyến đê phải ổn định dưới tác dụng của dòng chảy do sóng tạo ra ở
chân đê.
- Vận tốc cực đại của dòng chảy do sóng tạo ra ở chân đê được xác định qua công thức:
Vmax =

π .H s

π .Ls
4.π .h
.sinh
g
Ls

Trong đó:
Vmax – Vận tốc cực đại của dòng chảy (m/s);
Ls, Hs – Chiều dài và chiều cao sóng thiết kế (m);
h – Độ sâu nước trước đê (=ds) (m);
g – Gia tốc trọng lực (m/s2);
Vmax =
→

1.49 × 3.14
= 1.99 ≈ 2m / s
29.10 × 3.14
4 × 1.3 × 3.14
× sinh
9.81
29.10

Bảng 12 – Bảng tra khối lượng viên đá bảo vệ chân kè theo vận tốc dòng chảy.

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp:54B2


GVHD: Nguyễn Quang Lương

→ Trọng lượng ổn định của viên đá: Gđ = 40 (kg)
D=

→ Đường kính viên đá:

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

3

40
= 0.247 m ≈ 25cm
2650

Lớp:54B2