(2) Thí nghiệm mô hình vật lý tỷ lệ nhỏ xác định khoảng cách neo gia cố cho viên gia cố kiểu hai chiều hiện đang dùng cho đê biển Nam Định. Tìm ra được khoảng cách bố trí neo tối ưu cho kiểu gia cố này.
(3) Thí nghiệm xác định hàm lượng phụ gia CONSOLID cho đất á cát, cát và á sét là 3 loại đất điển hình trong xây dựng đê biển. Đánh giá hiệu quả của phụ gia với đất cần gia cường. Kết quả nghiên cứu phù hợp với các khuyến cáo của nhà sản xuất [31], tin cậy để ứng dụng trong thực tế. Một số kết quả rút ra từ thí nghiệm:
- Không cần thiết phải gia tăng lượng phụ gia nhiều hơn 2% vì có các ảnh hưởng phụ như giảm cường độ đất và nứt nẻ. Nhưng nếu cho lượng phụ gia nhỏ hơn 1% thì sẽ có vấn đề về sự trộn đều của phụ gia trong đất. Lượng phụ gia quá ít rất dễ bị phân bổ không đều, hiệu quả sẽ giảm đi nhiều. Nên dùng 2% phụ gia là hợp lý.
- Phụ gia CONSOLID đã làm giảm tính thấm nước của đất và đảm bảo được độ bền của đất khi nước tràn qua.
- Đất á cát có phụ gia chịu được vận tốc dòng nước chảy hơn vận tốc không xói của đất sét đầm chặt tốt.
Vmax 1,53
m/s, lớn
Tham khảo tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất [31], một số lưu ý bổ xung thêm khi ứng dụng:
- Nếu mẫu xuất hiện các vết rạn trong quá trình làm khô trong vòng 48 giờ thì mẫu chứa quá nhiều sét hoặc bụi. Cần phải thêm cát hoặc vật liệu hạt thô, như vậy sẽ hạn chế quá trình co ngót của đất. Nếu mẫu có biểu hiện chảy, xệ thì mẫu cũng chứa quá nhiều sét hoặc bụi. Cần phải thêm cát hoặc vật liệu hạt thô, như vậy sẽ hạn chế quá trình nở của đất [31].
- Nếu mẫu có biểu hiện tơi rời, tức là mẫu không đủ hàm lượng sét. Nếu thấy hàm lượng sét trong đất lớn hơn 10% thì đạt yêu cầu. Nếu nhỏ hơn 10% hàm lượng sét thì phải bổ xung thêm ít nhất là bằng hoặc lớn hơn. Nhưng nếu đất
lớn hơn 30% sét thì cần phải bổ xung cát, hoặc vật liệu thô hơn. Việc này giúp cho vấn đề sử dụng phụ gia hiệu quả hơn, đất sẽ có cường độ tốt [31].
(4) Điều kiện áp dụng
- Công thức (2.26) được sử dụng xác định sức chịu tải của neo xoắn áp dụng
cho tấm gia cố mái đê. Góc 0,5áp dụng trong công thức chỉ đúng với đất
đắp được đầm chặt tốt theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 [6], hoặc đúng với đất đắp thân đê đã ổn định của đê biển hiện có.
- Đất đắp đê có phụ gia 2% chỉ tương đương đất sét làm vỏ bọc đê biển từ trước đến nay, vì vậy khi áp dụng cần tuân thủ theo quy định lưu lượng tràn của tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 [6].
CHƯƠNG IV
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH
4.1 Giới thiệu về công trình
Đoạn đê biển từ K27+074 đến K28+800 có chiều dài 1726 m thuộc đê biển Giao Thuỷ-Tỉnh Nam Định. Đây là đoạn đê kè nằm trong dự án đầu tư nâng cấp khẩn cấp các đoạn đê kè xung yếu thuộc tuyến đê biển Nam Định. Công trình được lập dự án thiết kế nâng cấp do Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Nông nghiệp và PTNT Nam Định thực hiện năm 2009. Tài liệu thiết kế của tư vấn lập được tóm tắt dưới đây.
4.2 Tài liệu dùng trong thiết kế
4.2.1 Tài liệu địa hình
Tài liệu khảo sát địa hình khu vực dự án thực hiện tháng 03/2008 bao gồm bản vẽ bình đồ toàn tuyến tỷ lệ 1/500; mặt cắt dọc tỷ lệ dài 1/2000, tỷ lệ cao 1/100; mặt cắt ngang tỷ lệ 1/200.
4.2.2 Tài liệu địa chất
Kết quả khảo sát địa chất cho biết địa tầng khu vực nghiên cứu trong phạm vi chiều sâu khoan khảo sát từ trên xuống dưới như sau:
(1) Lớp 1: Đất đắp thân đê thành phần là cát, cát pha màu xám đen, xám sáng, kết cấu chặt, đôi chỗ chứa chất hữu cơ, vỏ sò, vỏ hến. Đây là lớp có hệ số thấm khá lớn, nên không có khả năng chống thấm cho đê. Lớp có bề dày trung bình (4,0-4,5)m. Lớp này gặp ở tất cả các hố khoan ở đỉnh đê.
(2) Lớp 1b: Đất sét pha màu xám nâu, xám đen, kết cấu kém chặt, trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy. Lớp có chiều dày từ 0,3 m đến 2,0m.
(3) Lớp 2: Đây là lớp cát pha màu xám đen, xám hồng, kết cấu chặt, trạng thái bão hòa nước. Lớp này chỉ gặp ở các hố khoan HK1 đến HK9, lớp có bề dày
trung bình từ 5,0m đến 6,6m. Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 được trình bày trong bảng 4.1.
(4) Lớp 3: Lớp này nằm dưới lớp 2 có bề dày tương đối lớn, lớp có thành phần là cát hạt mịn màu xám xanh, xám đen, xám sáng, kết cấu chặt, trạng thái bão hòa nước chứa hữu cơ. Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 3 được trình bày trong bảng 4.1.
Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
Tên chỉ tiêu | Lớp 1 | Lớp 1b | Lớp 2 | Lớp 3 | |
1 | Thành phần hạt (%) | ||||
Sét <0.005 | 10,28 | 26,0 | 6,50 | - | |
Bụi 0.005- 0.01 | 1,28 | 14,3 | 5,50 | - | |
0.01-0.05 | 4,00 | 22,7 | 15,0 | 6,50 | |
Cát 0.05-0.1 | 17,71 | 13,3 | 25,0 | 22,8 | |
0.1-0.25 | 61,95 | 22,7 | 31,5 | 41,8 | |
0.25-0.5 | 4,10 | 1,0 | 16,0 | 26,5 | |
0.5-2.0 | 0,67 | - | 1,0 | 2,0 | |
Sạn sỏi 2.0-5.0 | 0,00 | - | - | 1,0 | |
5.0-10.0 | 0,00 | - | - | - | |
2 | Giới hạn chảy, % | 23,00 | 39,7 | - | - |
3 | Giới hạn dẻo, % | 17,49 | 24,1 | - | - |
4 | Chỉ số dẻo, % | 5,51 | 15,8 | - | - |
5 | Độ sệt | -0,21 | 0,53 | - | - |
6 | Độ ẩm tự nhiên, % | 16,30 | 32,5 | 20,4 | - |
7 | Khối lượng thể tích, g/cm3 | 1,78 | 1,86 | 1,84 | - |
8 | Khối lượng thể tích khô, g/cm3 | 1,53 | 1,41 | 1,52 | - |
9 | Tỷ trọng | 2,68 | 2,71 | 2,67 | 2,65 |
10 | Hệ số rỗng | 0,53 | 0,93 | 0,75 | 0,993 |
11 | Độ rỗng, % | 35,0 | 48,1 | 42,9 | |
12 | Độ bão hoà,% | 82 | 94,8 | 72,3 | |
13 | Lực dính đơn vị, kG/cm2 | 0,06 | 0,16 | 0,06 | |
14 | Góc ma sát trong, độ | 16048’ | 13022’ | 20012’ | 25015’ |
15 | Hệ số nén lún, cm2/kG | 0,092 | 0,123 | 0,095 | |
16 | Hệ số thấm, (cm/s) | 2,4x10-4 | 4,1x10-6 | 1,69x10-4 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Giới Thiệu Về Sản Phẩm Phụ Gia Consolid Và Mục Đích Nghiên Cứu -
Sức Kháng Nén Không Hạn Hông Của Các Mẫu - Qu Kn / M -
Nhận Xét Về Kết Quả Thí Nghiệm Đất Gia Cường -
Xử Lý Đất Đắp Vỏ Bọc Đê Biển Phía Đồng Bằng Phụ Gia Consolid -
Nghiên cứu các giải pháp tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển tràn nước - 18 -
Nghiên cứu các giải pháp tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển tràn nước - 19
Xem toàn bộ 157 trang tài liệu này.
4.3 Giải pháp kỹ thuật nâng cấp đê
4.3.1 Các thông số cơ bản của đê biển Giao Thuỷ-Nam Định
Đoạn đê biển từ K27+074 đến K28+800 có chiều dài 1726 m đã được lập dự án thiết kế nâng cấp [10] năm 2009 với tiêu chí thiết kế chống được gió bão cấp 10, các thông số thiết kế điển hình tại mặt cắt K28+600 như sau:
- Cao trình đỉnh đê: +4,5 m;
- Cao trình đỉnh tường chắn sóng: +5,2 m;
- Mái ngoài m = 4; mái trong m = 2;
- Cao trình chân đê phía biển: +0,0m;
- Cao trình chân kè: -2,0m;
- Cấu kiện gia cố mái ngoài kiểu âm dương có kích thước (m): 0,4 x 0,4 x 0,28;
- Mái trong gia cố trồng cỏ thường trong khung đá xây.
Như vậy mặc dù được nâng cấp nhưng đê biển Nam Định cũng chỉ được thiết kế với gió bão cấp 10 và không tràn. Để gia tăng độ an toàn của đê biển Nam Định với cấp gió bão lớn hơn tác giả luận án kiểm tra lại thông số thiết kế tấm gia cố bảo vệ mái theo cách tính của tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012 và phương pháp do tác giả luận án đề xuất bằng cách tính trực tiếp áp lực nước đẩy ngược lên đáy viên gia cố khi sóng rút.
4.3.2 Tăng cường ổn định bảo vệ mái đê phía biển theo tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển-2012 kết hợp neo gia cố tấm lát mái
Tính toán với số liệu do công ty cổ phần xây dựng nông nghiệp và phát triển nông thôn Nam Định cung cấp. Các thông số thiết kế được tác giả luận án kiểm tra lại với thông số sóng gió cấp 10 và cấp 12. Kết quả tính toán kích thước viên gia cố và lưu lượng sóng tràn theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012 được thể hiện ở bảng 4.2.
Bảng 4.2: Kết quả tính toán kích thước tấm lát mái
Thông số tính toán | Đơn vị | Tính toán với gió cấp10 | Tính toán với gió cấp12 | |
I | Số liệu tính toán | |||
Trọng lượng riêng bê tông: | t/m3 | 2,50 | 2,50 | |
Trọng lượng riêng nước biển: | t/m3 | 1,03 | 1,03 | |
Hệ số mái m = cotg | - | 4,00 | 4,00 | |
Chiều cao sóng Hs | m | 1,45 | 1,69 | |
Chu kỳ sóng Ts | s | 5,21 | 5,65 | |
Chiều dài sóng Ls | m | 26,81 | 29,49 | |
Hệ số | - | 4,00 | 4,00 | |
Hệ số | - | 1,23 | 1,20 | |
Mực nước thiết kế | m | 2,30 | ||
Cao trình đỉnh tường chắn sóng | m | 5,20 | ||
II | Kết quả tính toán | |||
Trọng lượng tấm lát | Kg | 109,0 | 138,0 | |
Chiều dày tấm lát d | cm | 24,00 | 26,40 | |
Lưu lượng tràn | l/s/m | 0,10 | 8,38 |
Hiện tại đang dùng là viên gia cố kiểu hai chiều có kích thước 0,4x0,4x0,28 (m) với khối lượng 112 kg, so sánh với kết quả tính ở bảng 4.2 cho thấy viên gia cố chỉ ổn định được ở sóng với gió cấp 10, không đủ khối lượng để ổn định khi gió bão ở cấp 12. Khối lượng còn thiếu của viên gia cố là 26 kg. Vậy cần bổ xung neo gia cố để gia tăng độ an toàn cho đê.
Nếu bố trí cách n viên/neo, lực gia tăng cho một viên gia cố sẽ là
M Pgh
n 2
(4.1)
Chọn khoảng cách các neo bố trí trong khoảng tối ưu: 4d < c < 10d.
Chọn c = 5d hay n = 5,
M 26 kg, vậy cần neo có sức chịu tải
Pgh
650 kg thay giá trị
Pgh
này vào công thức (2.26) tính được kích thước neo yêu
cầu có đường kính D = 0,14 (m). Bảng 4.3 tổng hợp các thông số cần thiết của neo xoắn ứng dụng cho đê biển hiện tại.
Bảng 4.3: Các thông số thiết kế của mũi neo xoắn
Đại lượng | Đơn vị | Trị số | |
1 | Đường kính mũi neo | m | 0,14 |
2 | Độ sâu cắm neo H | m | 1,12 |
3 | Góc ma sát trong | Độ | 16,0 |
4 | Lực dính đơn vị C | kN/m2 | 6,00 |
5 | Chiều dài mũi neo L | m | 0,35 |
6 | Trọng lượng riêng đẩy nổi của đê | kN/m3 | 11,9 |
7 | Góc an pha | độ | 8,00 |
8 | Hệ số Nd | - | 3,247 |
9 | Hệ số Nc | - | 0,970 |
10 | Hệ số N | - | 1,624 |
11 | Pgh | kN | 7,06 |
Vậy với đê biển hiện có, chọn giải pháp tăng cường ổn định cho tấm lát bảo vệ mái đê phía biển như sau:
Giữ nguyên kích thước viên gia cố hiện tại kích thước 0,4 x 0,4 x 0,28
(m) có khối lượng 112 kg. Bổ xung neo gia cố với kích thước như tổng hợp ở
bảng 4.3. Khoảng cách neo là 5 viên/neo hay c = 5d = 5 x 0,4 = 2,0 m/neo.
Kết quả tính nêu trên được tính theo tiêu chuẩn thiết kế đê biển 2012, sau đây tác giả luận án đề xuất cách khác kiểm tra ổn định tấm gia cố mái đê bằng cách tính trực tiếp áp lực nước đẩy ngược lên đáy viên gia cố khi sóng rút.
4.3.3 Đề xuất tính toán gia cố mái đê kết hợp neo khi xét cân bằng áp lực
đẩy ngược do sóng
Nhiệm vụ của neo gia cố là giữ cho viên gia cố ổn định hơn dưới tác dụng của áp lực đẩy ngược do sóng rút. Vì vậy việc tính toán có thể theo các bước [3] sau đây:
- Tính áp lực nước đẩy ngược vào bản gia cố theo phương pháp của M.I.Buriacốp và A.V.Kunchixki.
- Cân bằng áp lực đẩy ngược với trọng lượng mảng gia cố kết hợp với neo để kết luận mức độ ổn định của mảng gia cố. Chi tiết các bước tính toán xem phụ lục 3.
Hợp lực đẩy nổi tác dụng lên viên gia cố
Pdn
Pdn
( 0,577 0,547)0,4.0,4 0,0899 tấn hay 89,9 kg.
2
Theo quy phạm SN- 92-60 khi xét các yếu tố bất lợi về sóng, áp lực đẩy nổi
P
dn
tính toán được lấy tt 1,5.89,9 = 135 kg.
Bảng 4.4 tổng hợp kết quả tính toán khối lượng viên gia cố mái theo các phương pháp. Kết quả tính cho thấy khối lượng còn thiếu của viên gia cố, như vậy để giữ nguyên mảng gia cố hiện tại, cần bố trí thêm neo để gia tăng ổn định.
Bảng 4.4: Khối lượng viên gia cố tính theo các phương pháp
Theo TCTK-2012 [6] | Theo lực đẩy ngược | Hiện tại đang dùng | |
Tính với sóng gió cấp 10 | 109 kg | 119 kg | 112 kg |
Tính với sóng gió cấp 12 | 138 kg | 135 kg | - |
Lựa chọn loại neo và khoảng cách neo
Khối lượng còn thiếu của viên gia cố khi chịu sóng gió cấp 12 là 23 kg tính trực tiếp theo áp lực đẩy ngược (bằng 135 kg trừ 112 kg). Khoảng cách các neo bố trí trong khoảng tối ưu 4d < c < 10d
Nếu bố trí cách n viên/neo, lực gia tăng cho một viên gia cố sẽ là:
M Pgh
n 2
Sức chịu tải của neo xoắn được thiết kế với độ sâu cắm neo H/D=8. Khoảng cách neo là 5d, lực gia tăng cho mỗi viên gia cố:
M Pgh 706 = 28,2 kg
n 252