Dự thảo hướng dẫn thiết kế đê biển

eo phương pháp trượt cung tròn quy định trong: tiêu chuẩn ngành về thi công đập đất (14TCN157-2005) hoặc sử dụng các phần mềm GEOSLOPE/W . - Hệ số an toàn chống trượt (K) của mỗi đê đất được quy định trong bảng 5.8 Bảng 5.8: Hệ số an toàn ổn định chống trượt cho mái đê Cấp công trình Tổ hợp tải trọng I II III IV V Cơ bản 1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 Đặc biệt 1,20 1,15 1,10 1,05 1,05 - Đối với các công trình bê tông hoặc đá xây, hệ số an toàn ổn định trượt phẳng trên mặt tiếp xúc với nền phi nham thạch được quy định trong bảng 5.9 Bảng5.9: Hệ số an toàn ổn định chống truợt trên nền phi nham thạch Cấp công trình Tổ hợp tải trọng I II III IV V Cơ bản 1,35 1,30 1,25 1,20 1,15 Bất thường (Đặc biệt) 1,20 1,15 1,10 1,05 1,05 - Đối với các công trình bê tông hoặc đá xây, hệ số an toàn ổn định trượt phẳng trên mặt tiếp xúc với nền nham thạch được quy định trong bảng 5.10. Bảng 5.10: Hệ số an toàn ổn định chống trượt trên nền nham thạch Cấp công trình Tổ hợp tải trọng I II III IV V Cơ bản 1,15 1,10 1,10 1,05 1,05 Đặc biệt 1,10 1,05 1,05 1,00 1,00 - Hệ số an toàn ổn định chống lật cho công trình đê biển được quy định trong bảng 5.11: Bảng 5.11: Hệ số an toàn ổn định chống lật Cấp công trình Tổ hợp tải trọng I II III IV V Cơ bản 1,6 1,5 1,5 1,3 1,3 Đặc biệt 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 Ghi chú : - Tổ hợp tải trọng cơ bản là tải trọng trong điều kiện công trình làm việc bình thường. - Tổ hợp tải trọng đặc biệt là tải trọng trong điều kiện thi công hoặc khi có động đất. - Các giá trị hệ số an toàn thực tế tính được của công trình không được vượt quá 20% đối với điều kiện tải trọng cơ bản và 10% trong điều kiện tải trọng đặc biệt 5.11.3. Tính toán ổn định đê biển dạng tường đứng - Tường có kết cấu trọng lực Trong đê biển dạng tường đứng dốc hoặc tường đứng, nếu khối tường phòng hộ có kết cấu trọng lực, có nghĩa là tường dựa vào trọng lượng bản thân để duy trì ổn định, thì tiến hành tính toán ổn định theo 5 nội dung sau: + Ổn định chống lật của tường: Khi tính toán ngoài việc xét đến tự trọng (trọng lượng bản thân) của tường, áp lực đất sau tường, còn phải xét đến độ chênh lệch áp lực do sự thay đổi do sự thay đổi điều kiện mực nước và sóng ở trước và sau tường gây ra. Thông thường, phía ngoài tường tính toán theo mực nước cao, mực nước thấp hoặc mực nước ở đỉnh khối phản áp, phía trong tường tính theo mực nước cao nhất hoặc cùng mực nước với ngoài tường. Chênh lệch áp lực sóng tính theo trường hợp đáy sóng chạm tường. + Ổn định chống lật về phía đồng: Trong thời gian thi công, thân tường có khả năng xuất hiện lật, quay quanh mép sau của chân tường. Lúc đó, phía ngoài tường lấy mực nước cao thời kỳ thi công, phía trong tường lấy mực nước thấp và cao độ đất đắp tương ứng. + Ổn định chống trượt tổng thể: Tính toán trượt theo mặt đáy tường hoặc theo các khe ngang của các lớp thân tường. + Ổn định chống trượt phẳng: Theo mặt tiếp xúc giữa lớp đệm đáy tường và đất nền. Khi tính toán trường hợp này thường lấy mực nước thấp hoặc mực nước ngang mặt bãi ở phía ngoài tường, mực nước cao ở phía trong tường. + Ổn định đất nền - Tường không có kết cấu trọng lực Khối tường phòng hộ của đê biển dạng tường dốc hoặc tường đứng có thể không có kết cấu trọng lực, mà có kết cấu xây khan hoặc có đá xẻ xây vữa phủ mặt. Trường hợp đó tính toán ổn định như sau: + Tính toán ổn định chống lật thân tường: (5.10) Trong đó: Ko - Hệ số an toàn ổn định chống lật, xác định theo cấp công trình và tình hình tổ hợp tải trọng; Mg - Mô men ổn định đối với mép trước của mặt tính toán, (KN.m); Mo - Mô men lật đối với mép trước của mặt tính toán, (KN.m). + Ổn định chống trượt theo đáy tường hoặc theo các mạch ngang thân tường (5.11) Trong đó: Ks - Hệ số ổn định chống trựơt, căn cứ cấp công trình và tình hình tổ hợp tải trọng để xác định; G - Hợp lực theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt tính toán (KN hoặc KN/m); P - Hợp lực theo phương ngang tác dụng lên mặt tính toán (KN hoặc KN/m); f - Hệ số ma sát theo mặt tính toán. lấy theo bảng 5.12 Bảng 5.12: Hệ số ma sát Vật liệu Hệ số ma sát f Bê tông và bê tông 0,55 Đá xây và đá xây 0,65 Đá hộc và đá hộc 0,70 Bê tông và đá hộc (bề mặt sửa phẳng bằng đá dăm) 0,60 Đá xây và đá hộc (bề mặt sửa phẳng bằng đá dăm) 0,65 Đá đổ và nền cát thô, cát mịn 0,50÷0,60 Đá đổ và nền cát bột 0,40 Đá đổ và nền đất á cát 0,35÷0,50 Đá đổ và nền sét, á sét 0,30÷0,45 + Ổn định chống trượt phẳng của tường phòng hộ theo mặt cắt đáy đệm: (5.12) Trong đó: G - Hợp lực theo phương thẳng đứng tác dụng lên đáy tường, (KN hoặc KN/m); P - Hợp lựu theo phương ngang tác dụng lên đáy tường (KN hoặc KN/m); g - Trọng lượng vật liệu của lớp đệm và khối phản áp (KN hoặc KN/m); PE - Áp lực đất bị động (KN hoặc KN/m). Đối với bệ đáy âm có thể lấy 30% trị số tính toán. Ks và f có ý nghĩa giống như cũ + Đối với đất nền có tính dính, ổn định chống trượt theo bề mặt đất nền được tính như sau: (5.13) Trong đó: jo - Góc ma sát trong giữa đáy tường và nền. Khi không có số liệu thực đo, có thể lấy jo = j , j - góc ma sát trong của đất nền (o); Co - Lực dính kết trên mặt trượt, lấy Co = ( C - lực dính kết của đất nền, (Kpa); A - Diện tích đáy tường Các ký hiệu khác có ý nghĩa như trước Các trị số j và C nói trên có thể dùng chỉ tiêu cắt nhanh cố kết từ kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp trong phòng. 5.11.4 Tính toán lún - Nội dung: Xác định độ lún tổng cộng của thân đê và nền đê ở vị trí đường tim đỉnh đê và các vị trí cần thiết khác. - Mặt cắt tính toán: Theo điều kiện địa chất của nền đê, lớp đất đắp, mặt cắt thân đê và tải trọng mà chia thành nhiều đoạn, chọn mặt cắt đại biểu để tính toán độ lún. - Lún nền đê bao gồm 2 thành phần: lượng lún ban đầu và lượng lún cố kết. Lún ban đầu là phần lún gây ra lập tức ngay sau khi gia tải đất nền. Đối với nền đất bão hòa, đó là do sự trương nở hông của khối đất, đối với nền đất phi bão hòa, ngoài sự trương nở hông ra, còn do sự nén ép hoặc bị thoát ra của chất khí trong khe giữa các hạt. Trong trường hợp chiều rộng đáy của đê biển lớn hơn chiều dày lớp đất nền bị nén, có thể không tính lượng lún ban đầu, nhưng nếu tỷ số tương đối của 2 đại lượng đó tương đối nhỏ, thì lượng lún ban đầu không thể bỏ qua. Lún cố kết là thành phần chính yếu của lún đất nền đê biển, gây ra do nước và khí trong đất nền bị đẩy ra dưới tác dụng của tải trọng, làm cho thể tích khối đất bị nén ép dần và giảm nhỏ Trên thực tế, hậu kỳ cố kết của khối đất còn có lún cố kết thứ cấp, thời gian duy trì khá dài, thông thường cũng không thể bỏ qua. + Tính toán lún ban đầu Trị số lún ban đầu Si được tính toán như sau: (5.14) Trong đó: P - Áp lực phân bố đều trên nền đê biển, (KN/m2); B - Kích thước cạnh ngắn của nền đê, (m); m - Hệ số Poisson của đất (đối với đất bão hoà, m =0,5); E - Môđun đàn hồi của đất nền (Kpa), thường tìm được thông qua thí nghịêm cắt không thoát nước 3 trục hoặc thí nghiệm nén đơn trục. Tốt nhất, trong thiết bị 3 trục, tiến hành thí nghịêm chất tải và dỡ tải nhiều lần, tìm ra môđun gia tải để làm môđun đàn hồi; z - Hệ số ảnh hưởng, có thể tham khảo trị số trong bảng 5.11 Bảng 5.11: Hệ số ảnh hưởng. Tỷ lệ dài rộng của nền đê L/B Trị số z đối với nền có tính dẻo Điểm giữa Điểm góc Trung bình toàn nền Trị số z đối với nền cứng trung bình toàn nền 2 1,53 0,77 1,30 Hơi nhỏ hơn so với trị số của nền có tính dẻo 3 1,78 0,89 1,52 5 2,11 1,05 1,83 10 2,58 1,29 2,25 100 4,0 2,0 3,70 Khi không có số liệu về trị số E, có thể tính như sau: (5.15) So - Tổng trị số lún khi cọc bên không chuyển dịch ra ngoài nữa, sau khi đã hoàn tất chất tải. + Tính toán lún cố kết Giá trị lún cố kết Sc tính toán theo phương pháp tổng cộng chia lớp: (5.16) Trong đó: e ij - tỷ lệ rỗng khi nén đã ổn định dưới tác dụng của trọng lực của lớp đất thứ j; e 2j - Tỷ lệ rỗng khi nén đã ổn định dưới tác dụng của ứng lực tỷ lệ của lớp đất thứ i và ứng lực phụ gia; hj - Chiều dày lớp đất thứ j, (m); Si - Lượng nén ép của lớp đất thứ j. 6. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH GIA CỐ MÁI VÀ CHÂN ĐÊ BIỂN Công trình gia cố mái đê biển còn gọi là kè lát mái hay kè ốp mái. Kè lát mái được phân ra chân kè, thân kè và đỉnh kè. 6.1 Chân kè Chân kè hay còn gọi là chân khay, là bộ phận kết cấu chuyển tiếp của mái kè với và bãi trước đê biển. Loại hình và kích thước chân kè xác định trên cơ sở phân tích tình hình xâm thực bãi biển, chiều cao sóng (Hs), chiều dài bước sóng (Ls) và chiều dày lớp phủ mái (D), thường có 2 loại chân kè nông và chân kè sâu. 6.1.1 Chân kè nông Áp dụng cho vùng có mức độ xâm thực bãi biển ít, chân kè chỉ chống đỡ dòng chảy do sóng tạo ra ở chân đê. Chân kè nông áp dụng vật liệu bảo vệ mái kè là đá thả rối, cấu kiện bê tông hoặc vật liệu hạt rời, chiều dày lớp bảo vệ là D, Chiều sâu cắm mũi kè vào nền là Yme. Chân kè nông được thể hiện trong một số dạng phổ biến như hình 6.1a, 6.1b, 6.1c, 6.1d và 6.1 e. Hình 6.1a. Áp dụng nơi có bãi ổn định Hình 6.1b. Áp dụng nơi có bãi ổn định Hình 6.1c. Áp dụng nơi có bãi ổn định Hình 6.1d. Áp dụng nơi có bãi ổn định và có khả năng bồi Hình 6.1e. Áp dụng nơi có bãi ổn định Hình 6.1f. Áp dụng nơi có bãi ổn định, bãi là đất dính Hình 6.1g. Nơi dòng chảy ven bờ lớn Hình 6.1i. Nơi có độ sâu hố xói lớn, dòng chảy ven bờ mạnh Hình 6.1: Các dạng chân kè, kích thước sơ bộ và điều kiện áp dụng. 6.1.2 Chân kè sâu Áp dụng cho vùng bãi biển bị xâm thực mạnh, bảo đảm ổn định khi mặt bãi bị xói sâu. Chân kè sâu phải có chiều sâu từ mặt bãi tự nhiên đến đáy chân kè tối thiểu 1,0 m. Chân kè sâu có nhiều loại, thường dùng các loại sau: Chân kè bằng cọc gỗ: hình 6.1f. Chân kè bằng cọc bê tông cốt thép, ống bê tông cốt thép một hoặc nhiều tầng: hình 6.1g và 6.1i. Khi thiết kế chân kè sâu cần tính toán xác định giới hạn độ sâu nước trước chân công trình và ổn định của thân kè, nếu khả năng bãi bị xói mạnh dẫn đến độ sâu trước chân công trình vượt quá độ sâu giới hạn thì phải thiết kế giảm độ sâu nước trước chân công trình bằng giải pháp thích hợp. 6.1.3 Độ sâu xói tới hạnở chân kè Độ sâu xói tới hạn của chân kè phụ thuộc vào năng lượng sóng (Hs, Tm) và địa chất và đã có công thức tính toán. Để an toàn nên sử dụng công thức sau: (6.1) Trong đó: S max – chiều sâu hố xói cân bằng (m); Ho – chiều cao sóng có nghĩa (m); Lo - Chiều dài sóng nước sâu (m) dw- Chiều sâu nước trước chân công trình (m). Từ chiều sâu hố xói để quyết định chiều sâu gia cố chân kè. Theo kinh nghiệm chiều sâu hố xói có thể lấy S max = (1 ÷1,67)Hs. Bề rộng lớp bảo vệ ngoài chân kè có thể lấy bằng 3 đến 4 lần chiều cao sóng thiết kế tại chân công trình (Hs). 6.1.4 Kích thước vật liệu chân kè Vật chân kè 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: (6.2) 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 (m); g - Gia tốc trọng lực (m/s2); - Trọng lượng ổn định của viên đá ở chân kè kè mái đê biển Gd được xác định theo bảng 6.1. Bảng 6.1. 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 6.2 Thân kè 6.2.1 Dạng kết cấu và điều kiện áp dụng Dạng kết cấu gia cố mái, tuỳ khả năng kinh tế, kỹ thuật, có thể lựa chọn căn cứ vào bảng 6.3. Bảng 6.3. Dạng kết cấu bảo vệ mái và điều kiện sử dụng TT Kết cấu lớp gia cố mái Điều kiện áp dụng 1 Trồng cỏ - Sóng có Hs ≤ 0,5m, dòng chảy có v < 1m/s hoặc có bãi cây ngập mặn trước đê; - Mái đê có điều kiện phù hợp để cỏ phát triển. 2 Đá hộc thả rối - Nơi có nguồn đá phong phú; - Mái đê thoải, yêu cầu mỹ quan ít. 3 Đá hộc lát khan - Nơi có nguồn đá phong phú, có loại đá đáp ứng yêu cầu; - Nền đê thoát nước tốt. 4 Đá hộc xây - Mái đê tương đối tốt; - Sóng lớn Hs > 0,5m, dòng chảy mạnh V > 1 m/s, loại đá rời không đáp ứng yêu cầu. 5 Thảm rọ đá - Khả năng cung cấp đá lớn khó khăn; - Sóng lớn, có dòng chảy mạnh; - Có rọ thép chống mặn. 6 Tấm bê tông đúc sẵn, ghép rời - Sóng lớn, dòng chảy mạnh; - Yêu cầu mỹ quan. 7 Tấm bê tông đúc sẵn, liên kết mảng. - Sóng lớn, dòng chảy mạnh; - Có yêu cầu mỹ quan; - Mái đê ít lún sụt, ít thoát nước; - Có điều kiện thi công và chế tạo mảng. 8 Hỗn hợp nhiều loại - Mực nước dao động lớn, mái gia cố dài; - Yêu cầu sử dụng khác nhau. Hình 6.2. Mặt cắt ngang một số dạng kết cấu gia cố mái đê a) Đá hộc lát khan; b) Khối bê tông đúc sẵn; c) Kết hợp dạng a và b. 6.2.3 Chiều dày lớp phủ mái 6.2.3.1 Lớp phủ mái bằng đá hộc lát khan: Khi 1,5 £ m £ 5 thì độ dày ổn định dưới tác dụng của sóng được tính theo công thức sau: (6.3) Trong đó: δd - Chiều dày lớp đá hộc lát (một lớp đá) trên mái đê (m); γd, γ - Trọng lượng riêng của đá và nước (t/m3); m - Hệ số mái dốc; Ls - Chiều dài sóng thiết kế (m); Hs - Chiều cao sóng thiết kế (m); Xác định theo phụ lục C 6.2.3.2 Lớp phủ mái bằng tấm bản bê tông - Tính theo công thức trong quy phạm thiết kế đê Trung Quốc (GB50286- 98): (6.4) Trong đó: dB - 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 thiết kế (m) Ls - Chiều dài sóng thiết kế (m); lt - Chiều dài cạnh tấm bê tông theo phương vuông góc với đường mép nước (m); m - Hệ số mái dốc; g, gB - Trọng lượng riêng của nước và của bê tông (t/m3). - Tính theo công thức Pilarczyk, K.W: (6.5) Trong đó: Hs - Chiều cao sóng thiết kế (m), ξ - Hệ số sóng vỡ: ; (6.6) φ - Hệ số phụ thuộc vào hình dạng và cách lắp đặt các cấu kiện, lấy theo bảng 6.4 Các ký hiệu khác như công thức 6.4. Bảng 6.4. 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 trên lớp đệm tốt 8 Tính toán theo công thức 6.5 và 6.6, chọn kết quả lớn hơn để thiết kế. 6.2.4 Các loại cấu kiện lát mái bằng bê tông đúc sẵn Thường dùng được thống kê trong bảng 6.5. Bảng 6.5. Các loại cấu kiện lát mái bằng bê tông đúc sẵn 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 - Dạng cột - Trơn - Khuyết lõm - Mố lồi - Lỗ thoát nước Ghép cạnh nhau 6.3a Tấm lát liên kết mảng - Chữ nhật - Lục lăng - Trơn - Mố lồi - Lỗ thoát nước - Xâu cáp - Rãnh, hèm - Âm dương 6.3b Trọng lượng tấm bê tông đúc sẵn tính theo công thức 6.2, chiều dày các tấm bêtông đó theo công thức 6.5. 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 hình 6.3e và 6.3f, tấm chữ nhật đặt mạch ghép so le. Kích thước lỗ thoát nước nhỏ hơn 0,8 đường kính đá lớp đệm, có thể dùng lỗ hình loe (dưới nhỏ, trên to). Lưu ý: Hiện nay các cấu kiện bê tông có dạng liên kết với nhau ít được thế giới sử dụng do khi nền bị lún hoặc phá hoại cục bộ kiểu tấm này rất dễ biến dạng dẫn tới hư hỏng cục bộ, sau đó phát triển ra ngoài cũng như rất khó thay thế. Để tăng cường ổn định, các nước tiên tiến sử dụng cấu kiện dạng cột vì loại này có mức độ ổn định cao và dễ sửa chữa, thay thế khi gặp sự cố cục bộ. Hình 6.3a. Một số loại bản bê tông đúc sẵn lát độc lập trên mái đê biển 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. Hình 6.3b. Một số loại bản 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. Hình 6.3c: Một số kết cấu dạng cột và kích thước hình học của kết cấu. Ghi chú:Khi tính toán độ dày và quy mô công trình bảo vệ mái đê biển cần phải đề cập đến yếu giảm sóng do tác dụng của công trình giảm sóng trước đê. 6.2.5 Lỗ thoát nước và khe biến dạng 6.2.5.1 Gia cố mái kín nước: Đá xây, bê tông đổ tại chỗ có diện tích bề mặt lớn cần kiểm tra ổn định khi xuất hiện lực đẩy nổi. Để giảm áp lực đẩy nổi lên tấm bê tông, tấm đá xây liền mạch cần phải có lỗ thoát nước ở phần mực nước thay đổi khi dưới lớp bê tông hoặc đá xây liền mảng có lớp vật liệu giữ nước. Lỗ thoát nước bố trí theo hình hoa mai, đường kính lỗ (5 ¸10) cm. Khoảng cách giữa các lỗ từ (2 ¸3) m. Dưới lỗ phải có lớp lọc để đảm bảo thoát nước dễ dàng và vật liệu lớp lọc không bị lôi theo lỗ giảm áp ra ngoài.. 6.2.5.2 Khe biến dạng Bố trí cho kết cấu gia cố mái loại kín nước, cách nhau từ 15¸20m dọc theo hướng trục đê. 6.3 Đỉnh kè 6.3.1 Trường hợp đỉnh đê không có tường Khi thiét kế cho trường hợp đỉnh đê không có tường, cần thiết phải thiết kế gờ trên đỉnh kè lát mái để đảm bảo an toàn giao thông,chiều cao từ 0,2 đến 0,5m,gờ có thể bố trí đứt quãng. 6.3.2 Trường hợp đỉnh đê có tường hắt sóng Trường hợp đỉnh đê có tường hắt sóng,khi thiết kế đỉnh tường phải kết hợp để kết cấu đỉnh kè cho phù hợp, bố trí tường đỉnh phía mép ngoài đỉnh đê để giảm khối lượng đất đắp. Hình 6.4: Mũi hắt sóng của tường đỉnh trên đê Hình thức này sẽ ngăn được một phần nước tràn do có mũi hắt sóng. Tường đỉnh có thể là tường đứng cũng có thể kết cấu dạng cong hắt sóng ra phía biển. 6.4 Thiết kế tầng đệm, tầng lọc Giữa lớp phủ mái và đất thân đê, phải bố trí lớp đệm trong kết cấu gia cố rời, lớp đệm kết hợp làm nhiệm vụ tầng lọc (tầng lọc ngược) bằng vật liệu truyền thống hoặc sử dụng geotextile. + Tầng lọc cốt liệu Tầng lọc có nhiều chức năng khác nhau: ngăn chặn sự xói mòn bề mặt lớp đất nền, hoặc ngăn chặn sự hình thành áp lực đẩy ngược trong lớp đất nền ra ngoài (thoát nước) hoặc kết hợp cả hai chức năng trên. Hình 6.5: Một số kiểu tầng lọc Trong lớp hạt có các đường kính khác nhau, khoảng cách giữa các hạt lớn được lấp nhét bởi các hạt có kích thước nhỏ hơn, gọi là d15 – là đường kính của sàng chỉ cho phép lọt 15% khối lượng hạt. Như vậy, đường thoát ra của hạt nhỏ trong tầng lọc được xác định bằng đường kính lọt sàng d15. Các hạt lớn nhất của lớp nền, d85B như hình vẽ, sẽ bị tắc trong các lỗ rỗng của tầng lọc và chặn các hạt khác của lớp nền lại, giữ cho lớp nền bên trong được ổn định, nghĩa là các đường kính hạt bên trong lớp nền không nên quá lớn, do đó các hạt lớn hơn có thể giữ các hạt nhỏ hơn lại. Hình 6.6: Sự lấp nhét của các hạt và đường cong cấp phối của tầng lọc Để ngăn sự tăng áp lực, tầng lọc cần có tính thấm tốt hơn lớp nền. Do tính thấm cũng bị ảnh hưởng của các hạt nhỏ, dẫn tới mối liên quan giữa d15 của cả hai lớp. Có thể nói có ba mối quan hệ đối với tầng lọc cấp phối đóng: sự ổn định giữa tầng lọc và lớp nền, tính thấm và tính ổn định bên trong của công trình. Có thể biểu diễn theo các công thức như sau: Tính ổn định: ; Tính ổn định bên trong: Tính thấm: (6.7) Yêu cầu về tính ổn định và tính thấm hoàn toàn ngược nhau: Theo qui luật ổn định đường kính hạt lớp lọc (Filter) dF cần nhỏ hơn 5dB (lớp nền Base), còn qui luật thấm dF cần lớn hơn 5dB. Tuy nhiên, việc sử dụng hai đường kính khác nhau đối với lớp nền ở mẫu số (lần lượt với 15% lớn nhất và 15% nhỏ nhất) cho ta khoảng dự trữ có thể khi thiết kế một tầng lọc. Ba biểu thức trong công thức (6.7) có cùng đơn vị và tất cả đều là các qui luật ổn định: qui luật thứ nhất chống lại sự chuyển động của các hạt lớn từ lớp nền đi ra, cùng với qui luật thứ ba đảm bảo sự ổn định của tất cả các hạt trong lớp nền, qui luật thứ hai chống lại sự tăng áp lực và đảm bảo cho sự sự ổn định của toàn bộ tầng lọc. Quy luật thấm đặc biệt quan trọng trong trường hợp có gradient lớn vuông góc với bề mặt. + Vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật là một tên gọi chung cho tất cả các loại vật liệu tổng hợp mà bên trong có dạng áo hoặc đệm, có vai trò ngày càng quan trọng trong kỹ thuật xây dựng được sử dụng để che phủ lớp đất bên trong móng hoặc mái dốc của công trình, giống như lớp màng để chống thấm hay chống lại sự ô nhiễm môi trường từ khu vực chứa rác thải và có tác dụng như thiết bị lọc. Vải địa kỹ thuật có nhiều hình dạng khác nhau tùy theo công nghệ sản xuất. Hai kiểu cơ bản là dạng dệt và không dệt. Hình 6.7: Một số loại vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật được coi là sự tiến bộ trong thiết kế tầng lọc, cả về giá thành của một dự án lớn và khả năng thiết kế lớp lọc đặc chắc với chiều dày giới hạn (hình 6.7). Chức năng cơ bản của vải địa kỹ thuật gồm có: Ngăn cách: Ngăn các lớp hạt có kích thước khác nhau; Lọc: Giữ lại các phần tử đất lại đồng thời cho nước thấm qua; Gia cố: Tăng sự ổn định cho đất; Dẫn dòng: Có chức năng thoát nước bởi nó có khả năng dẫn nước lớn hơn vật liệu xung quanh. Hình 6.8: Hiệu quả sử dụng của vải địa kỹ thuật trong tầng lọc Hình 6.9: Sự cần thiết của lớp lọc/vải địa kỹ thuật Nhược điểm của loại vải địa kỹ thuật là chúng có thể bị thay đổi hình dạng bởi tia cực tím, bị ăn mòn, bị thủng bởi các quá trình hoá học, sinh học hay cơ học. Độ chặt của vải địa kỹ thuật: Những số quan trọng về độ chặt là O90 và O98, đôi khi còn gọi là Omax, dùng để xác định lỗ thủng lớn nhất trong lưới. Chú ý rằng đường vật liệu thoát ra ngoài lúc này được xác định bằng khe hở của ô lưới chứ không phải đường kính các hạt mịn nhất. Quy luật lọc hình học chặt chẽ nhất là các phần tử nhỏ nhất không thể lọt qua kẽ hở lớn nhất của vải địa kỹ thuật. Quy luật này được áp dụng khi tầng lọc chịu lực tác dụng có chu kỳ và lượng vật liệu mất đi trong giới hạn cho phép. Trong nhiều trường hợp, vật liệu mịn mất đi không làm ảnh hưởng đến chức năng của tầng lọc, từ đó một lớp mỏng phía dưới lớp vải địa kỹ thuật có thể làm việc như một phần của hệ thống lọc. Thành phần mịn nhất bị cuốn trôi qua lớp vải địa kỹ thuật và các hạt lớn hơn làm việc như tầng lọc để giữ đất, đảm bảo ổn định cục bộ cho tầng đất phía dưới. Quy luật ổn định cho dòng ổn định qua lớp vải địa kỹ thuật dạng khép kín về mặt hình học đơn giản là: O90 < 2.d90B Với vải địa kỹ thuật chịu tác dụng của lực tác dụng có chu kỳ, giá trị này sẽ nhỏ hơn từ 2 đến 4 lần các khe rỗng được sử dụng, tùy thuộc vào độ thấm của lượng bùn cát mất đi qua lớp vải địa kỹ thuật. Hình 6.10: Định nghĩa về lỗ rỗng và sự dịch chuyển của các hạt Tính thấm nước Để tránh sự tăng áp lực, vải địa kỹ thuật cần có tính thấm lớn hơn so với đất nền. Một qui luật đơn giản đó là hệ số thấm k của vải địa kỹ thuật cần lớn gấp 10 lần so với lớp đất nền. Tính thấm của vải địa kỹ thuật có thể đo được giống như đối với đất theo quan hệ thấm Darcy, tuy nhiên tính thấm của vải địa kỹ thuật thường biểu thị bằng thông số cho phép thấm theo công thức sau: (6.8) Trong đó Dh là chênh lệch cột nước thượng, hạ lưu; e là chiều dày của vải địa kỹ thuật và k là hệ số thấm “vuông góc”. P gọi là độ thấm trên 1 mét dày của vải địa kỹ thuật và là đặc tính của vật liệu, không liên quan đến chiều dày của lớp vải địa kỹ thuật. Bảng 6.5: Độ thấm của một số loại vải địa kỹ thuật Kiểu O90 (mm) P (1/s) Mạng lưới Thớ vải Thảm Không dệt 0.1 - 1 0.05 - 0.6 0.2 - 1 0.02 - 0.2 1 - 5 0.1 - 1 0.05 - 0.5 0.01 - 2 Thông thường, lớp vải địa kỹ thuật thấm tốt hơn đất nền, nhưng có hai hiện tượng làm giảm tính thấm của lớp vải địa kỹ thuật, đó là: sự bồi lấp và tắc mạch. Hình 6.11: Sự bồi lấp vải địa kỹ thuật Hiện tượng bịt lấp xuất hiện khi các hạt kích thươc lớn bịt kín khe hở của vải. Trong trường hợp đó, tính thấm sẽ giảm đột ngột. Thí nghiệm thấm được tiến hành cho vật liệu nền (tất cả các hạt có cùng kích thước). Khi đường kính vật liệu nền có cùng độ lớn như O90, sự chênh lệch cột nước trên lớp vải sẽ tăng lên 10 ¸ 20 lần (so với trường hợp không có các hạt đất). Chú ý rằng không phải tất cả các loại vải đều bị phá hỏng như nhau bởi hiện tượng này. Hiện tượng tắc mạch là cái bẫy đối với các phần tử rất mịn tại khe hở của vải và cũng làm giảm tính thấm của vải địa kỹ thuật. Điều này xảy ra khi nước bị ô nhiễm bởi các chất hóa học, ví dụ như sắt. Ngược với hiện tượng bồi lấp, tắc mạch là quá trình diễn ra theo thời gian. Hiện tượng sẽ đạt tới trạng thái ổn định tại mực nước nhất định sau một khoảng thời gian nhất định, nhưng không có nhiều thí nghiệm xác nhận lý thuyết này. Ta có thể nhận thấy rằng tắc mạch không xuất hiện riêng đối với vải địa kỹ thuật, nó cũng xảy ra đối với tầng lọc cấp phối. Khi tính thấm của vải địa kỹ thuật lớn hơn 10 lần tính thấm của đất, thường không có hiện tượng tăng áp lực đáng kể, thậm chí không có hiện tượng tắc mạch. Tuy nhiên, khi đặt tại nơi nước ngầm bị ô nhiễm, ta cần phải hết sức lưu ý. Khi sự đe dọa do bồi lấp và tắc mạch nằm ngoài qui luật, tỉ lệ thấm (với đất nền) chỉ cần bằng 2 hay 3 lần là đủ. Yêu cầu kích thước đối với vải địa kỹ thuật: 0.2 d15B £ O90 £ d15B 7. CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BÃI TRƯỚC ĐÊ Việc bảo vệ bãi trước đê biển là hết sức quan trọng đối với an toàn của tuyến đê, đặc biệt là