Đề tài Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam

Trọng lượng riêng của vật liệu (KN/m3); γ - Trọng lượng riêng của nước (KN/m3). Bảng 7.3: Hệ số Kmh 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 1.5 0.426 0.261 0.13 0.08 0.054 2.0 0.354 0.198 0.087 0.043 0.031 2.5 0.332 0.18 0.076 0.041 0.026 3.0 0.322 0.171 0.07 0.037 0.023 3.5 0.314 0.166 0.067 0.035 0.021 4.0 0.310 0.162 0.0065 0.034 0.020 Bảng 7.4: Hệ số Kb Ls/Hs 10 15 20 25 30 Kb 0.081 0.122 0.162 0.202 0.243 Chú ý: - Cần dựng đứng các viên đá khi xếp khan. - Tính toán theo cả hai công thức 7-5 và 7-6 và lấy kết quả lớn hơn để thiết kế. - Lớp phủ mái bằng tấm bê tông Khi thiết kế gia cố mái đê biển bằng tấm bê tông hoặc tấm BTCT, trước hết cần căn cứ vào lực đẩy nổi dưới tác dụng của sóng để xác định chiều dày của bản, sH h m Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 14 sau đó dựa trên tính toán áp lực sóng của các trường hợp bất lợi để xác định nội lực và bố trí cốt thép theo phương pháp bản trên nền đàn hồi. + Theo qui phạm Liên Xô cũ đề nghị dùng công thức sau để tính toán chiều dày tấm dưới tác dụng của lực đẩy nổi: m m S LCHt b s s 2 3 107,0 +−= γγ γ (7-5) Trong đó, t - Chiều dày của tấm bê tông; C - Hệ số, C = 1.0 đối với tấm lớn nguyên khối, C = 1.1 đối với tấm bê tông lắp ghép; S - Chiều dài (m) cạnh của tấm theo phương vuông góc với đường mép nước (tức theo phương mái dốc); γ - Trọng lượng riêng của nước (kN/m3); γb - Trọng lượng riêng của tấm bê tông (kN/m3); m = c.tgα: Hệ số mái dốc; LS - Chiều dài sóng (m); HS - Chiều cao sóng, tính theo sóng Hs1% (m). + Tính theo công thức trong quy phạm thiết kế đê Trung Quốc (GB50286-98) δB = η.Hs. ml L t s B . .γγ γ − (7-6) Trong đó: δB - chiều dày tấm bản bê tông (m); η- hệ số: η = 0,0075 đối với bản lát khan; η = 0,10 đối với bản phần trên lát khan, phần dưới chít mạch; Hs- chiều cao sóng tính toán (m), lấy Hs1%; Ls- chiều dài sóng (m); Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 15 lt - chiều dài cạnh tấm bê tông theo phương vuông góc với đường mép nước (m); m - hệ số mái dốc; γB, γ - trọng lượng riêng của bê tông và của nước (T/m3). + Tính theo công thức Pilarczyk, K.W δB = 3 2 .. r B s IH γγ γ ϕ − (7-8) Trong đó, Hs - chiều cao sóng có ý nghĩa, lấy Hs1/3 (m); Ir - hệ số Iribarren, xác định theo công thức Van der Meer, Ir < 3. ϕ - hệ số phụ thuốc hình dạng và cách lắp đặt các cấu kiện, theo bảng 7.3 Bảng 7.3. Hệ số ϕ theo cấu kiện và cách lắp đặt Loại cấu kiện và cách lắp đặt ϕ Tấm lát đặt nằm 4 ÷ 4,5 Tấm lát đặt trên lớp Geotextile và nền đất sét tốt 5 Tấm lát tự chèn 6 Tấm lát tự chèn đặt trên lớp đệm tốt 8 Tính toán độ dày theo công thức (7-6) và (7-8), chọn kết quả lớn hơn để thiết kế. + Đối với tấm bản lắp ghép ở lân cận đường mép nước chịu áp lực đẩy nổi lớn nhất, đề nghị xét them ảnh hưởng của dòng chảy hàm khí. Chiều dày tấm bản bê tông lắp ghép được tính như sau: ωαγ γ α 3,0cos )/( 66,0 4 32 −×= b ss S HSH t (7-9) Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 16 Trong đó, – chiều cao sóng trung bình (m); HS – Chiều cao sóng, tính theo HS 1% (m); ω – Hệ số no của tải trọng, xác định theo bảng 7.6; α – Góc nghiêng mái đê; S – Chiều dài cạnh của tấm theo phương vuông góc với đường mép nước (m) γb, γ- trọng lượng riêng của bê tông và của nước (T/m3). Bảng 7.6. Hệ số ω theo tỉ số S /Hs S/Hs ≤ 1.0 1.2 ÷ 1.5 2.2 ÷ 2.8 2.5 ÷ 4.3 ≥ 5 ÷ 6 ω 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 C. Các loại cấu kiện lát mái bằng bê tông đúc sẵn Các loại cấu kiện lát mái thường dùng được thống kê trong bảng sau: Loại cấu kiện Hình dạng Cấu tạo bề mặt trực tiếp với sóng Phương thức liên kết Hình Tấm lát độc lập - Chữ nhật - Lục lăng - Chữ T - Trơn - Khuyết lõm - Mố lồi - Lỗ thoát nước Ghép cạnh nhau 7.16 Tấm lát liên kết mảng - Chữ nhật - Lục lăng - Trơn - Mố lồi - Lỗ thoát nước - Xâu cáp - Rãnh, hèm - Âm dương 7.17 Hình 7.16 và 7.17 là một số loại bản bê tông đúc sẵn lát độc lập hoặc có cơ cấu tự chèn, liên kết mảng sử dụng cho mái đê biển. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 17 - Tấm lát độc lập a) b) d) c) f) e) Gê nh« Lç tho¸t n−íc Hình 7.16. Một số loại kết cấu bê tông đúc sẵn ghép độc lập trên mái đê a. Tấm chữ nhật có gờ nhô b. Tấm chữ nhật có khuyết lõm c. Tấm chữ T d. Tấm chữ nhật lỗ mắt cáo e. Tấm lục lăng có gờ nhô f. Tấm lục lăng có lỗ thoát nước - Tấm lát liên kết mảng B B B-B A A-Aa) b) c) d) e) A Hình 7.17. Kết cấu bê tông đúc sẵn có cơ cấu tự chèn, liên kết mảng a. Chèn lệch, mặt phẳng b. Chèn lệch, mặt có lỗ c. Chồng bậc thang d. Xâu cáp e. Móc mang Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 18 Trọng lượng tấm bê tông đúc sẵn tính theo công thức ( 7.10 ), chiều dày các tấm bêtông tính theo công thức (7.11). Tấm có hình lục lăng, chữ T thường dùng ở mái đê dốc hơn so với tấm có hình chữ nhật. Cách lát: Tấm lục lăng đặt góc nhọn theo chiều mái dốc như trên hình (7.16e, 7.16f) tấm chữ nhật đặt mạch ghép so le. Lỗ thoát nước có kích thước nhỏ hơn 0,8 đường kính đá lớp đệm, có thể dùng lỗ hình loe (dưới nhỏ trên to). D. Lỗ thoát nước và khe biến dạng - Tác dụng lỗ thoát nước Giảm áp lực đẩy ngược lên kết cấu kè. Đối với loại gia cố mái kín nước như đá xây, bê tông đổ tại chỗ cần trừ lỗ thoát nước ở phần mái ngập nước. - Cách bố trí lỗ thoát nước Bố trí theo hình hoa mai, đường kính lỗ 5 ÷ 10 cm; khoảng cách ngang dọc giữa các lỗ từ 2÷3 m. - Khe biến dạng bố trí cho kết cấu gia cố mái loại kín nước, cách nhau từ 15÷20 m dọc theo hướng trục đê. 7.4.1.3. Thiết kế tầng đệm, tầng lọc Giữa kết cấu kè và đất nhất thiết phải bố trí kết cấu chuyển tiếp, vừa làm nhiệm vụ tầng đệm, tầng lọc ngược, vừa làm nhiệm vụ tiêu hao năng lượng sóng khi đi qua lớp phủ, bảo vệ vật liệu lõi khi có bão vừa phải, khi thi công. A. Thiết kế tầng lọc ngược truyền thống Tầng lọc ngược truyền thống được cấu tạo bằng các lớp cát, sỏi, đá có cấp phối, có độ dày từng lớp, có tính thấm nước đảm bảo yêu cầu bảo vệ được đất thân đê, đất nền hoặc đất mái dốc bờ. Yêu cầu cấu tạo và nội dung tính toán trong thiết Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 19 kế cần tuân theo quy phạm thiết kế tầng lọc ngược công trình thủy lợi (QPTL-C5- 75). - Tầng lọc ngược phải thõa mãn điều kiện (theo TCN 130-2002): > 5 20 > > 5 (7-15) > 20 Trong đó, d là đường kính hạt của lớp ngoài, là đường kính hạt của lớp trong liền kề: + Có đường cong phân bố hạt của các lớp lọc phải gần song song với đường cong phân bố hạt của đất bờ. + Trong trường hợp mái đê gia cố bằng các tấm bê tông, lớp trên cùng của tầng lọc ngược cần có d50 > rD, với rD là chiều rộng khe hở giữa các tấm bê tông. - Chiều dày của mỗi lớp lọc δo được xác định theo công thức δo = 50.d15 (7-16a) Hoặc lấy theo kinh nghiệm như sau: + Lớp trong: δo = ( 10 ÷ 15) cm + Lớp ngoài: δo = ( 15 ÷ 20) cm (7-16b) Lưu ý: Tầng lọc ngược chính qui thông thường gồm do 2 hoặc 3 lớp vật liệu không có tính dính tạo thành, đường kính chúng tăng dần theo phương dòng thấm (từ trong thân đê ra ngoài). Nếu sử dụng đá dăm (3÷5) cm làm vật liệu lọc cho đê đất có tính dính, độ dày của nó không nên nhỏ hơn (20÷30) cm. Khi dùng sỏi, đá vụn có cấp phối tự nhiên làm tầng lọc, chiều dài của các viên phiến thạch trong đá vụn phải nhỏ hơn 15cm, chiều dày tầng lọc không nhỏ hơn 50cm. Nếu thân đê được đắp bằng đất có hàm lượng cát cao, thì chiều dày tầng lọc cần tăng thêm, có khi đến 60÷90 cm. B. Thiết kế tầng lọc có sử dụng Geotextile Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 20 B.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của vải địa kỹ thuật dùng trong thiết kế lọc Trong tính toán vải lọc, thường sử dụng các thông số kỹ thuật của vải sau: (i) Độ dày tiêu chuẩn Độ dày của vải địa kỹ thuật có liên quan đến hệ số thấm, sức chịu chọc thủng và khối lượng của vải. Dưới áp lực khác nhau độ dày của vải có thể thay đổi. Vì thế, độ dày tiêu chuẩn của vải được xác định ở áp lực qui định là 2Kpa. Độ dày tiêu chuẩn của vải địa kỹ thuật được xác định theo 14 TCN 92-1996. (ii) Khối lượng đơn vị diện tích Là khối lượng tính bằng gam của 1 m2 vải, thí nghiệm theo tiêu chuẩn 14 TCN 93-1996. Chỉ tiêu này liên quan đến độ dày và độ rỗng của vải. Do đó, nó phản ánh gián tiếp khả năng thấm nước và sức chịu chọc thủng của vải. (iii) Độ bền chịu kéo Đặc trưng bằng lực kéo đứt trên 1 đơn vị bề rộng mẫu vải (KN/m). Xác định bằng các kéo mẫu có kích thước qui định với tốc độ kéo tiêu chuẩn cho đến khi đứt. Vải địa kỹ thuật có mô đun đàn hồi nhỏ nhưng tăng dần sẽ thích ứng tốt hơn với nền không bằng phẳng. (iv) Sức chịu chọc thủng Chỉ tiêu này biểu thị khả năng của vải tiếp thu các tải trọng động (như đá rơi trong quá trình thi công). Sức chịu chọc thủng đặc trưng bằng đường kính lỗ thủng của vải khi hướng một côn nhọn rơi từ độ cao nhất định. (v) Kích thước lỗ lọc của vải Đối với vải để lọc, đây là chỉ tiêu quan trọng nhất quyết định khả năng thấm nước và giữ đất của vải. Chỉ tiêu này thường được ký hiệu là 090; 095 hoặc Dw. Kích thước lỗ vải được xác định theo các tiêu chuẩn khác nhau, tùy từng nước. Tuy nhiên, kết quả thử theo các phương pháp này là tương đối giống nhau. (vi) Độ thấm xuyên Là khả năng vải địa kỹ thuật cho nước đi qua theo phương vuông góc khi chịu cột nước nhất định. Mỗi nước có cách thử khác nhau. Vì thế, chỉ có thể so sánh khi vải được thử trong cùng một điều kiện. Chú ý rằng các kết quả thí nghiệm độ Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 21 thấm xuyên của vải được xác định trong điều kiện dòng chảy đều (gradient thủy lực nhỏ hơn 2). (vii) Khả năng chịu tia cực tím và môi trường Chỉ tiêu này liên quan đến khả năng của vải chịu tác dụng của tia cực tím và nhiệt độ ánh nắng mặt trời. Nó được biểu thị bằng sự suy giảm cường độ kéo và độ dãn dài của vải sau khi bị chiếu tia cực tím. Khả năng vải địa kỹ thuật chịu tác động của cac môi trường khác nhau cũng được đánh giá bằng sự suy giảm cường độ kéo của vải sau khi ngâm mẫu trong môi trường đó. B.2. Một số lưu ý khi sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc - Geotextile đặt trực tiếp trên mái đê, cố định ở đỉnh đê và trải xuống tận chân khay, cần có biện pháp chống chọc thủng của rễ cây, sinh vật và nắng mặt trời. - Cần bố trí một lớp đệm đá dăm dày 10 ÷ 15 cm giữa vải địa kỹ thuật và lớp bảo vệ để tránh cho vải địa kỹ thuật không bị các khối đá to làm rách hoặc bịt kín. - Nếu trong thân đê, thành phần bột hoặc đất sét vượt qua 50%, dưới tác dụng của dòng chảy, các hạt mịn có thể lọt qua lỗ vải địa kỹ thuật hoặc nhét kín mắt vải làm cho áp lực thủy tĩnh trong thân để tăng lên. Ở trường hợp đó, có thể cần bố trí một lớp cát thô giữa đất thân đê và vải địa kỹ thuật, chiều dày khoảng (15÷20)cm. - Nên tùy theo thành phần hạt của đất thân đê, mái bờ dốc để lựa chọn loại hình vải lọc thích hợp theo 14 TCN 110 -1996: “Chỉ dẫn thiết kế và sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trong công trình thủy lợi”. B.3. Phương pháp thiết kế vải lọc (phương pháp đồ giải của NICOLON) Phương pháp này do hãng NICOLON (Hà Lan) đề xuất. Ứng dụng tính cho các loại đất rời, đất dính, đất phân rã và đất bụi bùn. Sơ đồ tính gồm 7 bước: Bước 1: Xác định yêu cầu lọc Bước 2: Xác định các điều kiện biên Bước 3: Xác định vải theo yêu cầu chặn đất Bước 4: Xác định vải theo yêu cầu thấm nước Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 22 Bước 5: Xác kiểm tra khả năng chống lấp tắc của vải Bước 6: Kiểm tra độ bền thi công của vải Bước 7: Xác định yêu cầu tuổi thọ của vải. Nội dung chi tiết từng bước như sau: Bước 1: Xác định yêu cầu lọc Chặn đất và thấm nước là hai yêu cầu trái ngược nhau, trong từng trường hợp cụ thể, cần xác định yêu cầu chủ đạo của tầng lọc. Chẳng hạn, khi vật liệu tiếp giáp có lỗ rỗng tương đối nhỏ (như bấc thấm) đòi hỏi tầng lọc có khả năng chặn đất cao. Ngược lại, khi vật liệu tiếp giáp có độ rỗng lớn (sỏi, dăm) thì tiêu chuẩn thấm nước và chống tắc phải được ưu tiên. Bước 2: Xác định điều kiện biên - Đánh giá áp lực tiếp giáp Áp lực tiếp giáp ảnh hưởng đến độ thấm của vải và độ bền của vải khi thi công - Định rõ điều kiện biên dòng chảy Điều kiện dòng chảy có thể ổn định hoặc động. Trong các trường hợp chống xói bảo vệ bờ biển, bờ sông, là những trường hợp ứng dụng điển hình trong điều kiện dòng chảy động. Bước 3: Xác định vải theo yêu cầu chặn đất Đối với dòng chảy động, chọn vải theo yêu cầu chặn đất được tiến hành theo sơ đồ hình 2.6 sau: (Hình 2.6 – 110-1996, P19) - Xác định thành phần hạt của đất Đường thành phần hạt của đất dùng để xác định các thông số của đất dùng cho tính toán chặn đất. - Xác định chỉ số dẻo Có thể xác định chỉ số dẻo Atterberg theo TCVN 4197-86. Xem hình 2.6. - Xác định tiềm năng phân rã của đất Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 23 Đối với đất hạt mịn có độ dẻo nhất định, dùng phép thử nghiệm theo ASTM D4221 để xác định tiềm năng phân rã của đất. Giá trị này (DHR) dùng để chọn vải theo sơ đồ trên hình 2.6. - Xác định kích thước lỗ vải theo yêu cầu chặn đất Dựa vào tính chất đất, theo sơ đồ hình 2.6 tìm được kích thước lỗ lọc (O95) của vải. Bước 4: Xác định vải theo yêu cầu thấm - Xác định độ thấm của đất (k) Độ thấm của đất xác định bằng thực nghiệm. - Trị số gradient thủy lực is thay đổi tùy theo loại công trình. Giá trị có thể lấy như sau: Mái bờ, tiếp xúc với dòng chảy: is = 1,0 Mái bờ, tiếp xúc với sóng: is = 10,0 - Xác định hệ số thấm tối thiểu cho phép của vải (kg). Theo Giroud 1988, hệ số thấm của vải được chọn phải thõa mãn yêu cầu sau: kg ≥ is.k (7.50) Giá trị hệ số thấm của vải có thể xác định bằng thực nghiệm hoặc lấy từ phiếu chất lượng xuất hàng. Giá trị kg có thể suy ra từ độ thấm của vải theo công thức: kg = ψ.t (7.50) Trong đó, Ψ – Độ thấm của vải, sec-1 t – Độ dày vải, cm. Bước 5: Kiểm tra khả năng chống lấp tắc Để giảm tối thiểu nguy cơ lấp tắc vải, phải đáp ứng yêu cầu sau: + Đối với vải không dệt, dùng loại vải có độ rỗng ≥ 30%. + Đối với loại vải dệt, dùng loại có diện tích các lỗ hổng ≥ 4% so với tổng diện tích bề mặt. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 24 Trong những trường hợp cần thiết, nên tiến hành thí nghiệm trong phòng để xác định khả năng lấp tắc của vải theo mức độ giảm hệ số thấm của vải. Bước 6: Kiểm tra độ bền thi công Vải phải có độ bền cần thiết tùy theo điều kiện thi công, có thể chọn theo bảng sau: Bảng 2.9. Yêu cầu độ bền thi công đối với vải địa kỹ thuật Tính chất của vải Điều kiện áp dụng Độ dãn dài, % Lực chọc thủng phương pháp ép pitong, lbs Lực kéo túm, lbs Áp lực tiếp xúc lớn (dăm nhọn, đầm chặt) 80 180 Lắp đặt bình thường (hệ thống tiêu) Áp lực tiếp xúc nhỏ (sỏi, cuội đầm nhẹ) 25 80 Áp lực tiếp xúc lớn (đá rơi từ độ cao >3m) 15 80 200 Lắp đặt khắc nghiệt (hệ thống chống xói) Áp lực tiếp xúc nhỏ (có đệm cát hoặc dăm, độ cao rơi < 3m) 15 40 90 Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 25 Bước 7: Xác định yêu cầu tuổi thọ Trong quá trình lắp đặt nếu vải bị phơi nắng trong thời gian dài thì phải dùng vải có hàm lượng muội than cao để chống lão hóa do tia cực tím. Trong các trường hợp tiếp xúc với hóa chất thì phải thí nghiệm cho từng trường hợp cụ thể trước khi quyết định chọn vải. 7.4.1.4. Thiết kế chân khay Để bảo vệ sự ổn định của khối gia cố mái, cần bố trí bệ đỡ tại vị trí nối tiếp giữa chân đê và bãi biển, gọi là chân khay. Tác dụng của chân khay chủ yếu là chống đỡ cho khối gia cố mái, giữ cho mái đê được ổn định. Đồng thời, chân khay cũng bảo vệ cho chân đê không bị sóng và dòng chảy moi xói. Loại hình và kích thước chân khay xác định theo tình hình xâm thực bãi biển, chiều cao sóng (Hs) và chiều dày lớp phủ mái δ. Chân khay gồm có hai loại: chân khay nông và chân khay sâu. 3Hs-4,5Hs (1 -2 )d d d 2Hs-3Hs (2 -3 )d d d (2-3)Hs d (2-3)Hs (2 -3 )d 2d 1H s a) b) c) d) e) 1:2 1:2 èng BTCT 1d §¸ héc §¸ d¨m V¶i läc V¶i läc §¸ d¨m §¸ héc §¸ héc §¸ héc §¸ héc V¶i läc §¸ d¨m §¸ d¨m V¶i läc V¶i läc §¸ d¨m Hình 7.18. Một số hình thức kết cấu chân khay - Chân khay nông (hình 7.18) Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 26 Chân khay nông áp dụng cho vùng bãi biển có mức độ xâm thực ít, chân khay chỉ chống đỡ dòng chảy do sóng tạo ra ở chân đê. Một số dạng chân khay nông bao gồm: + Chân khay thềm phủ cao (hình 7.18a) Đá hộc phủ phẳng trên chiều rộng từ 3 ÷ 4,5 lần chiều cao sóng trung bình (Hs), chiều dày từ 1 ÷ 2 lần chiều dày lớp phủ mái (δ). + Chân khay chôn trong đất (hình 7.18b) Đá hộc hình thành chân đế hình thang ngược. Áp dụng: Chân khay chôn trong đất thích hợp cho vùng đất yếu. + Dạng mố nhô (hình 7.18c) Lăng thể đá tạo thành con chạch viền chân đê, có tác dụng tiêu năng lượng sóng, giảm sóng leo, giữ bùn cát. Áp dụng: Chân khay dạng mố nhô thường áp dụng cho vùng bãi thấp. - Chân khay sâu Đối với những vùng biển xâm thực mạnh, để tránh moi hẫng khi mặt bãi bị xói sâu, chân khay sâu cắm xuống không nhỏ hơn 1m. Chân khay sâu có nhiều loại, thường dùng các loại sau: + Chân khay bằng cọc gỗ (hình 7.18d) Chân khay bằng cọc được dùng khi nền là đất dính dễ đóng cọc. + Chân khay bằng ống bê tông cốt thép hoặc bằng cọc BTCT (hình 7.18e) + Chân khay bằng ống buy (hình 7-19) Chân khay bằng ống buy bên trong chèn đá hộc, túi đất, hoặc túi cát được dùng khi đất nền là cát dễ hạ chìm ống buy (hình 7-19). Đường kính ống buy có thể từ 1 ÷ 2m. Khi dùng chân khay ống buy, nên dùng loại ống buy có biên dạng bên ngoài là hình đa giác 6 cạnh đều sẽ tăng diện tiếp xúc ở mối tiếp giáp giữa các ống buy, và vì thế ngăn ngừa được cốt đất nền thoát ra ngoài khi sóng rút. - Chân khay kiểu kết hợp Hình 7-19. Chân khay ống buy tròn Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 27 Có thể kết hợp giữa các kiểu chân khay nêu trên để phù hợp với điều kiện cụ thể của vị trí xây dựng. Hình 7-20 là ví dụ sự kết hợp của lăng thể đá đổ gia cố chân và đóng cọc, sử dụng trong vùng sóng gió lớn. Hình 7-20. Kết hợp chân kè bệ nổi và cọc bê tông cốt thép - Kích thước viên đá ở chân khay Đá dùng cho chân khay phải ổn định dưới tác dụng của dòng chảy do sóng tạo ra ở chân đê. Trọng lượng ổn định của viên đá ở chân kè mái đê biển Gd xác định dựa trên lưu tốc lớn nhất Vmax , có thể tham khảo trong bảng 7.13. Bảng 7.13. Trọng lượng ổn định viên đá theo Vmax Vmax (m/s) 2,0 3,0 4,0 5,0 Gd (kg) 40 80 140 200 Trong đó, Vận tốc cực đại của dòng chảy do sóng tạo ra ở chân đê được xác định: Vmax = (7-17) Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 28 Vmax là vận tốc cực đại của dòng chảy (m/s); Ls, Hs là chiều dài và chiều cao sóng thiết kế (m); h là độ sâu nước trước đê (m); g là gia tốc trọng lực (m/s2). - Cao trình đáy của chân khay - Cao trình đáy của chân khay được xác định cụ thể cho đoạn kè tại vị trí xây dựng. Về nguyên tắc, cao trình đáy của chân khay phải đủ thấp để phòng chống xói lở, đảm bảo an toàn cho kết cấu kè phía trên. - Không nên chủ quan, định tính khi quyết định cao trình thiết kế đáy của chân khay. Cần phải điều tra, dự báo xói lở lớn nhất tại vị trí xây dựng, bao gồm: đánh giá, dự báo xói lở tổng thể toàn vùng và xói lở cục bộ của khu vực xây dựng, từ đó xác định cao trình đáy chân kè cần thiết. Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 29 7.4.1.5. Tính toán ổn định công trình gia cố mái A. Tính ổn định tổng thể công trình gia cố mái đê Hình 7.19. Sơ đồ tính ổn định tổng thể công trình gia cố mái - Phương pháp tính (i) Giả thiết các độ sâu trượt khác nhau t, thay đổi B để tính ra hệ số ổn định trượt theo phương pháp cân bằng giới hạn và tìm ra mặt trượt nguy hiểm nhất. (ii) Hệ số ổn định của khối đất BCD (hình 7-19) được tính toán như sau: K = )cos(. )sin(..cos.sin. 322 32233333 αα ϕααααα + +++ P tgPtggG (7-10) P2 = G2.sinα2 - G2.cosα2.tgϕ - 2sin . α tC - P1.cos(α1 - α2) (7-11) P1 = G1.sinα1 - f1.cosα1 (7-12) Trong đó: f1- hệ số ma sát giữa các lớp gia cố và thân đê: trường hợp lớp gia cố đặt trực tiếp lên lớp vải gia cố hoặc lớp vải chống thấm thì chính là hệ số ma sát giữa lớp gia cố và mặt vải, được xác định thông qua thí nghiệm cắt trực tiếp; ϕ- góc ma sát của đất nền; c- lực dính của đất nền; t- độ sâu trượt giả thiết; G1- trọng lượng khối gia cố; Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 30 G2- trọng lượng khối đất trượt ABD; G3- trọng lượng khối đất trượt BCD. B. Tính ổn định nội bộ lớp gia cố 1α - 2αMN kiÖt ®¸y G1 P1G2 P2 a b c 1: m 1 1:m2 2 α 1 α Hình 7.20. Sơ đồ tính ổn định trượt nội bộ lớp gia cố mái Kết cấu gia cố không chắc chắn, hoặc chôn sâu khó xuất hiện mặt trượt tổng thể, thì phải xem xét tính ổn định nội bộ của khối công trình gia cố mái. Thông thường sự cố này hay xảy ra vào mùa kiệt. Khối gia cố và thân đê là hai loại vật liệu có cường độ chống cắt khác nhau. Khi mực nước thấp thường hay xả ra theo mặt tiếp xúc có cường độ chống cắt yếu (hình 7.24). Giả thiết mặt trượt đi qua giao điểm giữa mực nước trước công trình và mặt nứt trượt của chân đê. Mặt trượt là mặt gẫy khúc abc. Phía trên điểm gẫy b, khối gia cố sản sinh lực gây trượt, dựa vào lực ma sát của phần bờ phía dưới để cân bằng. Hệ số ma sát của khối đê cần thiết để duy trì trạng thái cân bằng giới hạn f2 được tính toán theo công thức: a1f22-a2f2+a3=0 (7-21) 2 1 212 1 1 2 3 2 1 12 2 1 2 1 122 1 1 22 2 2 1 121 1 1 .11 1 ).( 1 1 1 )( m mmm G Ga m mmmn m mmm G Gma m mmnma + +++= + ++ + −++= + −= Trong đó: n = f1/f2; f1 - hệ số gia cố mái với đất đê; Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 31 f2 - hệ số ma sát trong giữa vật liệu gia cố mái. Hệ số ổn định của lớp gia cố mái đước tính như sau: 2f tgK ϕ= (7-22) Với ϕ là góc ma sát trong của khối gia cố. C. Tính ổn định lớp g