Nghiên cứu các giải pháp tăng cường ổn định bảo vệ mái đê biển tràn nước

Hình 1.34: Đê biển đắp bằng đất có hàm lượng cát cao bị xói hỏng 29

Hình 1.35: Viên gia cố bị đẩy ngược 29

Hình 1.36: Đê biển Hải Phòng được cứng hoá bề mặt-chống sóng tràn 30

Hình 1.37: Bão số 2-2005 mái hạ lưu bị phá huỷ toàn bộ do sóng tràn 30

CHƯƠNG II

Hình 2.1: Nguyên lý chịu lực của thanh neo 33

Hình 2.2: Các hình thức mũi neo giữ 35

Hình 2.3: (a) Neo đất có dạng mở rộng đáy hình trụ tròn. (b) Đáy mở rộng với nhiều hình nón cụt 35

Hình 2.4: Cấu tạo mũi cọc xoắn 39

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 157 trang tài liệu này.

Hình 2.5: Sơ đồ bố trí neo cho tấm lát mái 45

Hình 2.6: Chi tiết các dạng neo gia cố 46

Hình 2.7: Chi tiết liên kết với tấm lát mái 47

Hình 2.8: Ứng dụng lý thuyết dẻo cho đất 48

Hình 2.9: Mô hình vật lý mô phỏng hướng chuyển vị khi đất bị cắt 49

Hình 2.10: Giả thiết mặt nón phá hoại của mũi neo xoắn 52

Hình 2.11: Kết quả thí nghiệm mô hình đất tương tự với (H/D) ≤ 5 ÷ 7 55

Hình 2.12: Kết quả thí nghiệm mô hình đất tương tự với (H/D) = 8 55

CHƯƠNG III

Hình 3.1: Các chi tiết của neo xoắn 64

Hình 3.2: Hai mũi neo điển hình trong thí nghiệm 64

Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm kéo neo 65

Hình 3.4: Sức chịu tải kéo nhổ của mũi neo theo các độ sâu 68

Hình 3.5: Sức chịu tải kéo nhổ của mũi neo NĐ10-Đất đê Giao Thuỷ 69

Hình 3.6: Sức chịu tải kéo nhổ của mũi neo NĐ11-Đất đê Giao Thuỷ 70

Hình 3.7: Sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn NĐ10 - Đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi 72

Hình 3.8: Sức chịu tải kéo nhổ của neo xoắn NĐ11 - Đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi 73

Hình 3.9: Thiết bị và mô hình thí nghiệm 76

Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm kéo mảng gia cố 80

Hình 3.11: Sơ đồ vị trí các viên gia cố tính từ điểm đặt tải (điểm 0) 81

Hình 3.12: Diễn biến mẫu sau 1 giờ ngâm nước 88

Hình 3.13: Diễn biến mẫu sau 20 ngày ngâm nước 89

Hình 3.14: Thiết bị nén một trục 90

Hình 3.15: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông tự do sau thời gian 6 ngày 91

Hình 3.16: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông 91

tự do sau thời gian 15 ngày 91

Hình 3.17: Quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu nén nở hông tự do sau thời gian 30 ngày 92

Hình 3.18: Thiết bị nén ba trục 94

Hình 3.19: Kết quả thí nghiệm mẫu 0% phụ gia 95

Hình 3.20: Kết quả thí nghiệm mẫu 2% phụ gia 95

Hình 3.22: Thí nghiệm rã chân mẫu đất cát có sử dụng phụ gia 98

Hình 3.23: Thí nghiệm đánh giá độ rã chân-sập mẫu 100

Hình 3.24: Các mẫu sau 15 phút đổ nước 100

Hình 3.25: Các mẫu sau 30 ngày ngâm nước 100

Hình 3.26: Một số hình ảnh thí nghiệm mẫu trong điều kiện ngập-khô-ngập 102

Hình 3.27: Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 104

Hình 3.28: Điều chỉnh lưu lượng chảy qua mô hình 105

Hình 3.29: Một số mặt cắt điển hình trong quá trình thí nghiệm 106

CHƯƠNG IV

Hình 4.1: Cấu trúc sơ đồ tính toán 117

Hình 4.2: Giao diện chương trình 118

Hình 4.3: Giao diện chương trình tính với lựa chọn 1 118

Hình 4.4: Giao diện chương trình tính với lựa chọn 2 119

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG I CHƯƠNG II

Bảng 2.1: Giá trị tham khảo cường độ chống cắt của đất [20] 37

Bảng 2.2: Cường độ chống cắt của đất [20] 37

Bảng 2.3: Hệ số điều kiện làm việc m 40

Bảng 2.4: Các hệ số A, B tính sức chịu tải kéo của cọc xoắn 41

Bảng 2.5: Các giá trị của M, N ứng với 

CHƯƠNG III

và 43

Bảng 3.1: Các kích thước thực tế của hai neo xoắn 64

Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm 66

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của độ sâu cắm neo đến sức chịu tải 67

Bảng 3.4: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ10 (H/D=8) 69

Bảng 3.5: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ11 (H/D)=8 71

Bảng 3.6: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ10 (H/D=8) 72

Bảng 3.7: Quan hệ giữa tải trọng theo thời gian của neo xoắn NĐ11 (H/D=8) 73

Bảng 3.8: Kết quả đo trực tiếp góc mở trên hố đào cắt ngang nón phá hoại 75

Bảng 3.9: Các thông số tính toán và kết quả kiểm nghiệm 78

Bảng 3.10: Tổng hợp xác định sức chịu tải của neo xoắn (kN) 78

Bảng 3.11: Kết quả kéo mảng mô hình-Trường hợp không neo 81

Bảng 3.12: Kết quả kéo mảng mô hình-Trường hợp có neo 84

Bảng 3.13: Các chỉ tiêu của đất á sét 86

Bảng 3.14: Sức kháng nén không hạn hông của các mẫu - qu kN / m 92

Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp của đất á sét 93

Bảng 3.16: Kết quả thí nghiệm cắt ba trục 96

Bảng 3.17: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất á cát 103

Bảng 3.18: Kết quả thí nghiệm xói tràn tại máng thí nghiệm 105

CHƯƠNG IV

Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 110

Bảng 4.3: Các thông số thiết kế của mũi neo xoắn 113

Bảng 4.4: Khối lượng viên gia cố tính theo các phương pháp 114

Bảng 4.5: Sức chịu tải kéo của neo xoắn 115

Bảng 4.6: Kết quả tính toán bằng phần mềm NTM-01 120

W50

H s

s

w

BẢNG CÁC KÝ HIỆU

: Trọng lượng viên gia cố

: Chiều cao sóng thiết kế

: Khối lượng riêng của vật liệu

: Khối lượng riêng của nước biển

: Hệ số dung trọng

: Góc mái dốc

K D : Hệ số ổn định

: Hệ số sóng vỡ

Dn50

: Kích thước viên gia cố

P : Thông số xét đến tính thấm nước của lõi thân đê

S : Hệ số tổn thất

N : Số sóng

u : Hệ số nâng cấp ổn định

: Hàm ổn định

: Ứng suất pháp trên mặt trượt đang xét

: Ứng suất tiếp trên mặt trượt đang xét

0 : Cường độ chống cắt của đất

c : Lực dính đơn vị của đất

: Góc ma sát trong của đất

c

max

1

3

Pgh Cu

: Ứng suất tứ phía, tương đương tính liên kết giả

: Góc lệch lớn nhất của tổng tải trọng ngoài với pháp tuyến mặt

: Ứng suất chính lớn nhất

: Ứng suất chính nhỏ nhất

: Lực chống nhổ giới hạn của thanh neo

: Sức chống cắt không thoát nước

: Góc mở của hình nón phá hoại giả thiết khi kéo neo tấm xoắn

&p

&p

Ti , Fi



: Tốc độ biến dạng dẻo pháp hướng

: Tốc độ biến dạng dẻo tiếp tuyến

: Ngoại lực tác động lên bề mặt vật thể và lực thể tích của bản

: Tốc độ biến dạng

: Tốc độ chuyển vị

: Thể tích hình nón phá hoại giả thiết

V : Véctơ tốc độ chuyển vị của hình nón phá hoại giả thiết

S : Diện tích xung quanh hình nón phá hoại giả thiết

H : Độ sâu từ mặt đất đến cánh xoắn trên cùng-công thức 2.26

L : Chiều dài mũi xoắn-công thức 2.26

NĐ10 : Neo xoắn sô 10

NĐ11 : Neo xoắn sô 11

H/D : Tỷ số giữa độ sâu cắm neo và đường kính neo

K : Hệ số thấm tính toán của đất

a : Diện tích ống đầu nước thay đổi

L : Chiều dài mẫu thí nghiệm

t : Thời gian nước thấm qua mẫu

A : Tiết diện mẫu thí nghiệm thấm

cb

: Độ ẩm chế bị

: Khối lượng riêng ướt chế bị

k : Khối lượng riêng khô chế bị

: Tỷ trọng của đất

: Hệ số rỗng

n : Độ lỗ rỗng

S : Độ bão hoà

LL : Giới hạn chảy

PL : Giới hạn dẻo

PI : Chỉ số dẻo

LI : Chỉ số chảy



max

tn

: Khối lượng riêng khô lớn nhất

: Độ ẩm tối ưu

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài, có nhiều tỉnh, thành phố tiếp giáp với biển với dân số vùng ven biển khoảng 40 triệu người. Ven biển Việt Nam đã có hệ thống đê biển với các quy mô khác nhau được hình thành qua nhiều thế hệ. Hệ thống đê biển này là tài sản lớn của đất nước, nếu được tu bổ, nâng cấp thường xuyên thì hệ thống đê biển sẽ là cơ sở vững chắc, tạo đà phát triển kinh tế, phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Theo xu thế phát triển chung, hiện nay vùng ven biển nước ta là một vùng kinh tế trọng điểm năng động, ngày càng đóng góp vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế quốc dân và an ninh quốc phòng. Đê biển không chỉ còn chống bão, ngăn mặn mà còn phải kết hợp đa mục tiêu như giao thông, du lịch. Các nước phát triển trên thế giới đã có nhiều đầu tư công nghệ, nhân lực, vật lực, chính sách pháp luật để cải tạo, nâng cấp đê biển. Tuy nhiên ở Việt Nam, phần lớn đê biển chỉ có thể đảm bảo an toàn với gió bão cấp 8, các dự án đê biển được sự hỗ trợ của dự án PAM, của dự án ADB cũng chỉ có thể chống với gió bão cấp 9 và mức nước triều 5%. Cũng theo báo cáo của Cục Quản lý đê điều và Phòng chống lụt bão[9], hiện trạng đê biển còn một số tồn tại chính là:

(1) Đất đắp đê chủ yếu là đất cát pha (á cát) có độ chua lớn (pHKCL=3,5-4,5) nên rất khó trồng cỏ chống xói vì vậy hầu hết mái đê phía đồng chưa có biện pháp bảo vệ thoả đáng nên thường bị xói, sạt khi sóng leo vượt tràn đỉnh đê khi có bão hoặc do mưa lớn kéo dài dẫn đến nguy cơ vỡ đê rất cao [9].

(2) Phần lớn đê biển hiện có là đê trực diện với biển (350 km trên tổng số 484 km thống kê riêng cho đê biển Bắc Bộ) [9], một số đoạn đê trước đây có rừng chắn sóng nhưng đến nay rừng chắn sóng không còn dẫn đến đê trở thành trực diện với biển, nhiều nơi ở xa vùng cửa sông cũng không thể trồng cây chắn sóng vì vậy kè bảo vệ mái trở thành kết cấu quan trọng nhất để bảo

vệ đê biển. Hiện tại, kè mái phía biển thường bị bong tróc, lún sụt dưới tác dụng của sóng, nếu không có giải pháp tăng cường ổn định kè bảo vệ mái sẽ có nguy cơ vỡ đê bất cứ lúc nào.

Do đó tăng cường ổn định kè mái phía biển và ổn định không xói mái đê phía đồng khi mưa lớn hoặc khi sóng tràn là các giải pháp cần thiết và cấp bách để nâng cao khả năng phòng chống thiên tai của hệ thống đê biển, tạo tiền đề thúc đẩy phát triển kinh tế, đảm bảo phát triển bền vững vùng ven biển.

2. Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án là tìm ra được giải pháp khoa học, kinh tế, hiện đại nhưng phù hợp với điều kiện Việt Nam để tăng cường ổn định bảo vệ mái cho đê biển hiện có. Các mục đích cụ thể là:

- Nghiên cứu tăng thêm ổn định cho kết cấu bảo vệ mái đê phía biển kiểu bê tông lắp ghép hai chiều và ổn định không xói mái đê trong đồng của đê biển hiện có trong điều kiện tác động của sóng leo vượt tràn đỉnh đê.

- Nghiên cứu cơ sở khoa học cho giải pháp neo xoắn tăng cường ổn định mảng gia cố hiện tại bảo vệ mái đê phía biển mà không cần bóc bỏ, thay thế bằng cấu kiện mới.

- Nghiên cứu các đặc trưng vật lý, cơ học của đất có trộn phụ gia, làm rõ đặc tính, ưu nhược điểm, hàm lượng tối ưu của phụ gia khi dùng gia cường cho đất á cát để đắp đê nhưng đảm bảo điều kiện không xói khi nước tràn đê.

- Kết quả nghiên cứu được tính ứng dụng cho công trình thực tế.

3. Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu neo xoắn dùng tăng cường ổn định mảng gia cố của cấu kiện bê tông lắp ghép kiểu hai chiều cho mái đê phía biển. Neo chịu lực kéo vuông góc với mái đê. Vật liệu đắp đê không dùng các loại đất dính ở trạng