Đồ án thiết kế đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng

G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II
MỤC LỤC

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

1. Xác định các tham số sóng nước sâu và mực nước thiết kế theo tần
suất thiết kế.
Từ bình đồ xác định đươc khu vực nghiên cứu là vịnh Chân Mây – Phú Lộc – Thừa
Thiên Huế, từ đó xác định biểu đồ tra mực nước tổng hợp:

Hình 1. 1 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC43 (108°03', 16°17')
Lăng Cô, Phú Lộc, Thừa Thiên - Huế.
Từ biểu đồ ứng với tần suất thiết kế 1% tra được MNTK= +167.6 cm= +1.68m

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2

G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Bảng 1. 1 – Bảng tra tham số sóng nước sâu cho các vùng tính sóng chi tiết ven bờ
từ Quảng Ninh đến Quảng Nam.

H 0 = 11.2m; Tp = 12.9s

Thừa Thiên Huế thuộc vùng 4→Tham số sóng vùng nước sâu:
H rms =

L0 =

H 0 11.2
=
= 7.92 m
2
2

g 2
9.81
Tp =
×12.92 = 259.60m
2π
2 × 3.14

Tm =

S0 p =

;

Tp
1.2

=

12.9
= 10.75s
1.2

H 0 11.2
=
= 0.043
L0 259.6

2. Xác định chiều cao sóng tại vị trí thiết kế.
Sử dụng mô hình truyền sóng WADIBE để tính toán.
Giả thiết 2 hướng sóng đến : Hướng Bắc và Đông Bắc.
Xác định 4 mặt cắt tính toán truyền sóng: Mặt cắt 1-theo hướng Bắc qua đầu tuyến
đập, mặt cắt 2-theo hướng Bắc qua giữa tuyến đập, mặt cắt 3-theo hướng Đông Bắc
qua đầu tuyến đập và mặt cắt 4-theo hướng Đông Bắc qua giữa tuyến đập.
Bảng 1. 2 – Mặt cắt ngang địa hình đáy biển.
Mặt cắt 1
Cao
KCCD

trình
0
3.3

Mặt cắt 2
Cao
KCCD
trình
0
2.7

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Mặt cắt 3
Cao
KCCD
trình
0
3.21

Lớp: 54B2

Mặt cắt 4
Cao
KCCD
trình
0
3.26

G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương
167.16
392.19
806.06
1346.5
1832.06
2269.81
2960.43

-0.94
-2
-6
-9
-10
-11
-12

3279.58

-13

4173.92

-13.6

6000
8000

-20
-40

140.28
407.9
567.12
852.19
1113.9
8
1514.6
3
2076.4
4
2449.7
1
2800.3
2
3243.5
4
3732.9
8
5000
8000

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II
0.8
-2
-3
-5
-7

-9
-11

190.12
442.4
682.91
1076.97
1763.09
2828.96
3627.65

1.25
-1.8
-4
-6
-9

-14

-15

4754.27

-16

-16

8000

-20

-40

1685.36

-9

2854.68

-11

-12

4214.75

5572.91

1.2
-2
-4
-6

-11

-13

-17

181.85
463.28
738.97

1073.87

3858.99

-13.3

4113.4

-16

4300.64

-18

4929.96

-21

5047.19
8000

-21.7
-40

-20
-40

Kết quả truyền sóng cho giá trị chiều cao sóng trên tuyến đê: H1=4.68m, H2=5.68m,
H3=4.86m, H4=5.91m. Ta thấy sóng đến theo hướng Đông Bắc cho chiều cao sóng
đến công trình lớn hơn;lấy chiều cao sóng Hs=√2H4=8.36m để thiết kế cho toàn tuyến

đập.

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Hình 1. 2

Hình 1. 3

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

– Các thông số đầu vào của WADIBE cho mặt cắt 4.

– Biểu đồ phân bố chiều cao sóng ngang bờ tại mặt cắt 4.
Bảng 1. 3 – Kết quả WADIBE cho mặt cắt 4

KCCD
3841.723
3843.724
3845.724
3847.724

Zđ
-13.260

-13.265
-13.270
-13.274

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

KCCD
3841.723
3843.724
3845.724
3847.724

MNTK
1.680
1.680
1.680
1.680

Lớp: 54B2

KCCD
3841.723
3843.724
3845.724
3847.724

Hrms
5.856
5.863
5.869

5.874


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

3849.724
-13.279
3849.724
1.680
3849.724
3851.724
-13.283
3851.724
1.680
3851.724
3853.724
-13.288
3853.724
1.680
3853.724
3855.724
-13.293
3855.724
1.680
3855.724
3857.724

-13.297
3857.724
1.680
3857.724
3859.725
-13.308
3859.725
1.680
3859.725
3861.725
-13.329
3861.725
1.680
3861.725
3863.725
-13.350
3863.725
1.680
3863.725
3865.725
-13.371
3865.725
1.680
3865.725
3867.725
-13.393
3867.725
1.680
3867.725
3869.725

-13.414
3869.725
1.680
3869.725
3871.725
-13.435
3871.725
1.680
3871.725
3873.726
-13.456
3873.726
1.680
3873.726
3875.726
-13.478
3875.726
1.680
3875.726
Kết quả cho Hrms= 5.91m; cao trình đáy tại đó Zd= -13.3m
→ Hs=√2H4=8.36m; độ sâu nước ds=MNTK - Zd=1.68+13.3=14.98m

5.881
5.887
5.894
5.901
5.908
5.913
5.919
5.924

5.931
5.937
5.942
5.948
5.953
5.958

3. Tính toán cao trình đỉnh đập.
Cao trình đỉnh đập:

Z dd = MNTK + Rc

.

Trong đó:
MNTK – Cao trình mực nước thiết kế.
Rc
- Độ cao lưu không của đỉnh đập.
Độ cao lưu không (TAW 2002):
Q=

q
gH m3 0


Rc
= 0.2exp  −2.30

H m 0γ rγ β



÷
÷


Trong đó:
q = [q ]

H m0

γr

- Lưu lượng tràn đơn vị cho phép: chọn

[q ] = 100l / s / m = 0.1m3 / s / m

- Chiều cao sóng có nghĩa tại chân công trình:

H m 0 = H s = 8.36m

- Hệ số chiết giảm do độ nhám mái đập: Đập sử dụng khối phủ Tetrapod nên
γ r = 0.38

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương
γβ

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

- Hệ số chiết giảm do góc sóng tới:

γ β = 1 − 0.0063 β

0 ≤ β ≤ 80°

vói
β = 0o → γ β = 1

trường hợp sóng tới vuông góc với đập
Cr = 1
Hệ số chiết giảm do thềm đê
(thiết kế thiên về an toàn)

.Xét với

.

Rc


= 0.2exp  −2.3
÷
8.36 × 0.38 ×1 


9.81× 8.363
0.1

→

→Độ cao lưu không của đỉnh đập
Vậy cao trình đỉnh đê :

Rc = 6.93m

Z dd = MNTK + Rc = +1.68 + 6.93 = +8.61m

4. Tính toán kích thước, khối lượng và chiều dày của khối phủ bảo vệ.
a. Tính kích thước khối phủ.
Lựa chọn khối phủ Tetrapod để bảo vệ mái đê. Tetrapod là loại khối phủ được thiết kế
xếp 2 lớp trên mái dốc 1:1.5.

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Hình 1. 4 – Tetrapod xếp trên mái nghiêng

Công thức xác định đường kính danh nghĩa Dn cho khối phủ Tetrapod:

3.5 < ξ m < 6

• Công thức Van de Meer 1999 áp dụng khi
( sóng không vỡ):
0.5
 3.75 N od
 −0.2
Hs
=
+
0.85
÷som − 0.5
∆.Dn  N z0.25

• Công thức De Jong 1996 áp dụng khi

ξ m ≤ 3.5

( sóng vỡ):

  N od0.5 
 0.2
Hs
= 8.6  0.25
÷+ 3.94  som
∆.Dn   N z 


SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

ξm =

tan α
som

Chỉ số Iribarren

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

tan α =

;với
som =

ξm =

1
1.5

Hs
Hs

8.36
=
=
= 0.046
2
Lom gTm
1.56 × 10.752
2π

1 /1.5
= 3.11 < 3.5
0.046

→
vậy áp dụng công thức De Jong 1996 để xác định
đường kính danh nghĩa của khối phủ.
∆=
-

Tỷ trọng riêng tương đối

-

Số cấu kiện dịch chuyển tương đối

-

Số con sóng trong bão ảnh hưởng đến công trình
som = 0.046
Độ dốc sóng

-

Thay số ta được

→

ρbt − ρ n 2.3 − 1.025
=
= 1.244
ρn
1.025

Dn = 2.7 m

N od = 0.5

  0.50.5 

8.36
= 8.6 
+ 3.94  0.0460.2
0.25 ÷
1.244.Dn   7000 


H=

→ chiều cao

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Dn
2.7
=
= 4.15m
0.65 0.65

Lớp: 54B2

N z = 7000


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Hình 1. 5 – Kích thước khối phủ Tetrapod
Các kích thước của khối phủ được tính toán trong bảng dưới đây:
Bảng 1. 4 – Kích thước khối phủ Tetrapod
A=0.302H
B=0.151H
C=0.477H
D=0.470H
E=0.235H
F=0.644H

1.25

0.62
1.98
1.95
0.98
2.67

G=0.215H
H
I=0.606H
J=0.303H
K=1.091H
L=1.201H

b. Khối lượng khối phủ.
m = ρbtV = ρbt × 0.28 H 3 = 2.3 × 0.28 × 4.153 = 46

tấn

c. Chiều dày lớp khối phủ.

ta = n.k t .Dn
n - Số lớp khối phủ.
kt
- Hệ số xếp lớp.

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2

0.89

4.15
2.51
1.26
4.52
4.98


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Bảng 1. 5 – Bảng tra hệ số xếp lớp và độ rỗng cho một số loại lớp phủ (CEM)
Loại khối phủ
Đá mỏ trơn
Đá mỏ tròn cạnh
Đá mỏ tròn cạnh
Đá mỏ hơi tròn cạnh
Đá mỏ hơi tròn cạnh
Đá mỏ thô
Đá mỏ thô
Đá mỏ không đều cạnh
Đá mỏ không đều cạnh
Đá cấp phối
Khối lập (Cube)
Tetrapod
Dolos
Accropode
Akmon

Số lớp
n
2

2
>3

2
2
2
1
2

PP đắp

Kt

Đổ rối
Đổ rối
Đặc biệt
Đổ rối
Đặc biệt
Đổ rối
Đổ rối
Đổ rối
Đặc biệt
Đổ rối
Xếp rối
Xếp rối

Xếp rối
Đặc biệt
Xếp rối

1.02
0.8
1.05 – 1.20
0.75
1.10 – 1.25
1
1
0.75
1.05 – 1.2
"-"
1.1
1.04
0.94
1.3
0.94

Độ rỗng
nv
0.38
0.36
0.35
0.37
0.36
0.37
0.4
0.4

0.39
0.37
0.47
0.5
0.56
0.52
0.5

Từ bảng trên ứng với lớp phủ Tetrapod ta có n = 2 lớp, Kt = 1.04
→

ta = 2 × 1.04 × 2.7 = 5.62m

- Số cấu kiện Tetrapod trên 100m2:
N=

n × kt × A(1 − nv ) 2 × 1.04 × 100 × (1 − 0.5)
=
= 14.27 : 15
Dn2
2.7 2

cấu kiện.

5. Tính toán kích thước mặt cắt ngang công trình.
Thiết kế mặt cắt đập gồm 3 lớp: Lớp phủ, lớp giữa và lớp lõi; có tường đỉnh.

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2

G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Hình 1. 6 – Cấu tạo mặt cắt ngang đập
a. Xác định các thông số của lớp giữa.
Chọn cấu tạo lớp giữa là đá đổ 2 lớp, khối lượng viên đá lớp giữa được xác định qua
khối lượng của cấu kiện lớp phủ.
W2 =

• Khối lượng viên đá

W 46
=
= 4.6
10 10

tấn.→Chọn cấp phối đá 4-6 tấn.
t2 = n × kt × 3 W2 ρ d = 2 × 1× 3 4.6 2.65 = 2.65m
• Chiều dày lớp giữa
(chọn đá
cấp phối có hệ số xếp lớp

kt = 1

.

b. Xác định thông số lớp lõi.
W3 =

• Khối lượng viên đá
1000kg

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

W
46
=
= 0.23
200 200

Lớp: 54B2

tấn.→Chọn cấp phối đá 300-


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

c. Xác định thông lớp đệm đáy.
W4 =

• Khối lượng viên đá

W
46
=
= 0.0115T = 11.5kg
4000 4000

→Chọn cấp phối đá 10-60kg
• Chọn bề dày lớp đệm

t4 = 1m

d. Xác định các thông số chân đê.
• Chọn khối phủ đá bảo vệ chân đê,kích thước khối phủ được xác định theo công
thức Gerding 1995,thiết kế với chân nông.

Hình 1. 7 – Thông số thiết jees chân đập



Hs
h
=  0.24 t + 1.6 ÷N od0.15
∆d n50 
d n50


Chọn độ sâu chân

ht = 10m

0.4 <

ht
< 0.9
h

với

và

nhất phải lớn hơn chiều cao sóng thiết kế
Với

h

ht

trong trường hợp mực nước thấp

Hs

h = 14.98m

là độ sâu nước thiết kế
h
10
→ t =
= 0.67
h 14.98

0.4 <

ht
< 0.9
h

thỏa mãn
Tra đường tần suất mực nước tổng hợp xác định được mực nước thấp nhất ứng với tần
suất thiết kế P = 100%: MNT = +34.7 cm = +0.35 m
Độ sâu ứng với mực nước thấp:
SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

hm = MTN − Z d = 0.35 + 13.3 = 13.65m
→ ht = 10 − (14.98 − 13.65) = 8.67 m > H s

-

-

N od = 2

Số cấu kiện dịch chuyển tương đối
thiết kế ứng với mức hư hỏng
cho phép.
ρ − ρ n 2.65 − 1.025
∆= d
=
= 1.585
ρn
1.025
Tỷ trọng riêng tương đối


8.36
10
=  0.24
+ 1.6 ÷× 20.15
1.585 × d n 50 
d n 50
→ d n 50 = 1.47 m


Thay số
Chọn cấp phối đá 6 – 10 tấn

Dn50

dt = 6 m

• Chiều dày chân dt= (2-3)

; chọn
Bt = (3 − 5) D n 50
Bt = 9m
• Bề rộng đỉnh chân
; chọn
m=2
• Chọn độ dốc mái
e. Lựa chọn khối bê tông đỉnh đê.
Chọn cao trình đỉnh của bê tông mặt đê bằng với cao trình đỉnh của khối tetrapod và
khối bê tông đỉnh được dặt trên lớp lõi và có gờ liên kết với lớp lõi.
ht = ta + t2 + hc = 5.62 + 2.65 + 0.73 = 9m
Chọn chiều cao tường

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Hình 1. 8

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

– Lựa chọ kích thước khối bê tông đỉnh

Với - ta là chiều dày lớp phủ Tetrapod
- t2 là chiều dày lớp giữa

- hc là chiều cao của gờ chân khối bê tông đỉnh
Chọn bề rộng khối bê tông Bbt = m
B = Gc + Bbt + Bc
Bề rộng đỉnh đê
Gc = 3 × K t × Dn = 3 × 1.04 × 2.7 = 8.42m
Với - Gc là bề rộng phần thềm trước đê lấy
Bc = Dn = 2.7 m
-Bc là bề rộng phần vai đập phía sau
⇒ B = 8.42 + 15 + 2.7 = 26.12m

6. Tính toán kích thước mở rộng đoạn đầu đập.
Bán kính mở rộng R > 3Hs với Hs = 8.36m

→

Chọn R = 30m.

Bề rộng đầu đập B = 2R = 60m

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

7. Tính toán ổn định tổng thể của công trình.
Sử dụng phần mềm Plaxis. Sơ bộ lấy các chỉ tiêu cơ lí của vật liệu và đất nền:
-

E = 30.5 × 106 KN / m 2

Bê tông C30 –
Nền gồm phiast trên là lớp sét dày 10m, bên dưới là lớp cát.

Vật liệu

γ sat ( KN / m3 )

γ unsat ( KN / m3 )

ϕ (°)

c( KN / m 2 )

Tetrapod
Đá
Sét
Cát

11.5
16-18
15
17

16.5

21-22
18
21

41
20-30
24
33

1
1
5.5
1

• Trình tự tính toán:

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Lớp: 54B2

G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

 Kết quả tính toán

Hình 1. 9 – Kết quả tính toán – Tổng chuyển vị
Hệ số ổn định của công trình:

∑ Msf = 1.384

Hình 1. 10 – Kết quả tính toán – Hệ số ổn định
Tổng chuyển vị lún của đập:
SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

1.35 × 10−3 m
Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Hình 1. 11 – Kết quả tính toán – Tổng chuyến vị lún
Kết luận: Công trình đảm bảo điều kiện ổn định.

8. Tính toán sóng nhiễu xạ sau tuyến đập.
Tính toán nhiễu xạ sóng theo tiêu chuẩn Nhật Bản OCDI 2002.
90°
Tính nhiễu xạ cho hướng sóng tới
tại đầu đập.
Chiều cao sóng tới

H s = 8.36m

Chiều dài sóng tại đầu đập

-

Với
Hi

, chu kỳ

, độ sâu nước

H d = Kd × Hi

là hệ số nhiễu xạ - tra từ biểu đồ.

là chiều cao sóng tới phía ngoài đập.

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

h = 13.3m

 2π h 
 2π × 13.3 
L = L0 tanh 
÷ = 259.60 tanh 
÷ = 139.36m
L

 L 



Chiều cao sóng phía sau đập
Kd

Tp = 12.9 s

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Hình 1. 12 – Sơ đồ tính nhiễu xạ cho 1 số điểm sau đập

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

Hình 1. 13 – Biểu đồ tra hệ số nhiễu xạ theo OCDI 2002
 Điểm A

x
400
y
300
=
= 2.87; =
= 2.15
L 139.36
L 139.36
→ K dH = 0.27;K dT = 0.86

Chiều cao sóng tại A:

H A = K dH × H s = 0.27 × 8.36 = 2.26m

TA = K dH × Tp = 0.86 × 12.9 = 11.09 s

Chu kì sóng tại A:
 Điểm B2
SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2


G

VHD: ThS. Nguyễn Quang Lương

Đồ án Công trình bảo vệ bờ II

x
800
y
200
=
= 5.74; =
= 1.44
L 139.36
L 139.36
→ K dH = 0.16;K dT = 0.87

Chiều cao sóng tại B2:

H B 2 = K dH × H s = 0.16 × 8.36 = 1.34m

TB 2 = K dH × Tp = 0.87 × 12.9 = 11.22s

Chu kì sóng tại B2:
 Điểm B1
x
800
y
600
=
= 5.74; =
= 4.31

L 139.36
L 139.36

→ K dH = 0.26; K dT = 0.82

Chiều cao sóng tại B1:

H B1 = K dH × H s = 0.26 × 8.36 = 2.17 m

TB1 = K dH × Tp = 0.82 × 12.9 = 10.58s

Chu kì sóng tại B1:

SVTH: Nguyễn Đình Mạnh

Lớp: 54B2