Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý chất lượng thi công công trình đê điều tại chi cục đê điều và phòng chống lụt bão tỉnh ninh bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ HƢƠNG GIANG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ TIÊU
GIẢM SÓNG TRÀN CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA IV CHO ĐÊ
CHẮN SÓNG ĐÁ ĐỔ MÁI NGHIÊNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ HƢƠNG GIANG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU QUẢ TIÊU
GIẢM SÓNG TRÀN CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA IV CHO ĐÊ
CHẮN SÓNG ĐÁ ĐỔ MÁI NGHIÊNG

Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy
Mã số: 62-58-40-01

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. Thiều Quang Tuấn

2. GS.TS. Hồ Sĩ Minh

HÀ NỘI, NĂM 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết
quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ
bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu
(nếu có) đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.

Tác giả luận án

Lê Thị Hƣơng Giang

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Thiều Quang
Tuấn, GS.TS. Hồ Sĩ Minh đã tận tình hƣớng dẫn tác giả trong suất thời gian nghiên
cứu và thực hiện luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Ban Giám hiệu, phịng Đào tạo ĐH&SĐH, khoa
Cơng trình, khoa Kỹ thuật biển, phịng Khoa học cơng nhệ và tập thể các thầy cơ giáo
ở bộ mơn Cơng nghệ – Khoa Cơng trình, Trƣờng Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, đã giúp
đỡ tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận án này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trƣờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam, nơi tác
giả đang công tác, đã tạo điều kiện về thời gian và công việc cho tác giả hoàn thành
luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty NIKKEN KOGAKU - NHẬT BẢN đã

tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình nghiên cứu đặc biệt quý Công ty đã cho phép
tác giả đƣợc sử dụng loại khối phủ RAKUNA IV để công bố các kết quả nghiên cứu
trong luận án.
Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình ln sát cánh động viên tác giả vƣợt
qua mọi khó khăn khi thực hiện luận án.
Tác giả luận án

Lê Thị Hƣơng Giang

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.....................................................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................ix
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.

Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 3

3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................3

4.

Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................4

6.

Những đóng góp mới của luận án ...........................................................................4

7.

Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU
QUẢ
GIẢM SÓNG TRÀN CỦA KHỐI PHỦ .........................................................................5
1.1

Sơ lƣợc lịch sử phát triển và phân loại khối phủ ...............................................5

1.1.1

Sơ lƣợc lịch sử phát triển khối phủ ............................................................ 5

1.1.2

Phân loại khối phủ .......................................................................................7

1.2

Ứng dụng khối phủ dị hình ở Việt Nam ............................................................ 8

1.3

Tổng quan nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ ......................................9

1.4 Tổng quan nghiên cứu sóng tràn qua đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng và hiệu
quả giảm sóng tràn của khối phủ ...............................................................................14
1.4.1 Sóng tràn qua đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng[5][9][12][14][16][17]
[26][29] [37] ..........................................................................................................14
1.4.2 Tính năng tiêu giảm sóng tràn của khối phủ thơng qua hệ số chiết giảm
sóng tràn γr .............................................................................................................15
1.5

Kết luận Chƣơng I ............................................................................................ 16

CHƢƠNG 2 NGHIÊN CỨU TRÊN MƠ HÌNH VẬT LÝ VỀ ỔN ĐỊNH THỦY LỰC
CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA IV KHI CÓ SÓNG TRÀN ................................................18
2.1

Giới thiệu khối phủ RAKUNA IV ...................................................................18

2.2

Cơ sở khoa học về ổn định thủy lực của khối phủ trên mái nghiêng [13] .......19

2.2.1

Các cơ chế phá hỏng đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng ............................. 21

2.2.2

Các hình thức dịch chuyển của khối phủ trên mái dốc ............................. 22

iii


2.2.3

Cơ sở đánh giá mức độ hƣ hỏng của lớp phủ............................................23

2.2.4

Đặc điểm ổn định của khối phủ trên mái dốc ...........................................24

2.2.5 Phân tích thứ nguyên theo định luật Pi - Buckingham về ổn định của khối
phủ khi có sóng tràn [2][10][11][28] .....................................................................25
2.2.6

Xác định các tham số chi phối cơ bản ....................................................... 26

2.2.7

Cơ sở lý thuyết về phép phân tích thứ nguyên ..........................................26

2.2.8

Thiết lập phƣơng trình chung nhất về ổn định của khối phủ ....................28

2.3

Cơ sở khoa học xác định tính năng chiết giảm sóng tràn ................................ 29

2.4 Mơ hình vật lý nghiên cứu ổn định và tính năng chiết giảm sóng tràn của khối
phủ 31
2.4.1

Lý thuyết tƣơng tự và tỉ lệ mơ hình .......................................................... 31

2.4.2

Thiết kế mơ hình và bố trí thí nghiệm ....................................................... 32

2.4.3

Chƣơng trình thí nghiệm ...........................................................................37

2.4.4

Trình tự thí nghiệm ...................................................................................38

2.4.5

Số liệu đo đạc ............................................................................................ 39

2.4.6

Đánh giá sai số kết quả đo.........................................................................45

2.5

Kết luận Chƣơng 2 ........................................................................................... 45

CHƢƠNG 3
NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNH VÀ TÍNH NĂNG GIẢM SĨNG
TRÀN CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA IV .......................................................................46
3.1

Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 46

3.2

Phân tích kết quả thí nghiệm ............................................................................46

3.2.1

Nghiên cứu sự ổn định của khối phủ RAKUNA IV khi có sóng tràn ......46

3.2.2

Sóng tràn và tính năng chiết giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV 55

3.2.3 Nghiên cứu khả năng chiết giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV
bằng mơ hình tốn ................................................................................................ 60
3.3

Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................ 73

CHƢƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ LỚP PHỦ ĐÊ
CHẮN SÓNG CẢNG NGHI SƠN-THANH HĨA.......................................................... 74
4.1

Giới thiệu đê chắn sóng cảng Nghi Sơn - Thanh Hóa .....................................74

4.1.1

Sơ lƣợc về cảng Nghi Sơn[3][4] ............................................................... 74

4.1.2

Điều kiện biên thiết kế ..............................................................................76

4.2

Thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng ............................................................... 76

4.2.1

Cao trình đỉnh đê ....................................................................................... 77
iv


4.2.2

Tính tốn ổn định khối phủ .......................................................................78

4.2.3

Chiều rộng đỉnh đê ....................................................................................80

4.3

So sánh khối lƣợng và chi phí xây lắp ............................................................. 80

4.4

Kết luận Chƣơng 4 ........................................................................................... 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 82
I.

Tóm tắt kết quả đạt đƣợc của luận án. ...................................................................82

II.

Những đóng góp mới của luận án .........................................................................84

III.

Những tồn tại và hƣớng phát triển ......................................................................84

IV.

Kiến nghị .............................................................................................................85

DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .............................................................. 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 87

PHỤ LỤC ......................................................................................................................91
PHỤ LỤC A ..................................................................................................................91
PHỤ LỤC B.................................................................................................................101

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Đê chắn sóng ở Cơ Tơ – Quảng Ninh [Nguồn: Internet] ..................................9
Hình 1.2 Đê chắn sóng Tiên Sa-Đà Nẵng [Nguồn: Internet] ..........................................9
Hình 1.3 Khối phủ Accropod đƣợc sử dụng tại Đê chắn sóng cảng Dung Quất Quảng Ngãi [Nguồn: Internet] ........................................................................................9
Hình 2.1 Cấu kiện RAKUNA IV, Nhật Bản ................................................................ 18
Hình 2.2 Một số hình ảnh ứng dụng khối phủ RAKUNA IV tại Nhật Bản .................19
Hình 2.3 Tác động của sóng lên khối phủ [13] ............................................................ 21
Hình 2.4 Các cơ chế phá hỏng đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng [13] ......................... 21
Hình 2.5 Các hình thức dịch chuyển của khối phủ [13] ...............................................22
Hình 2.6 Sơ đồ xác định diện tích xâm thực tƣơng đối [13] ........................................23
Hình 2.7 Đặc tính ổn định của khối phủ có liên kết và khơng có liên kết [13] ............25
Hình 2.8 Xác định chiều cao lƣu khơng Rc trong tính tốn sóng tràn [16], [29] .........30
Hình 2.9 Máng sóng sử dụng để thực hiện thí nghiệm ................................................33
Hình 2.10 Mặt cắt ngang đê mơ hình và mơ hình đê trong máng sóng ....................... 34
Hình 2.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ...............................................................................35
Hình 2.12 Xếp khối thành 04 dải màu khác nhau để tiện cho việc phân tích ổn định .35
Hình 2.13 Xếp khối phủ cho đê mơ hình......................................................................36
Hình 2.14 Hiệu chỉnh các đầu đo sóng .........................................................................36
Hình 2.15 Điều khiển máy tạo sóng trong phịng điều khiển .......................................36
Hình 2.16 Đo thể tích nƣớc tràn bằng dụng cụ đo thể tích chuyên dụng .....................36
Hình 2.17 NCS trao đổi với hai thầy hƣớng dẫn về thí nghiệm ...................................36
Hình 2.18 Đồn cơng ty Nikken kiểm tra thí nghiệm ..................................................36
Hình 2.19 Hình ảnh các khối bị dịch chuyển tại các thời điểm Nz khác nhau .............40

Hình 3.1 Quan hệ giữa chỉ số ổn định Ns với mức độ hƣ hỏng theo số con sóng và độ
dốc sóng (khi có sóng tràn) ........................................................................................... 48
Hình 3.2 Quan hệ giữa chỉ số ổn định Ns với mức độ hƣ hỏng tại Nz = 3000 con sóng
theo chiều cao lƣu không tƣơng đối Rc/Hm0 ..................................................................49

vi


Hình 3.3 Ổn định của khối phủ khi có sóng tràn so với trƣờng hợp đê khơng sóng tràn
(Tuấn và nnk, 2012)[30] ................................................................................................ 51
Hình 3.4 Quan hệ giữa Fs và chiều cao lƣu khơng tƣơng đối Rc/Hm0........................... 53
Hình 3.5 Số liệu thực nghiệm và đƣờng cong đặc tính ổn định của khối phủ
RAKUNA IV khi có sóng tràn ......................................................................................55
Hình 3.6 Biến thiên của r so với m1,0 ........................................................................56
Hình 3.7 Hệ số chiết giảm sóng tràn của khối phủ Tetrapod .......................................57
Hình 3.8 Kết quả sóng tràn đƣợc phân tích lại theo hệ số chiết giảm sóng tràn của
khối phủ Tetrapod ..........................................................................................................58
Hình 3.9 Hệ số chiết giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV ............................... 58
Hình 3.10 Kết quả sóng tràn đƣợc phân tích lại theo các hệ số chiết giảm sóng tràn
của khối phủ RAKUNA IV ........................................................................................... 59
Hình 3.11 Giá trị hàm mật độ F và mặt thoáng của chất lỏng [23] .............................. 61
Hình 3.12 Kiểm định tƣơng tác sóng với cơng trình đê ngầm đá đổ [22] ....................62
Hình 3.13 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trong mơ hình vật lý ..............................................64
Hình 3.14 Vị trí các đầu đo trong mơ hình tốn ........................................................... 64
Hình 3.15 Đê mơ hình trong máng sóng vật lý (khối phủ RAKUNA IV) ...................64
Hình 3.16 Thơng số sóng đầu vào cho mơ hình IH2 - VOF ........................................65
Hình 3.17 Kết quả kiểm định đƣờng q trình sóng ở điều kiện mực nƣớc 0.52m .....66
Hình 3.18 So sánh phổ sóng tính tốn và thực đo ........................................................ 66
Hình 3.19 Ảnh hƣởng của hệ số cản phi tuyến β đến lƣu lƣợng sóng tràn ..................68
Hình 3.20 Ảnh hƣởng của hệ số cản tuyến tính α đến lƣu lƣợng sóng tràn ................68

Hình 3.21 Trƣờng lƣu tốc dòng chảy theo phƣơng ngang với trƣờng hợp sóng dài
(H15T30), ∆t = 1,49s .....................................................................................................70
Hình 3.22 Trƣờng lƣu tốc dòng chảy theo phƣơng ngang với trƣờng hợp sóng ngắn
(H15T20), ∆t = 0,8s .......................................................................................................71
Hình 3.23 Trƣờng dịng chảy khi β = 0,8 (H15T30), ∆t = 1,1s ....................................72
Hình 4.1 Mặt bằng khu cảng phục vụ Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn .............................. 75
Hình 4.2 Đƣờng tần suất mực nƣớc tổng hợp .............................................................. 76
Hình 4.3 Mặt cắt ngang đê chắn sóng khi có sóng tràn................................................80

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Sơ lƣợc quá trình phát triển của các loại khối phủ .........................................6
Bảng 1.2 Phân loại khối phủ theo hình dạng, cách xếp, số lớp và yếu tố ổn định [13] .7
Bảng 1.3 Một số thông số chính về đê chắn sóng của một số cảng biển tiêu biểu ........8
Bảng 1.4 Hệ số ổn định KD (SPM-1977) [31] .............................................................. 10
Bảng 1.5 Hệ số ổn định KD (SPM-1984) [32] .............................................................. 11
Bảng 1.6 Cơng thức tính tốn ổn định khối phủ của Van der Meer (1988) [34][35][36]
.......................................................................................................................................12
Bảng 1.7 Cơng thức tính tốn ổn định khối phủ của một số tác giả [13][25][30] .......13
Bảng 1.8 Hệ số chiết giảm sóng tràn γr của một số loại khối phủ phổ biến [16][29] ..15
Bảng 2.1 Mức độ hƣ hỏng tiêu chuẩn Nod với khối phủ bê tông [13] .......................... 24
Bảng 2.2 Tỉ lệ của một số đại lƣợng vật lý cơ bản [2] .................................................31
Bảng 2.3 Kích thƣớc của khối phủ ngồi, lớp giữa và lớp lõi .....................................32
Bảng 2.4 Tóm tắt chƣơng trình thí nghiệm ..................................................................38
Bảng 2.5 Chƣơng trình thí nghiệm và kết quả đo sóng tràn.........................................42
Bảng 2.6 Kết quả về thơng số sóng và số khối dịch chuyển (Rakuna IV xếp 02 lớp) .44
Bảng 3.1 Kết quả các số liệu tính toán biến đổi Ns và Nod theo Nz ............................. 47
Bảng 3.2 Quan hệ giữa chỉ số ổn định và mức độ hƣ hỏng theo thời gian (có sóng tràn)

.......................................................................................................................................50
Bảng 3.3 Quan hệ giữa hệ số gia tăng ổn định Fs và chiều cao lƣu không tƣơng đối
Rc/Hm0 ............................................................................................................................ 52
Bảng 3.4 Sự ổn định khối phủ khi kể đến hệ số gia tăng ổn định Fs ........................... 54
Bảng 3.5 Các kịch bản thí nghiệm dùng cho kiểm định mơ hình tốn ........................ 63
Bảng 3.6 Tóm tắt kịch bản và kết quả kiểm định mơ hình...........................................67
Bảng 3.7 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định các thơng số độ nhạy mơ hình .................69
Bảng 3.8 Kết quả đo đạc lƣu lƣợng tràn trong mô phỏng ............................................69
Bảng 3.9 Các kịch bản xem xét sự hình thành đệm nƣớc ............................................70
Bảng 4.1 Cao trình đỉnh đê cho phép sóng tràn ........................................................... 77
Bảng 4.2 Cao trình đỉnh đê khơng cho phép sóng tràn ................................................78
Bảng 4.3 Trọng lƣợng khối phủ RAKUNA IV - trƣờng hợp sóng khơng tràn ............79
Bảng 4.4 Trọng lƣợng khối phủ RAKUNA IV - trƣờng hợp sóng tràn ....................... 79
Bảng 4.5 So sánh khối lƣợng và chi phí xây lắp đê (tính cho 100 m dài)....................80

viii


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
1. Danh mục các ký hiệu
Dn - Đƣờng kính danh nghĩa của khối phủ (m);
Fs -Hệ số gia tăng ổn định khối phủ ở mái trƣớc do sóng tràn;
g - Gia tốc trọng trƣờng;
Hs- Chiều cao sóng tại chân cơng trình (m);
Hm0 - Chiều cao tại mô men 0;
H1/3 - Chiều cao sóng ý nghĩa (m);
KD - Hệ số ổn định Hudson.
KC - Hệ số Keulegan – Carpenter;
Lom - Chiều dài sóng nƣớc sâu;
Nz - Số con sóng (-);

Nod - Số khối dịch chuyển tƣơng đối (khối);
Nomov: Tổng số khối bị dịch chuyển theo các cơ chế hƣ hỏng xem xét.
Ns - Chỉ số ổn định (-);
n - Độ rỗng của vật liệu;
QTAW -Lƣu lƣợng khơng thứ ngun tính theo TAW-2002;
Qm -Lƣu lƣơng không thứ nguyên thực đo;
q - Lƣu lƣợng tràn đơn vị (l/s/m hoặc m3/s/m);
Rc - Độ cao lƣu không đỉnh đê;
r - Tỷ số eo của dolos;
S om - Độ dốc sóng;

Tm- Chu kỳ sóng trung bình;
Tovt - Thời gian thí nghiệm sóng tràn.
T - Khoảng thời gian sóng lên và rút trong 1 chu kỳ (s);
t -Chiều dày lớp giữa;
U - Lƣu tốc dòng chảy (m/s);
Vovt - Thể tích nƣớc đo đƣợc sau mỗi thí nghiệm;

ix


D - Khối lƣợng riêng tƣơng đối (-);
α - Góc nghiêng của mái dốc (o);

 - Mật độ xếp khối;
γr - Hệ số chiết giảm sóng tràn do độ nhám mái đê.
- Góc tới của sóng;
Zđ -Cao trình đỉnh đê;
Ztkp -Cao trình mực nƣớc thiết kế;
n - số lớp;

W1 - Khối lƣợng đá lớp giữa.
γa - Khối lƣợng riêng của đá;
"-" - Không thứ nguyên;
2. Danh mục các từ viết tắt
HAT - Mực nƣớc lớn nhất;
LAT - Mực nƣớc thấp nhất.
VOF - Volume Of Fluid
RAK - Rakuna IV

x


MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài

Nghị quyết 03-NQ/TW của Bộ chính trị (ngày 6-5-1993) đã chỉ rõ: "Xây dựng quốc
gia Việt Nam mạnh về biển và phát triển kinh tế biển thành một bộ phận mũi nhọn của
nền kinh tế quốc dân là một mục tiêu chiến lƣợc, đồng thời là nhiệm vụ bức bách đang
đặt ra cho dân tộc ta trƣớc thử thách lớn trên biển Đông".
Với chủ chƣơng của Đảng đặt ra nhƣ vậy, các loại hình kinh tế biển đƣợc phát triển và
trở thành mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân. Để đáp ứng yêu cầu về cơ sở hạ tầng
phục vụ cho các ngành kinh tế trọng điểm nói trên, các loại cơng trình biển phát triển
ngày càng nhiều về số lƣợng, càng lớn về quy mô, càng phong phú đa dạng về chức
năng. Trong số đó, cơng trình bảo vệ cảng - đê chắn sóng đóng vai trị quan trọng
trong việc bảo vệ các khu nƣớc bể cảng và tuyến luồng nhằm đảm bảo sự đi lại và neo
đậu an toàn của tàu bè trong các tình huống bất lợi của điều kiện hải văn biển.
Kết cấu các cơng trình đê chắn sóng rất đa dạng: đê tƣờng đứng, đê mái nghiêng, đê
hỗn hợp, vv… Trong đó, dạng đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng đã đƣợc sử dụng phổ

biến trên Thế giới từ xa xƣa vì tận dụng đƣợc các vật liệu địa phƣơng, dễ thi công và
yêu cầu địa chất nền khơng cao. Ở nƣớc ta với lợi thế sẵn có về nguồn vật liệu đá,
dạng đê chắn sóng mái nghiêng đƣợc sử dụng khá phổ biến ở các cảng nhƣ Phú Quý,
Bạch Long Vĩ, Phan Thiết, Vũng Áng, Chân Mây, Dung Quất, Nghi Sơn, Lạch
Huyện…
Ngày nay điều kiện áp dụng của đê chắn sóng mái nghiêng ngày càng đƣợc mở rộng
cùng với sự ra đời và phát triển của nhiều dạng khối phủ bê tơng dị hình cải tiến có
hiệu quả tiêu giảm sóng tốt hơn và do đó mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Sự ra đời của khối phủ Tetrapod (bởi SOGREAH) vào năm 1950 thay thế cho dạng
khối phủ truyền thống nhƣ đá và khối lập phƣơng đã đánh dấu một bƣớc ngoặt khởi
đầu cho sự nghiên cứu và phát triển các dạng cấu kiện tiêu sóng mới ở nhiều nƣớc trên
Thế giới. Những dạng khối phủ đƣợc phát triển và cải tiến có tính năng phù hợp với
những điều kiện sóng khác nhau, đáp ứng ngày càng tốt hơn những yêu cầu thực tế
khó khăn và đa dạng của công tác xây dựng cảng nƣớc sâu và cơng trình bảo vệ bờ
biển.

1


Có thể đánh giá tính năng ổn định của các khối phủ dị hình hiện nay thơng qua hệ số
đặc trƣng cho mức độ ổn định. Một trong những mục tiêu cơ bản của việc phát triển
hoặc cải tiến một dạng khối phủ là nhằm nâng cao hệ số ổn định của khối phủ và do
vậy có thể tiết kiệm vật liệu và đem lại hiệu quả kinh tế lớn hơn.
Trên cơ sở tính năng ổn định và điều kiện ứng dụng có thể phân các dạng khối phủ
thành hai loại dựa trên hệ số ổn định Hudson đó là loại có hệ số ổn định nhỏ (KD < 10)
và loại có hệ số ổn định lớn (KD  10). Loại có hệ số ổn định nhỏ thƣờng đƣợc áp
dụng trong điều kiện sóng ở vùng nƣớc trung gian khơng q lớn. Khi sóng q lớn thì
việc áp dụng dạng khối phủ có KD nhỏ sẽ dẫn đến trọng lƣợng khối phủ quá lớn, giảm
hiệu quả kinh tế. Khi đó để đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao hơn thì cần phải sử
dụng dạng khối phủ có KD lớn. Loại khối phủ này có cấu tạo thanh mảnh và vì vậy

tính năng ổn định đƣợc đem lại do chính sự liên kết giữa các khối phủ là chủ yếu. Hơn
nữa, khi đê cho phép sóng tràn thì ổn định của khối phủ sẽ đƣợc gia tăng do một phần
năng lƣợng sóng truyền qua đỉnh đê và mái phía trong, trọng lƣợng khối phủ và cao
trình đỉnh đê giảm đáng kể, điều này sẽ làm giảm giá thành xây dựng tăng hiệu quả
kinh tế. Mức độ gia tăng về ổn định này phụ thuộc vào tính năng chiết giảm sóng tràn
của mỗi loại khối phủ thơng qua hệ số nhám γr. Đây là một đặc trƣng quan trọng của
khối phủ trong tính tốn thiết kế đê chắn sóng và đã đƣợc các học giả nghiên cứu cho
một số loại khối phủ phổ biến đƣa vào các tiêu chuẩn nhƣ: TAW-2002, EurOtop-2007.
Ở Việt Nam các cơng trình đê chắn sóng bảo vệ bể cảng đƣợc xây dựng chủ yếu trong
thời gian gần đây. Do hạn chế về kinh tế và kỹ thuật nên sự đầu tƣ phát triển, cải tiến
và ứng dụng các dạng khối phủ mới ở nƣớc ta cịn rất nhiều hạn chế. Hầu hết các cơng
trình đê chắn sóng và bảo vệ bờ hiện nay đều sử dụng các dạng khối phủ truyền thống
Tetrapod. Ƣu điểm của dạng khối phủ truyền thống này là dễ chế tạo nhƣng tính năng
ổn định thấp nên hiệu quả kinh tế chƣa cao. Trong bối cảnh hội nhập và chiến lƣợc
quốc gia về tăng trƣởng về kinh tế biển nhƣ hiện nay thì việc ứng dụng các dạng cấu
kiện tiêu sóng mới, có tính năng ổn định tốt đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao hơn
và phù hợp với điều kiện ở nƣớc ta do vậy là hết sức cần thiết.
Nằm trong xu thế phát triển chung của công tác nghiên cứu phòng chống thiên tai và
bảo vệ bờ biển ở thế giới, khối phủ RAKUNA IV là dạng kết cấu mới của Nhật Bản
đƣợc phát minh vào năm 2007. Ở Nhật Bản, RAKUNA IV đã đƣợc nghiên cứu ứng
dụng cho nhiều cơng trình đê chắn sóng và bảo vệ bờ biển nhƣng tất cả đều ở dạng đê
hỗn hợp ngang (kết hợp với thùng chìm), điều kiện sóng vỡ và không tràn. Hiện nay

2


việc phát hiện các tính năng ổn định của RAKUNA IV trong các điều kiện thủy lực
khác nhau cũng đang thu hút đƣợc nhiều mối quan tâm nghiên cứu ở nhiều nơi trên thế
giới nhƣ Việt Nam, Hàn Quốc ...Tuy nhiên, chƣa có cơng trình nghiên cứu nào về
đánh giá ổn định và hiệu quả tiêu giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV cho đê

chắn sóng đá đổ mái nghiêng.
Xuất phát từ những lý do nêu tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá ổn định và
hiệu quả tiêu giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV cho đê chắn sóng đá đổ
mái nghiêng” hồn tồn mang tính thời sự và cấp thiết.

2.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu sự ổn định và hiệu quả tiêu giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV cho
đê đá đổ mái nghiêng trong điều kiện sóng tràn bằng mơ hình vật lý. Từ đó đề xuất
ứng dụng loại khối phủ này trong xây dựng đê chắn sóng mái nghiêng ở Việt Nam.

3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu



Đối tƣợng nghiên cứu: Khối phủ RAKUNA IV trên đê chắn sóng đá đổ mái

nghiêng khi có sóng tràn.


Phạm vi nghiên cứu: Ổn định của khối phủ RAKUNA IV 02 lớp ở mái phía

biển của đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng khi có sóng tràn.

4.

Phƣơng pháp nghiên cứu

Để giải quyết mục tiêu nghiên cứu ở trên, luận án sử dụng tổng hợp một số phƣơng
pháp nghiên cứu sau đây:


Phƣơng pháp thống kê: phân tích hệ thống các tài liệu đã có nhằm tổng kết và

kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về vấn đề ổn định của khối phủ
trên đê đá đổ mái nghiêng;


Phƣơng pháp thí nghiệm mơ hình vật lý trong máng sóng về 02 vấn đề: ổn định

của khối phủ RAKUNA IV ở mái đê phía biển trong điều kiện có sóng tràn và tính
năng chiết giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV;


Phƣơng pháp mơ hình tốn;



Phƣơng pháp chuyên gia.

3


5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn



Ý nghĩa khoa học:

Luận án đã tiến hành nghiên cứu thí nghiệm mơ hình vật lý đánh giá đƣợc mức độ ảnh
hƣởng của sóng tràn đến sự gia tăng ổn định của khối phủ RAKUNA IV ở mái đê phía
biển. Kết hợp mơ hình tốn làm sáng tỏ bản chất vật lý về tính năng chiết giảm sóng
tràn của khối phủ RAKUNA IV thơng qua hệ số chiết giảm sóng tràn.


Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể áp dụng để tham khảo tính tốn thiết kế các
cơng trình biển nói chung và các cơng trình đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng nói riêng
nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ thuật.

6.

Những đóng góp mới của luận án

- Xây dựng đƣợc công thức thực nghiệm (công thức 3.6) để tính tốn mức độ gia tăng
ổn định của khối phủ RAKUNA IV trên đê mái nghiêng khi có sóng tràn;
- Xác định đƣợc hiệu quả và đặc tính tiêu giảm sóng tràn của khối phủ RAKUNA IV
thơng qua hệ số chiết giảm γr (công thức 3.8) và sự liên hệ của nó với số Iribaren
m1,0;
- Lý giải đƣợc bản chất vật lý của hiệu ứng "đệm nƣớc" ảnh hƣởng đến tính năng tiêu
giảm sóng tràn.

7.

Cấu trúc của luận án

Ngồi phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án gồm 4 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu về ổn định và hiệu quả giảm sóng tràn của khối
phủ;
Chƣơng 2: Nghiên cứu trên mơ hình vật lý về ổn định thủy lực của khối phủ
RAKUNA IV khi có sóng tràn;
Chƣơng 3: Nghiên cứu sự ổn định và tính năng giảm sóng tràn của khối phủ
RAKUNA IV;
Chƣơng 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu thiết kế lớp phủ đê chắn sóng cảng Nghi
Sơn - Thanh Hóa.

4


CHƢƠNG 1

1.1

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU
QUẢ GIẢM SÓNG TRÀN CỦA KHỐI PHỦ

Sơ lƣợc lịch sử phát triển và phân loại khối phủ

1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển khối phủ
Trƣớc những năm 1950, khối phủ dùng cho đê chắn sóng đá đổ mái nghiêng là
các khối đá hộc hoặc khối bê tơng hình hộp. Các cơng trình bảo vệ cảng lúc đó
thƣờng có mái dốc thoải, trọng lƣợng của khối phủ lớn và chúng ổn định đƣợc chủ
yếu là nhờ trọng lƣợng bản thân, loại khối này có ƣu điểm là độ bền cao, giá

thành rẻ, dễ chế tạo, lƣu trữ và thi công. Tuy nhiên, độ ổn định thủy lực của chúng
thấp và thƣờng chỉ ứng dụng cho một loại hình cơng trình nhất định. Các khối gần
nhƣ đƣợc xếp thành lớp đặc cứng gây ra áp lực dƣ lỗ rỗng và có xu hƣớng bị nhấc
ra khỏi vị trí ban đầu.
Sau năm 1950, nhiều trung tâm thí nghiệm thủy lực trên thế giới đã nghiên cứu và
sáng chế ra những loại khối phủ mới có hệ số ổn định cao cho đê chắn sóng đá đổ
mái nghiêng nhằm giảm trọng lƣợng khối phủ và giá thành xây dựng.
Sự ra đời của khối phủ Tetrapod (bởi SOGREAH) tại phịng thí nghiệm thủy lực
Dauphinois ở Grenoble vào năm 1950 khởi đầu cho sự nghiên cứu và phát triển
các dạng cấu kiện tiêu sóng mới ở nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ: Tribar (1958),
Stabit (1961), Tripod (1962), Akmon (1962), Dolosse (1963), Anifer Cube
(1973), Accropode (1981, SOGREAH), Core-loc (1994), X-block (2003),
RAKUNA IV (2007),... Những dạng khối phủ này có tính năng phù hợp với
những điều kiện sóng khác nhau, đáp ứng ngày càng tốt hơn những yêu cầu thực
tế khó khăn và đa dạng của cơng tác xây dựng cảng nƣớc sâu và cơng trình bảo vệ
bờ biển. Q trình phát triển các loại khối phủ đƣợc tóm tắt ở Bảng 1.1 [13].

5


Bảng 1.1 Sơ lƣợc quá trình phát triển của các loại khối phủ

6


1.1.2 Phân loại khối phủ
Khối phủ dị hình có thể đƣợc phân loại dựa vào hình dạng khối, cách xếp khối, số
lớp và yếu tố ổn định. Phân loại loại khối phủ theo các tiêu chí này đƣợc thống kê
ở Bảng 1.2.
Bảng 1.2 Phân loại khối phủ theo hình dạng, cách xếp, số lớp và yếu tố ổn định [13]

Kiểu xếp

Số lớp

Hình dạng

Đơn giản
02
Phức tạp

Xếp rối

01

Đơn giản

Yếu tố ổn định
Tự trọng

01

Ma sát

Lập phƣơng;
Antifer; Lập
phƣơng cải biên
Tetrapod; Akmon; Tribar; Tripod
Stabit; Dolos
Lập phƣơng

Phức tạp
Xếp đều

Liên kết

A-Jack;
Accropode; Core loc
Accropode

Đơn giản

Seabee; Hollow
square;

Phức tạp

Cob; Shed

- Theo hình dạng gồm khối thanh mảnh và khối rỗng. Với khối thanh mảnh, độ ổn
định thủy lực chủ yếu là nhờ tính cài nối giữa chúng. Đối với loại khối rỗng thì ổn
định thủy lực chủ yếu nhờ vào trọng lƣợng bản thân của khối.
- Theo cách xếp: khối phủ có thể đƣợc xếp rối hoặc xếp đều. Xếp rối dùng cho các
khối lớn để đảm bảo đƣợc độ rỗng giữa các lớp, dễ thi công do không phải định vị
chính xác vị trí từng khối. Xếp đều dùng cho các khối có hình dạng đơn giản.
- Theo số lớp: khối phủ có thể đƣợc xếp 01 lớp hoặc 02 lớp. Van der Meer (1988) [34]
dựa trên các kết quả thí nghiệm mơ hình tỉ lệ nhỏ đã so sánh đặc tính ổn định của khối
phủ 01 lớp và 02 lớp. Với khối phủ 01 lớp có ổn định ban đầu cao nhƣng một khi xuất
hiện hƣ hỏng thì hƣ hỏng lại phát triển rất nhanh theo kiểu lan truyền do khơng có tính
tự hàn gắn (phá hoại giịn). Ngƣợc lại, với khối phủ 02 lớp mặc dù ổn định ban đầu
thấp nhƣng khoảng cách từ lúc bắt đầu hƣ hỏng đến lúc hƣ hỏng khá xa bởi có tính tự

hàn gắn cao. Do vậy, có thể nói khối phủ 02 lớp có đặc tính làm việc đem lại sự an
tồn cao hơn cho cơng trình. Trong thực tế, khối phủ 01 lớp tiết kiệm bê tông hơn

7


nhƣng lại tốn nhiều đá hơn thậm chí khối lƣợng viên đá cần phải lớn hơn nhiều. Do
vậy, khi nguồn cung cấp đá bị hạn chế thì việc sử dụng khối phủ 02 lớp vẫn chiếm ƣu
thế. Ngoài ra, đê chắn sóng với khối phủ 01 lớp khơng cho phép sóng tràn qua. Trong
phạm vi nghiên cứu của luận án, tác giả chủ yếu đề cập đến đặc tính ổn định của khối
phủ 02 lớp.
1.2

Ứng dụng khối phủ dị hình ở Việt Nam

Phần lớn các cảng nƣớc sâu và cảng đảo nằm xa đất liền ở nƣớc ta đều có hệ
thống đê chắn sóng bảo vệ khu nƣớc bên trong nhƣ cảng Nghi Sơn; Cửa Lò; Vũng
Áng; Tiên Sa; Dung Quất... Một số cơng trình đê chắn sóng tiêu biểu với những
thơng số kết cấu chính đƣợc thể hiện trong bảng 1.3.
Bảng 1.3 Một số thơng số chính về đê chắn sóng của một số cảng biển tiêu biểu
Thơng số
Cảng

Sóng thiết kế
Cao trình
đỉnh đê (m)

Dạng kết cấu

Chiều

cao đê
trung
bình (m)

Chiều cao
Hs (m)

Chu kì
Tp(s)

Lạch Huyện

5,8-9,6

13,3

+2.0; +6,5

Mái nghiêng - Tetrapod (4,4 ÷ 13)T

6,0; 6,5

Nghi Sơn

6,5-7,8

10,1

+6,0; +9,0

Mái nghiêng - Tetrapod (11 ÷ 15)T

9,0

Của Lị

7,0-8,0

9,5

+3,0

Mái nghiêng - Tetrapod 7T

6,0

Vũng Áng

5,0-6,0

8

+8,5

Mái nghiêng - Tetrapod (11 ÷ 31)T

20,0

Thuận An

6,9

8,4

+1,0; +2,7

Mái nghiêng - Tetrapod 20T; Haro 6,4T

6÷7

Chân Mây

7,2

9,5-12

+7,0

Mái nghiêng-Accropode (11 ÷ 40)T

20,0

Tiên Sa

6,0-7,5

10,1

+5,2; +6,2

Mái nghiêng - Tetrapod (16 ÷ 25)T
Thùng chìm - (20x18 x10,5)m

16,0

Dung Quất

9,86

9,32

+8,0; +10,0

Mái nghiêng - Accropode (4,6 ÷ 27,6)T

24,0

Vĩnh Tân

6,0-7,2

10,2

+6,8

Mái nghiêng - Tetrapod (5,0 ÷9,7)T

14,0

Bình Thuận

5,5-7,0

9,8

+7,0

Mái nghiêng - Accropode 36T

20,0

Nguồn: Tổng công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông Vận tải TEDI.

8


Từ bảng 1.3 cho thấy phần lớn khối phủ sử dụng ở nƣớc ta là loại khối phủ Tetrapod
có trọng lƣợng từ 4 đến 31 tấn hoặc đƣợc sử dụng kết hợp với một số loại khối phủ
khác nhƣ Haro (đê chắn sóng Thuận An); thùng chìm (đê chắn sóng Tiên Sa). Đây là
loại khối phủ truyền thống, có tính ổn định thấp nhƣng vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi
trong thiết kế và thi cơng các cơng trình đê chắn sóng bởi ƣu điểm cơ bản là dễ chế tạo
và khơng mất phí tác quyền (Hình 1.1 và Hình 1.2). Chỉ có 03 cơng trình đã sử dụng
cấu kiện Accropode bảo vệ mái cho đê chắn sóng đó là: Cảng Chân Mây – Thừa Thiên
Huế, cảng Dung Quất – Quảng Ngãi, cảng Kê Gà – Bình Thuận (Hình 1.3).

Hình 1.1 Đê chắn sóng ở Cơ Tơ – Quảng Ninh
[Nguồn: Internet]

Hình 1.2 Đê chắn sóng Tiên Sa-Đà Nẵng
[Nguồn: Internet]

Hình 1.3 Khối phủ Accropod đƣợc sử dụng tại Đê chắn sóng cảng Dung Quất Quảng Ngãi [Nguồn: Internet]
1.3

Tổng quan nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ

Iribarren (1938) đã đặt nền móng cho việc nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ
trên mái dốc từ sự cân bằng đơn giản giữa các lực tác dụng [13].
H
 K (tan  cos   sin  )
Dn

(1.1)

9


Với  là góc nội ma sát của lớp phủ, α là góc nghiêng của mái dốc, và K là hệ số phụ
thuộc chủ yếu vào hình dạng của khối phủ và mức độ hƣ hỏng, H là chiều cao sóng.
Kể từ đó, hàng loạt các nghiên cứu về ổn định của khối phủ trên đê mái nghiêng phát
triển và cho ra các công thức khác nhau nhƣ: Tyrel (1949), Mathews (1951), Rodolf
(1951), Iribarren và Nogales (1950), Larras (1952), Hedar (1953)... [13].
Xuất phát từ nghiên cứu của Iribarren, Hudson (1959) đƣa ra cơng thức tính tốn ổn
định cho viên đá dƣới tác động của sóng đều, trong đó ổn định của viên đá đƣợc miêu
tả thông qua một hệ số ổn định KD (gọi là hệ số Hudson) [13]:
W

s H 3
3



K D  s  1 cot 
 w


(1.2)

SPM (1977) [31] đã mở rộng công thức Hudson thành dạng tổng quát áp dụng cho
khối phủ nói chung (đá và khối bê tơng dị hình) với sóng ngẫu nhiên, trong đó kích
thƣớc của khối phủ đƣợc biểu thị thơng qua một đại lƣợng đó là đƣờng kính danh
nghĩa Dn.
Ns 

H1/3
1/3
  K D cot  
Dn

(1.3)

Trong đó: Ns - Chỉ số ổn định (-); H1/3 - Chiều cao sóng ý nghĩa (m); D - Khối lƣợng
riêng tƣơng đối (-); Dn - Đƣờng kính danh nghĩa của khối phủ (m); α - Góc nghiêng
của mái dốc (o); KD - Hệ số ổn định Hudson đã đƣợc thống kê cho nhiều loại khối phủ
bê tơng dị hình khác nhau (Bảng 1.4).
Bảng 1.4 Hệ số ổn định KD (SPM-1977) [31]

Khối phủ

Số lớp

Thân đê

Đầu đê

KD

KD

Sóng vỡ

khơng vỡ

Sóng vỡ

khơng vỡ

Đá góc cạnh

1

**

2,9

**

2,3

Đá góc cạnh

2

3,5

4,0

2,5*

2,8*

Đá góc cạnh

3

3,9

4,5

3,7*

4,2*

Tetrapod

2

7,2

8,3

5,5*

6,1*

Dolos

2

22,0

25,0

15,0

16,5*

Cube

2

6,8
7,8
5,0
** khơng nên dùng * giá trị có thay đổi theo độ dốc mái đê

10


Nhằm nâng cao mức độ an tồn cho cơng trình, SPM (1984) [32] đã đề xuất lấy chiều

cao sóng tính tốn trong cơng thức Hudson là H1/10 thay cho H1/3. Hệ số ổn định
Hudson KD theo đó mà cũng đƣợc cập nhật lại (Bảng 1.5).
Bảng 1.5 Hệ số ổn định KD (SPM-1984) [32]

Khối phủ

Thân đê

Đầu đê

KD

KD

Số lớp
Sóng vỡ

Khơng vỡ

Sóng vỡ

khơng vỡ

Đá góc cạnh

1

**

2,9

**

2,2

Đá góc cạnh

2

2,0

4,0

1,6*

2,8*

Đá góc cạnh

3

2,2

4,5

2,1*

4,2*

Tetrapod

2

7,0

8,0

4,5*

5,5*

Dolos

2

15,8

31,8

8,0

16,0*

Cube

2

6,5

7,5

-

5,0

Akmon

2

8

9

-

-

Accropode

1

12

15

-

-

** khơng nên dùng * giá trị có thay đổi theo độ dốc mái đê

Ƣu điểm của công thức Hudson là đơn giản, dễ sử dụng nhƣng chƣa đề cập đến độ
thấm của lõi đê, chu kì sóng, thời gian bão....Để khắc phục nhƣợc điểm của Hudson,
Van der Meer (1988) [33][34][35] [36] đã tiến hành thí nghiệm với sóng ngẫu nhiên
và đề xuất cơng thức thực nghiệm tính ổn định cho đá và một số loại khối phủ dị
hình có kể đến chu kì sóng, tính thấm và thời gian bão (Bảng 1.6). Trong nghiên cứu
về ổn định của khối phủ, Van der Meer ln tìm thấy sự phụ thuộc chặt chẽ giữa chỉ
số ổn định Ns với mức độ hƣ hỏng thông qua diện tích xâm thực tƣơng đối S (khối
phủ là đá) hoặc số khối dịch chuyển tƣơng đối Nod (khối phủ là các khối bê tơng dị
hình), thời gian bão thơng qua số con sóng Nz và chu kì sóng hay độ dốc sóng som.

11


Bảng 1.6 Cơng thức tính tốn ổn định khối phủ của Van der Meer (1988) [34][35][36]
Loại khối

Công thức

Phạm vi áp dụng
0.2

 S 
Hs
0.5
 6.2 P 0.18 
 


 Dn50

 Nz 

Đá đổ 02 lớp,
không tràn

0.2

 S 
Hs
P
 1.0 P 0.13 
  cot 


 Dn50
 Nz 

Khối lập phƣơng

Ns 

02 lớp, không
tràn

Tetrapod 02 lớp,

Hs
0.4
0,1
 (6,7 N od

/ N z0,3  1,0) som
Dn

H
0,2
N s  s  (3,75 N od0,5 / N z0,25  0,85) som
Dn

không tràn

Ns 

Hs
0,2
 (3,75 N od0,5 / N z0,25  0,85) som
 0,50
Dn

Sóng nhảy vỡ
Sóng dâng (khơng
vỡ

Sóng khơng vỡ

Sóng khơng vỡ,
khơng kể đến cơ
chế đá nhảy
Sóng khơng vỡ, có
kể đến cơ chế đá
nhảy

Trong đó: Ns - Chỉ số ổn định (-); Hs- Chiều cao sóng tại chân cơng trình (m); D Khối lƣợng riêng tƣơng đối (-); Dn - Đƣờng kính danh nghĩa (m); α - Góc nghiêng
của mái dốc ( o); Nod - Số khối dịch chuyển tƣơng đối (khối); S: Diện tích xâm thực
tƣơng đối (-); Nz - Số con sóng (-); S om - Đại lƣợng mang ý nghĩa độ dốc
sóng: S om 

HS
; Lom - Chiều dài sóng nƣớc sâu tính theo chu kỳ trung bình T m.
Lom

Ngồi ra cịn có một số học giả khác cũng nghiên cứu ổn định của khối phủ dị hình
trong điều kiện áp dụng nhất định nhƣ Burcharth (1992) [13], Hanzawa (1996)
[13][18], Mase và nnk (2011) [25], Tuấn và nnk (2012) [30], các công thức đƣợc
thống kê ở Bảng 1.7. Qua đó cho thấy, với đê hỗn hợp ngang thì Hanzawa [13] và
Mase [25] khơng tìm thấy sự phụ thuộc của chỉ số ổn định Ns với chu kỳ sóng Tm,
cịn sự phụ thuộc vào N od/Nz0,5 thì tƣơng tự nhƣ Van der Meer.
12


Bảng 1.7 Cơng thức tính tốn ổn định khối phủ của một số tác giả [13][25][30]
Tác giả

Loại khối

Burcharth
(1992)

Dolos phủ
02 lớp

Hanzawa
(1996)

Tetrapod02
lớp

NS 

HS
1/ 3
 47  72r  n2 D1 / 3 N z0,1  17  26r  n2/ 23 N od
N z0,1
Dn

N 
H
N S  S  2,32 0od,5 
Dn
 Nz 
 N 
Hs
 2.46  od0.5 
Dn
 Nz 

Mase
(2011)

 1.38

 1,33

Dùng cho
đê hỗn hợp
ngang

Sóng khơng vỡ

Rakuna IV
02 lớp

Rakuna IV
02 lớp

0, 2

Sóng vỡ và
khơng vỡ

0.2

 N 
Hs
 a  od0.5 
Dn
 Nz 

Tuấn và
nnk
(2012)

Phạm vi áp
dụng

Cơng thức

Sóng vỡ, a và b là các

0.2

b

Đê hỗn
hợp ngang

hệ số xác định từ các số
liệu thí nghiệm


 N
Hs
  3.73  od
 N
Dn 
z









0.5


 1.39  s0m0.2



Đê mái
nghiêng,
khơng kể
đến cơ chế
đá nhảy

Trong đó: r - Tỷ số eo của dolos;  - Mật độ xếp khối; D - Số khối tƣơng đối bị dịch
chuyển một khoảng bằng chiều cao khối (với 2% thì D = 0,02).
Các công thức trong Bảng 1.6 và Bảng 1.7 đều áp dụng trong trƣờng hợp đê chắn sóng
khơng có sóng tràn. Khi đê có sóng tràn thì một phần năng lƣợng sóng sẽ chuyển qua
đỉnh đê và mái phía sau làm cho mái phía trƣớc trở nên ổn định hơn. Mức độ gia tăng
này đã đƣợc De jong (1996) [15] nghiên cứu với khối Tetrapod phủ 02 lớp trên đê
chắn sóng đá đổ mái nghiêng bằng các thí nghiệm mơ hình máng sóng. Cũng kế thừa
cơng thức tính tốn ổn định cho Tetrapod của Van der Meer (1988) [34], De jong
(1996) [15] đƣa ra công thức nhƣ sau:
Ns 

Hs
0,2
 (3,75 N od0,5 / N z0,25  0,85) som

f  Rc / Dn 
Dn

(1.4)

Trong đó: f(Rc/Dn) là hệ số gia tăng ổn định khối phủ ở mái trƣớc do sóng tràn,
f(Rc/Dn) là một hàm số phụ thuộc vào Rc/Dn, f(Rc/Dn) ≥ 1 và đƣợc xác định nhƣ sau:
13