BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN BẰNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG
THUỘC 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”
Mã số: 05
Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN
Chủ nhiệm đề tài:
PGS. TS Nguyễn Quốc Dũng
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam
7579-17 22/12/2009
Hà Nội 2009
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
CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN
7.1. GIỚI THIỆU CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG SÓNG
7.2. RỪNG NGẬP MẶN
7.3. CÁC GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH NGĂN CÁT GIẢM SÓNG
7.4. CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN TRUYỀN THỐNG
Mái dốc thượng lưu đê biển chịu tác động trực tiếp của dòng chảy, của thủy
triều, sóng, …
Để giữ cho mái dốc đất không bị biến dạng, ở phía ngoài cùng của đê được
cấu tạo bằng bộ phận có tác dụng bảo vệ mái dốc không bị xói lở. Bộ phận này
được gọi là kè bảo vệ mái dốc.
Vật liệu sử dụng trong các kết cấu kè bảo vệ mái dốc rất đa dạng. Từ các vật
liệu truyền thống như cát, gạch, đá, bê tông,… đến các vật liệu chế tạo mới như bê
tông asphalt, vải địa kỹ thuật hay thảm cỏ không gian nhân tạo sử dụng các vật liệu
dẻo,... Đặc biệt, phương pháp trồng cỏ bảo vệ mái là một hình thức khá mới, có
nhiều ưu điểm đang được áp dụng rất hiệu quả hiện nay.
7.4.1. GIA CỐ BẢO VỆ MÁI BẰNG CÁC LOẠI VẬT LIỆU XÂY DỰNG
7.4.1.1. Giới thiệu các dạng kết cấu bảo vệ mái đê và điều kiện áp dụng
a. Thành phần kết cấu phủ mái bảo vệ đê biển
Theo hình thức kết cấu và vật liệu sử dụng, kè bảo vệ mái dốc có nhiều loại
khác nhau. Mỗi loại đều có 3 phần chính là chân kè, thân kè và đỉnh kè.
Chân kè làm nhiệm vụ bảo vệ chống xói ở chân mái dốc;
Thân kè là phần bảo vệ mái dốc từ chân đến đỉnh;
Đỉnh kè là phần bảo vệ đỉnh mái dốc.
Từng phần theo từng điều kiện cụ thể có cấu tạo chi tiết để đảm bảo điều
kiện ổn định trong quá trình chịu tác động của các tải trọng từ phía sông, phía biển
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 1
và từ phía đất thân đê hoặc bờ.
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 b. Một số kết cấu thường dùng và điều kiện áp dụng
Dạng kết cấu gia cố mái, tùy khả năng kinh tế và kỹ thuật, có thể lựa chọn
căn cứ vào bảng 7.1.
Bảng 7.1. Dạng kết cấu bảo vệ mái và điều kiện sử dụng
TT Kết cấu gia cố mái Điều kiện áp dụng
1 Trồng cỏ - Chiều cao sóng Hs<0,5m; dòng chảy V<1m/s hoặc có bãi cây ngập mặn trước đê;
- Mái đê có đất mùn để cỏ phát triển.
- Có nguồn đá phong phú; 2 Đá hộc thả rối Mái đê thoải, - yêu cầu mỹ quan ít.
- Nguồn đá phong phú, có loại đáp ứng yêu cầu; 3 Đá lát khan - Nền đê thoát nước tốt.
- Mái đê tương đối tốt; 4 Đá xây - Sóng lớn, dòng chảy mạnh, đá rời không đáp ứng yêu cầu.
- Khả năng cung cấp đá lớn khó khăn;
5 Thảm rọ đá - Sóng lớn có dòng chảy mạnh;
- Có rọ thép chống mặn.
Tấm bê tông đúc sẵn, - Sóng lớn, dòng chảy mạnh; 6 ghép rời - Yêu cầu mỹ quan.
- Sóng lớn, dòng chảy mạnh;
Tấm bê tông đúc sẵn, liên - Có yêu cầu mỹ quan; 7 kết mảng - Mái đê ít lún sụt, ít thoát nước;
- Có điều kiện thi công và chế tạo mảng.
- Mực nước dao động lớn, mái gia cố dài; 8 Hỗn hợp nhiều loại - Yêu cầu sử dụng khác nhau.
- Mái đê phía đồng: căn cứ vào cường độ mưa, yêu cầu sóng tràn, chiều cao
đê, tính chất đất, yêu cầu sử dụng, yêu cầu mỹ quan… để quyết định chọn hình thức
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 2
kết cấu gia cố, thường trồng cỏ.
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
- Mái đê phía biển: Căn cứ điều kiện chịu lực, sử dụng, vật liệu xây dựng,
thuận tiện cho thi công và duy tu bảo dưỡng, cần thông qua luận chứng kinh tế - kỹ
thuật để xác định hình thức gia cố.
Hình 7.10 là một số dạng kết cấu kè gia cố mái đê thường dùng hiện nay.
- Kè bằng đá hộc lát khan (hình 7.10a);
- Kè bằng bê tông đúc sẵn. Chân kè bằng cọc, kết hợp với lăng trụ đá. Tường
đỉnh kè bằng bê tông cốt thép (hình 7.10b);
- Kè kết hợp hai loại vật liệu. Chân kè là đá hộc trong ống bê tông, tường
a)
PhÝa biÓn
§¸ l¸t khan §¸ d¨m V¶i läc
Trång cá
b)
T−êng ch¾n sãng
TÊm l¸t bª t«ng §¸ d¨m V¶i läc
PhÝa biÓn
Trång cá
§¸ héc hé ch©n
Cäc
B¶n bª t«ng
c)
T−êng ch¾n sãng
§¸ l¸t khan §¸ d¨m V¶i läc
TÊm l¸t bª t«ng §¸ d¨m V¶i läc
Trång cá
PhÝa biÓn
èng buy
§¸ l¸t khan
đỉnh kè bằng đá xây (hình 7.10c).
Hình 7.10. Một số dạng kết cấu kè gia cố mái
Ngoài các dạng kết cấu trên, trên thế giới hiện nay còn sử dụng một số kết
cấu bảo vệ mái như thảm bê tông nhựa đường, thảm cỏ 3D nhân tạo, …
Kè gia cố mái là một bộ phận quan trọng để duy trì ổn định cho bờ, chiếm
một phần kinh phí đáng kể trong các dự án đê điều và bảo vệ bờ. Mặt khác, sự làm
việc của loại kết cấu này tương đối phức tạp, còn nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 3
cứu làm rõ. Hiện nay ở nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới có nhiều công
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 trình nghiên cải tiến các hình thức kết cấu nhằm hoàn thiện phương pháp tính toán
đảm bảo an toàn, tăng hiệu quả kinh tế cho kè bảo vệ mái dốc nói riêng và cho đê và
bờ nói chung.
c. Yêu cầu vật liệu, cấu kiện của lớp phủ bảo vệ mái đê biển
Kết cấu kè bảo vệ mái đê biển phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Yêu cầu chung
+ Chống xâm thực bởi nước mặn
+ Ổn định trên lớp đất bề mặt của mái đốc. Chống va đập dưới tác dụng của sóng,
gió, dòng chảy.
+ Bền vững lâu dài của kết cấu và của vật liệu.
+ Linh hoạt, dễ biến dạng theo đất của mái dốc và nền. Dễ dàng thích ứng với sự
biến hình của bờ, bãi biển.
+ Có khả năng phát hiện sự cố, dễ khắc phục khi có hư hỏng cục bộ.
+ Chế tạo, thi công đơn giản
+ An toàn, đảm bảo mỹ quan
+ Dễ quan sát, kiểm tra cho người quản lý
+ Nên tận dụng tối đa vật liệu địa phương
- Yêu cầu đối với đá hộc
Ngoài đảm bảo kích thước hình học, trọng lượng tính toán qui định, đối với
vật liệu đá cần thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Đối với đá phủ ngoài mặt dốc, cường độ đá không thấp hơn 50 Mpa;
+ Đối với lớp đá đệm, cường độ cần đạt trên 30 Mpa;
+ Không sử dụng đá phiến thạch, đá phong hóa và đá có khe nứt;
+ Đá hộc dùng để xây cũng cần có cường độ ≥ 50 MPa. Mác vữa xây phải ≥ 5 Mpa.
- Yêu cầu đối với bê tông
+ Cấu kiện bê tông phải có mác ≥ 20 Mpa;
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 4
+ Cấu kiện bê tông cốt thép, mác bê tông phải ≥ 30 Mpa.
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 7.4.1.2. Thiết kế lớp phủ bảo vệ mái
Thiết kế lớp phủ bảo vệ mái bao gồm các nội dung:
+ Tính toán trọng lượng khối rời gia cố mái;
+ Tính toán chiều dày tấm bê tông lát mái;
+ Tính toán chiều dày đá lát gia cố mái.
A. Trọng lượng vật liệu, cấu kiện phủ mái (khối phủ mái)
A.1. Công thức Hudson
Dựa trên cơ sở các kết quả thí nghiệm mô hình, nhà khoa học người Mỹ
Hudson đã đưa ra công thức mang tên ông – công thức Hudson dùng để tính trọng
. H
γ B
lượng ổn định của một khối bảo vệ độc lập chịu tác dụng của sóng, gió như sau:
3 SD 3
K
cot
g α
D
γγ − B γ
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
G = (7-49)
Trong đó:
G- trọng lượng tối thiểu của khối phủ mái nghiêng (T);
γB- trọng lượng riêng trong không khí của vật liệu khối phủ (T/m3);
γ- trọng lượng riêng của nước biển, γ = 1,03 (T/m3);
α- góc nghiêng của mái đê so với mặt phẳng nằm ngang (độ);
m = cotgα (công thức sử dụng cho mái dốc 1 < m < 4);
HSD- chiều cao sóng thiết kế tại vị trí kết cấu;
14 TCN đề nghị lấy HSD = HS1/3 = HS13% (m); Theo TS Nguyễn Hữu Đẩu đề
nghị lấy HSD = HS 1/10 (trung bình của 1/10 chiều cao sóng cao nhất);
KD- hệ số ổn định, phụ thuộc vào cấu tạo lớp bảo vệ, hình dạng khối bảo vệ,
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 5
độ nhám bề mặt và hệ số cho phép mất ổn định (n%), lấy theo bảng 7.2:
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
Bảng 7.2. Bảng hệ số ổn định KD
Khối bảo vệ Cấu tạo n% Ghi chú KD
Khối Hohlquader Đặt 1 lớp 0 14
Đá xẻ Xếp đứng 1 lớp 0 ÷ 1 5,5
Tetrapod Xếp 2 lớp 0 ÷ 1 8,6
0 18 Hs ≥ 7,5 m Dolos Xếp 2 lớp
1 24 Hs < 7,5 m
Đá hộc Đổ 2 lớp 1 ÷ 2 4,0
Khối hộp Đổ 2 lớp 1 ÷ 2 5,0
Khối xoắn Đổ 1 lớp 0 18 ÷ 24
Hệ số KD phù hợp với mức độ hư hỏng 5%.
Hệ số cho phép mất ổn định n% biểu thị tỷ lệ phần trăm cho phép cá thể khối
phủ bị sóng đánh gây ra dịch chuyển hoặc lăn rơi trong phạm vi một chiều cao sóng
trên dưới mực nước tĩnh.
Công thức Hudson được sử dụng để tính toán trọng lượng viên đá đã qua
chọn lựa, trọng lượng của chúng đều như nhau. Ngoài ra, công thức này thích hợp
cho trường hợp đỉnh đê không có sóng tràn. Đối với công trình mái nghiêng ở vùng
độ sâu sóng vỡ, trọng lượng viên đá cần tăng lên so với trị số tính toán từ 10 ÷ 25%.
Khi tiến hành gia cố mái bằng đá hộc không chọn lựa thì trọng lượng viên đá
. H
được tính theo công thức sau:
3
K
ctg
α
DD
3 γ SD B ⎞ − γγ B ⎟⎟ γ ⎠
⎛ ⎜⎜ ⎝
(7-26) G50 =
50 );
Trong đó,
G50 – Trọng lượng viên đá (T), mà tỷ lệ trọng lượng của các viên đá bằng hoặc nhỏ hơn trọng lượng đó chiếm 50% tổng trọng lượng (G50 = γb.D3
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 6
KDD – Hệ số ổn định của đá không chọn lựa:
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
Khi sóng không vỡ lấy KDD = 2,5; khi sóng vỡ lấy KDD = 2,2;
HSD – Sóng tính toán, lấy HSD = Hsl 3%. Đối với đá hộc không qua tuyển chọn
thì chiều cao sóng chỉ giới hạn trong 1,5m.
Trọng lượng cực đại Gmax (T) và cực tiểu Gmin (T) của viên đá trong cấp phối
đá lát mái là:
(7-26) Gmax = 3,6 G50
(7-26) Gmin = 0,22 G50
*Vấn đề lưu ý khi sử dụng công thức Hudson tính toán trọng lượng đá lớp phủ
- Công thức Hudson dùng cho tính toán ổn định lớp phủ phía biển trong điều
kiện đỉnh của kết cấu đủ cao để ngăn sóng tràn lớn. Hay nói cách khác, công thức
Hudson phù hợp tính toán cho trường hợp đê không cho phép nước tràn qua. Không
nên sử dụng công thức này cho đê chắn sóng đỉnh thấp.
- Đối với điều kiện sóng không vỡ, H1/10 tại vị trí kết cấu nên được dùng để
tính toán. Với các điều kiện sóng vỡ H1/10 vỡ trước khi tới đê chắn sóng, chiều cao
sóng sử dụng cho thiết kế sơ bộ nên chọn là Hb – chiều cao sóng vỡ.
- Lớp phủ cho mái dốc lớn hơn 1:1,5 kiến nghị không áp dụng cho đá phủ và
công thức Hudson không còn tin cậy vì đã đạt đến góc nghỉ tự nhiên. Ngoài ra công
thức này nói chung không áp dụng được cho các mái dốc thoải hơn 1:3.
- Trọng lượng riêng viên đá nên nằm trong khoảng 1,9T/m3 ≤ γB ≤ 2,9 T/m3;
- Ưu điểm của công thức Hudson là đơn giản, sử dụng thuận tiện, cho đến
nay vẫn được sử dụng rộng rãi.
- Hạn chế lớn nhất của công thức Hudson là chưa phản ánh ảnh hưởng của
chu kỳ sóng Ts đối với trọng lượng viên đá gia cố; kiểu sóng vỡ; quá trình bão (như
số lượng sóng tới); mức độ hư hỏng cho phép (công thức đã giả thiết không có hư
hỏng nào). Công thức cũng chưa đề cập đến tính thấm của công trình.
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 7
, và ở trạng thái giới hạn ta có: Từ công thức Hudson, ta đặt NS =
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
H
3/1 γ B
N
=
S
3/1
B
G
.
. SD − γγ γ
(7-26)
Ns - Được gọi là hệ số phá hoại “Zêrô”;
HSD = 0 - Chiều cao sóng giới hạn để khối gia cố mất ổn định.
Theo công thức Hudson, khi dung trọng khối phủ, hình dạng và dạng gia cố
mái, độ dốc mái đã xác định, trọng lượng ổn định của khối gia cố tỷ lệ thuận với lũy
thừa 3 của chiều cao sóng. Do đó, với trọng lượng khối gia cố nhất định, chiều cao
sóng giới hạn gây mất ổn định có giá trị nhất định, dẫn đến NS trong công thức (7-
26) cũng chỉ có một trị số xác định. Nhưng các kết quả nghiên cứu thí nghiệm đều
chứng tỏ rằng trong điều kiện các yếu tố nói trên không đổi, chỉ thay đổi chu kỳ
sóng, sẽ thu được các giá trị NS khác nhau.
Các chu kỳ sóng khác nhau tổ hợp với một độ dốc mái sẽ có được các trị số
Iribareen khác nhau. Đường cong quan hệ giữa NS và Ir là một đường cong lõm
xuống có giá trị cực tiểu. Trị số cực tiểu của NS xuất hiện ở Ir = 2 ÷ 3. Như vậy, mặc
dù trọng lượng viên đá không đổi, các yếu tố độ dốc, dung trọng vật liệu và hình
dạng khối gia cố đều không đổi, nhưng sự thay đổi về chu kỳ sóng sẽ làm cho HSD=
0 xuất hiện giá trị bất lợi nhất. Công thức Hudson do không phản ánh được yếu tố
chu kỳ sóng, chiều cao sóng giới hạn mất ổn định của trọng lượng tính toán khối gia
cố chỉ có một giá trị.
Trên thực tế, khi một chu kỳ sóng nào đó xuất hiện, có thể chiều cao sóng
nhỏ hơn vẫn có thể làm cho khối gia cố mất ổn định. Các công thức của Iribarren và
Van de Meer (Hà Lan) sau đây đã bổ sung các vấn đề nêu trên.
A.2. Công thức Van de meer (1988)
2,0
H
18,0
5,0
- Đối với sóng có Ir < 2,5 ÷ 3,0
.2,6
I
P
=
− r
3
S d N
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
b
D
50
s − γγ γ
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 8
(7.23)
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
H
13,0
−
- Đối với sóng có Ir > 3,0:
.0,1
P
Im ×
=
P r
3
S d N
⎛ ⎜ ⎝
2,0 ⎞ ×⎟ ⎠
b
D
50
s − γγ γ
⎛ ⎜⎜ ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
(7.24)
Trong đó,
HS - Chiều cao sóng có ý nghĩa (m);
D50 - Đường kính đá (đường kính danh nghĩa),
(7.26) D50 =
γb - Trọng lượng riêng vật liệu khối gia cố;
N - số sóng, N = 2π Ls ;
S - Hệ số tổn thất (hay mức độ hư hỏng);
P - Thông số xét đến tính thấm nước của lõi thân đê,
P = 0,1 ÷ 0,2 : Lớp gia cố trên tầng lọc, lõi đất;
P = 0,4 : Đá đổ có lõi đá nhỏ hơn;
2
P = 0,6 : Đá đổ đồng đều.
sT .
g 2 π
s
tgα H L
s
(m). Ir: Hệ số Iribarren; Ir = , với Ls =
* Lưu ý khi sử dụng công thức Van der Meer
n50 (xem hình 7.15). S =
- Mức độ hư hỏng S được định nghĩa bằng diện tích xói (quanh mực nước
cân bằng) chia cho bình phương đường kính đá: S = Ae/D2
2÷3 được xem là ngưỡng hư hỏng (tương ứng mức độ hư hỏng 5% trong công thức
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 9
Hudson). S = 5 ÷ 8 là mức hư hỏng trung bình. S = 8 ÷ 12 là khi đá ở lớp bảo vệ bị
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 cuốn đi hoàn toàn tại một điểm nào đó và lớp lọc bị lộ ra, sự hư hỏng có thể định
nghĩa như là sự phá hoại kết cấu.
Hình 7-15. Đường kính đá (hàm của độ hư hỏng)
Giới hạn mức độ hư hỏng S phụ thuộc chủ yếu vào hệ số mái dốc. Đối với
lớp phủ kép, giá trị S xác định trong bảng 7.10.
Bảng 7.10. Mức độ hư hỏng S đối với lớp phủ kép.
Hệ số mái dốc 1 : 1,5 1 : 2,0 1 : 3,0 1 : 4,0 1 : 6,0
Ngưỡng hư hỏng 2 2 2 3 3
Hư hỏng trung gian 3 ÷ 5 4 ÷ 6 6 ÷ 9 8 ÷ 12 8 ÷ 12
Ngưỡng phá hoại 8 8 12 17 17
Ưu điểm của công thức trên là dùng diện tích xói (có thể đo khách quan bằng
hồi âm) để tính toán.
- Theo Powell, khó khăn chính khi sử dụng các công thức Van der Meer là
đánh giá hệ số thấm lõi P.
Hệ số thấm lõi P có ảnh hưởng đến ổn định của lớp áo bảo vệ. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc kích thước lớp lọc và kích thước lõi. Hệ số thấm lõi càng lớn, nước càng thấm mạnh vào bên trong kết cấu trong thời kỳ sóng leo, đồng thời giảm lực tác dụng (trên một đơn vị diện tích) lên lớp bảo vệ cả trong thời kỳ sóng leo và sóng đổ. Lớp bảo vệ sẽ ổn định hơn với lớp lọc có hệ số thấm lớn (theo Van der Meer).
Các giá trị của P được gợi ý thay đổi từ 0,1 cho lõi tương đối không thấm
Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 10
đến 0,6 cho kết cấu đá gần như đồng nhất.
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
- Trị số lớn nhất của số sóng N sử dụng trong công thức (7.23) và (7.24) nên
chọn là 7500. Với N > 7500, kết cấu ít nhiều đạt đến sự cân bằng, sự phá hoại gần
như không đổi so với trường hợp N = 7500.
- Độ dốc sóng ( Hs/Ls) nên chọn trong khoảng 0,005 - Trọng lượng riêng viên đá nên nằm trong khoảng 2,0T/m3 ≤ γB ≤ 3,1 T/m3; W ≥ A.3. Công thức Iribarren (1965) NρrgH 3
∆3 µcosα+ sinα ( )3 (7.26) Trong đó, W - Trọng lượng cục, hòn làm kè [N]; N - Hệ số; α - Góc của mái dốc; µ - Hệ số ma sát; ρr - Khối lượng riêng của cục, hòn làm kè [kg/m3]; ρw - Khối lượng riêng của nước biển [kg/m3]; ∆ - Tỷ trọng của đá so với nước biển; H - Chiều cao sóng [m]; G - Gia tốc trọng trường [m/s2]; Hệ số N và µ có thể tham khảo ở bảng 7.9 sau đây: Bảng 7.9. Xác định hệ số N và µ Loại cục, hòn ổn định theo chiều
hướng xuống dưới ổn định theo chiều
hướng lên trên Mái dốc
chuyển tiếp (µ cos α - sin α) 3 (µ cos α + sin α)3 N N cotg α µ µ Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 11 Đá có góc cạnh thô 2.38 0.430 2.38 0.849 3.64 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 Khối lập phương 2.84 0.430 2.84 0.918 2.80 Cục Tetrapods 3.47 0.656 3.47 1.743 1.77 B. Chiều dày lớp phủ mái - Lớp phủ mái bằng đá hộc lát khan hoặc xây vữa 10) Khi mái đê có hệ số mái 1,5 ≤ m ≤ 5 được phủ bằng lớp đá hộc lát khan hoặc đá hộc xây vữa nhưng vẫn có lỗ thoát nước thì độ dày ổn định dưới tác dụng của H sóng (theo 14 TCN 130 -2002) được tính theo công thức sau: . 3. L
s
H γ
−
γγ s
m d s (7-5) δd = 0,266. Trong đó: δd - chiều dày lớp đá hộc lát khan (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 (m); Hs- chiều cao sóng (m); + Khi h/Ls ≥ 0,125 lấy Hs = Hs4%; + Khi h/Ls < 0,125 lấy Hs = Hs1/3 = Hs13%. 2 1 m + 20) Dưới tác dụng của sóng, chiều dày δ (m) của lớp đá hộc lát khan hoặc đá hộc
xây vữa nhưng có bố trí lỗ thoát nước, được tính toán như sau: ∆31δ K = + (7-6) s mh b KH,
γ m Trong đó, h
sH , với h là chiều Kmh - Hệ số có liên quan đến hệ số mái dốc đê m và trị số Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 12 sâu nước, xác định Kmh theo bảng 7.3; 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 γ∆ = γ γ γ
− b Kb - Hệ số độ dốc sóng, xác định theo bảng 7.4; Bảng 7.3: Hệ số Kmh m γb - Trọng lượng riêng của vật liệu (KN/m3);
γ - Trọng lượng riêng của nước (KN/m3). h
sH 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 0.426 0.261 0.13 0.08 0.054 1.5 0.354 0.198 0.087 0.043 0.031 2.0 0.332 0.18 0.076 0.041 0.026 2.5 0.322 0.171 0.07 0.037 0.023 3.0 0.314 0.166 0.067 0.035 0.021 3.5 0.310 0.162 0.0065 0.034 0.020 4.0 10 15 20 25 30 Ls/Hs 0.081 0.122 0.162 0.202 0.243 Kb 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 Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 13 cần căn cứ vào lực đẩy nổi dưới tác dụng của sóng để xác định chiều dày của bản, 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
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 2 m 1 3 07,0 t CH (7-5) = s L
s
S +
m γ
γγ
− b dưới tác dụng của lực đẩy nổi: 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). (7-6) . δB = η.Hs. γ
−
γγ B L
s
.
ml
t + Tính theo công thức trong quy phạm thiết kế đê Trung Quốc (GB50286-98) 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%; Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 14 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 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). s 2
3 + Tính theo công thức Pilarczyk, K.W . I r H
γ
.
ϕ −
γγ B (7-8) δB = 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 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 3 4 H ( HS
/ ) 2
s s tông lắp ghép được tính như sau: t 66,0 = × S cos γ
3,0 α − ωα γ
b Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 15 (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 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). ≤ 1.0 1.2 ÷ 1.5 2.2 ÷ 2.8 2.5 ÷ 4.3 ≥ 5 ÷ 6 S/Hs 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 ω 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: Hình Loại cấu kiện Hình dạng Cấu tạo bề mặt
trực tiếp với sóng Phương thức
liên kết lát độc - Chữ nhật - Trơn Ghép cạnh nhau 7.16 Tấm
lập - Lục lăng - Khuyết lõm - Chữ T - Mố lồi - Lỗ thoát nước liên - Chữ nhật - Trơn - Xâu cáp 7.17 Tấm
lát
kết mảng - Lục lăng - Mố lồi - Rãnh, hèm - Lỗ thoát nước - Âm dương Hình 7.16 và 7.17 là một số loại bản bê tông đúc sẵn lát độc lập hoặc có cơ Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 16 cấu tự chèn, liên kết mảng sử dụng cho mái đê biển. e) a) c) Gê nh« d) b) f) Lç tho¸t n−íc a. Tấm chữ nhật có gờ nhô d. Tấm chữ nhật lỗ mắt cáo b. Tấm chữ nhật có khuyết lõm e. Tấm lục lăng có gờ nhô c. Tấm chữ T f. Tấm lục lăng có lỗ thoát nước d) a) c) A-A A A b) e) B-B B B - Tấm lát liên kết mảng a. Chèn lệch, mặt phẳng d. Xâu cáp b. Chèn lệch, mặt có lỗ e. Móc mang Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 17 c. Chồng bậc thang 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 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 Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 18 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
kế cần tuân theo quy phạm thiết kế tầng lọc ngược công trình thủy lợi (QPTL-C5- 75). > 5 - Tầng lọc ngược phải thõa mãn điều kiện (theo TCN 130-2002): > 5 > 20 (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 (7-16a) δo = 50.d15 Hoặc lấy theo kinh nghiệm như sau: + Lớp trong: δo = ( 10 ÷ 15) cm (7-16b) + Lớp ngoài: δo = ( 15 ÷ 20) cm 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. Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 19 B. Thiết kế tầng lọc có sử dụng Geotextile 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 Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 20 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
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 Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 21 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
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. Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 22 - Xác định tiềm năng phân rã của đất 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: (7.50) kg ≥ is.k 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: (7.50) kg = ψ.t 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 Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 23 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 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: Điều kiện áp dụng Tính chất của vải Lực kéo túm, Độ dãn dài, % Lực chọc thủng phương lbs pháp ép pitong, lbs 80 180 Lắp đặt bình Áp lực tiếp thường (hệ xúc lớn (dăm thống tiêu) nhọn, đầm chặt) 25 80 Áp lực tiếp xúc nhỏ (sỏi, cuội đầm nhẹ) 15 80 200 Lắp đặt khắc Áp lực tiếp nghiệt (hệ xúc lớn (đá rơi thống chống từ độ cao xói) >3m) 15 40 90 Áp lực tiếp xúc nhỏ (có đệm cát hoặc dăm, độ cao Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 24 rơi < 3m) 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. a) §¸ héc 3Hs-4,5Hs d d d)
(2-3)Hs §¸ d¨m
V¶i läc §¸ d¨m
V¶i läc d
)
3
-
2
( d
)
2
-
1
( §¸ héc d b)
(2-3)Hs §¸ d¨m
V¶i läc d
)
3
-
2
( d §¸ héc 2Hs-3Hs e) §¸ d¨m
V¶i läc d
2 c) d 1:2 1 : 2 èng BTCT §¸ d¨m
V¶i läc §¸ héc s
H
1 d
1 §¸ héc Chân khay gồm có hai loại: chân khay nông và chân khay sâu. Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 25 - 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 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. Hình 7-19. Chân khay ống buy tròn 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. Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 26 - Chân khay kiểu kết hợp 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 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. - 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. 2,0 3,0 4,0 5,0 Vmax (m/s) 40 80 140 200 Gd (kg) Trong đó, Vận tốc cực đại của dòng chảy do sóng tạo ra ở chân đê được xác định: Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 27 (7-17) Vmax = 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 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, Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 28 từ đó xác định cao trình đáy chân kè cần thiết. A. Tính ổn định tổng thể công trình gia cố mái đê - 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. sin. . ) g tg + + G
3 α
3 3 ϕαα
3 2 (ii) Hệ số ổn định của khối đất BCD (hình 7-19) được tính toán như sau: .
sin(
) cos
.
tg
P
+
αα
3
3
2
cos(
.
P
αα
+
2
3
2 (7-10) K = sin tC
.
α
2 (7-11) P2 = G2.sinα2 - G2.cosα2.tgϕ - - P1.cos(α1 - α2) (7-12) P1 = G1.sinα1 - f1.cosα1 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; Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 29 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 G2- trọng lượng khối đất trượt ABD; G3- trọng lượng khối đất trượt BCD. G1 G2 P1 2α a
1:m 1
1α - MN kiÖt α
1 b
: m 2 1 ®¸y P2 c α
2 B. Tính ổn định nội bộ lớp gia cố 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: 2-a2f2+a3=0 ) = a
1 (
nm
1
1 mm
−
2
1
2
m
+
1 ( ) + .
mmmn
1 2 2
1 2 mm
−
1 2 1 a = + + + 2 2
m
1 Gm
2
G
1 1 1 + + 2
m
1 2
m
1 1 2 1 a = + + 3 2
m
1 +
1 G
2
G
1 mm
.
1
2
m
+
1 (7-21) a1f2 Trong đó: n = f1/f2; Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 30 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 f2 - hệ số ma sát trong giữa vật liệu gia cố mái. K = (7-22) tg
ϕ
2f Hệ số ổn định của lớp gia cố mái đước tính như sau: Với ϕ là góc ma sát trong của khối gia cố. C. Tính ổn định lớp gia cố khi có sử dụng địa kỹ thuật Nếu mái quá dốc, lớp áo bảo vệ có thể bị trượt trên mặt vải ĐKT gia cố hoặc lớp vải chống thấm (nếu có), trong khi vải vẫn giữ được nguyên vị trí do ma sát giữa vải và nền lớn, hoặc do neo, ghìm vải vào nền đất. Có thể tính cân bằng chống trượt theo sơ đồ hình 7.21, với giả thiết lớp áo bảo vệ là đá đổ độ rỗng lớn, áp lực đẩy nổi lên đá không đáng kể. Điều kiện ổn định là: (1-58) GII < f1.GI Trong đó: GII - thành phần lực song song với mái của trọng lượng lớp áo bảo vệ Gt GI - thành phần thẳng góc với mái của Gt f1 - hệ số ma sát giữa lớp áo bảo vệ và vải ĐKT gia cố. Tiêu chuẩn thiết kế ổn định của lớp áo bảo vệ có thể viết là: G
II
G I (7-23) = tgα < f1 t h f1 x d f2 ft2F G II G I G t α KF Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 31 với α là góc mái dốc. 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 Để dễ thi công, tăng ổn định lớp bảo vệ, thường bố trí thêm ở chân mái dốc các lăng trụ hình thang ngược bằng đá xếp hoặc các vật liệu khác. 7.4.1.6. THI CÔNG, KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG KÈ GIA CỐ MÁI a. Thiết bị thi công kè gia cố mái Thiết bị dùng trong thi công kè gia cố mái có thể là thiết bị trên cạn hoặc thiết bị dưới nước. Về cơ bản, kè gia cố mái bao gồm lớp bảo vệ mái, tầng lọc và phần gia cố chân kè. b. Thi công lớp lọc Lớp lọc đơn giản và thường dùng hiện nay là lớp lọc dùng vải địa kỹ thuật có phủ đá lên trên. Trong hình 13-11, lớp vải địa kỹ thuật được trải từ trên bờ xuống đáy sông. Trong giới hạn cho phép nhân công trên cạn có thể trải vải địa kỹ thuật song cũng có trường hợp phải dùng tới thợ lặn. Đối với các công trình lớn, người ta phải dùng tàu kéo cuộn vải địa kỹ thuật lõi thép từ trên bờ xuống. Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 32 Lưu ý: Các bước chính trong thi công vải ĐKT xem trong 14TCN 110-1996. Sau khi thi công xong lớp lọc, tàu mở thành sẽ đổ đá phủ lên lớp vải địa kỹ thuật, bắt đầu từ phía chân lớp gia cố lên trên để cố định lớp vải địa kỹ thuật, không cho nó trượt xuống. d. Yêu cầu kỹ thuật thi công kè đá d.1. Chiều dày kè đá Kè đá phải được thi công ở những vị trí theo trong đồ án kỹ thuật – bản vẽ thi công đảm bảo độ dày yêu cầu để thực hiện chức năng bảo vệ mái đê. Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 33 d.2. Chất lượng đá 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 Đá dùng để lát kè phải đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật sau: - Chất liệu đá phải đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật sau: + Chất liệu phải đặc, bền, không bị rạn nứt, không có khe rãnh ở giữa hoặc bất cứ một khuyết tật nào khác có xu hướng làm cho nó dễ bị phá hủy khi có sóng tác động. + Có thể sử dụng loại đá granit hoặc đá vôi để làm đá lát kè bảo vệ mái đê. Không sử dụng đá loại diệp thạch, sa thạch. d.3. Cấp phối đá - Đá lát kè cần phải được xếp đặt sao cho các viên đá lớn được phân bố đồng đều trên toàn bộ diện tích và đá nhỏ hơn được đặt xen kẽ ở mặt dưới, giữa các viên đá lớn. Bề mặt kè không được có khe hở lớn, khe hở phần dưới các viên đá được bịt lấp bằng đá nhỏ, làm cho các viên đá được đặt khít nhau, ăn khớp nhau, kè đá có độ dày đồng đều, không có đá dăm trên bề mặt kè. - Đá được xếp đặt bằng thủ công. Các viên đá đều được dựng vuông góc với bề mặt của mái dốc. - Những viên đá có một kích thước lớn hơn chiều dày đã xác định của kè, thì có thể đặt chiều nhỏ hơn vuông góc với đê. - Đá được xếp thích hợp sẽ đảm bảo ổn định của toàn bộ kè, và giảm bớt được tốc độ của dòng nước xói dưới kè. d.4. Đá gắn vữa liên kiết thành khối lớn Trong thiết kế đã tính toán kích thước các viên đá lát mái. Thông thường đá kè biển yêu cầu có kích thước, trọng lượng lớn. Trong điều kiện thi công bằng lao động thủ công, có nhiều khó khăn để vận chuyển, xếp đặt các viên đá có kích thước như vậy. Cách khắc phục đơn giản là gắn các viên đá có trọng lương 40 ÷ 50kg với nhau bằng vữa thích hợp để đảm bảo yêu cầu về kích thước, trọng lượng tính toán. Đá gắn vữa này giải quyết được việc thay thế các viên đá lớn nặng mà vẫn đảm bảo Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 34 yêu cầu chất lượng công trình. 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 Việc thi công các loại đá này cũng dễ dàng do khuôn đúc đổ tại chỗ, giữ được bề mặt nhám, tiêu hao năng lượng dưới tác dụng của sóng, thấm nước qua khe giữa các viên và độ lún cục bộ. Kích thước của các viên đá gắn vữa phụ thuộc chiều cao sóng thiết kế qui định. - Chọn vật liệu đá và phương pháp ghép đá để gắn vữa như sau: + Đặt khuôn (gỗ hoặc thép) lên bề mặt đê theo tuần tự làm từ thấp đến cao. + Đá chọn để làm đá gắn vữa phải có chất lượng tốt, bề mặt sạch, không có các chất bẩn, đất, rễ cây bám rính. Mặt đá phải được tưới nước trước khi đổ vữa. Các viên đá phải được đặt lên mái kè sao cho khoảng cách giữa các viên đá nhỏ nhất. Vữa sẽ được phụt vào các khe hở giữa các viên đá. + Việc đặt các lớp lọc bằng cát sỏi được tiến hành đồng thời với việc đặt xếp đá kè. Bắt đầu làm từ phần chân trước rồi làm dần lên, đặt lớp đệm lọc xong trên đặt kè (mỗi băng dài tùy thuộc kích thước của viên liên kết). Cách làm này cần thiết để tránh làm hỏng lớp lọc. Nếu đặt các băng có kích thước lớn hơn nhân công đi lại sẽ làm hỏng mái. + Khi đã rải cát, sỏi lọc hoặc vải lọc, sỏi trước khi đặt các viên đá cần rải một lớp giấy dầu hoặc bao xi măng rồi rải một lớp vữa dày 0,1m để tránh vữa xi măng làm giảm tác dụng lọc. + Khi ghép đá phải đánh dấu vị trí các viên đá sẽ được gắn vữa. Khi đá đã được đặt ghép xong trên toàn bộ các khuôn mới tiến hành phụt vữa xi măng. Vì cách đặt các viên đá có liên quan vữa dính kết bề mặt tiếp xúc, do đó cần dùng xà beng nạy để vữa nhét hết vào các khe. - Vữa Vữa để phụt dùng loại mác 100 ÷ 250. Với vữa mác 125 thành phần gồm: + Số lượng xi măng Porland (OPC) = 325 kg/m3; + Nước/ximăng = 0,5 ÷ 0,6; + Cát sông có cấp phối tốt, khoảng 1,48 kg/m3; Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 35 + Nước không lẫn bùn, chất hữu cơ, axit, kiềm và các chất bẩn khác. 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 Đối với công trình vùng bờ biển, thường dùng xi măng chống sunfat. Vì thiếu loại xi măng này, và đá làm kè phần lớn là đá vôi nên có thể dùng loại xi măng porland truyền thống. Việc trộn vữa phải kiểm tra và thí nghiệm ở phòng thí nghiệm. Loại vữa thích hợp được chọn trên cơ sở các kết quả cường độ nén sau 28 ngày. Tuy nhiên, cường độ nén sau 3 ngày và 7 ngày cũng sẽ được xem xét. e. Kiểm tra chất lượng kè đá sau khi thi công Theo tài liệu Hỗ trợ Kỹ thuật đê biển của dự án UNDP VIE/92/023, việc kiểm tra chất lượng kè đá phải được tiến hành với mỗi 200 m dài đê kè. e.1. Kiểm tra chất lượng viên đá Kiểm tra chất lượng viên đá có thể bằng quan sát mắt thường và cường độ nén ở phòng thí nghiệm về “kiểm tra tải trọng điểm” đối với các viên đá có kích cỡ khác nhau nếu phát hiện thấy sự khác biệt khi đi kiểm tra hiện trường. e.2. Kiểm tra chất lượng bề dày và cách xếp đá Chiều dày kè phải đảm bảo không chênh với thiết kế quá 5%. Việc xếp đá phải theo cách xếp kỹ thuật. Đòi hỏi phải có các hòn đá nhỏ nhét kín các khe hổng dưới các hòn đá lớn, không có viên đá dăm nhét khe hở ở bề mặt. Không thể nhấc một viên đá lên mà không chạm đến 2÷3 viên đá xung quanh. e.3. Kiểm tra chất lượng cấp phối đá kè Kiểm tra chất lượng cấp phối đá kè do cán bộ kỹ thuật thực hiện theo cách: - Chọn lấy một diện tích 50 m2. - Đo đường kính ngoài của mỗi viên đá (đối với các viên đá xi măng cũng tương tự) đánh dấu bằng sơn hoặc phấn. - Xếp các viên đá có cùng kích thước vào trong một nhóm, tính toán xác định tỷ lệ % cho mỗi nhóm. Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 36 - Các giới hạn về đường kính của viên đá thuộc mỗi nhóm có thể như sau: 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 STT Nhóm STT Nhóm 1 0,80 ÷ 1,00 m 1 0,30 ÷ 0,40 m 2 0,60 ÷ 0,70 m 2 0,20 ÷ 0,30 m 3 0,50 ÷ 0,60 m 3 0,10 ÷ 0,20 m 4 0,40 ÷ 0,50 m 4 0,05 ÷ 0,10 m Các đường kính đo được cho phép xác định được diện tích của mỗi viên đá, lấy tích đó nhân với chiều dày trung bình của kè đá và trọng lượng riêng của đá thuộc mỗi nhóm. Bằng cách này sẽ xác định được sự phân bố của các viên đá có kích thước trung bình trên bề mặt kè đá. Giới hạn có thể chấp nhận được là sự có mặt của 50% số đá có trọng lượng trung bình G50. Giới hạn chấp nhận biến đổi trong 10%. e.4. Kiểm tra chất lượng kè đá xây vữa Khi chuẩn bị vữa, trường hợp dùng máy trộn, mỗi mẻ khoảng 1÷1,5 m3, kỹ sư hiện trường phải thử nghiệm đo độ sụt. Giá trị lớn nhất đo độ sụt chấp nhận là
3÷9 cm. Cứ mỗi 30 m3 vữa phải lấy 6 mẫu gửi về phòng thí nghiệm để kiểm tra cường độ nén và đồng thời lấy một mẫu cát dùng làm vữa để kiểm tra và phân tích cấp phối hạt. f. Yêu cầu kỹ thuật thi công kè bê tông lát mái f.1. Yêu cầu cấp phối cốt liệu - Cấp phối hạt của cốt liệu được xác định bằng phương pháp sàng tiêu chuẩn được hiểu như là cấp phối hạt. Cấp phối hạt của cát được thể hiện bằng tỷ lệ phần trăm của các nhóm hạt còn lại trên sàng tiêu chuẩn, được thể hiện bởi các chỉ số 4, 8, 16, 30, 50, 100. - Thí nghiệm cho thấy sự thay đổi trong cấp phối của cát không ảnh hưởng gì về mặt vật liệu đến cường độ kháng nén của mẫu vữa và bê tông khi tỷ lệ Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 37 nước/ximăng và độ sụt được giữ không đổi. Nhưng những thay đổi như vậy trong 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
cấp phối cát làm cho hàm lượng xi măng thay đổi theo chiều ngược lại đối với độ mịn của cát. - Kinh nghiệm cũng cho thấy rằng các loại cát rất mịn hoặc rất thô đều không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng. Cấp phối của cốt liệu rất quan trọng, nó vừa ảnh hưởng đến tỷ lệ nước/xi măng và tỷ lệ chất kết dính/cốt liệu, qua đó ảnh hưởng đến giá thành và khả năng đúc của bê tông. Không nên sử dụng cát có độ đều hạt cao, đương cong cấp phối trơn vì không thể đáp ứng về mặt kinh tế. Số % trọng lượng giữ trên sàng 0 5 ÷ 15 10 ÷ 25 10 ÷ 30 15 ÷ 35 12 ÷ 20 Số sàng N0
N04
N08
N016
N030
N050
N0100 3 ÷ 7 Tiêu chuẩn về giới hạn phân tích bằng sàng như sau: - Về sỏi hoặc đá dăm, thông thường kích thước cho phép hạt lớn nhất của cốt liệu tới 120mm. Việc sử dụng cuội lớn hơn 120mm nhìn chung không đạt hiệu quả cao và không hạ được giá thành cũng như cải thiện được tính chất của bê tông. Cuội tảng lớn làm tăng khả năng cọ sát trong hỗn hợp, dễ phân ly và công tác đổ bê tông sẽ khó khăn hơn. Cuội tảng có kích thước lớn làm tăng độ rõng giữa các hạt cốt liệu nếu không được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ hỗn hợp bê tông. Điều này có thể dẫn đến sự giảm nghiêm trọng khả năng làm việc của bê tông vì lượng vữa không đủ để lấp đầy lỗ rỗng. - Nhìn chung, so với cuội sỏi đá dăm yêu cầu tỷ lệ cát cao hơn để bù vào phần hạt sắc, góc cạnh. Để có được một hỗn hợp có khả năng làm việc tốt tương đương với hỗn hợp không dùng đá dăm, lượng cát trung bình khoảng 20% trong Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 38 hỗn hợp. Việc sử dụng bê tông có cốt liệu với kích thước tối đá có thể mang lại lợi 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
ích đáng kể. Đồng thời cũng cho thấy rằng việc giảm hàm lượng nước và xi măng cũng tỷ lệ với việc tăng kích thước hạt cốt liệu tối đa. f.2. Nước cho bê tông kè mái đê - Nước dùng cho trộn và bảo dưỡng bê tông cần phải đủ sạch và không chứa quá nhiều tạp chất như bùn, vật chất hữu cơ, muối hoặc các chất bẩn khác… Để chuẩn bị nước cho bê tông, nước lấy từ nguồn mang theo một lượng chất bẩn rắn thì cần thiết phải lọc qua bể lắng và lọc bằng các cách khác. - Nước sạch không có vị mặn có thể sử dụng để trộn và bảo dưỡng bê tông mà không cần thí nghiệm kiểm tra nào khác. Tất cả nguồn nước không rõ về chất lượng phải lấy mẫu và phân tích theo các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu. - Những thí nghiệm cho thấy rằng việc dùng nước sunfat để sản xuất bê tông với hàm lượng nhỏ hơn 1% không ảnh hưởng xấu đến chất lượng bê tông. Với hàm lượng khoảng 0,5% cường độ bê tông giảm 4%, với hàm lượng 1% làm cho cường độ bê tông giảm >10%. Bê tông trộn bằng dung dịch muối Cloride (muối thường) cho thấy cường độ bê tông giảm đi đáng kể (5% muối thông thường làm giảm cường độ khoảng 30%). f.3. Kiểm tra chất lượng bê tông - Chất lượng bê tông thông thường phụ thuộc phần lớn vào việc kiểm tra tại các trạm trộn và thiết bị trộn bê tông. Cấp phối được điều chỉnh trên cơ sở kết quả thí nghiệm độ ẩm và cấp phối cốt liệu. Hàm lượng và trình tự của mỗi thành phần đưa vào mẻ trộn và thời gian trộn được kiểm tra định kỳ để đảm bảo sự thay đổi là tối thiểu. Vữa bê tông trộn sẵn được thí nghiệm đối với độ đặc, nhiệt độ, hàm lượng khí, dung trọng. Mẫu bê tông khối lập phương được dùng cho thí nghiệm nén. Với điều kiện thực tế, mẫu để thí nghiệm cốt liệu và mẫu thí nghiệm bê tông phải lấy trong cùng một mẻ trộn. - Chu kỳ lấy mẫu, số lượng mẫu lập phương và tuổi thí nghiệm của các mẫu lập phương thay đổi tùy thuộc loại và kích thước mẫu theo yêu cầu công việc. - Mỗi loại bê tông cần lấy mẫu một lần cho mỗi ngày đối với bê tông đổ tại chỗ. Mẫu cho cốt liệu bê tông và bê tông phải đại diện cho vật liệu được sử dụng và Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 39 bê tông được đổ mỗi ngày. 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 - Độ sệt của bê tông được sử dụng để biểu thị độ linh động của vữa bê tông và được xác định bằng thí nghiệm độ sụt. Độ sụt phản ánh độ sệt. Do vậy, điều chỉnh độ sụt được thực hiện bằng điều chỉnh trực tiếp độ sệt, trên cơ sở khống chế công nghệ đổ bê tông một cách thích hợp và điểu chỉnh trực tiếp tỷ lệ nước/xi măng. Nguyên tắc của thí nghiệm là làm lại những mẻ trộn với cùng thành phần cấp phối để thu được cùng độ sệt với cùng tỷ lệ nước/xi măng. Đối với mỗi thí nghiệm các thông số cần được ghi lại như trọng lượng mẻ trộn, thành phần cốt liệu, nhiệt độ của vật liệu. Từ lúc thí nghiệm thành phần cấp phối, quá trình trộn được khống chế một cách hợp lý, sự thay đổi độ sụt sẽ phản ánh sự thay đổi hàm lượng nước và tỷ lệ nước/xi măng. Mặt khác, nếu độ ẩm của cốt liệu là đồng nhất và lượng nước trộn vào hỗn hợp được khống chế, thí nghiệm độ sụt sẽ thể hiện sự thay đổi thành phần cấp phối hoặc các sai sót khi trộn. Lưu ý Cát, sỏi, nước, ximăng… dùng chế tạo bê tông lát mái phải tuân theo 14 TCN 66-2002 đến 14 TCN 73-2002: Vật liệu làm thủy công – Yêu cầu kỹ thuật và Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 40 phương pháp thử. g.1. Chiều dày và cách lắp đặt - Tầng đệm, lớp lọc của kè gia cố bờ cần được đặt đúng vị trí, cấp phối và chiều dày như trong bản vẽ thiết kế. Vật liệu làm đệm lọc cho kè đá cũng phải được lựa chọn chỉ dẫn trong thiết kế. Các lớp lọc này không cần đầm, nhưng phải được thi công đảm bảo các lớp đều nhau theo chiều dày qui định. g.2. Cấp phối lớp lọc Cát để làm lớp lọc có cấp phối như loại cát dùng đổ cho bê tông. Kích thước lỗ sàng Số % trọng lượng giữ trên sàng Số sàng N0 (mm)
4,67 0 2,38 5 ÷ 15 1,19 10 ÷ 25 0,59 10 ÷ 30 0,297 15 ÷ 35 0,149 12 ÷ 20 Pan N04
N08
N016
N030
N050
N0100 3 ÷ 7 - Cấp phối cát hợp lý đối với lớp lọc (theo tiêu chuẩn Mỹ): Kích thước lỗ sàng (mm) Số % trọng lượng giữ trên sàng 19 – 38,1 Số sàng N0
3/4 – 11/2 40 ÷ 55 9,51 - 19 30 ÷ 35 4,75 – 9,51 3/8 – 3/4
N04 – 3/8 15 ÷ 25 - Cấp phối sỏi thích hợp với lớp lọc (theo tiêu chuẩn Mỹ): - Kiểm tra chất lượng lớp lọc + Chiều dày: phải đảm bảo chiều dày thiết kế, cho phép chênh lệch 10%. + Vật liệu sử dụng làm lớp lọc đáp ứng yêu cầu chất lượng giới hạn về cấp phối tương ứng với các loại cát sỏi làm bê tông. + Cứ mỗi 20m dài đê, các mẫu sỏi cát dùng làm lớp lọc phải được lấy để Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 41 phân tích cấp phối hạt. - Đặt vải lọc Nên tháo hết nước khu vực đặt vải lọc hoặc có thể thực hiện khi triều thấp Chuẩn bị mặt bằng mái để rải vải lọc: làm sạch, phẳng chỗ gồ ghề trên mái Ở vùng không có nước thì đào chân khay đến cao trình thiết kế và đặt vải lọc, ghim chặt với chân khay và mái theo chỉ dẫn trong thiết kế. Ở vùng có nước, vải lọc đặt vào rãnh khay và ghim neo. Phải rải vải tiếp từ chân lên mái trong điều kiện có nước. Chú ý ghim neo cẩn thận phân chân và mái ngập nước, nếu không vải lọc sẽ bị đẩy nổi ra khỏi vị trí tác dụng do nước và sóng. hai tấm, cường độ chỗ nối phải đạt ít nhất 80% cường độ vải lọc. Phần đỉnh của tấm vải lọc cần cố định chắc chắn, không cho nước chảy phía dưới và chống phá hủy do bị lộ ra ngoài trời trong thời gian dài. Không được để một phần nào vải phơi ra dưới trời nắng nóng vì geotextile là vật liệu dễ phá hủy bởi tia cực tím. Thời gian vải lọc chuẩn bị làm kè để ra ngoài trời không quá 5 ngày. - Kiểm tra chất lượng thi công vải lọc Chỗ tiếp giáp giữa hai tấm vải cần chồng lên nhau 30 ÷ 50 cm. Nếu may nối Việc kiểm tra chất lượng thi công vải lọc được thực hiện ngoài hiện trường, đồng thời với việc kiểm tra kích thước chân khay và xếp đặt đá kè. Các thông số được thí nghiệm vải geotextile: + Kích thước lỗ rỗng (AOS) + Hệ số thấm lọc + Quan hệ ứng suất – biến dạng + Độ bền kéo. - Chú ý Chất lượng vải phải đạt yêu cầu thiết kế và kiểm tra theo 14 TCN 91-1996 đến 14 TCN 99-1996: Vải địa kỹ thuật – Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử; 14 TCN 110 – 1996: chỉ dẫn thiết kế và sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trong công Báo cáo chuyên đề 25: Hướng dẫn thiết kế bảo vệ mái đê biển bằng vật liệu xây dựng 42 trình thủy lợi.(
)
Bảng 7.4: Hệ số Kb
Bảng 7.3. Hệ số ϕ theo cấu kiện và cách lắp đặt
Bảng 7.6. Hệ số ω theo tỉ số S /Hs
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
- Tấm lát độc lập
Hình 7.16. Một số loại kết cấu bê tông đúc sẵn ghép độc lập trên mái đê
Hình 7.17. Kết cấu bê tông đúc sẵn có cơ cấu tự chèn, liên kết mảng
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
B.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của vải địa kỹ thuật dùng trong thiết kế lọc
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
Bảng 2.9. Yêu cầu độ bền thi công đối với vải địa kỹ thuật
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
Bước 7: Xác định yêu cầu tuổi thọ
Hình 7.18. Một số hình thức kết cấu chân khay
Hình 7-20. Kết hợp chân kè bệ nổi và cọc bê tông cốt thép
Bảng 7.13. Trọng lượng ổn định viên đá theo Vmax
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
7.4.1.5. Tính toán ổn định công trình gia cố mái
Hình 7.19. Sơ đồ tính ổn định tổng thể công trình gia cố mái
Hình 7.20. Sơ đồ tính ổn định trượt nội bộ lớp gia cố mái
Hình 7.21 Sơ đồ tính ổn định chống trượt lớp áo bảo vệ sử dụng vải ĐKT
Hình 13-1: Trải vải địa kỹ thuật trong gia cố mái đơn giản
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
c. Thi công lớp bảo vệ mái và chân kè
Hình 13-22: Trải vải địa kỹ thuật trong gia cố mái đơn giản
Hình 13- 3: Cần cẩu nổi gàu ngoạm xếp đá lên mái
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
g. Yêu cầu kỹ thuật thi công và giám sát chất lượng lớp lọc sỏi và cát
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
h. Yêu cầu kỹ thuật thi công và kiểm tra chất lượng vải lọc geotextile
