Tiêu chuẩn TCVN 11820-6:2023 Công trình cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 6: Đê chắn sóng

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11820-6:2023

CÔNG TRÌNH CẢNG BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ

PHẦN 6: ĐÊ CHẮN SÓNG

Marine Port Facilities - Design Requirements

Part 6: Breakwater

Lời nói đầu

TCVN 11820-6: 2023 được biên soạn trên cơ sở tham khảo OCDI 2020 - Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình cảng và bể cảng, và BS 6349 : 7 - Công trình biển - Chỉ dẫn thiết kế và thi công Đê chắn sóng.

TCVN 11820-6: 2023 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 11820 “Công trình cảng biển - Yêu cầu thiết kế” gồm các phần sau:

Phần 1: Nguyên tắc chung

Phần 2: Tải trọng và tác động

Phần 3: Yêu cầu về vật liệu

Phần 4-1: Nền móng

Phần 4-2: Cải tạo đất

Phần 5: Công trình bến

Phần 6: Đê chắn sóng

Phần 9: Nạo vét và tôn tạo đất

CÔNG TRÌNH CẢNG BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ - PHẦN 6: ĐÊ CHẮN SÓNG

Marine Port Facilities - Design Requirements - Part 6: Breakwater

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu thiết kế trong xây dựng mới cũng như cải tạo, nâng cấp các đê chắn sóng trong cảng biển bao gồm các công trình đê chắn sóng tường đứng, mái nghiêng và hỗn hợp. Tiêu chuẩn này cũng áp dụng cho yêu cầu thiết kế đê chắn sóng dạng cọc, kết cấu nổi và các loại kết cấu bảo vệ cảng biển khác như tường biển, mỏ hàn và kè.

Tiêu chuẩn này có thể tham khảo để áp dụng cho các đê chắn sóng trong cảng sông, cảng hồ và các công trình khác có chức năng tương tự trong những trường hợp thích hợp.

2. Tài liệu viện dẫn

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các tài liệu viện dẫn dưới đây. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 11820-1: 2017, Công trình Cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 1: Nguyên tắc chung;

TCVN 11820-2: 2017, Công trình Cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 2: Tải trọng và tác động;

TCVN 11820-3: 2019, Công trình cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 3: Yêu cầu vật liệu;

TCVN 11820-4.1 : 2019, Công trình cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 4.1: Nền móng;

TCVN 11820-4.2 : 2019, Công trình cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 4.2: Cải tạo đất;

TCVN 11419 : 2016 Luồng tàu biển - Yêu cầu thiết kế;

OCDI 2020, Technical Standards and Commentaries for Port and Habour Facilities in Japan (Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình cảng và bể cảng Nhật Bản);

BS 6349-7: 1991 . Maritime strutures - Part 7 : Guide to the design and construction of Breakwaters - Incorporating corrigendum January 2010. (Công trình biển - Chỉ dẫn thiết kế và thi công Đê chắn sóng)

3. Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu và chữ viết tắt

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong TCVN 11820-1-2017 và các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Đê chắn sóng mái nghiêng (đá đổ) (rubble mound breakwater)

Một đê chắn sóng chống lại sự tác động của sóng chủ yếu bởi một đê đá đổ hay xếp trên đáy biển. Lớp bên ngoài, hoặc các lớp đá lớn hơn hay các khối bê tông đúc sẵn tao nên một lớp phủ để bảo vệ một lõi đá nhỏ hơn khỏi tác động của sóng. Trên đỉnh có một cấu trúc bê tông tham gia vào chức năng của đê chắn sóng.

3.2

Đê chắn sóng tường đứng (vertical face breakwater)

Một đê chắn sóng chống lại tác động của sóng chủ yếu bởi một cấu trúc tường đứng đặt trên nền móng đê.

3.3

Đê chắn sóng hỗn hợp (composite breakwater)

Một đê chắn sóng có mặt cắt ngang kết hợp tường đứng và mái nghiêng.

4. Nguyên tắc chung

4.1  Các công trình chắn sóng được thiết kế theo phương pháp các trạng thái giới hạn

Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của kết cấu đê chắn sóng được đề xuất, điều kiện tự nhiên sẵn có, kiểu kết cấu mong muốn, mục đích cụ thể (Đê chắn sóng xanh, Đê chắn sóng hướng tiện ích) và kinh nghiệm của nhà tư vấn thiết kế, có thể sử dụng một trong hai phương pháp thiết kế nêu trong Điều 5 và Điều 6:

1. Phương pháp thiết kế theo hệ số thành phần (trong Điều 5)

2. Phương pháp thiết kế hệ số sức kháng và hệ số tải trọng. (trong Điều 6)

Người thiết kế chỉ nên sử dụng một phương pháp cho một kết cấu do hai phương pháp có những quy định khác nhau về tên gọi tải trọng, tổ hợp tải trọng và các hệ số tải trọng và sức kháng hay vật liệu...Trong trường hợp có thể tham khảo chéo cần lưu ý về những quy định khác nhau nói trên.

Các loại loại kết cấu được đề cập và các đặc tính của hai tiêu chuẩn được trình bày trong Bảng 1 sau đây:

Bảng 1. Các nội dung được mô tả trong tiêu chuẩn

4.2  Nguyên tắc thiết kế theo phương pháp hệ số thành phần

Phương pháp này được trình bày chi tiết trong các phần TCVN 11820: 1; TCVN 11820: 2 và TCVN 11820: 4.1.

4.2.1  Nguyên tắc chung

Tham khảo Điều 7. Nguyên tắc chung (TCVN 11820-1: 2017).

4.2.2  Phân loại tác động:

Tham khảo các Điều 4.2 Phân loại tác động; 4.3 Giá trị đặc trưng của tải trọng và 4.4 Các giá trị chỉ thị khác của tải trọng tạm thời (TCVN 11820-2: 2017).

4.2.3  Trạng thái thiết kế và sự kết hợp của tải trọng và tác động:

Tham khảo Điều 4.8 Các trường hợp thiết kế và tổ hợp tải trọng (TCVN 11820-2: 2017).

4.3  Nguyên tắc thiết kế theo phương pháp hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (Phương pháp thiết kế OCDI 2020).

4.3.1  Phân loại các tác động

Các tác động được phân loại thành tác động thường xuyên, tác động tạm thời và tác động sự cố chủ yếu theo quy mô thay đổi theo thời gian và các rủi ro xã hội cần được giải quyết. Bảng 1 trình bày các ví dụ về các tác động trội hơn đã phân loại được xem xét trong việc xác minh hoạt động của các công trình.

4.3.1.1  Tác động thường xuyên

Các tác động được giả định áp dụng liên tục trên các kết cấu trong suốt vòng đời thiết kế của chúng. Các thay đổi theo thời gian của chúng nhỏ hơn giá trị trung bình hoặc có xu hướng tăng hoặc giảm đơn điệu và liên tục trong vòng đời làm việc thiết kế của chúng cho đến khi phương sai đạt đến một giá trị giới hạn nhất định.

4.3.1.2  Tác động tạm thời

Các tác động mà các thay đổi trong vòng đời dịch vụ thiết kế của chúng là đa hướng và không đáng kể so với giá trị trung bình. Các giá trị đặc trưng của chúng được đưa ra theo xác suất.

4.3.1.3  Tác động sự cố

Các tác động khó dự đoán về mặt xác suất hoặc các tác động mà xác suất vượt mức hàng năm nhỏ hơn so với các tác động tạm thời, nhưng đáng kể về mặt xã hội vì giá trị đặc trưng của chúng là cực kỳ lớn.

Bảng 2. Phân loại các tác động trội hơn

4.3.2  Trường hợp thiết kế

Khi tiến hành xác minh tính năng, “Trường hợp thiết kế”, có nghĩa là tổ hợp các tác động được tính đến trong quá trình xác minh, sẽ được đặt ra. Các trường hợp thiết kế được phân thành ba loại: trường hợp thường xuyên, tạm thời (Trong đó: các tác động tạm thời trội hơn trong các tác động) và trường hợp sự cố (Trong đó: các tác động sự cố trội hơn trong các tác động).

Các trường hợp thiết kế được xác định như sau:

4.3.2.1  Trường hợp thiết kế thường xuyên

Trường hợp mà các tác động thường xuyên là các tác động trội hơn.

4.3.2.2  Trường hợp thiết kế tạm thời

Trường hợp Trong đó: các tác động tạm thời là các tác động trội hơn.

4.3.2.3  Trường hợp thiết kế sự cố

Trường hợp mà các tác động sự cố là các tác động trội hơn.

4.3.3  Phân loại các yêu cầu về tính năng trong các tiêu chuẩn kỹ thuật

4.3.3.1  Tính năng cơ bản

Các yêu cầu về tính năng được quy định bởi các công trình được phân loại thành tính năng liên quan đến đáp ứng về kết cấu của công trình (khả năng phục vụ, khả năng phục hồi, an toàn) và tính năng liên quan đến các đặc điểm kỹ thuật của kết cấu (khả năng sử dụng). Các yêu cầu về tính năng chung cho tất cả các công trình được phân loại thành khả năng xây dựng, khả năng bảo trì, v.v. Xem Hình 1.

4.3.3.2  Tính năng liên quan đến đáp ứng về kết cấu của các công trình (Khả năng phục vụ, Khả năng phục hồi, An toàn)

Tính năng đối với phản ứng kết cấu của một công trình được phân loại thành: khả năng phục vụ, khả năng phục hồi và an toàn theo mức độ hư hỏng cho phép và được định nghĩa như sau:

a) Khả năng phục vụ: Khả năng sử dụng các công trình mà không có vấn đề gì xảy ra. Không có hư hỏng nào xảy ra từ các tác động dự kiến hoặc hư hỏng vẫn ở mức mà các chức năng cần thiết có thể được phục hồi nhanh chóng và đầy đủ chỉ với những sửa chữa nhỏ:

b) Khả năng phục hồi: Khả năng sử dụng liên tục các công trình bằng cách sửa chữa trong phạm vi khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế. Thiệt hại do các tác động dự kiến vẫn ở mức mà các chức năng cần thiết có thể được khôi phục với các sửa chữa nhỏ trong thời gian ngắn.

c) An toàn: Khả năng đảm bảo an toàn tính mạng con người, v.v. Thiệt hại do các tác động dự kiến không gây hư hỏng các công trình và duy trì ở mức không gây nguy hiểm cho tính mạng con người, v.v. ngay cả khi xảy ra một mức độ thiệt hại nhất định.

Hình 1 - Phân loại các yêu cầu về tính năng

Ý tưởng cơ bản về các yêu cầu tính năng liên quan đến các phản ứng kết cấu cho các công trình như sau:

a) Đối với các tác động thường xuyên và tạm thời (với xác suất vượt mức hàng năm khoảng 0,01 hoặc hơn), yêu cầu cơ bản là khả năng sử dụng. Có thể giả định rằng việc đảm bảo khả năng sử dụng cũng đảm bảo khả năng phục hồi và an toàn trước các tác động thường xuyên và tạm thời.

b) Đối với các tác động ngẫu nhiên (với xác suất vượt mức hàng năm khoảng 0,01 hoặc thấp hơn), tính năng của khả năng bảo trì, khả năng phục hồi hoặc an toàn có thể được lựa chọn theo các chức năng và tầm quan trọng dự kiến của công trình.

Ở trên ngưỡng 0,01 đối với xác suất vượt mức hàng năm để phân biệt các tác động thường xuyên và các tác động tạm thời do các tác động ngẫu nhiên được xác định chỉ để thuận tiện và phục vụ như một hướng dẫn khi tuổi thọ thiết kế nằm trong phạm vi tiêu chuẩn (khoảng 50 năm).

Hình 2 cho thấy các yêu cầu về tính năng liên quan đến khả năng đáp ứng của kết cấu công trình. Trục dọc và trục ngang của Hình 2 cho thấy xác suất vượt mức hàng năm của tác động và mức độ thiệt hại, tương ứng. Đường cong trong hình cho thấy tính năng của các công trình. Thiệt hại nghiêm trọng đối với công trình do các tác động tạm thời hoặc thường xuyên gây ra với xác suất vượt mức hàng năm tương đối cao là không thể chấp nhận được. Mặt khác, vì việc tránh cho công trình khỏi bất kỳ thiệt hại nào do tác động sự cố với xác suất vượt mức hàng năm rất thấp là không hợp lý về mặt kinh tế, nên có thể chấp nhận được một lượng nhỏ thiệt hại đối với công trình do tác động sự cố gây ra. Ví dụ, khi thiết kế một công trình có chức năng vận chuyển nguyên vật liệu cấp cứu ngay sau một trận động đất lớn, phải đặt mức độ thiệt hại do các tác động sự cố gây ra là nhỏ, như cơ sở A trong hình (đảm bảo khả năng sử dụng). Khi thiết kế một công trình đảm bảo chức năng tối thiểu chống lại các tác động sự cố, có thể cần đặt mức độ thiệt hại cho phép ở một giá trị lớn và cân nhắc đảm bảo rằng công trình, chẳng hạn như cơ sở B, không bị thiệt hại về sinh mạng (đảm bảo an toàn).

Hình 2 - Sơ đồ nguyên lý quan hệ giữa trường hợp thiết kế và các yêu cầu tính năng

4.3.3.3  Yêu cầu về tính năng đối với các thông số kỹ thuật kết cấu (Khả năng sử dụng)

Khả năng mà công trình phải có theo quan điểm dịch vụ và sự tiện lợi của công trình. Cụ thể là các công trình được bố trí hợp lý, các thông số kỹ thuật về kết cấu (chiều dài, chiều rộng, độ sâu mực nước, độ cao đỉnh, giới hạn thông thủy, v.v.) và độ yên lặng của bể cảng, v.v., đáp ứng các giá trị yêu cầu và chúng phải đáp ứng được các công trình phụ trợ khi thích hợp.

4.3.3.4  Yêu cầu về tính năng đối với việc xây dựng và bảo trì các công trình (Khả năng xây dựng, Khả năng bảo trì)

a) Khả năng xây dựng là khả năng thực hiện xây dựng bằng cách sử dụng các phương pháp đáng tin cậy, phù hợp và đảm bảo an toàn cho công trình trong thời gian xây dựng hợp lý. Khả năng xây dựng có thể được coi là thỏa mãn khi tuân thủ các tiêu chuẩn về xây dựng.

b) Khả năng bảo trì là khả năng liên tục đảm bảo tính năng cần thiết cho các công trình bằng cách sửa chữa và gia cố, v.v., tình trạng xuống cấp và hư hỏng của các công trình do sử dụng và các tác động dự kiến trong phạm vi khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế. Khả năng bảo trì có thể được coi là thỏa mãn bằng cách tuân thủ các tiêu chuẩn về bảo trì.

4.3.4  Tiêu chí tính năng

Tiêu chí tính năng là các thông số kỹ thuật của các xác minh cần thiết để đáp ứng các yêu cầu về tính năng theo quan điểm kỹ thuật. Việc đáp ứng các tiêu chí tính năng được đưa ra Trong đó: được coi là đáp ứng các yêu cầu về tính năng.

4.3.5  Phương trình xác minh tính năng

4.3.5.1  Khái quát

Nói chung, xác minh tính năng sử dụng hệ số tải trọng và hệ số sức kháng có thể được tiến hành bằng cách sử dụng các biểu thức (1) đến (3).

Trong đó:

S_d: giá trị thiết kế của giá trị tác động

R_d: giá trị thiết kế của giá trị giới hạn

γ_i: hệ số tính đến mức độ quan trọng của công trình, tác động xã hội khi đạt đến trạng thái giới hạn, v.v. (hệ số kết cấu). Trừ khi được chỉ định khác, γ_i = 1,0 và không được hiển thị trong phương pháp này.

m: hệ số điều chỉnh

S_jk: giá trị đặc trưng của tác động j (j = 1 ..n)

γ_Sj: hệ số thành phần nhân với giá trị đặc trưng S_jk của tác động j

S_j (): phương trình tính giá trị đặc trưng S_jk của tác động j

R_jk: giá trị đặc trưng của sức kháng (cường độ) j (j = 1...m)

γ_Rj: hệ số thành phần nhân với giá trị đặc trưng R_jk của sức kháng (cường độ) j

R_j (): phương trình tính giá trị đặc trưng R_jk của sức kháng (cường độ) j

x_jk: giá trị đặc trưng của hệ số thiết kế x_j (j = 1..p)

Xác minh tính năng sử dụng trong phương pháp hệ số tải trọng và hệ số sức kháng là một phương pháp để xác minh tính năng của kết cấu bằng cách xác nhận tỷ số giá trị thiết kế với giá trị đáp ứng (ứng suất, lực cắt ngang, tổng giá trị tác động, chuyển vị, v.v.) xảy ra do các tác động thực hiện đối với kết cấu và giá trị thiết kế của giá trị giới hạn (cường độ chảy, cường độ mặt cắt, tổng giá trị sức kháng, dịch chuyển cho phép, v.v.) dựa trên sức kháng (cường độ) của kết cấu (sau đây gọi là “Tỷ lệ cường độ chống lại Tác động”) nhân với hệ số kết cấu và hệ số điều chỉnh là 1,0 hoặc nhỏ hơn, như thể hiện trong phương trình trên.

4.3.5.2  Hệ số thành phần

Hệ số thành phần trong phương pháp này là giá trị được tính toán bằng cách sử dụng phân tích thống kê hoặc phương pháp độ tin cậy làm hệ số nhân với giá trị đặc trưng của tác động hoặc sức kháng (bao gồm cả giá trị đặc trưng của các hệ số thiết kế) để đảm bảo tính năng mục tiêu của các kết cấu mục ... Hệ số thành phần được tính toán bằng phân tích thống kê có nghĩa là hệ số được tính toán ... chuẩn bằng phân tích độ tin cậy. Trừ khi có quy định khác, hệ số thành phần liên quan cho thấy rằng nó đã được tính toán bằng phân tích thống kê nếu giá trị của các hệ số thành phần (γ_sj, γ_Rj) trong các biểu thức (2) và (3) không phải là 1,0 trong tiêu chuẩn này. Trong trường hợp này, mặc dù về nguyên tắc không cần hệ số điều chỉnh nêu trong Điều 4.3.5.3 dưới đây, việc xác minh tính năng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hệ số điều chỉnh 1,0 để thuận tiện dựa trên biểu thức (1).

4.3.5.3  Hệ số điều chỉnh

“Phương pháp dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ” (các phương pháp đã được chứng minh với nhiều ví dụ về các ứng dụng trong quá khứ, chẳng hạn như phương pháp hệ số an toàn, phương pháp ứng suất cho phép được sử dụng như trong quá khứ) cũng có thể được coi là một phương pháp đáng tin cậy. Trong trường hợp này, việc xác minh có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hệ số điều chỉnh bằng cách đặt tất cả các hệ số thành phần bằng 1,0 để thuận tiện nhằm chỉ ra rõ ràng rằng nó khác với việc xác minh bằng cách sử dụng hệ số thành phần được tính bằng phân tích thống kê. Hệ số điều chỉnh là hệ số điều chỉnh để có được một mặt cắt ngang kết cấu tương đương với mức an toàn quy định trong “Phương pháp dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ” và tương ứng với hệ số an toàn cho phép của phương pháp hệ số an toàn hiện có hoặc phương pháp ứng suất cho phép. Hệ số điều chỉnh tương ứng với những gì đã được xử lý trong yếu tố phân tích cấu trúc trong các tiêu chuẩn trước đây (OCDI 2009) và các bình luận của chúng.

4.4  Những yêu cầu thiết kế chung

4.4.1  Phân loại

a) Các đê chắn sóng thường được phân loại như trong Hình 3 theo loại công trình và chức năng hoặc mục đích. Đặc điểm của từng loại công trình được mô tả trong phần áp dụng cho từng loại.

Hình 3 - Phân loại các đê chắn sóng

b) Trong xác minh thiết kế và tính năng của đê chắn sóng, nên xem xét cách mặt bằng bố trí của chúng, ảnh hưởng đến các đặc điểm địa hình của các khu vực xung quanh, sự hài hòa với môi trường xung quanh, điều kiện thiết kế, loại công trình, liệu chúng có được sử dụng cho nhiều mục đích hay không, trình tự xác minh, phương pháp xây dựng và tính kinh tế.

c) Việc duy trì sự tĩnh lặng của bến cảng phải được xem xét từ hai quan điểm sau: khả năng cho phép xếp dỡ hàng hóa trong lưu vực và điều kiện sóng có thể trú ẩn trong thời tiết khắc nghiệt. Đối với sự tĩnh lặng của bể cảng trong lưu vực và điều kiện sóng khi thời tiết khắc nghiệt, Phụ lục M 5. Điều kiện sóng cho phép đối với tàu neo, TCVN 11820: 2 và Phần II, Chương 2, 4.6 Khái niệm về độ tĩnh lặng của bể cảng và Phần III, Chương 3, 3. Lưu vực, OCDI 2020 có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo

d) Sóng phản xạ từ đê chắn sóng có thể lớn tùy thuộc vào kết cấu của nó, điều này có thể cản trở tàu đi ra ngoài cảng. Đặc biệt, những con sóng lớn như vậy ảnh hưởng đáng kể đến các tàu cỡ nhỏ, do đó, nên chọn kết cấu có sóng phản xạ ít hơn tùy thuộc vào kiểu hành hải.

4.4.2  Mặt bằng bố trí

Các đê chắn sóng phải được bố trí thích hợp để giữ cho bên trong cảng, chẳng hạn như đường thủy và lưu vực, được tĩnh lặng.

Đê chắn sóng được xây dựng để duy trì sự tĩnh lặng của bể cảng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xếp dỡ hàng hóa, đảm bảo an toàn cho tàu trong quá trình di chuyển hoặc neo đậu và bảo vệ các công trình trong cảng. Để đáp ứng các yêu cầu này, các mục tiêu sau phải được đáp ứng:

a) Các đê chắn sóng phải được bố trí sao cho lối vào bể cảng không phải đối mặt với hướng có sóng thường xuyên nhất và hướng có sóng cao nhất để giảm sóng xâm nhập vào bể cảng.

b) Cần bố trí tuyến đê chắn sóng để bảo vệ bể cảng khỏi những đợt sóng thường xuyên nhất và sóng cao nhất.

c) Lối vào bể cảng phải có chiều rộng hiệu dụng đủ để không gây trở ngại cho tàu thuyền và phải định hướng luồng tàu theo hướng giúp cho việc di chuyển dễ dàng.

d) Đê chắn sóng phải được bố trí ở nơi có tốc độ thủy triều càng nhỏ càng tốt. Trong trường hợp tốc độ dòng triều lớn, cần có biện pháp đối phó thích hợp.

e) Cần giảm thiểu ảnh hưởng của sóng phản xạ, sóng Mach-stem và mật độ sóng trên các tuyến đường thủy và lưu vực.

f) Đê chắn sóng phải bao quanh một vùng nước đủ lớn cần thiết cho tàu cập bến, làm hàng và neo đậu.

Tuy nhiên, những mục tiêu này là những mục tiêu mâu thuẫn lẫn nhau. Ví dụ, chiều rộng lối vào bể cảng hẹp là tốt nhất để đạt được sự tĩnh lặng trong bể cảng, nhưng không thuận tiện cho việc hành hải. Hướng của sóng thường xuyên nhất và hướng của sóng cao nhất không nhất thiết phải giống nhau. Trong tình huống như vậy, bố trí đê chắn sóng cần được xác định thông qua một cuộc điều tra toàn diện về tất cả các yếu tố như điều kiện sử dụng tàu, chi phí xây dựng, xây dựng công trình và mức độ bảo trì dễ hay khó.

Khi cần quan tâm về sự suy giảm chất lượng nước, tốt nhất nên xem xét khả năng trao đổi của nước biển với nước biển bên ngoài để nước biển trong bể cảng không bị ứ đọng.

Trong việc xây dựng các đê chắn sóng, cũng cần xem xét tính kinh tế khi xem xét các điều kiện tự nhiên và điều kiện xây dựng. Đặc biệt, nên xem xét những điều sau đây:

a) Nên tránh bố trí gây ra tập trung sóng.

b) Nên tránh những vị trí có nền đất quá yếu, cân nhắc giữa khả năng xây dựng và tính kinh tế.

c) Bố trí mặt bằng nên xem xét ảnh hưởng của các đặc điểm địa hình như mũi đất và hải đảo.

d) Trên các bãi cát, việc bố trí nên xem xét sự xâm lấn của dòng ven bờ trôi dạt vào bể cảng.

e) Cần xem xét đầy đủ ảnh hưởng đến các khu vực lân cận sau khi xây dựng đê chắn sóng.

Đối với sự tập trung của sóng, Phần II, Chương 2, 4.4.4 Sự phản xạ của sóng, Sự chuyển đổi của sóng tại các góc lõm gần đầu các đê chắn sóng và xung quanh. Đê chắn sóng tách rời (OCDI 2020) có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo; đối với các đê chắn sóng được xây dựng trên các bãi biển cát, Phần II, Chương 2, 7.4 Sự trôi dạt theo bờ biển (OCDI 2020) có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo.

Các đê chắn sóng phải được bố trí sao cho chúng không gây trở ngại cho sự phát triển trong tương lai của bến cảng.

“Chiều rộng lối vào bể cảng hiệu quả” có nghĩa là chiều rộng của luồng nước ở độ sâu mực nước xác định, không chỉ là chiều rộng của lối vào bể cảng. Tốc độ của dòng thủy triều cắt ngang lối vào bể cảng tốt nhất là từ 1 m/s đến 1,5 m/s hoặc nhỏ hơn.

Ở những khu vực xung quanh bãi cạn, chiều cao sóng thường tăng lên vì hiện tượng khúc xạ sóng. Trong một số trường hợp, lực sóng lớn tác động lên đê chắn sóng được xây dựng trên đáy biển có độ dốc lớn. Cần lưu ý rằng có thể cần một công trình lớn đáng kể khi đê chắn sóng được đặt trên hoặc ngay sau bãi cạn.

Đối với đê chắn sóng tách rời được xây dựng biệt lập ngoài khơi, nếu chiều dài của đê chắn sóng bằng hoặc nhỏ hơn vài lần chiều dài của sóng tới thì sự phân bố chiều cao của sóng sau đê chắn sóng sẽ dao động rất lớn do ảnh hưởng của sóng nhiễu xạ từ hai đầu đê chắn sóng, sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định của thân đê chắn sóng; do đó, việc thực hiện cần rất thận trọng. Đối với các tác động của sóng nhiễu xạ, Phần II, Chương 2, 4.4.2 Nhiễu xạ sóng và Phần II, Chương 2, 4.4.4 Phản xạ sóng, sự chuyển đổi của sóng tại các góc lõm gần đầu của các đê chắn sóng và xung quanh các đê chắn sóng tách rời (OCDI 2020) có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo.

4.4.3  Hướng tuyến đê chắn sóng

Kích thước của bể cảng và hướng tuyến của các đê chắn sóng phải được xác định theo các hướng dẫn nêu ở trên. Thường sẽ cân nhắc nhiều phương án khác nhau, và bằng cách tận dụng các đặc điểm thuận lợi của đường bờ biển và địa hình đáy biển, có thể đạt được những hiệu quả kinh tế đáng kể. Ví dụ, có thể:

a) Đặt gốc của đê chắn sóng tại một mũi đất đá để giảm nguy cơ sạt lở tại vị trí này;

b) Chọn cách bố trí sẽ giảm thiểu chiều dài và chiều sâu xây dựng cho một khu vực và công trình cảng nhất định;

c) Chọn vị trí và hướng tuyến của đê chắn sóng sao cho giảm độ cao của sóng mà đê chắn sóng phải chống lại.

Sự sắp xếp cuối cùng có thể liên quan đến việc tận dụng các rạn san hô ngoài khơi hoặc các bãi cát có thể khiến các con sóng cao hơn bị vỡ trước khi đến đê chắn sóng. Trong những trường hợp này, đặc biệt cần thiết phải đánh giá ảnh hưởng của khúc xạ sóng, có thể làm tăng chiều cao sóng do tập trung sóng tại một số vị trí dọc theo đê chắn sóng. Chiều cao sóng tại đê chắn sóng cũng có thể tăng lên do sóng tấn công xiên gây ra sự tích tụ của sóng chạy dọc theo đê chắn sóng.

Điều quan trọng là phải xác định liệu sự hiện diện của đê chắn sóng có gây ra những thay đổi hay không, ví dụ: sự đào sâu của các bãi cạn ngoài khơi có thể khiến đê chắn sóng bị sóng tấn công mạnh hơn, như được thảo luận thêm trong Điều 5.2.

Các phản xạ từ mặt biển của đê chắn sóng có thể tạo ra các dạng sóng đứng, điều này có thể dẫn đến gia tăng sự tấn công của sóng ở một số đoạn. Hiệu ứng này sẽ giảm đi nếu áp dụng một tuyến lồi thay cho một tuyến thẳng. Một độ cong lõm có thể tạo ra mật độ sóng rất nghiêm trọng và nên tránh.

Cách bố trí các đầu của đê chắn sóng chính và đê chắn sóng phía sau thường được thiết kế để tạo ra sự chồng lấn đáng kể nhằm ngăn chặn sự xâm nhập trực tiếp của những con sóng khắc nghiệt nhất vào bể cảng.

Đôi khi có thể thiết kế một đê chắn sóng chính để chống lại sự tấn công của sóng khắc nghiệt nhất và cung cấp một đê chắn sóng phía sau với kết cấu nhẹ hơn như thể hiện trong Hình 4 (a). Điều này có thể cho phép các công trình bể cảng được tập trung dọc theo đê chắn sóng phía sau, khi đó sẽ cho phép sóng tràn ở một mức độ nào đó được chấp nhận dọc theo đê chắn sóng chính với hiệu quả về kinh tế.

Một thiết kế khác của bể cảng, như thể hiện trong Hình 4 (b), thường thích hợp hơn với cửa sông nơi việc chỉnh trị các dòng chảy là quan trọng, đê chắn sóng chồng lấn ít hơn và cho phép sóng xâm nhập vào cửa nhiều hơn. Các bãi biển bên trong đê chắn sóng chính hấp thụ một tỷ lệ lớn sóng và có một lối vào bể cảng thứ hai hẹp hơn dẫn đến các bến.

5. Thiết kế theo phương pháp hệ số thành phần

Phương pháp này được trình bày chi tiết trong các phần của TCVN 11820.

5.1  Thiết lập mặt bằng

Bố trí đê chắn sóng phải đạt được chức năng bảo vệ bến cảng.

Hướng dẫn dưới đây được đưa ra về các khía cạnh hàng hải, sự xâm nhập của sóng, tác động môi trường và dữ liệu cần thu thập.

Hình 4 - Các bố trí mặt bằng đê chắn sóng điển hình

5.1.1  Yêu cầu chung

Năng lượng sóng có thể xâm nhập vào bến cảng bằng lối vào giữa các đê chắn sóng, bằng cách tràn và truyền qua các cấu trúc đê chắn sóng có khả năng thấm qua. Do đó, các loại kết cấu đê chắn sóng được sử dụng và thiết kế chi tiết của chúng ảnh hưởng đến chế độ sóng trong bể cảng, và vì lý do này, việc bố trí đê chắn sóng không thể tách rời hoàn toàn khỏi thiết kế của các công trình; một quá trình lặp đi lặp lại thường cần thiết để xác định giải pháp tối ưu.

Các yêu cầu về quy hoạch cảng về số lượng, kích thước và vị trí của các công trình bến sẽ xác định kích thước tổng thể của bể cảng.

Các đê chắn sóng cũng có thể được yêu cầu để bảo vệ luồng tàu khỏi dòng bùn cát ven bờ hoặc để ổn định hoặc tạo tuyến ra vào của thủy triều.

Vị trí và bố trí của các đê chắn sóng để cung cấp mức độ bảo vệ cần thiết cho bể cảng được xác định bởi sự cần thiết sau:

a) điều kiện che chắn cho tàu tại bến hoặc nơi neo đậu;

b) khu vực điều động và quay trở tàu trong bể cảng;

c) khoảng dừng thích hợp cho tàu đi vào bể cảng với tốc độ chạy an toàn.

5.1.2  Các khía cạnh hàng hải

Tiêu chuẩn về độ sâu và chiều rộng của luồng tàu được nêu trong TCVN 11419: 2016, tiêu chí hành hải bên trong bể cảng và tiêu chí về điều kiện sóng chấp nhận được cho tàu thuyền neo đậu được nêu trong TCVN 11820-2.

Các điều kiện thích hợp cũng cần được cung cấp để cho phép tàu kéo và tàu làm neo hoạt động tốt.

Sự hiện diện của các đê chắn sóng tạo ra các điều kiện giao thông đặc biệt ở lối vào bể cảng.

Các dòng chảy có thể được tạo ra qua lối vào bể cảng do sự lệch hướng của các dòng chảy và do nhiễu xạ sóng xung quanh phần đầu của đê chắn sóng. Phản xạ sóng có thể xảy ra từ các đê chắn sóng, và khi tàu di chuyển từ biển khơi sang vùng nước được che chắn, sẽ có những thay đổi đáng kể về điều kiện môi trường ảnh hưởng đến tàu trong một khoảng cách ngắn.

Một lối vào bể cảng rộng rãi, để dễ dàng hành hải, mâu thuẫn với mục tiêu hạn chế sự xâm nhập của sóng và cần có một số thỏa hiệp.

Không phải lúc nào cũng có thể hành hải trong các điều kiện sóng và gió đặc biệt.

Lời khuyên của các nhà hàng hải có kinh nghiệm là rất cần thiết trong việc xác định cách bố trí tối ưu đê chắn sóng ở lối vào bể cảng, có tính đến các khía cạnh kinh tế về chi phí và bất kỳ giới hạn nào đối với hành hải và hoạt động của cảng.

Các mô hình và thiết bị mô phỏng tàu, có thể là những hỗ trợ có giá trị cho việc lập kế hoạch bố trí lối vào bể cảng và đê chắn sóng.

5.1.3  Sự xâm nhập của sóng

Yếu tố quan trọng nhất quyết định đến phản ứng của bể cảng là sự xâm nhập của sóng qua lối vào.

Đầu tiên cần thiết lập điều kiện sóng ngay bên ngoài lối vào, sau đó xác định ảnh hưởng của lối vào trong việc cho phép sóng xâm nhập vào bể cảng và cuối cùng là xác định phản ứng tại các vị trí quan trọng trong bến cảng.

Hướng dẫn thiết lập chế độ sóng ngoài khơi và các phương pháp xác định điều kiện sóng ven bờ tại lối vào bể cảng được nêu trong TCVN 11820 -2. Hướng sóng là quan trọng và trong khi cần có nơi trú ẩn lớn nhất cho khu vực bể cảng để chống lại những con sóng lớn nhất, điều kiện sóng ít hơn từ các hướng khác nhau có thể quan trọng trong việc thiết kế bố trí.

Cần xem xét các điều kiện sóng khá thường xuyên cũng như các sự kiện hiếm gặp, vì điều kiện đầu tiên có thể ảnh hưởng đến thời gian ngừng hoạt động và tính kinh tế của hoạt động trong khi điều kiện sau sẽ ảnh hưởng đến an toàn.

Các giới hạn chấp nhận được về chuyển động của tàu được nêu trong TCVN 11820-2.

Tác động của sóng nên được khảo sát ở các mực nước khác nhau do tác động của thủy triều hoặc nước dâng. Mực nước thường sẽ thay đổi năng lượng sóng tới và đặc biệt có thể ảnh hưởng đến hướng sóng ở lối vào. Những thay đổi về đường đồng mức đáy biển cũng có thể có những ảnh hưởng đáng kể.

Sự nhiễu xạ sóng tại lối vào bể cảng sẽ xác định mức độ trú ẩn của các đê chắn sóng và sự lan truyền của sóng vào khu nước bể cảng, cần phải xem xét mức độ sóng có thể bị phản xạ hoặc hấp thụ trong bể cảng và ở những nơi có độ sâu khác nhau, liệu có cần phải xem xét đến lực đẩy, khúc xạ và ma sát đáy khi xác định phản ứng của bể cảng hay không. Hướng dẫn về các khía cạnh này và cách sử dụng các mô hình vật lý và tính toán được nêu trong TCVN 11820 -2.

Sóng chu kỳ dài, trên khoảng 30 s, rất khó loại trừ khỏi bể cảng và có thể gây ra nhiều vấn đề khác nhau cho tàu đang neo đậu. Sóng chu kỳ dài cũng có thể gây ra cộng hưởng trong bể cảng, hướng dẫn này được nêu trong TCVN 11820 -2. Hiện tượng không mong muốn này càng trầm trọng hơn khi sử dụng các mặt phản xạ sóng trong bể cảng và nên tránh các mặt như vậy nếu có thể. Đôi khi phải được cung cấp các mặt hấp thụ sóng.

5.1.4  Sóng tràn và truyền sóng

Sóng tràn và truyền sóng và ảnh hưởng của chúng đến bố trí và phản ứng của bể cảng được xác định bởi thiết kế của kết cấu đê chắn sóng, Có thể rất tốn kém để ngăn chặn sóng tràn qua đê chắn sóng, bởi vì việc tăng chiều cao để đạt được điều này có thể làm tăng đáng kể lực tác động lên kết cấu. Cần phải xem xét rất cẩn thận mức độ tràn có thể cho phép.

Cần phân biệt giữa sóng tràn khối lượng lớn và nước tràn do gió mang theo. Trong trường hợp đê chắn sóng loại đê đá đổ, khối lượng tràn có thể được ngăn chặn hoặc kiểm soát bằng thiết kế thích hợp của mặt hướng ra biển và kết cấu đỉnh; không thể kiểm soát tràn do gió mang theo. Khi các khu vực tôn tạo và các công trình lắp đặt nằm sau đê chắn sóng, nước do tràn và gió thổi mang theo có thể gây bất tiện nghiêm trọng hoặc nguy hiểm cho người và phương tiện, làm gián đoạn hoạt động và gây ra ngập lụt.

Các giới hạn đề xuất đối với hiện tượng tràn được đưa ra trong Điều 5.7.2.4. Những điều này liên quan đến sự đi lại của xe cộ và con người. Ngay cả việc sóng tràn khá nghiêm trọng cũng hiếm khi có ảnh hưởng đáng kể đến tác động của sóng nói chung trong bể cảng, ngoại trừ trường hợp đặc biệt của đê chắn sóng được thiết kế với đỉnh rất thấp.

Khi đó, ảnh hưởng trở nên quan trọng và được đề cập trong Điều 5.10 đối với các đê đá đổ, và trong Điều 5.11.3.2 đối với các kết cấu mặt đứng.

Sự truyền sóng qua kết cấu có thể xảy ra với một đê đá đổ có độ rỗng lớn, ví dụ: một công trình chỉ được xây dựng bằng những tảng đá lớn, ở đó mức độ truyền sóng tăng lên đáng kể theo chu kỳ sóng. Đối với các sóng chu kỳ dài, trên khoảng 30 s, ảnh hưởng đến phản ứng của bể cảng có thể rõ ràng.

Các đê chắn sóng mặt đứng không cho phép truyền sóng ngoại trừ trường hợp các tấm chắn sóng có đục lỗ, thường không được áp dụng trong các công trình bể cảng nhưng có thể được sử dụng ở những vùng có chế độ sóng nhẹ như bến du thuyền được che chắn.

5.1.5  Mô hình vật lý và mô hình toán

Nhiều kinh nghiệm đã thu được khi đánh giá cách bố trí bể cảng bằng các mô hình vật lý. Các mô hình toán hiện có sẵn để đánh giá ảnh hưởng của các bố trí khác nhau. Chúng cũng có thể được sử dụng để xác định tác động định tính của các bố trí khác nhau nhưng không nhất thiết phải cung cấp đầy đủ thông tin chi tiết cho tất cả các khía cạnh được yêu cầu.

Thực tiễn tốt nhất hiện tại cho các dự án lớn là sử dụng cả mô hình vật lý và mô hình toán, cần chú ý đến sự cần thiết phải thu thập sớm dữ liệu địa điểm để có thể xây dựng mô hình và lập kế hoạch chương trình thử nghiệm.

Các mô hình vật lý được đề cập ở trên thường có tỷ lệ quá nhỏ trong một lưu vực sóng bao phủ toàn bộ khu vực bể cảng để nghiên cứu sự ổn định của kết cấu đê chắn sóng. Tuy nhiên, các mô hình như vậy có thể đưa ra hướng dẫn hữu ích về các khu vực của đê chắn sóng sẽ bị sóng tấn công nghiêm trọng nhất và những mô hình này có thể được sử dụng để hướng dẫn lập kế hoạch thử nghiệm mô hình thủy lực, đề cập trong Điều 5.8.

5.2  Tác động của môi trường

5.2.1  Yêu cầu chung

Xây dựng đê chắn sóng liên quan đến một trong những thay đổi lớn nhất có thể được áp dụng đối với chế độ ven biển, cần chú ý tập trung vào không chỉ đến tác động của môi trường đối với đê chắn sóng mà còn cả những tác động của đê chắn sóng đối với môi trường. Các yếu tố có thể phát sinh được chỉ ra như sau.

5.2.2  Chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát

Đê chắn sóng sẽ gây ra những thay đổi đối với chế độ sóng. Những thay đổi kết quả phát sinh từ sự chuyển động của vật liệu đáy di động bởi dòng thủy triều hoặc sóng gây ra cần được đánh giá cẩn thận ngay cả khi kết quả không thật chắc chắn. Phụ lục H của TCVN 11820-2 đưa ra khuyến nghị chung về vận chuyển bùn cát và các hạn chế của cả mô hình vật lý và mô hình toán của các quá trình này.

Trong trường hợp đơn giản nhất, người ta dự kiến rằng sự bồi tụ trôi dạt lên và trôi dạt xuống sẽ xảy ra sau khi xây dựng một bến cảng ven biển, như được chỉ ra trong Hình 4. Sự bồi tụ trôi dạt lên cuối cùng có thể gây ra sự hình thành một thanh chắn ngang lối vào, mà có thể yêu cầu nạo vét bảo trì. Xói mòn trôi dạt xuống có thể dẫn đến mất bãi biển và cần phải có các biện pháp bảo vệ bờ biển, có thể mở rộng một đoạn dài tính từ bể cảng.

Cần đánh giá các tác động lên kết cấu đê chắn sóng. Ví dụ, việc nước bị nông hơn có thể làm giảm tác động của sóng đối với đê chắn sóng trôi dạt lên và việc xói chân có thể làm tăng nguy cơ mất ổn định của đê chắn sóng trôi dạt xuống.

Trong trường hợp dòng bùn cát ven bờ là một đặc điểm chính của đường bờ biển và hậu quả của việc gián đoạn dòng bùn cát này có thể gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến đường bờ biển lân cận thì có thể cần thiết phải cung cấp một công trình vượt qua cho vật liệu dòng ven bờ này.

Việc vượt qua có thể đạt được bằng cách chỉnh trị các dòng thủy triều nếu chúng có đủ cường độ hoặc bằng cách bẫy vật liệu trôi ở nơi nó có thể được bơm qua lối vào hoặc nạo vét và đổ để cung cấp cho các bãi biển ở phía trôi dạt xuống.

5.2.3  Ô nhiễm

Việc hình thành một bể cảng ven biển sẽ tạo ra một vùng nước tương đối không bị xáo trộn bởi sóng và dòng chảy. Trong chừng mực có thể, không có nguồn thoát nước chính nào được phép xả vào bể cảng vì có thể xảy ra ô nhiễm và lắng cặn trong nước tĩnh.

Các lỗ hoặc cống có thể được cung cấp tại các vị trí thích hợp trong đê chắn sóng để tăng dòng chảy bên trong bể cảng, nơi biên độ thủy triều nhỏ.

Bên ngoài bể cảng, những thay đổi trong chế độ thủy lực do các đê chắn sóng có thể ảnh hưởng đến sự phân tán của các chất ô nhiễm.

5.2.4  Cân nhắc về sinh thái

Các đê chắn sóng nói chung không có tác động nguy hại đến sinh thái của khu vực trừ khi những thay đổi do chúng gây ra trong chế độ ảnh hưởng đến môi trường sống của địa phương.

5.3  Thu thập dữ liệu

5.3.1  Khí tượng và khí hậu

Dữ liệu về gió, nhiệt độ và áp suất khí quyển là cần thiết cho thiết kế và xây dựng đê chắn sóng, cũng như để đánh giá chế độ sóng và mực nước cực trị.

5.3.2  Sóng

Việc thiết kế và xây dựng đê chắn sóng đòi hỏi kiến thức chi tiết về hoạt động của sóng và sự duy trì trong mọi điều kiện. Dữ liệu về độ cao sóng cực trị là cần thiết để thiết kế kết cấu, trong khi dữ liệu về sự thay đổi theo mùa và hàng năm được yêu cầu để bố trí bể cảng, để đánh giá ảnh hưởng đến hoạt động của bể cảng và quy hoạch xây dựng. Tại một số địa điểm, đặc biệt là những nơi có sóng lừng kéo dài, sẽ cần dữ liệu về hoạt động của sóng trong thời gian dài.

5.3.3  Đo sâu và địa hình ven biển

Cần có các chi tiết về đáy biển và đường bờ biển để xác định hướng tuyến các đê chắn sóng và đánh giá ảnh hưởng của đáy biển và các đặc điểm ven biển đối với sự truyền sóng trong khu vực được xem xét. Phạm vi của khu vực được khảo sát và đặc điểm kỹ thuật của công việc khảo sát cần thiết có thể được xác định từ việc nghiên cứu các hải đồ có sẵn.

5.3.4  Mực nước

Cần có dữ liệu về sự thay đổi mực nước do dao động thủy triều và dự đoán mực nước cực trị do ảnh hưởng của khí áp, nước dâng do bão và hình thành sóng.

Phương pháp ghi mực nước và các tác động khí tượng gây ra thay đổi mực nước và hướng dẫn về triều cường được nêu trong TCVN 11820-2.

5.3.5  Chuyển động của nước

Dữ liệu cần được thu thập về vận tốc và dạng dòng chảy tại vị trí của đê chắn sóng để có thể khảo sát ảnh hưởng của kết cấu đề xuất đến chế độ thủy động lực học. Dữ liệu tương tự là cần thiết để nghiên cứu các khía cạnh hàng hải.

5.3.6  Vận chuyển trầm tích

Các tác động của sự thay đổi chế độ thủy động lực do xây dựng đê chắn sóng và những thay đổi sau đó trong vận chuyển bùn cát cần được xem xét, như đã thảo luận trong Điều 5.2.2.

Nghiên cứu so sánh các hải đồ cũ và ảnh chụp từ trên không có thể cho biết mức độ dịch chuyển của đáy đã xảy ra trong quá khứ.

Vận chuyển bùn cát và các phương pháp đo lượng trầm tích, bồi tụ và xói do sóng vận chuyển được thảo luận trong Phụ lục H của TCVN 11820-2.

5.3.7  Các khía cạnh địa kỹ thuật

Hướng dẫn điều tra hiện trường cần thiết để xác định các điều kiện bên dưới mặt đất được nêu trong TCVN 11820-4.1. Việc khảo sát lỗ khoan, nếu thích hợp, nên được thực hiện trước bằng khảo sát sonar quét cạnh và khảo sát địa vật lý để có được bức tranh sơ bộ về mức độ bao phủ của các thay đổi bề mặt và bề mặt trong toàn bộ khu vực được khảo sát.

Cần xem xét cẩn thận về thời gian, mức độ và chi tiết của các cuộc điều tra hiện trường biển, ở giai đoạn đầu của thiết kế, vị trí chính xác của các đê chắn sóng có thể không chắc chắn, cho thấy khả năng bao phủ của một khu vực rộng với chi tiết hạn chế. Đối với thiết kế cuối cùng của các kết cấu, một khu vực hẹp hơn đòi hỏi phải điều tra chi tiết hơn.

Sự phát triển tuần tự của kiến thức về các vùng đất phụ thuộc phải được điều chỉnh cho phù hợp với từng dự án riêng lẻ, phụ thuộc vào sự thay đổi của mặt đất và chi phí thiết lập một hoặc nhiều giai đoạn điều tra. Nó cũng bị ảnh hưởng phần lớn bởi sự xa cách của địa điểm và mức độ nghiêm trọng của việc tiếp xúc với sóng.

5.3.8  Vật liệu xây dựng

Khối lượng lớn đá và cốt liệu bê tông thường được yêu cầu để xây dựng đê chắn sóng. Các nguồn và chất lượng tiềm năng của vật liệu cần được xác định ở giai đoạn đầu. Công việc bao gồm việc đánh giá các bản đồ, hình ảnh và báo cáo có sẵn, sau đó là điều tra hiện trường.

5.4  Thiết kế chung của công trình đê chắn sóng

5.4.1  Yêu cầu chung

Thiết kế kết cấu được xác định bởi chức năng của đê chắn sóng, địa hình khu vực, điều kiện môi trường và các cân nhắc kinh tế. Các yếu tố chính trong thiết kế là tải trọng sóng và điều kiện nền móng.

Việc so sánh tải trọng sóng đặt vào và sức kháng của kết cấu đối với tải trọng đó rất cần thiết nhưng phức tạp, vì tải trọng sóng có bản chất ngẫu nhiên, và phản ứng kết cấu đối với sóng cho đến nay vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

Cách tiếp cận thực tế được áp dụng khác nhau giữa kết cấu mặt đứng và kết cấu đê đá đổ, và triết lý thiết kế hiện tại có thể được mô tả ngắn gọn như sau cho từng trường hợp.

Tường đứng được coi là kết cấu cứng và được thiết kế theo phân tích bán tĩnh, Trong đó: đánh giá các điều kiện sóng cực trị tại kết cấu, từ đó áp lực, tải trọng và chuyển động được tính toán theo các công thức. Các tải trọng tác dụng này được so sánh với sức kháng của kết cấu để xác nhận rằng thiết kế có các hệ số an toàn thích hợp. Sự không chắc chắn đó trong thiết kế chủ yếu liên quan đến các điều kiện sóng và tính hợp lý của các công thức được sử dụng.

Đối với các đê đá đổ, được coi là cấu trúc mềm, có sự không chắc chắn tương tự đối với các điều kiện sóng, nhưng ngoài ra bản chất của phản ứng sóng/kết cấu còn ít được hiểu rõ hơn.

Do đó, thiết kế dựa trên khái niệm về hư hỏng có thể chịu được hoặc sự di chuyển của lớp phủ chính, sử dụng các mối quan hệ thực nghiệm để đánh giá thiết kế của lớp phủ chính đối với các điều kiện sóng nhất định. Các bộ phận khác của đê đá đổ theo kinh nghiệm có liên quan đến lớp phủ chính. Không có khái niệm giả tĩnh về các hệ số an toàn tổng thể trong triết lý thiết kế hiện tại, mặc dù những tiến bộ đang có trong hiểu biết về thiết kế xác suất của các đê đá đổ.

Các điều kiện sóng cực trị được lựa chọn để thiết kế đê chắn sóng phải được đánh giá cẩn thận trong từng trường hợp. Thực tế phổ biến coi sóng thiết kế là một giá trị duy nhất của chiều cao sóng với xác suất vượt quá thấp trong thời gian sử dụng dự kiến hoặc tuổi thọ thiết kế của kết cấu. Tuy nhiên, thông số mô tả về chiều cao sóng đối với một trạng thái biển nhất định có thể thay đổi tùy theo phương pháp thiết kế được sử dụng, như được mô tả trong các Điều 5.10; 5,11 và 5,12. Ví dụ, chiều cao sóng tối đa H_max thường dùng cho các tường đứng, trong khi chiều cao sóng có nghĩa H_s hoặc giá trị trung bình của một phần mười chiều cao sóng H_1/10 được sử dụng cho các đê đá đổ. Ngoài ra, các thông số trạng thái biển khác như chu kỳ sóng, năng lượng quang phổ, hướng và liệu sóng có bị phá vỡ hay không đều rất quan trọng trong quá trình thiết kế.

Tuy nhiên, sẽ thuận lợi khi thực hiện các quan sát theo chiều cao sóng. Đây là thông số chính trong việc đánh giá mức độ nghiêm trọng của tác động sóng, và trong một vùng biển cụ thể, chiều cao sóng trên một kết cấu tăng lên nói chung sẽ dẫn đến tăng xác suất hư hỏng.

Phá hoại được định nghĩa là đã xảy ra khi đê chắn sóng không còn thực hiện đầy đủ chức năng bảo vệ bể cảng hoặc khu vực đất liền hoặc nếu chi phí sửa chữa hư hỏng, bao gồm cả việc can thiệp vào hoạt động thương mại, là không thể chấp nhận được. Đây là trạng thái giới hạn cực hạn.

Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng tồn tại khi xảy ra hư hỏng đối với đê chắn sóng có mức độ đáng kể nhưng vẫn có thể thực hiện hầu hết các hoạt động bình thường bên trong bể cảng.

Xác suất hư hỏng có thể chấp nhận được hoặc mức độ hư hỏng có thể chấp nhận được trong tuổi thọ của kết cấu phải được quyết định ở giai đoạn đầu của thiết kế. Chi phí sửa chữa cần được ước tính và đưa vào đánh giá tính khả thi về kinh tế của dự án. Rõ ràng là ở giai đoạn đầu của thiết kế, điều này sẽ rất không chính xác, nhưng cần được cải thiện khi tiến hành dự án và có thêm thông tin.

5.4.2  Sóng thiết kế

Tuổi thọ thiết kế và xác suất của sự kiện thiết kế được thảo luận trong TCVN 11820-1.

5.4.3  Các yếu tố dẫn đến phá hoại

Các dạng hư hỏng quan trọng được chỉ ra trong Hình 12 (đối với các đê đá đổ) và Hình 26 (đối với đê chắn sóng hỗn hợp). Tuy nhiên, ở những nơi đã xảy ra hư hỏng, thường không thể xác định được một nguyên nhân nào một cách chắc chắn. Các yếu tố được cho là đã góp phần gây ra hư hỏng cần được xem xét trong quá trình thiết kế đê chắn sóng, bao gồm:

a) đánh giá thấp sóng thiết kế do không có đầy đủ thông tin về chế độ sóng hoặc thiết kế với chu kỳ trở lại quá ngắn;

b) đề phòng không đầy đủ đối với hiện tượng sóng tập trung cục bộ do đặc điểm địa phương của đường đồng mức đáy biển;

c) không đủ kỹ thuật thiết kế và kiến thức về ứng xử của công trình dẫn đến mất ổn định thủy lực của công trình và các bộ phận cấu thành của nó;

d) những bất cập trong việc thực hiện và giải thích kết quả của các phép thử mô hình thủy lực;

e) mất ổn định địa kỹ thuật của công trình hoặc nền của nó;

f) kiểm soát và giám sát không đủ việc xây dựng, đặc biệt là việc lắp đặt các phần tử dưới nước;

g) chất lượng kém của vật liệu được sử dụng trong xây dựng, hoặc đánh giá không đầy đủ về ứng xử của vật liệu khi sử dụng, ví dụ: không đủ khả năng chống ăn mòn, mài mòn, thời tiết; mỏi của các đơn vị bê tông lớp phủ và các biến động về chất lượng.

5.5  Phát triển thiết kế

Hình 5 minh họa một sơ đồ logic cho quá trình thiết kế từ giai đoạn tiền khả thi đến giai đoạn xây dựng.

Hình 5 - Quá trình thiết kế

Việc đánh giá chế độ sóng là yêu cầu đầu tiên vì tác động của sóng là yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế. Nó có thể được dựa vào giai đoạn tiền khả thi để dự báo sóng bão bằng cách sử dụng các công thức liên quan đến tốc độ gió, thời gian của bão và tải trọng như mô tả trong TCVN 11820-2. Điều này được hoàn thiện ở giai đoạn khả thi bằng cách phân tích các bản ghi gió bổ sung và sử dụng kết quả của các bản ghi sóng. Quá trình này được mô tả thêm trong Điều 5.7.

Một số thiết kế sơ bộ thay thế cần được chuẩn bị và so sánh trong khoảng thời gian khi thông tin chi tiết hơn về địa điểm cụ thể được thu thập và phân tích để đảm bảo rằng tất cả các dữ liệu cần thiết đều được thu thập. Các yếu tố chính cần được xem xét trong thiết kế và các quy trình sẵn có được mô tả trong các Điều 5.10; 5.11 và 5.12.

Kiểm tra mô hình thủy lực vật lý là cách hiệu quả và đáng tin cậy nhất để xác định độ ổn định của thiết kế đê chắn sóng và những phát triển gần đây trong kỹ thuật phòng thí nghiệm cho phép nghiên cứu hầu hết các khía cạnh thủy lực về độ ổn định. Một loạt các thử nghiệm mô hình toàn diện nên được thực hiện để cải tiến thiết kế và xác định mức độ an toàn của kết cấu trong các điều kiện cực trị.

Do giới hạn về thời gian và chi phí, hiếm khi có thể thử nghiệm tất cả các phương án và chương trình thử nghiệm cần được chuẩn bị cẩn thận để thu được lợi ích lớn nhất từ thử nghiệm và hỗ trợ việc giải thích kết quả.

Giai đoạn cuối cùng của mỗi quá trình thiết kế phải bao gồm phân tích kỹ lưỡng các rủi ro và hậu quả dự kiến của thiệt hại nhằm cân bằng chi phí thiệt hại có thể chấp nhận được so với vốn đầu tư cần thiết, đồng thời tìm cách cung cấp các hệ số an toàn đầy đủ đối với các hình thức thiệt hại dẫn đến việc toàn bộ dự án không thực hiện được chức năng của nó.

Giai đoạn thiết kế cuối cùng này sẽ tính đến mức độ và độ tin cậy của dữ liệu thu thập được, kết quả thử nghiệm mô hình thủy lực và các hạn chế của nó, tính sẵn có và chi phí của vật liệu xây dựng, phương pháp thi công và nguy cơ hư hỏng và sửa chữa nó. Phân tích rủi ro được thảo luận trong Điều 5.9.9 và cần được xem xét đầy đủ ở giai đoạn cuối cùng của thiết kế. Tuy nhiên, nhà thiết kế cần xem xét nhu cầu về dự trữ an toàn thích hợp để chống lại phá hoại cực hạn trong thời gian thiết kế và áp dụng triết lý phân tích rủi ro trong suốt quá trình thiết kế.

5.6  Điều kiện sóng thiết kế

5.6.1  Các phương pháp đánh giá

Các điều kiện sóng cụ thể quan trọng trong thiết kế sẽ phụ thuộc vào loại đê chắn sóng. Mỗi phần của công trình cần được xem xét độc lập khi xác định tiêu chí sóng thiết kế.

5.6.2  Chiều cao sóng

Vùng nước sâu mà sóng tại công trình không bị giới hạn về độ sâu và sóng không vỡ có thể tới công trình, việc lựa chọn chiều cao sóng thiết kế phải dựa trên xác suất vượt quá tuổi thọ thiết kế của công trình.

Xác suất vượt quá phải được chọn có tính đến các yếu tố nêu trong Điều 7.2.1 của TCVN 11820-1 sẽ liên quan đến cả chủ sở hữu và nhà thiết kế. Phép ngoại suy dữ liệu sóng được mô tả trong Điều 5.4 của TCVN 11820-2.

Xác suất của sóng vượt quá chiều cao sóng thiết kế nên được dự đoán để sử dụng trong phân tích độ nhạy của ứng xử trong các điều kiện ít khả năng xảy ra hơn.

5.6.3  Phổ sóng

Phổ của sóng thiết kế không thể được dự đoán bằng cách ngoại suy từ các bản ghi sóng ngắn hạn và sẽ hiếm khi có thể ghi lại phổ có liên quan đến các điều kiện cực trị.

Độ tin cậy của các phổ sóng thu được từ các bản ghi tại địa điểm cần được xem xét liên quan đến độ dài của các bản ghi và liệu chúng có bao gồm bất kỳ cơn bão nào tiếp cận với chiều cao sóng thiết kế hay không.

Thông qua phổ thiết kế dựa trên các cân nhắc được mô tả trong Điều 5.4.1.3 của TCVN 11820-2.

5.6.4  Khúc xạ và nhiễu xạ sóng

Cả hai phương pháp đồ họa và máy tính đều có sẵn để xác định ảnh hưởng của khúc xạ và nhiễu xạ sóng. Theo dõi ngược sẽ là phương pháp tốt nhất khi xem xét điều kiện sóng ở lối vào hoặc ở đầu đê tròn, nhưng theo dõi sóng tiến đến có thể phù hợp hơn khi xem xét mật độ sóng có thể có dọc theo chiều dài của đê chắn sóng.

Tại một số điểm, sóng tới nước sâu bị suy giảm bởi nhiễu xạ xung quanh một mũi đất. Phương pháp đồ thị cho đáy biển phẳng có thể được sử dụng để đưa ra giải pháp gần đúng. Phương pháp máy tính cũng có sẵn.

5.7  Lựa chọn loại công trình

5.7.1  Các loại công trình

Có ba loại đê chắn sóng chính, thiết kế của chúng được thảo luận với các ví dụ trong các Điều 5.10; 5.11 và 5.12. Trong một số trường hợp, việc xem xét chung sẽ cho phép đưa ra quyết định có lợi cho một loại; trong các trường hợp khác, sẽ cần thiết phải so sánh chi phí của một số thiết kế các loại khác nhau.

5.7.2  Các yếu tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn

5.7.2.1  Yêu cầu chung

Một số yếu tố chính sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn loại công trình được mô tả trong các Điều 5.7.2.2 đến 5.7.2.10. Những điều này thường dẫn đến các yêu cầu trái ngược nhau và một phần quan trọng của quá trình thiết kế sẽ là đưa ra trọng số thích hợp cho mỗi loại để đạt được thỏa hiệp.

5.7.2.2  Các chức năng khác

Bên cạnh việc cung cấp khu nước được che chắn, đê chắn sóng có thể được yêu cầu để bảo vệ một khu vực tôn tạo, cung cấp một bến đậu tàu ở mặt trong hoặc hỗ trợ luồng vào và dịch vụ. Cả rủi ro hư hỏng và hậu quả của nó đều tăng lên khi thiết kế cho loại chức năng kép này. Sóng tràn có thể rất quan trọng và có thể phải giảm thiểu với chi phí tăng thêm đáng kể.

5.7.2.3  Hành hải

Sự phản xạ sóng từ mặt đứng và đê chắn sóng hỗn hợp có thể gây ra các vùng biển bị xáo trộn tại các lối vào bể cảng, gây nguy hiểm cho hành hải. Các đê đá nhỏ hấp thụ năng lượng phía trước các tường đứng có thể được sử dụng để giảm phản xạ như vậy. Tuy nhiên, các nhà hàng hải cần phải cung cấp khoảng cách rộng rãi cho các mái dốc dưới nước, nơi mà chiều rộng luồng tàu không được xác định rõ ràng như với các công trình tường đứng.

5.7.2.4  Sóng tràn

Có thể giảm thiểu sóng tràn với một số loại đê chắn sóng bằng cách cung cấp đủ độ vượt cao đỉnh tường, về mặt này, đê chắn sóng đê đá đổ đặc biệt thích hợp vì phần lớn năng lượng sóng bị tiêu tán trong lớp phủ trước khi chạm tới và đi qua đỉnh. Với cấu trúc mặt đứng, cột nước được đẩy lên do tác động của sóng mà năng lượng giảm đi rất ít, ngay cả khi có một độ vượt trên mặt nước của đỉnh cao.

Cột nước có thể bị sập một phần trên công trình và một phần trên vùng nước phía sau nó, tạo ra sóng thứ cấp. Sóng thứ cấp sẽ có chu kỳ ngắn hơn sóng tới.

Bảng 3 đưa ra hướng dẫn về lượng sóng tràn cho phép liên quan đến sự bất tiện hoặc nguy hiểm cho người và phương tiện.

Bảng 3 - Nước tràn, các cân nhắc về an toàn

Lưu lượng cho trong Bảng 3 là giá trị trung bình đối với người và phương tiện cách tường chắn sóng khoảng 3 m; giá trị đỉnh có thể gấp 100 lần giá trị trung bình.

5.7.2.5  Truyền sóng

Đê chắn sóng đá đổ thấm qua chỉ bao gồm các tảng đá lớn có tính ổn định tốt khi được xây dựng một phần nhưng có nhược điểm là sóng, đặc biệt là những sóng có chu kỳ 20 s trở lên, truyền qua kết cấu. Trong trường hợp này, cần phải xem xét các ảnh hưởng đến phản ứng của bể cảng.

5.7.2.6  Tác động môi trường

Loại công trình sẽ ảnh hưởng đến các tác động lên chế độ ven biển. Các tác động chính sẽ do đặc tính phản xạ của một tường đứng gây ra so với sự giảm phản xạ của sóng từ một đê đá đổ, cả bên ngoài và bên trong bể cảng.

5.7.2.7  Điều kiện nền móng

Ở những nơi có nền móng yếu, đê chắn sóng đá đổ có thể phù hợp hơn đê chắn sóng mặt đựng vì nó có khả năng chịu lún tốt hơn. Nếu cần loại bỏ vật liệu nền móng yếu và thay thế bằng vật liệu chất lượng tốt hơn, hoặc đào để làm lộ vật liệu nền vững chắc, đê mặt đứng hoặc hỗn hợp có thể tiết kiệm hơn so với đê đá đổ vì chiều rộng móng nhỏ hơn.

Kết cấu cọc ván yêu cầu điều kiện nền móng tốt để phát triển khả năng chống lại phá hoại do xoay.

Tác động của sóng trên các đê chắn sóng có thể gây xói mòn đáy biển ở chân của công trình, đặc biệt là nơi có các dòng chảy mạnh. Công trình đê đá đổ nói chung sẽ ít gây xói mòn hơn công trình mặt đứng.

5.7.2.8  Vật liệu xây dựng

Xây dựng đê đá đổ cần khối lượng lớn đá với nhiều kích cỡ. Khi không thể kiếm được đá lớn để làm lớp phủ, các đơn vị lớp phủ bê tông có thể được sử dụng để thay thế. Nếu nguồn cung cấp đá thích hợp bị hạn chế, có thể sử dụng đê chắn sóng mặt đứng, mặc dù ở vùng nước sâu người ta thường chọn loại hỗn hợp. Mặc dù đê chắn sóng hỗn hợp cần ít đá hơn và có kích thước nhỏ hơn loại đê đá đổ, khối lượng vẫn có thể đáng kể.

Đổ cát hoặc sỏi cũng có thể được yêu cầu để thay thế vật liệu nền yếu và làm vật liệu dằn cho các thùng chìm. Nếu cần số lượng lớn, một nguồn ngoài khơi nên được bố trí vì việc khai thác, vận chuyển và đổ bằng nạo vét có thể tiết kiệm hơn nguồn trên đất liền.

Đối với bê tông, cốt liệu cần có chất lượng theo yêu cầu để đảm bảo độ bền của bê tông cốt thép. Cũng có thể cần một lượng lớn cốt liệu tốt trong các đơn vị lớp phủ bê tông và các kết cấu nắp trên đê chắn sóng đá đổ.

5.7.2.9  Biện pháp thi công

Đê chắn sóng đá đổ ở vùng nước nông không nhất thiết phải có các máy thi công chuyên dụng. Đối với các kết cấu lớn hơn, cần có cần trục lớn với tầm vươn xa khi đặt lớp phủ từ đỉnh của đê chắn sóng và để đặt vật liệu lõi giữa mặt tự nhiên và mái dốc cuối cùng. Ngoài ra, cần trục có thể được lắp trên sà lan tự nâng hoặc phao lớn nhưng việc sử dụng chúng sẽ bị ảnh hưởng bởi điều kiện sóng.

Kết cấu mặt đứng và kết cấu hỗn hợp thường yêu cầu chuẩn bị đáy biển và bề mặt trên của nền đá dăm. Công việc dưới nước này có thể chậm và cần điều kiện biển lặng.

Kết cấu mặt đứng và kết cấu hỗn hợp thường được xây dựng bằng cách đẩy nổi các thùng chìm. Chúng có thể được chế tạo trong một ụ tàu khô. Ngoài ra, phần dưới của thùng chìm có thể được xây dựng trên bờ và nâng lên hoặc đưa xuống nước để hoàn thành phần nổi.

Các thùng chìm cũng có thể được cẩu nâng vào vị trí, điều này có thể làm giảm thời kỳ nguy cơ thiệt hại do bão trong quá trình xây dựng, nhưng trong trường hợp này, cần xem xét sự sẵn có của thiết bị nâng hàng nặng. Tuy nhiên, có rất nhiều hình thức xây dựng khác có thể được xem xét tùy thuộc vào hoàn cảnh. Mức độ bảo vệ của vị trí đê chắn sóng sẽ là một yếu tố quan trọng.

Hầu hết các hình thức xây dựng sử dụng cọc ván thép đều rất dễ bị hư hại do tác động của sóng cho đến khi hoàn thành từng phần, đặc biệt là các cấu trúc cọc ván thẳng dạng ô vây.

5.7.2.10  Hư hỏng và bảo trì

Do tính chất thay đổi và không thể đoán trước được các lực sóng mà đê chắn sóng phải chịu, khả năng bị hư hỏng trong thời gian tồn tại của nó nên được chấp nhận. Phương pháp sửa chữa cần được xem xét trong thiết kế.

Một số đê chắn sóng đá đổ có thể bị thiệt hại đáng kể trước khi chức năng của chúng bị suy giảm nghiêm trọng. Với lớp phủ đá, lượng dịch chuyển lên đến 5% của các đơn vị thường được coi là có thể chấp nhận được trước khi cần sửa chữa.

Với các đơn vị lớp phủ bê tông, tùy thuộc vào sự ổn định của khóa liên kết, mức độ hư hỏng cho phép thấp hơn được khuyến khích vì việc sửa chữa không phải lúc nào cũng hiệu quả về mặt kinh tế. Trong mọi trường hợp, công việc sửa chữa sẽ yêu cầu sử dụng thiết bị nâng hạng nặng và cần có lối đi thường xuyên dọc theo đê chắn sóng nếu việc sửa chữa từ các phương tiện nổi có thể không thực hiện được hoặc quá tốn kém.

Khả năng sẵn có và chi phí huy động các máy thi công và vật liệu phù hợp để sửa chữa là rất quan trọng khi xem xét rủi ro hư hỏng nào nên được chấp nhận.

Sự chuyển dịch hạn chế của các kết cấu mặt đứng có thể chấp nhận được nếu chức năng duy nhất của chúng là bảo vệ sóng.

Khi các công trình khác được đưa vào hoặc kết nối với đê chắn sóng, điều này có thể không được chấp nhận. Các hư hỏng đối với các khớp nối giữa các thùng chìm dù là do chuyển động của các thùng chìm hay cách khác phải được sửa chữa càng sớm càng tốt để ngăn ngừa sự xuống cấp thêm.

Hư hỏng nghiêm trọng đối với đê đá đổ của đê chắn sóng hỗn hợp có thể dẫn đến sự sụp đổ của cấu trúc bên trên và phá hủy toàn bộ đê chắn sóng.

5.8  Kiểm tra mô hình thủy lực

5.8.1  Giới thiệu

Thử nghiệm mô hình thủy lực vật lý là phương pháp đáng tin cậy nhất để đánh giá tính năng thủy lực của đê chắn sóng. Độ tin cậy của kết quả kiểm tra phụ thuộc vào chất lượng của dữ liệu đầu vào. Với dữ liệu đáng tin cậy, đã cho thấy rằng các mặt cắt đê đá đổ có lớp phủ đá trong một máng thí nghiệm đưa ra sự thống nhất gần như hoàn toàn giữa mô hình và nguyên mẫu.

Đối tượng chính của thử nghiệm là kiểm tra độ ổn định của đê chắn sóng khi đạt đến và vượt quá trạng thái thiết kế và tính năng thủy lực của nó đối với sóng leo, sóng tràn, truyền sóng và sóng phản xạ.

Các mô hình toán có thể sử dụng để lập kế hoạch bố trí đê chắn sóng và có thể áp dụng cho các thử nghiệm độ ổn định của đê chắn sóng.

Các tỷ lệ cho mô hình ứng xử của bể cảng thường quá nhỏ để thể hiện đúng độ ổn định của công trình, nhưng tùy thuộc vào kích thước lưu vực sóng và kích thước đê chắn sóng có sẵn, đôi khi có thể kết hợp kiểm tra kết cấu theo ba chiều với mô hình ứng xử của bể cảng. Khả năng này cần được lưu ý khi lập kế hoạch chương trình thử nghiệm.

Có ba phương pháp mô hình hóa vật lý kết cấu đê chắn sóng trong kiểm tra độ ổn định. Phương pháp chính, dễ nhất và thường xuyên nhất là lập mô hình một mặt cắt ngang của đê chắn sóng trong một máng thí nghiệm, phương pháp này cho tần suất sóng vuông góc với các trạng thái biển đơn hướng. Nên sử dụng một bộ tạo sóng ngẫu nhiên có thể lập trình thay cho một bộ tạo sóng điều hoà.

Mặt cắt được lập mô hình thông thường sẽ được chọn để đại diện cho phần đê chắn sóng có mức độ phơi nhiễm nghiêm trọng nhất, nhưng trong một số trường hợp, có thể mong muốn lập mô hình nhiều hơn một mặt cắt tại các vị trí khác nhau.

Ở những nơi dự kiến có sóng xiên, chẳng hạn như tại các đầu tròn, nên sử dụng bể tạo sóng. Một lưu vực như vậy sẽ chứa một phần hoặc toàn bộ đê chắn sóng và sẽ được sử dụng cho các thử nghiệm với sóng đỉnh dài ngẫu nhiên, thường với một máy phát sóng có thể di chuyển để cung cấp các hướng sóng tới khác nhau. Máy tạo trạng thái sóng là một chiều, như trong máng thí nghiệm, nhưng ảnh hưởng của địa hình đáy có thể gây ra mật độ sóng và thay đổi hướng sóng tại những vị trí cụ thể dọc theo đê chắn sóng, do đó kết quả gần như đại diện cho điều kiện sóng thực tại địa điểm hơn là như trong một máng thí nghiệm.

Tuy nhiên, các sóng có đỉnh dài được tạo ra không hoàn toàn đại diện cho sóng đa hướng và sóng có đỉnh ngắn xảy ra trong tự nhiên, đặc biệt là ở vùng nước sâu. Để nghiên cứu những ảnh hưởng như vậy đối với một kết cấu, cần phải tạo ra sóng đa hướng trong một lưu vực được thiết kế đặc biệt. Quy trình như vậy rất khó và hiếm khi được sử dụng trong kỹ thuật đê chắn sóng. Các kết quả hiện có là không đủ để xác định giá trị của quy trình này, mặc dù các nghiên cứu trên một đê đá đã chỉ ra rằng, đối với cùng một năng lượng sóng tới, biển đa hướng tạo ra ít thiệt hại hơn biển một hướng vuông góc với đê chắn sóng.

Các mục tiêu của thử nghiệm mô hình, các phương pháp được sử dụng và chương trình phải được thảo luận với các phòng thí nghiệm thủy lực có kinh nghiệm để đảm bảo rằng các quy trình phù hợp nhất được thông qua.

5.8.2  Tỷ lệ mô hình

Các mô hình nên được xây dựng theo tỷ lệ hình học không bị biến dạng càng lớn càng tốt. Các tỷ lệ này thường nằm trong khoảng từ 1: 30 đến 1: 80, được mô hình hóa theo luật tỷ lệ Froude với các hệ số tỷ lệ như sau :

Với 1 : N_s; là tỷ lệ theo chiều dài cả phương đứng lẫn phương ngang

Đối với đê chắn sóng đá đổ, ứng xử phụ thuộc một phần vào dòng nước chảy qua, vào hoặc ra khỏi công trình. Dòng chảy qua các khoảng trống phụ thuộc vào số Reynolds, vì nước được sử dụng trong mô hình, không được lấy theo tỷ lệ chính xác và do đó dòng chảy và độ thấm không thể được tái tạo chính xác ở tất cả các vị trí trong mô hình.

Trong thực tế, người ta thấy rằng các ảnh hưởng tỷ lệ là không đáng kể nếu số Reynolds của đơn vị lớp phủ lớn hơn khoảng 3 × 10⁴, mặc dù một số nghiên cứu gần đây cho thấy rằng nó có thể thấp tới 8 × 10³.

Số Reynolds được định nghĩa như sau:

Trong đó:

W trọng lượng của đơn vị lớp phủ (tính bằng t);

γ_a khối lượng riêng của lớp phủ (tính bằng t / m³);

H là chiều cao sóng trong phá hoại đầu tiên (tính bằng m);

v độ nhớt động học (tính bằng m² / s);

g gia tốc trọng trường (9,81 m/s²).

Khi đo các tác động do sóng vỡ đối với các kết cấu mặt đứng, các định luật tỷ lệ tương tự không áp dụng cho tất cả các loại tác động chủ yếu do không thể mô hình hóa sự cuốn theo không khí ở các tỷ lệ phù hợp. Nói chung, mối quan hệ Froude được sử dụng vì có bằng chứng cho thấy rằng điều này mang lại một kết quả thận trọng.

Chất liệu đáy có thể bị xói hiếm khi được mô hình hoá vì khó mô hình hoá chính xác cho chất liệu đó. Thay vào đó, một mô hình đáy cứng được sử dụng và vật liệu bảo vệ đáy được mô phỏng theo tỷ lệ Froude.

5.8.3  Mô hình hoá các đơn vị lớp phủ bê tông

Khi các đơn vị lớp phủ bê tông được sử dụng cho đê chắn sóng đá đổ, nói chung không thể mô hình hóa tất cả các đặc tính vật liệu của đơn vị. Các đơn vị mô hình bằng bê tông, vữa hoặc nhựa, được chia tỷ lệ chính xác cho mật độ và ma sát, mạnh hơn mức cần thiết để cố sự tương đồng giữa mô hình và nguyên mẫu. Điều này đặc biệt quan trọng với các đơn vị mảnh như Dolosse, nơi tác động của sự rung chuyển và dịch chuyển có thể gây ra vỡ trong nguyên mẫu, nhưng hiện tượng vỡ không xảy ra trong các điều kiện sóng tương tự trong mô hình.

Các phương pháp sau đây đã được sử dụng để nghiên cứu ứng xử của các đơn vị bê tông mô hình. Chúng thường không được chấp nhận và làm tăng thêm chi phí và thời gian của bất kỳ nghiên cứu mô hình nào.

a) Gắn thiết bị đo các đơn vị bê tông mô hình đã được sử dụng trong một số trường hợp ở tỷ lệ lớn (1: 5). Gia tốc kế đã được sử dụng để đo sự thay đổi của vận tốc khi va chạm và xác định bằng phân tích các lực và ứng suất đã phát triển.

b) Các đơn vị bê tông mô hình được làm bằng vật liệu có cường độ chịu kéo giảm theo tỷ lệ đã được chèn vào các vị trí quan trọng trong mô hình. Việc hư hỏng tại các vị trí này do các lực va chạm và thủy động lực sau đó đã được phát hiện qua thử nghiệm.

c) Vật liệu nhựa, nhựa epoxy cốt sợi thép, đã được sử dụng với mật độ chính xác nhưng có độ đàn hồi để có thể đo được các biến dạng gây ra trên thiết bị trong quá trình thử nghiệm bằng thiết bị đo mô hình. Các biến dạng đo được trong quá trình thử nghiệm đã được sử dụng để suy ra, bằng phân tích số, tải trọng có thể được sử dụng cho thiết kế kết cấu .

Do đặt ngẫu nhiên và tấn công sóng ngẫu nhiên, nên khi cung cấp đủ số lượng đơn vị mô hình đặc biệt có thể thực hiện phân tích thống kê các kết quả.

5.8.4  Xây dựng mô hình

Mô hình phải được xây dựng theo tỷ lệ không bị biến dạng và mật độ tương đối, hệ số ma sát và hình dạng của tất cả các vật liệu được tái tạo chính xác. Nếu cần đo áp lực nâng lên dưới các kết cấu trên đỉnh, thùng chìm hoặc các kết cấu mặt đứng tương tự thì có thể cần phải sửa đổi kích thước đá để tái tạo dòng chảy qua các khoảng trống một cách chính xác hơn.

Các kỹ thuật xây dựng mô hình phải được so sánh với các kỹ thuật sẽ được sử dụng trong đê chắn sóng nguyên mẫu và cần chú ý để không xảy ra hiện tượng đầm nén quá mức. Đặc biệt, phương pháp đặt các đơn vị lớp phủ phải tương tự như phương pháp sẽ được sử dụng trong nguyên mẫu để đảm bảo đạt được mật độ lắp đặt chính xác.

Nếu việc lắp đặt được dự kiến sẽ diễn ra trong điều kiện sóng vừa phải và điều kiện sóng lừng, các trạng thái biển thích hợp phải được tạo ra trong quá trình lắp đặt lớp phủ. Lớp phù phải được tái tạo cho mỗi loạt thử nghiệm. Lý tưởng nhất là lớp dưới cũng nên được tái tạo.

Nhìn chung, đáy biển nên được mô hình hóa trong khoảng cách khoảng năm bước sóng ở phía trước công trình để các tác động của sóng nước nông được tái tạo. Điều này không phải lúc nào cũng có thể thực hiện được trong máng thí nghiệm có sẵn, và các tác động lên công trình cần được xem xét để quyết định tỷ lệ và kỹ thuật thích hợp trong trường hợp cụ thể.

5.8.5  Chương trình thử nghiệm

Một chương trình thử nghiệm phải bao gồm một loạt các thử nghiệm sơ bộ được thiết kế để xác định các đặc điểm quan trọng của thiết kế được đề xuất và ảnh hưởng của các sửa đổi. Mặt cắt thử nghiệm được ưu tiên hơn sau đó phải trải qua một loạt thử nghiệm toàn diện hơn.

Không nên sử dụng sóng điều hoà để thử nghiệm. Trạng thái sóng nước sâu ngẫu nhiên phải được tạo ra bởi một máy phát sóng có thể tái tạo phổ năng lượng/tần số sóng thiết kế và các đặc điểm nhóm độ cao sóng. Vì mục đích này, máy phát phải có thể tái tạo một chuỗi ít nhất 1000 sóng để các phân bố ngẫu nhiên được tạo ra tự động. Trình tự phải được lặp lại cho các mục đích so sánh.

Tốt nhất nên thực hiện ít nhất 5 thử nghiệm đối với mỗi điều kiện thiết kế để cho phép các kết quả hư hỏng thay đổi ngẫu nhiên.

Khi chi phí và thời gian dành cho thử nghiệm có hạn, điều quan trọng là phải hiểu rõ bất kỳ giới hạn nào đối với kết quả thử nghiệm và chương trình thử nghiệm được lập kế hoạch cẩn thận, trong phạm vi hạn chế, để cung cấp thông tin tốt nhất cho phép chuẩn bị một thiết kế an toàn và tiết kiệm.

Điều quan trọng là phải kiểm tra sự thay đổi của các thông số thiết kế của chế độ sóng và mực nước, đặc biệt khi sự biến đổi mực nước có thể dẫn đến sự thay đổi từ điều kiện sóng không vỡ sang sóng vỡ.

Thông thường không thể thay đổi mực nước trong quá trình thử nghiệm vì phản ứng của bộ tạo sóng sẽ thay đổi.

Ở những vị trí có biên độ thủy triều đáng kể, mực nước có thể thay đổi đáng kể khi có bão và do đó cần phải thiết kế chương trình thử nghiệm để tính đến điều này. Thông thường sẽ kiểm tra ở mực nước cao để xem sóng tràn và độ ổn định của lớp phủ trên dưới những con sóng lớn nhất, với các bài kiểm tra tiếp theo ở mực nước thấp để tìm xói chân và có thể cả sóng vỡ phía trước công trình.

Trong mọi trường hợp, các mối quan hệ giữa điều kiện sóng, mực nước và phản ứng của công trình cần được xem xét cẩn thận khi thiết kế chương trình thử nghiệm.

5.9  Yêu cầu thử nghiệm đối với Đê chắn sóng mái nghiêng (đá đổ)

5.9.1  Yêu cầu chung

Đối với đê chắn sóng đá đổ, một loạt các thử nghiệm thường được thực hiện theo các bước tăng dần, ví dụ: từ 50% đến 120% chiều cao sóng thiết kế trở lên với sự gia tăng tương ứng của chu kỳ sóng để mô phỏng sự hình thành điều kiện bão và để kiểm tra biên độ an toàn trong thiết kế thử nghiệm. Cách tiếp cận hợp lý nhất để quyết định các bước và mức độ nghiêm trọng ngày càng tăng của các điều kiện thử nghiệm là lập mô hình các sóng có xác suất xuất hiện thấp dần trong vòng đời thiết kế, đến giới hạn được thảo luận trong Điều 5.3.2.

Trong điều kiện hạn chế về độ sâu, sóng cao hơn sẽ có xu hướng bị thay đổi hoặc vỡ trước công trình và không thể có sóng bằng 120% chiều cao sóng thiết kế tồn tại tại đê chắn sóng, mặc dù việc sử dụng chu kỳ sóng tăng có thể ảnh hưởng đến độ ổn định.

Bất cứ khi nào sóng lớn hơn được tạo ra, cần phải xét đến yêu cầu nâng cao mực nước tĩnh. Thiết lập sóng thường được tái tạo trong mô hình và điều kiện thủy triều có thể được coi là độc lập với điều kiện sóng. Tuy nhiên, đôi khi cần tính đến xác suất chung của việc nước dâng do bão tăng lên với chiều cao sóng tăng (căn cứ vào số liệu thống kê trong quá khứ)

Thời gian của mỗi thử nghiệm nguyên mẫu thông thường sẽ là khoảng 3 h, nhưng khi mức thử nghiệm đạt đến sóng thiết kế, thử nghiệm nguyên mẫu phải được tăng lên 6 h. Điều này sẽ mô phỏng quá trình hình thành bão nhưng nếu hồ sơ cơn bão đã được biết hoặc đã được suy luận, thì điều này có thể được mô hình hóa.

Để đánh giá độ ổn định của các đơn vị lớp phủ, dịch chuyển của chúng nên được ghi lại bằng ảnh, phim hoặc video để có thể đo được chuyển vị hoặc ước tính gia tốc. Vẫn chưa có phương pháp chuẩn hóa để ghi lại kết quả và điều này có thể dẫn đến khó khăn khi so sánh các kết quả đã công bố.

Số lượng chuyển động có thể chịu đựng của một đơn vị lớp phủ bê tông trước khi xảy ra vỡ sẽ thay đổi theo từng loại và kích thước của nó. Các loại dịch chuyển đã được sử dụng cho một số loại được cho trong Bảng 4. Một phương pháp mô tả để phân loại hư hỏng tổng thể được đưa ra trong Bảng 5.

Bảng 4 - Sự dịch chuyển của các đơn vị lớp phủ bê tông trong các mô hình

Bảng 5 - Phân loại hư hỏng trong đê chắn sóng mô hình

5.9.2  Phản xạ và truyền sóng

Hệ số phản xạ từ đê chắn sóng và sự truyền sóng xuyên qua kết cấu có thể được đo bằng các đầu dò sóng ở phía trước và phía sau đê chắn sóng.

5.9.3  Sóng tràn

Với các sóng ngẫu nhiên, tỷ lệ sóng tràn thay đổi đáng kể. Đo đại lượng này phải được thực hiện trong khoảng thời gian từ 50 sóng đến 100 sóng và điều này phải được lặp lại để có đủ kết quả phân tích thống kê về lưu lượng sóng tràn.

Tia nước phun không thể được mô hình hóa một cách chính xác vì ảnh hưởng của độ nhớt và gió thường không được mô hình hóa trong máng thí nghiệm.

5.9.4  Xói chân

Mặt cắt đáy biển thường được mô phỏng như một lớp cố định và các thử nghiệm mô hình phải được thiết kế để xác định kích thước cần thiết của đá để chống lại sự dịch chuyển.

Không thể quan sát định lượng lớp xói lở đáy biển nhưng việc quan sát các dòng chảy phía trên đáy biển sẽ giúp xác định phạm vi bảo vệ cần thiết để giảm xói mòn đến giới hạn có thể chấp nhận được.

5.9.5  Lực tác động lên kết cấu đỉnh

Phép đo lực sóng trên kết cấu đỉnh có thể được thực hiện bằng các phương pháp tương tự như đối với đê chắn sóng có mặt đứng (xem Điều 5.8.5). Công việc này khó thực hiện và khó giải thích kết quả do ảnh hưởng của lớp phủ phía trước kết cấu đỉnh, và sự không chắc chắn trong việc mô hình hóa các dòng chảy và áp suất trong đá dưới nắp. Các kết cấu đỉnh đã được mô hình hóa với mật độ tương đối giảm để khảo sát xem có dự trữ an toàn trong thiết kế hay không.

5.9.6  Đê chắn sóng mặt đứng

Thử nghiệm mô hình đê chắn sóng mặt đứng chủ yếu quan tâm đến việc đánh giá áp lực và lực tác động lên kết cấu hơn là xác định ngưỡng hư hỏng có thể chấp nhận được, mặc dù điều này có thể áp dụng trong trường hợp bảo vệ chống xói. Việc đo sóng tràn và phản xạ thường sẽ rất quan trọng.

Một loạt các thử nghiệm phải được thực hiện, sử dụng các bước tăng dần về chiều cao sóng như đối với đê chắn sóng đá đổ (xem Điều 5.8.5).

Điều đặc biệt quan trọng là phải xem xét đầy đủ phạm vi chiều cao của sóng và mực nước, vì có thể có sự khác biệt đáng kể giữa các loại tác động của sóng trên mặt đứng (xem Điều 5.4 Sóng TCVN 11820 :2).

Các phép đo lực hoặc áp suất phải được thực hiện bằng các thiết bị ghi liên tục để có thể đo được các biến động về cường độ và thời lượng cũng như tính được các đường cong vượt quá.

Các lực tổng có thể được ước tính bằng cách đo đồng thời áp suất tại một số vị trí trên kết cấu và tích hợp các kết quả. Các lực tổng trên một kết cấu cứng cũng có thể được đo bằng khung lực.

Lực và áp lực sóng có thể dao động nhanh và thiết bị đo đạc phải đủ nhạy để ghi lại điều này vì cực đại có thể tồn tại dưới 0,1 s.

Để chỉ ra dự trữ an toàn cho kết cấu trọng lực mặt đứng như thùng chìm, có thể lập mô hình kết cấu ở mật độ tương đối giảm; điều này cũng có thể được thực hiện để đánh giá sự ổn định tạm thời của công trình trước khi hoàn thành việc lấp đầy.

Tuy nhiên, do sự thay đổi của lực đẩy nổi theo tác động sóng và sự không chắc chắn của việc mô hình hóa lực nâng, bất kỳ ngưỡng chuyển động nào sẽ không nhất thiết cung cấp một thước đo đáng tin cậy về dự trữ an toàn thực sự.

Đối với phản xạ sóng, sóng tràn và hiện tượng xói chân, xem Điều 5.8.5.

5.9.7  Đê chắn sóng hỗn hợp

Thử nghiệm công trình đê chắn sóng hỗn hợp nên kết hợp giữa chương trình thử nghiệm và các phép đo nêu trong Điều 5.8.5.

Cần đặc biệt chú ý đến độ ổn định của đỉnh đê đá đổ, nơi phản xạ sóng từ mặt đứng có thể gây ra các vấn đề về ổn định.

5.9.8  Các điều kiện tạm thời trong quá trình thi công

Cần tiến hành kiểm tra các giai đoạn đã hoàn thành một phần của công trình đê chắn sóng, đặc biệt khi các cơn bão dự kiến xảy ra trong quá trình xây dựng có thể khiến công trình không thể tiếp tục trong mùa gió bão; một số hình thức bảo vệ tạm thời có thể được xác định.

Các thử nghiệm sẽ được thiết kế để đánh giá hư hỏng có thể xảy ra trong cơn bão và tìm ra các biện pháp ngăn chặn hoặc giảm thiểu nó.

Nên sử dụng chế độ sóng khi xây dựng phù hợp với rủi ro. Các đặc tính cụ thể cần được kiểm tra như sau:

a) Đối với đê chắn sóng đá đổ: độ ổn định của lõi và lớp dưới, ảnh hưởng của sóng tràn trước khi hoàn thành đỉnh, xói khi kết thúc công việc.

b) Đối với đê chắn sóng mặt đứng và đê chắn sóng hỗn hợp: ảnh hưởng của xói ở đầu công trình và phía trước mặt đứng, tính ổn định của kết cấu đã hoàn thiện một phần.

5.9.9  Phân tích rủi ro

5.9.9.1  Trạng thái giới hạn

Thiết kế một đê chắn sóng phải sao cho, trong quá trình xây dựng và trong suốt thời gian sử dụng dự kiến, nó có xác suất hư hỏng thấp có thể chấp nhận được, như được định nghĩa trong Điều 5.4.1. Để có được đánh giá tốt nhất về xác suất, cần tiến hành phân tích rủi ro. Một mặt, việc phân tích bao gồm việc định lượng xác suất xảy ra sự kiện không mong muốn (ví dụ: sự cố vỡ một phần đê chắn sóng) và mặt khác, hậu quả của sự kiện đó (ví dụ như gián đoạn hoạt động của cảng).

Việc phân tích rủi ro đòi hỏi phải chuẩn bị một bản kiểm kê các mối nguy và cơ chế ứng phó, tức là cách thức mà đê chắn sóng phản ứng với các mối nguy. Sự phân biệt được rút ra giữa trạng thái giới hạn cực hạn và trạng thái giới hạn khả năng sử dụng (xem Điều 5.4.1). Các thiệt hại vật chất và thiệt hại phi vật chất cho từng trạng thái được đánh giá. Rủi ro có thể được đánh giá bằng cách nhân tổn thất với xác suất xảy ra trong thời gian sử dụng của kết cấu.

5.9.9.2  Lựa chọn mức độ rủi ro

Việc lựa chọn mức độ rủi ro phụ thuộc vào các yếu tố sau.

a) Đặc điểm của loại đê chắn sóng : Kết cấu đê đá đổ chỉ có thể bị hư hỏng cục bộ khi vượt quá các điều kiện thiết kế. Với các đê chắn sóng mặt đứng hoặc hỗn hợp hoặc các đơn vị lớp phủ bê tông mảnh mai, việc vượt quá các điều kiện thiết kế có thể dẫn đến sự phá hủy hoàn toàn chúng.

b) Mục đích của đê chắn sóng : Mức độ rủi ro cho phép phải phản ánh tầm quan trọng của đê chắn sóng, chức năng mà nó được thiết kế và giá trị của nó đối với các hoạt động thương mại.

Mức độ rủi ro đối với sự cố (trạng thái giới hạn cực hạn) phải khác với mức độ hư hỏng (trạng thái giới hạn khả năng sử dụng).

c) Độ tin cậy của dữ liệu được sử dụng để thiết kế : Nếu có nghi ngờ về dữ liệu hoặc các giả định được áp dụng, triết lý nên chấp nhận một cách tiếp cận thận trọng và thiết kế để có rủi ro thấp.

d) Kiểm tra chất lượng và dung sai đạt được trong xây dựng.

e) Liệu các thử nghiệm mô hình đã đủ để có thể xác định các điều kiện hư hỏng cho thiết kế được đề xuất hay chưa.

Mặc dù có thể phân loại theo tiêu chí an ninh hoặc rủi ro một cách định tính cho các tình huống khác nhau, việc xác định định lượng các giá trị sẽ được thông qua là vấn đề quyết định của người chịu trách nhiệm về dự án.

5.9.9.3  Cây lỗi

Khi đánh giá mức độ an toàn của đê chắn sóng, hệ thống cần được xem xét một cách tổng thể, vì cấu trúc bao gồm một số thành phần, mỗi thành phần đều phải chịu các mối nguy hiểm và cơ chế, và sự hư hỏng của bất kỳ thành phần nào có thể dẫn đến một hậu quả khác. Đối với các hệ thống lắp đặt công nghiệp, hệ thống có thể được biểu diễn bằng các sơ đồ như cây lỗi và cây sự kiện. Đối với đê chắn sóng và các dự án công trình dân dụng khác, nơi các vấn đề có tính chất liên tục xảy ra khá thường xuyên, một sơ đồ nguyên nhân-hậu quả có thể thích hợp hơn. Một ví dụ được thể hiện trong Hình 6.

5.9.9.4  Phương pháp phân tích

Có hai cách tiếp cận trong việc xác định xác suất phá hoại bằng một cơ chế phản ứng cụ thể. Một là chuẩn bị một mô hình tính toán của cơ chế để thiết lập một hàm độ tin cậy cho trạng thái giới hạn được xem xét; hai là ước lượng trực tiếp xác suất trên cơ sở kinh nghiệm .

Có nhiều kỹ thuật khác nhau có thể được áp dụng để xác định xác suất phá hoại đối với một hàm độ tin cậy nhất định và đối với các đặc tính thống kê nhất định của các biến cơ bản, được mô tả chung như sau:

a) Cấp độ III bao gồm các phép tính. Trong đó: các hàm mật độ xác suất hoàn chỉnh của các biến ngẫu nhiên được đưa vào và đặc tính có thể phi tuyến tính của hàm độ tin cậy được tính đến đầy đủ.

b) Mức II bao gồm một số phương pháp gần đúng. Trong đó: hàm độ tin cậy được tuyến tính hóa và tất cả các hàm mật độ xác suất đều được xấp xỉ bằng phân bố chuẩn.

Hình 6 - Sơ đồ nguyên nhân - hậu quả điển hình cho một đê chắn sóng đá đổ

c) Cấp I bao gồm các tính toán dựa trên các giá trị đặc trưng và hệ số an toàn. Đây không hoàn toàn là một cách tiếp cận theo xác suất vì không bao gồm tính không chắc chắn.

Chưa thể mô tả vật lý đầy đủ về tất cả các cơ chế có thể dẫn đến phá hoại, cũng như không thể xây dựng các hàm mật độ xác suất của các biến tải trọng và cường độ.

Các phương pháp phân tích rủi ro hiện đang được phát triển, chủ yếu ở cấp độ II. Trong khi đó, hệ số của phương pháp tiếp cận an toàn (mức I) liên quan đến so sánh định tính dựa trên cây lỗi và sơ đồ nguyên nhân - hậu quả nên được sử dụng để so sánh các thiết kế với các rủi ro được áp dụng. Đây là một vấn đề cần xem xét của cả chủ sở hữu và nhà thiết kế.

5.10  Công trình đê mái nghiêng (đá đổ)

5.10.1  Yêu cầu chung

Phần này xem xét thiết kế chi tiết của công trình đê chắn sóng đá đổ và bao gồm các phần khác nhau của đê chắn sóng và thiết kế mặt cắt ngang phù hợp để cung cấp các chức năng phục vụ cần thiết.

Sự tương tác của các bộ phận cấu thành là quan trọng và cần phải chuẩn bị các thiết kế liên tục cho từng phần tử, các ảnh hưởng lên tổng mặt cắt được kiểm tra và tìm kiếm giải pháp tối ưu cho vị trí và các điều kiện cụ thể. Hình 7(a) chỉ ra các yếu tố và chức năng của đê chắn sóng đá đổ điển hình. Hình 7(b) cho thấy mặt cắt của một số đê chắn sóng hiện có và minh họa sự đa dạng của các thiết kế đã được áp dụng cho loại cấu trúc này.

Hình 7 - Các ví dụ đê chắn sóng đá đổ có các lớp dưới

Chú thích Hình 7 - Các bộ phận và chức năng của một đê chắn sóng đá đổ điển hình

5.10.1  Thiết kế tổng thể

5.10.2.1  Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn mặt cắt ngang

Để thực hiện các chức năng bị hạn chế, ở mức độ có thể chấp nhận được, sóng tràn và truyền năng lượng sóng và cung cấp sự ổn định khi bị sóng tấn công mạnh nhất, công trình đê đá đổ bao gồm một khối vật liệu đá, thường có độ thấm thấp ở trung tâm và dần dần thay đổi sang vật liệu ổn định lớn hơn ở bên ngoài, được đưa đến độ cao đỉnh phù hợp. Đối với các mục đích thực tế, công trình được xây dựng trong các lớp trên một lõi trung tâm. Hình 8 (a) cho thấy một ví dụ về một lớp trên lõi; Hình 8 (b) và Hình 8 (c) cho thấy ba lớp như vậy.

Hình 8.a - Các ví dụ đê chắn sóng đá đổ có các lớp dưới

Các yếu tố chính xác định mặt cắt ngang là tính chất và mái dốc của lớp phủ giáp biển, chiều cao và chiều rộng của đỉnh đê chắn sóng. Mặt cắt được thông qua phải phù hợp với điều kiện nền móng và cho phép xây dựng theo trình tự thực tế.

Độ lún dự kiến và sai lệch có thể chấp nhận được so với cấu hình lý thuyết trong quá trình xây dựng cần được xem xét khi xác định kích thước mặt cắt ngang.

Kích thước tối đa của đá lớp phủ ngoài mà có thể chấp nhận được về mặt kinh tế sẽ là yếu tố chính trong việc xác định liệu các đơn vị lớp phủ bằng đá hoặc bê tông được lựa chọn cho lớp phủ chính hay không, kích thước, độ dày lớp và độ dốc của chúng phụ thuộc vào sóng thiết kế. Các yêu cầu về định cỡ lớp hoặc các lớp bên dưới lớp phủ chính sẽ xác định độ dày của các lớp đó và hình dạng của lõi.

Bản chất và độ dốc của lớp phủ chính sẽ cho phép ước tính sóng leo như mô tả trong Điều 5.10.2.2; điều này sẽ chỉ ra các lựa chọn cho lớp phủ trên đỉnh hoặc kết cấu đình để chống sóng tràn có thể chịu được (xem Điều A.6).

Thông thường đỉnh lõi phải ở cao độ trên mực nước cao để các máy thi công và nhân viên có thể tiếp cận an toàn trong quá trình xây dựng. Cao độ lõi này thông thường sẽ đáp ứng yêu cầu thiết kế là ngăn chặn hoặc hạn chế việc truyền sóng. Chiều rộng của lõi được xác định bởi các máy và phương tiện thi công sẽ được sử dụng để xây dựng và việc xem xét này thường chi phối chiều rộng của đê chắn sóng đã hoàn thành. Nếu máy thi công nổi được sử dụng để xây dựng, chiều cao và chiều rộng của lõi có thể được giảm bớt. Một yếu tố chính khác trong việc thiết kế mặt cắt tổng thể là có bố trí kết cấu đỉnh hay không và mức độ sóng tràn có thể chấp nhận được. Một số mặt cắt được minh họa trong Hình 8 cho thấy kết cấu đỉnh, cũng có thể có chức năng cho phép tiếp cận các công trình bến, tiếp cận các thiết bị hỗ trợ hàng hải hoặc tiếp cận để kiểm tra và bảo trì. Kết cấu đỉnh cũng có thể được cung cấp để hạn chế sóng leo và sóng. Trong các trường hợp khác, kết cấu đỉnh có thể được bỏ qua, như trong Hình 8 (g) và Hình 8 (i). Vị trí của kết cấu đỉnh so với đỉnh của mái dốc lớp phủ chính cần được xem xét một cách đặc biệt.

Hình 8-b - Các ví dụ đê chắn sóng đá đổ có các lớp dưới (tiếp theo và hết)

Một thềm của lớp phủ thứ cấp được đặt trên đó lớp phủ chính, hướng về phía biển của tường đỉnh, được ưu tiên để giảm lực lên tường và tăng cường độ ổn định của đỉnh dốc lớp phủ thứ cấp chống nhiễu loạn sóng do phản xạ từ tường. Hình 8 (d) và Hình 8 (e) cho thấy các ví dụ về điều này. Góc nghỉ tự nhiên của lõi khi được đặt thường dốc hơn độ dốc yêu cầu của lớp phủ chính. Sự khác biệt này có thể làm rõ ràng với các mái dốc lớp phủ thoải. Tác động của sóng trong quá trình xây dựng có thể có lợi trong việc làm phẳng mái dốc đứng, nhưng nhìn chung sẽ cần một số định hình lại để tạo ra độ dốc bên ngoài được thiết kế của lõi. Ngoài ra, sự khác biệt về độ dốc có thể được điều chỉnh bằng cách đặt thêm vật liệu lõi để tạo thành một hoặc nhiều thềm, hoặc thay đổi độ dày của lớp dưới như thể hiện trong Hình 8 (a) và Hình 8 (f). Có thể có nhiều phương án và lựa chọn tốt nhất sẽ bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa điểm, vật liệu sẵn có và máy thi công.

Các thay đổi về mặt cắt thường được yêu cầu ở đầu ra biển của đê chắn sóng, nơi có đầu tròn hoặc cấu trúc khác. Trong trường hợp không thể tránh khỏi sự thay đổi đột ngột về hướng tuyến của đê chắn sóng, kết quả là góc lồi hoặc lõm có thể yêu cầu một thiết kế khác với thân đê. Một góc có thể được coi theo cách tương tự như một đầu tròn. Một góc lõm có thể tạo ra mật độ sóng nghiêm trọng và yêu cầu đặc biệt xem xét độ ổn định của lớp phủ chính và sóng tràn.

a) Lớp phủ đá toàn bộ

b) Lớp phủ và lõi chỉ bằng đá (đê chắn sóng loại có thềm)

Hình 9 - Các ví dụ đê chắn sóng đá đổ không có các lớp dưới

5.10.2.1  Sóng leo và sóng tràn

Các Điều 5.4.7 và 5.4.8 trong TCVN 11820-2:2017 đưa ra phương pháp ước tính sóng chạy lên trên các sườn dốc được phủ đá, dựa trên các thử nghiệm sóng điều hoà.

Dường như có sự thống nhất hợp lý giữa các mức sóng leo của sóng có nghĩa được xác định từ các thử nghiệm sóng ngẫu nhiên và những mức được xác định trong các thử nghiệm sóng điều hoà trước đó. Do đó, phương pháp đưa ra trong TCVN 11820-2:2017 có thể được sử dụng để ước tính sóng leo trên mái dốc đá cho một phạm vi độ cao của sóng khi giả sử phân bố Rayleigh của các chiều cao sóng cho một sóng ngẫu nhiên, phù hợp với điều kiện nước sâu.

Đánh giá về sóng leo trên các mái dốc và kết quả của các thử nghiệm mô hình hơn cho các mái dốc được phủ với các đơn vị bê tông dưới các đợt sóng không điều hoà được đưa ra bởi Allsop, Franco và Hawkes [1] và Allsop, Hawkes, Jackson and Franco [2].

Đối với các đơn vị lớp phủ bê tông nên tham khảo các đặc tính sóng leo của đơn vị cụ thể đã chọn.

Nếu tính toán sóng leo cho thấy sóng tràn sẽ xảy ra, thì lượng nước cần được đánh giá.

Hiện tại không có phương pháp phân tích đáng tin cậy nào để xác định lượng nước do sóng tràn.

Owen [3] đưa ra kết quả của các thử nghiệm mô hình thủy lực sử dụng sóng ngẫu nhiên để xác định lưu lượng sóng tràn đối với các mặt cắt khác nhau của tường biển không thấm nước, và có thể được áp dụng cho đê chắn sóng ở vùng nước nông khi sóng vỡ trên công trình.

Jensen và Sorenson [4] đưa ra các kết quả thử nghiệm mô hình thủy lực khác cho các bức tường biển cũng như một số trường hợp đê chắn sóng hạn chế.

Hình 10 - Chiều cao sóng truyền do sóng tràn so tương đối với chiều cao vượt trên của đê đá đổ

Các tác động của sóng tràn từ một lượng nhỏ nước gây bất tiện hoặc nguy hiểm cho người trên đỉnh đến tràn lớn gây ra sóng phát triển ở phía sau đê. Các tiêu chí cho trường hợp đó được đưa ra trong Điều 5.4.8. Khi lượng sóng tràn lớn được chấp nhận, lượng sóng truyền tới phía đê có thể được ước tính từ Hình 10 và Hình 11.

Trong khi thiết kế sơ bộ có thể dựa trên các phương pháp này, các thử nghiệm mô hình thủy lực của phần thiết kế sử dụng sóng không đều phải được thực hiện cho thiết kế cuối cùng trong các trường hợp khi sóng leo và sóng tràn là quan trọng. (Xem Điều 5.9)

5.10.2.2  Tính ổn định tổng thể

Tính ổn định tổng thể của đê chắn sóng đá đổ liên quan đến cả kết cấu và nền của nó, cũng như các tác động của tải trọng tĩnh và động.

Tải trọng động gây ra bởi động đất hoặc tác động của sóng và tác động của chúng bị ảnh hưởng bởi những thay đổi lâu dài đối với kết cấu và nền của nó như độ lún hoặc xói mòn đáy biển.

Hình 11 - Chiều cao sóng truyền do sóng tràn là hàm số của phần trăm vượt quá

Nên tham khảo Phụ lục F TCVN 11820-4.1 2019 về các khía cạnh ổn định mái dốc và ảnh hưởng của sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng. Những thay đổi này về áp lực nước lỗ rỗng trong đê đất và lớp đất bên dưới có lẽ là những yếu tố quan trọng nhất đối với sự ổn định tổng thể và hiện nay ít được ghi nhận nhất.

Ví dụ, tăng áp suất nước lỗ rỗng làm giảm góc ma sát giữa các hạt và do đó làm giảm độ ổn định của mái dốc.

Hình 12 cho thấy các dạng hư hỏng quan trọng của các bộ phận khác nhau của đê chắn sóng đá đổ.

Hình 12 - Những nguyên nhân phá hoại chính do tác động sóng

Nền móng bị lún sẽ gây ra biến dạng toàn bộ kết cấu. Điều này có thể gây ra gãy một số loại đơn vị lớp phủ và hỏng lớp phủ. Độ lún, ngay cả khi không có tác động xấu đến kết cấu, làm tăng lực sóng lên kết cấu đình và lượng sóng tràn.

Hiện tượng sụt lún có thể xảy ra do sự tích tụ của áp lực nước lỗ rỗng trong lõi chứa vật liệu mịn quá mức, đặc biệt là khi sóng xảy ra trong thời gian dài. Không có quy trình thiết kế được thiết lập nhưng các phương pháp kiểm tra điều này được đề xuất bởi Barends [5] và Allsop và Wood [6] xem xét chủ đề này.

Hầu hết các thử nghiệm mô hình thủy lực được thực hiện cho đến nay chỉ được thực hiện đối với một phạm vi hạn chế về độ thấm nhưng cho thấy rõ ràng sự gia tăng độ ổn định của lớp phủ với lõi dễ thấm hơn. Công việc đã được thực hiện chưa đủ để đưa ra hướng dẫn định lượng về sự gia tăng độ ổn định.

Tính ổn định của lớp phủ chống trượt trên lớp dưới bị ảnh hưởng bởi hệ số ma sát giữa các lớp và điều này tăng lên khi tỷ lệ giữa kích thước lớp dưới và kích thước lớp phủ càng lớn. Nghiên cứu gần đây về các yếu tố khác ảnh hưởng đến sức chống cắt của khối đắp đá đổ được đưa ra bởi Barton và Kjaerusli [7] và Charles và Soares [8], Sự mất ổn định địa kỹ thuật của mái dốc đê chắn sóng dưới tác động của sóng khó có thể xảy ra đột ngột vì áp lực lỗ rỗng có thể chỉ đủ cao để các điều kiện tới hạn xảy ra trong một thời gian ngắn trong mỗi chu kỳ sóng. Các bước chuyển động nhỏ có nhiều khả năng xảy ra hơn dẫn đến sự san bằng dần dần của các mái dốc. Khi vật liệu đắp được đặt sau đê chắn sóng, các tác động của tải trọng gây ra trong kết cấu phải được tính đến trong tính toán ổn định.

5.11  Các công trình tường đứng

5.11.1  Khái quát

Phần này đưa ra các khuyến nghị và hướng dẫn về thiết kế và xây dựng các đê chắn sóng tường đứng, như được định nghĩa trong Điều 3.3. Các loại công trình tường đứng được thảo luận trong Điều 5.11.2 và thiết kế tổng thể được thảo luận trong Điều 5.11.3. Tư vấn về các biện pháp thi công được đưa vào khi thích hợp trong các điều khoản liên quan đến các kết cấu khác nhau được đề cập.

5.11.2  Các loại công trình

5.11.2.1  Khái quát

Đê chắn sóng có tường đứng thường ngăn cản sự truyền qua cấu trúc, do đó phản xạ tất cả năng lượng từ các con sóng không ngăn tràn qua được nó. Trong những trường hợp thích hợp, một đê chắn sóng có thể được làm cho thấm qua và cho phép một mức độ truyền sóng qua. Mặt hướng ra biển có thể thấm nước có thể được sử dụng để hấp thụ năng lượng sóng trong các khoang bên trong đê chắn sóng không thấm nước.

Mặt hướng ra biển thường thẳng đứng nhưng có thể dốc hoặc dốc trên một phần hoặc toàn bộ chiều cao. Mặt hướng biển thường thẳng trong mặt bằng nhưng bề mặt có hình dạng tiện cho sử dụng. Một số đê chắn sóng tường đứng đã được tạo ra với các mái dốc của lớp phủ đá tự nhiên hoặc các khối nhân tạo trên mặt hướng ra biển.

Dạng kết cấu có thể là kết cấu trọng lực hoặc kết cấu cọc, và nhiều khía cạnh của thiết kế và xây dựng tường bến sẽ liên quan đến những đê chắn sóng như vậy. Nhiều mặt cắt khác nhau đã được thông qua và một số ví dụ được thể hiện trong Hình 13 đến Hình 21.

5.11.2.2  Kết cấu với mặt kín

Hình 13 đến Hình 18 thể hiện các mặt cắt điển hình của kết cấu tường đứng có mặt kín.

Các dạng kết cấu phổ biến nhất với các mặt kín đứng là kết cấu trọng lực. Các kết cấu thùng chìm có thể được thả nổi [Hình 13 (a) và Hình 13 (b)] hoặc được nâng vào vị trí [Hình 13 (c)].

Các kết cấu khối như trong Hình 14 yêu cầu công việc của thợ lặn rất nhiều, và các kết cấu trong Hình 15 đến Hình 18 sử dụng cọc ván để chứa khối đắp kết cấu và hoạt động như kết cấu trọng lực.

Các thiết kế được đưa ra trong hình 13 đến Hình 18 minh họa một vài trong số nhiều cách bố trí cấu trúc lựa chọn có thể thực hiện được bao gồm các kiểu kết hợp giữa hai hoặc nhiều cách bố trí đã được mô tả.

Hình 13(a) - Công trình kiểu thùng chìm

Hình 13(c) - Công trình kiểu thùng chìm

Hình 13 (c) - Công trình kiểu thùng chìm

Hình 14 - Công trình kiểu khối hộp bê tông

Hình 15 - Công trình kiểu bê tông khối lớn

Hình 16 - Công trình kiểu ô vây tường cọc ván điển hình

Hình 17 - Công trình tường cọc ván kép

Hình 18 - Công trình tường cọc ván đơn

Hình 19 - Công trình tường đứng có mặt có lỗ

Hình 20- Màn chắn sóng có các khe hở

5.11.2.3  Công trình có mặt đục lỗ

Ví dụ về công trình đê chắn sóng tường đứng không thấm nước có mặt đục lỗ được thể hiện trong Hình 19.

Công trình tường đứng đục lỗ có dạng hình học bên ngoài tương tự như công trình tường kín nhưng nhìn chung chỉ giới hạn ở các thùng chìm và khối hộp.

Bức tường phía trước được đục lỗ của kiểu thùng chìm được thể hiện trong Hình 19 có các lỗ hở hình tròn hoặc hình chữ nhật, cho phép dòng chảy vào và ra một buồng nằm phía sau bức tường phía trước, Trong đó: năng lượng bị tiêu tán bởi sự nhiễu loạn làm giảm phản xạ sóng, tải trọng sóng trên kết cấu và sóng tràn.

Các đê chắn sóng đục lỗ cũng có thể được thiết kế để có thể thấm qua, khi xảy ra một số quá trình truyền sóng. Công trình như vậy có thể bao gồm khối mở hoặc màn chắn sóng có rãnh được hỗ trợ bởi cọc. Ví dụ về loại sau được thể hiện trong Hình 20.

5.11.2.4  Công trình với đê đá đổ ở mặt biển

Ví dụ về đê chắn sóng tường đứng với đá đổ ở mặt hướng ra biển được thể hiện trong Hình 21. Kết cấu cơ sở có thể ở bất kỳ dạng nào phù hợp với các điều kiện, nhưng Hình 21 (a) với một thùng chìm là phổ biến, đặc biệt là ở Nhật Bản. Có thể cung cấp đê đá đổ để giảm sóng tràn, phản xạ sóng và tải trọng sóng lên kết cấu.

(a) Lớp phủ có thêm lớp dưới

(b) Lớp bảo vệ không có lớp lót

Hình 21 - Các công trình tường đứng có đê phủ mặt hướng biển

5.11.3  Thiết kế

5.11.3.1  Khái quát

Các yếu tố chính cần được xem xét trong thiết kế kết cấu mặt đứng là tính năng thủy lực, tải trọng và độ ổn định tổng thể. Điều kiện nền đất và phương pháp thi công sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến kết cấu được áp dụng.

5.11.3.2  Tính năng thủy lực

5.11.3.2.1  Sóng tràn

Công trình có thể được thiết kế cho các mức độ tràn khác nhau. Lượng sóng tràn có thể chịu được phụ thuộc vào chức năng bảo vệ của đê chắn sóng, nêu trong Điều 5.1.1.4, và các điều kiện sóng chấp nhận được ngay sau đê chắn sóng, theo hướng dẫn trong Điều 5.7.2.4.

Sóng tràn của kết cấu mặt đứng có thể dẫn đến giảm đáng kể lực sóng ngang trên mặt đứng.

Nếu cho phép sóng tràn, thường sẽ tiết kiệm được chi phí. Tuy nhiên, cần tính đến chi phí bổ sung của việc tăng cường phần trên cùng của kết cấu để chịu được tải trọng do sóng tràn gây ra. Vì lý do kinh tế, các công trình đê chắn sóng có mặt trên dốc thường sẽ không được thiết kế để ngăn nước tràn và có thể làm nước tràn vào bến cảng ở một khoảng cách nào đó. Lượng nước do sóng tràn đáng kể sẽ gây xáo trộn phía sau đê chắn sóng và có thể tạo ra sóng thứ cấp trong bến cảng.

Các ước tính sơ bộ về sự truyền sóng do sóng tràn có thể được rút ra từ Hình 22 dựa trên các thử nghiệm với sóng điều hoà. Nhiều phương pháp thiết kế và nhiều kết quả khác nhau đã được đề xuất, nhưng không có phương pháp nào là kết luận và nên thử nghiệm mô hình thủy lực của kết cấu.

Nếu một đê đá đổ được đặt ở phía trước của mặt đứng, có thể ước tính sơ bộ về hiện tượng sóng tràn bằng cách xác định sóng leo như đối với kết cấu đê đá đổ (xem Điều 5.10.2.2).

Hình 22 - Các hệ số truyền sóng do sóng tràn

5.11.3.2.2  Phản xạ sóng

Sự phản xạ sóng từ công trình mặt đứng tiếp xúc với sóng không vỡ có thể lên tới gần 100% năng lượng sóng tới. Lượng năng lượng sóng phản xạ có thể rất quan trọng đối với việc hành hải của tàu (xem các Điều 5.1.1.2 và 5.7.2.3), và gây ra hiện tượng xói phía biển của công trình.

Các phương pháp tiêu hao năng lượng sóng đã được phát triển bằng cách sử dụng các khoang đục lỗ ở mặt phía biển.

Lượng phản xạ thay đổi theo chu kỳ sóng và không thể tính được. Một ví dụ được trích dẫn bởi Goda có hệ số phản xạ nằm trong khoảng từ 30% đến 70%.

Việc sử dụng một đê đá đổ, hoặc đê các đơn vị lớp phủ bê tông, ở phía trước của mặt đứng, sẽ giảm phản xạ sóng cũng như sóng tràn. Hệ số phản xạ trong những trường hợp như vậy phụ thuộc vào chu kỳ sóng, chiều cao đỉnh của đê đá đổ và độ rỗng của nó. Goda đã báo cáo 30% đến 50% cho mái dốc của khối bê tông tiêu năng. Đê đá đổ có thể được thiết kế theo Điều 5.10.

Tùy thuộc vào độ cao mà các đơn vị lớp phủ được đặt phản xạ sóng ra khỏi mặt đứng tiếp xúc có thể gây ra nhiễu loạn các đơn vị, do đó có thể yêu cầu các đơn vị lớn hơn so với các công trình đê đá đổ.

Khác với trường hợp phản xạ của sóng không vỡ từ một mặt đứng ở vùng nước sâu, nên lập mô hình thủy lực để xác định hệ số phản xạ. Trong trường hợp tường có mặt đục lỗ, phản xạ có thể thay đổi nhiều theo chu kỳ sóng.

5.11.3.3  Tải trọng

5.11.3.3.1  Tải trọng sóng trên tường đứng

Dạng tấn công của sóng đối với công trình sẽ được xác định bởi độ sâu và độ dốc của đáy biển phía trước cũng như độ dốc và hướng của sóng (xem Điều 5 trong TCVN 11820-2:2017).

Các công thức thiết kế cho tải trọng sóng được nêu trong Điều 5 trong TCVN 11820-2:2017. Chúng có thể được sử dụng để ước tính độ ổn định của các kết cấu mặt đứng đơn giản và để có được các ước tính sơ bộ cho các cấu hình khác.

Các công thức, dựa trên nghiên cứu gần đây của Nhật Bản, đưa ra áp lực sóng từ sóng vỡ và sóng phản xạ. Trong điều kiện sóng vỡ, lực tác động lớn được tạo ra mặc dù một số năng lượng bị tiêu tán trong quá trình vỡ. Áp suất thủy tĩnh do sự chênh lệch của mực nước giữa mặt phía biển và mặt sau do đỉnh và đáy sóng nên được xem xét riêng. Cả tổng lực và sự phân bố của nó trên bề mặt phải được đánh giá để tính toán độ ổn định.

Với một số loại công trình, mặt đứng có thể là mặt phẳng hoặc mặt cong trong mặt bằng. Các thử nghiệm mô hình thủy lực đã chỉ ra rằng tổng tải trọng ngang do tác động của sóng gần như giống nhau đối với mặt phẳng và mặt cong trên các mặt đứng.

Tải trọng va đập, quan trọng hơn đối với việc thiết kế các phần tử nhỏ hơn là sự ổn định tổng thể, có thể gấp hai lần tải trọng thủy tĩnh đối với mặt phẳng và 1,3 lần đối với mặt cong [9]. Áp suất cục bộ và dòng nước rất cao có thể gây ra ở góc nhập lại của mặt cong. Áp suất va đập cục bộ có thể vượt quá áp suất thủy tĩnh theo hệ số từ 10 đến 50. Các bộ phận của kết cấu nơi xảy ra va đập phải được thiết kế cho những áp suất cao này. Chúng có thời gian rất ngắn (dưới 0,2 s).

Cần phải đánh giá cẩn thận sự phân bố của áp suất nâng lên dưới đáy các thùng chìm và các dạng kết cấu khác được đặt trên lớp đệm dạng hạt nơi áp lực nước có thể thay đổi bên dưới kết cấu (xem Điều 5.11.3.4).

5.11.3.3.2  Phương pháp giảm tải trọng sóng

Tải trọng sóng trên công trình có thể được giảm bằng bất kỳ cách nào sau đây:

a) cho phép một mức độ sóng tràn;

b) cung cấp một mặt có để lỗ;

c) đặt một đê đá trước tường;

d) dốc phần trên của tường mặt.

Nagai [9] đã khẳng định rằng tải trọng sóng có thể giảm 60% bằng cách cung cấp mặt trước có đục lỗ.

Tuy nhiên, hành động như vậy rất nhạy cảm với chu kỳ sóng và không phải lúc nào cũng hiệu quả.

Tải trọng sóng cũng có thể được giảm bằng cách che phủ hoặc che phủ một phần mặt đứng bằng một đê đá đổ. Đối với thiết kế sơ bộ, phương pháp do Viện Nghiên cứu Cảng và Bến cảng, Nhật Bản [10] đưa ra có thể được sử dụng để ước tính tải trọng sóng lên công trình.

Tải trọng ngang có thể được giảm đáng kể bằng cách cung cấp một mặt dốc trên đỉnh của đê chắn sóng [xem Hình 13 (b)]. Khi độ dốc bắt đầu ở mực nước thiết kế, mức giảm có thể lên đến 50% nhưng tình trạng sóng tràn, phụ thuộc vào độ cao và góc của mái dốc, có thể rất nghiêm trọng. Ngoài ra mặt dốc có thể chịu áp lực tác động lớn do sóng vỡ. Tác động của sóng trên mặt dốc tạo ra thành phần lực theo phương thẳng đứng, trong một số trường hợp có thể cải thiện độ ổn định chống lại cả trượt và lật.

Có nhiều ý kiến cho rằng liệu lực ngang và lực dọc trên mặt dốc luôn cùng pha với lực trên mặt thẳng đứng. Với các mặt nghiêng, phản xạ sóng có thể được giảm bớt, dẫn đến các bụng sóng nông hơn và cải thiện độ ổn định của công trình chống lại hiện tượng xói chân.

Chỉ trong trường hợp a), khi cho phép sóng tràn qua mặt đứng, thì tải trọng sóng mới có thể được ước tính tương đối đáng tin cậy, vì phương pháp thiết kế này đưa ra câu trả lời trực tiếp. Trong các trường hợp khác, cần kiểm tra mô hình để xác định tải trọng sóng.

5.11.3.3.3  Sử dụng các thử nghiệm mô hình thủy lực

Thử nghiệm mô hình thủy lực nên được sử dụng để ước tính tải trọng sóng trên tất cả các kết cấu chính ngoài các tường phản xạ hoàn toàn với sóng không vỡ. Quy trình khuyến nghị để kiểm tra mô hình thủy lực được nêu trong Điều 5.8.

Các yếu tố có thể được khảo sát là:

a) áp lực sóng và tổng tải trọng, để xác định các thành phần nằm ngang, dọc và lật;

b) sóng tràn, để xác định lượng và sự truyền sóng tới phía sau;

c) hệ số phản xạ;

d) bảo vệ chống xói ở chân.

5.11.3.3.4  Tải trọng địa chấn

Hướng dẫn về tác động của động đất được nêu trong Điều 7 trong TCVN 11820-1:2017. Thiết kế phải dựa trên các quy định về động đất của địa phương, nếu những quy định này được coi là phù hợp. Đối với việc thiết kế kết cấu trọng lực, việc sử dụng các phương pháp giả tĩnh để phân tích ổn định thường sẽ thích hợp. Chúng không nhất thiết phải đủ để thiết kế nền móng, Trong đó: cần tính đến các cân nhắc nêu trong Điều A.8.

5.11.3.4  Ổn định tổng thể

Khi thẩm tra ổn định tổng thể, cần lưu ý những trường hợp như sau:

Trường hợp vật liệu đắp sẽ được đặt sau đê chắn sóng hoặc đặt một đê đá đổ ở mặt hướng ra biển của nó, thì ảnh hưởng của tổng tải trọng này lên kết cấu phải được tính đến trong tính toán ổn định.

Áp lực nâng lên dưới các thùng chìm có thể thay đổi giữa phân bố hình tam giác khi có hệ thống thoát nước tự do ở phía sau và toàn bộ áp lực nâng lên trên nền khi không có thoát nước tự do.

Cần xem xét khả năng các điều kiện thiết kế ban đầu có thể không đạt được trong quá trình sử dụng, ví dụ: nếu một nền dạng hạt bị tắc nghẽn bởi các chất cặn mịn. Khi kiểm tra an toàn chống lật, cần xem xét áp lực nâng lên nghiêm trọng nhất.

Có ý kiến cho rằng không nên cho rằng hệ số ma sát giữa nền bê tông phẳng của kết cấu và vật liệu dạng hạt thô không được lớn hơn 0,6. Với đế thùng chìm có nếp gấp (xem Điều 5.11.4.2) các giá trị cao hơn có thể thích hợp.

Đối với đê chắn sóng thùng chìm, khi chế độ sóng được xác định rõ và dịch chuyển của đê không ảnh hưởng đến chức năng của đê chắn sóng thì yêu cầu về ổn định tổng thể có thể thấp hơn yêu cầu tiêu chuẩn. Trường hợp hoạt động của các bến phía sau của đê chắn sóng có thể bị nguy hiểm hoặc ở nơi không thể chấp nhận được dịch chuyển của kết cấu, thì yêu cầu về độ ổn định tổng thể phải cao hơn yêu cầu tiêu chuẩn. Việc lựa chọn các giá trị cụ thể phải dựa trên đánh giá rủi ro.

Các yếu tố an toàn tương tự nên được áp dụng cho các loại kết cấu tường đứng khác. Các đặc điểm cụ thể của đê chắn sóng bị trượt do Goda đưa ra [10].

5.11.3.5  Nền móng

Các giá trị chịu tải lớn nhất truyền đến vật liệu nền móng hoặc trực tiếp hoặc qua lớp nền đã chuẩn bị không được vượt quá các giá trị cho trong TCVN 11820-4.1

Hệ số an toàn chống trượt tròn hoặc phá hoại kiểu nêm của nền móng phải được tính toán. Hướng dẫn về các giá trị phù hợp được nêu trong TCVN 11820-4.1.

Độ lún của nền đê chắn sóng cần được đánh giá và đối với đê chắn sóng mặt đứng, thường có thể chịu đựng được độ lún rất nhỏ, do đó các kết cấu như vậy thường chỉ được sử dụng trong điều kiện nền đất tốt.

Các nguyên nhân gây lún được liệt kê trong Điều A.8 cần được xem xét.

Thay thế bất kỳ vật liệu nền yếu nào bằng đá dăm, sỏi hoặc cát lấp có thể mang lại giải pháp cho cả nền móng không đủ ổn định và độ lún quá mức.

Có thể hạn chế sự di chuyển của vật liệu hạt mịn từ mặt đất dưới nền vào nền đá dăm hoặc vật liệu đệm dạng hạt bằng cách cung cấp một lớp lọc. Hướng dẫn về thiết kế bộ lọc được đưa ra trong Điều A.5 .

Rất khó đánh giá ảnh hưởng của độ dốc thủy lực ngược lên vật liệu nền. Thảm chống xói (xem Điều 5.11.3.6) bảo vệ chống lại ảnh hưởng này.

Khi kết cấu chịu tải trọng động của tải trọng sóng, tải trọng lặp lại có thể gây ra sự tích tụ áp lực nước lỗ rỗng trong lòng đất, có thể dẫn đến hóa lỏng vật liệu hạt mịn. Bất cứ nơi nào có thể, vật liệu hạt mịn nên được loại bỏ và thay thế bằng lớp nền bằng đá dăm và lớp bảo vệ chống xói sẽ cho phép phân tán nhanh áp lực nước lỗ rỗng. Ngoài ra, các kỹ thuật cải tạo đất có thể được sử dụng để nén chặt vật liệu hạt mịn.

5.11.3.6  Bảo vệ chống xói

Tác động của sóng ở mặt đứng sẽ gây ra nhiễu động nghiêm trọng ở mặt đáy. Khi công trình sẽ được đặt trên một lớp vật liệu dạng hạt đã được san phẳng và chuẩn bị sẵn, thì đáy biển phía trước kết cấu, phải được bảo vệ chống xói và khả năng phá hoại của nền móng. Xói cũng có thể ảnh hưởng đến nền đá, đặc biệt là đá phấn hoặc đá mềm tương tự.

Do những hậu quả nghiêm trọng có thể xảy ra của xói trước các công trình tường đứng, và vì chi phí bảo vệ chống xói lở nhỏ so với chi phí của công trình, nên việc bảo vệ phải được thiết kế trên cơ sở thận trọng. Kích thước, mặt cắt và phạm vi bảo vệ của đá đối với các công trình quan trọng cần được kiểm tra bằng cách thử nghiệm mô hình, đặc biệt là khi xảy ra các điều kiện sóng vỡ.

Xói trước công trình có thể làm giảm khả năng chịu lực và/hoặc sức kháng bị động của đất. Rất khó để ước tính phạm vi xói có thể xảy ra ngay cả bằng cách sử dụng thử nghiệm mô hình.

Một cách tiếp cận thận trọng nên được áp dụng trong việc ước tính các tác động của việc xói lên sự ổn định.

Kích thước của đá cần thiết để bảo vệ khỏi tác động của sóng có thể được xác định từ công thức Hudson (xem Điều A.5.2). Kết quả dựa trên thử nghiệm mô hình sử dụng sóng điều hoà.

Một số kết quả đã được công bố về sóng ngẫu nhiên không vỡ và những kết quả này chỉ ra rằng biểu thức sau đây là đủ để định cỡ sơ bộ của đá lớp phủ.

Trong đó:

H là chiều cao sóng thiết kế tại vị trí công trình, tính bằng mét (khuyến nghị giá trị không nhỏ hơn H_1/10);

N_s là số ổn định thiết kế cho nền móng bằng đá đổ và lớp bảo vệ chân;

W_r là trọng lượng đơn vị của đá (bề mặt bão hòa khô) tính bằng N/m³;

X là mật độ khối lượng tương đối của lớp phủ đá, so với nước tại công trình, tức là (W_r / W_w -1)

W_w là trọng lượng đơn vị của nước (giá trị điển hình, nước ngọt = 9.810 N/m³; nước biển = 10.050 N/m³).

Giá trị của N đối với các điều kiện sóng không vỡ có thể lấy từ Hình 23, với điều kiện là các trường hợp đại diện Trong đó: có thể so sánh được với các điều kiện thiết kế.

Cần xem xét tác động của các dòng chảy dẫn đến xói mòn đáy biển (xem Điều 5.5 trong TCVN 11820- 2: 2017). Đây có thể là do tác động của thủy triều hoặc do phản xạ của sóng xiên ra khỏi mặt của đê chắn sóng. Sự tập trung của các dòng chảy có thể xảy ra khi thay đổi hướng tuyến và ở cuối đê chắn sóng. Có thể lấy một số hướng dẫn về kích thước của đá để bảo vệ chống lại dòng chảy từ phương trình Isbash để bảo vệ lòng kênh.

Theo biểu thức Hudson:

Trong đó:

W  là trọng lượng trong không khí của từng viên đá, tính bằng N;

V  là vận tốc dòng chảy lớn nhất, tính bằng m/s;

W_r  là trọng lượng đơn vị của đá (bề mặt bão hòa khô), tính bằng N/m³;

X  là mật độ khối lượng tương đối của lớp phủ bằng đá, so với nước tại công trình tức là (W_r / W_w -1)

W_w  là trọng lượng đơn vị của nước (giá trị điển hình, nước ngọt = 9.810 N/m³; nước biển = 10.050 N/m³);

e  là góc mái dốc;

ϕ  là góc nghỉ của đá lớp phủ.

Khi dòng chảy kết hợp với tác động của sóng, người ta cho rằng trọng lượng của đá cần thiết để bảo vệ chống lại hiện tượng xói do sóng nên tăng lên 50%. Một cách tiếp cận khác là tính toán ứng suất cắt do sóng và dòng chảy và xem xét ảnh hưởng tổng hợp của chúng.

Hình 23 - Số ổn định N_s đối với móng đá đổ và bảo vệ chân

Khi tiến hành xây dựng, đáy biển ở phần cuối lộ ra của công trình có thể bị xói đặc biệt nghiêm trọng, có thể so sánh với đáy biển ở phần cuối của công trình đã hoàn thành (xem Điều 5.11.3.8). Do đó cần xem xét yêu cầu bảo vệ chống xói trước hoặc ngay sau khi thi công từng chiều dài của tường đứng.

Chưa có tiêu chí chính xác nào được thiết lập để xác định chiều rộng yêu cầu của lớp bảo vệ chống xói. Nói chung, xói có thể được giả định là lớn nhất trong phạm vi 1/4 bước sóng của tại mặt tường công trình. Đối với các mục đích sơ bộ, thềm phải được thiết kế để mở rộng đến khoảng cách phía trước tường bằng không ít hơn hai lần chiều cao sóng thiết kế như được xác định cho biểu thức A.1. Khoảng cách này đôi khi cần được tăng lên để duy trì sự ổn định địa kỹ thuật của nền móng.

CHÚ THÍCH: Xem Điều A.7 để thảo luận thêm về thiết kế bảo vệ chống xói.

5.11.3.7  Kết cấu đỉnh

Thông thường, một tường đỉnh cao sẽ chỉ được yêu cầu ở những nơi cần thiết để loại bỏ sóng tràn, để bảo vệ các công trình lắp đặt quan trọng khỏi bị hư hỏng. Có thể cung cấp lan can có hình dạng để đảo ngược dòng chảy do dòng chảy ngược lên nhưng không nhất thiết sẽ hiệu quả đối với các đợt sóng lớn trong thời gian dài gây ra dòng chảy ngược lớn.

Ngoài tải trọng ngang, kết cấu nắp trên đỉnh cũng phải được thiết kế để chống lại tải trọng do khối lượng lớn nước rơi vào.

Kết cấu đỉnh nên được xây dựng sau khi bất kỳ độ lún ban đầu nào của công trình đã diễn ra. Các mối nối phải được thiết kế để cho phép ảnh hưởng của độ lún lâu dài sau đó.

5.11.3.8  Đầu đê

Phần đầu của đê chắn sóng cần được xem xét đặc biệt đối với các yếu tố được liệt kê trong Điều A.9.

Ở đầu của đê chắn sóng có mặt đứng có thể có tác động sóng lớn cả bên trong và bên ngoài đê nên các đỉnh và bụng sóng ở các mặt đối diện có thể tạo ra tổng lực sóng lớn hơn. Do đó, đôi khi cần phải tăng trọng lượng của kết cấu, thường bằng cách làm cho nó rộng hơn.

Đáy biển ở phần đầu của đê chắn sóng mặt đứng có thể dễ bị xói hơn ở phần đầu của đê đá đổ (xem A.9) do mặt cắt thay đổi đột ngột. Tác động của việc xói có thể được giảm bớt như sau:

a) bằng cách cung cấp một mặt ngoài được uốn cong trên mặt bằng;

b) tăng khả năng bảo vệ chống xói so với yêu cầu dọc theo thân của đê chắn sóng: chiều rộng của lớp bảo vệ và khối lượng của đá phải tăng ít nhất 50%; sự bảo vệ như vậy sẽ cần phải tiếp tục dọc theo mặt chính trong một khoảng cách thích hợp.

5.11.3.9  Độ bền và chi tiết

Cần xét đến tuổi thọ khi thiết kế đê chắn sóng tường đứng bê tông cốt thép. Kết cấu bê tông được xây dựng đúng cách sẽ bền hơn trong điều kiện biển so với những kết cấu sử dụng cọc ván thép.

Khuyến cáo rằng, để có độ bền, việc sử dụng cốt thép được giữ ở mức tối thiểu bằng cách cung cấp bê tông khối lớn có độ dày, cường độ và chất lượng thích hợp.

Cần xem xét ảnh hưởng đến độ bền mài mòn của vật liệu sinh ra từ biển, đặc biệt là trong trường hợp kết cấu cọc ván thép. Sự mài mòn thường nghiêm trọng nhất ở khu vực bãi biển.

Tính kinh tế lớn hơn thường đạt được bằng cách hướng tới sự đơn giản trong xây dựng và thiết kế chắc chắn hơn là cố gắng giảm số lượng vật liệu trong kết cấu bằng cách sử dụng các chi tiết phức tạp.

5.11.4  Công trình kiểu thùng chìm

5.11.4.1  Khái quát

Công trình bao gồm các thùng chìm bê tông cốt thép là một dạng phổ biến của đê chắn sóng mặt đứng. Chúng có thể được thiết kế để đánh nổi vào vị trí và hạ chìm hoặc để hạ trực tiếp xuống đáy biển bằng cần trục di chuyển trên công trình đã hoàn thành hoặc các máy trên phao nổi.

Các thùng chìm thi công nổi thường là kết cấu có nhiều ô và có thể được xây dựng với hầu hết mọi kích thước tương thích với điều kiện mặt đất và phương pháp xây dựng. Các thùng chìm không xây dựng nổi thường là các ô tròn đơn lẻ và có đáy hở: kích thước của chúng bị giới hạn bởi sức nâng của cần cẩu có sẵn.

Nhiều khía cạnh của thiết kế và xây dựng các thùng chìm cho công trình bến cũng áp dụng cho các thùng chìm cho đê chắn sóng. Nói chung, cần có dung sai lớn hơn trong các điều kiện phơi nhiễm nhiều hơn của việc xây dựng đê chắn sóng. Các điểm bổ sung đặc biệt đối với đê chắn sóng được thảo luận trong các Điều 5.11.4.2 đến 5.11.4.7.

5.11.4.2  Hình dạng

Các thùng chìm đánh nổi thường được xây dựng với một đế bằng phẳng để tựa trên một mặt phẳng bằng phẳng đã chuẩn bị sẵn [xem Hình 13 (a) và Hình 13 (b)]. Các đế của thùng chìm đôi khi được đúc trên ván khuôn dạng sóng để tạo ra mặt dưới thô cho đế nhằm tăng khả năng chống trượt (xem Điều 5.3.1.4 trong BS 6349-2: 2019). Thùng chìm chủ yếu có hình dạng chữ nhật trong mặt bằng và thường được chia thành các ô để tăng sức chịu và kiểm soát sự ổn định trong quá trình kéo, đánh chìm vào vị trí và lấp đầy khi ở vị trí sau cùng. Mặt của mỗi ô có thể là mặt phẳng hoặc mặt cong trên mặt bằng.

Trường hợp nền là đá, có thể sử dụng các thùng chìm hình tròn có đáy hở. Đây thường là các cấu trúc ô đơn được đặt bởi một cần trục chạy trên các ô đã đặt trước đó. Sau khi thùng chìm đã được định vị trên đáy biển, phần đế phải được hoàn thiện bằng bê tông tremie [xem Hình 13 (c)]. Có thể sử dụng các thùng chìm đáy kín khác thích hợp để nổi vào vị trí được cung cấp với các tường kiểu then cài ở dưới và tạo thành một chốt chống cắt với các rãnh đào vào bề mặt đá.

Khi cao độ nền dọc theo đê chắn sóng khác nhau, nhìn chung sẽ kinh tế nếu cung cấp các thùng chìm có hình dạng mặt bằng tương tự trong toàn bộ công trình. Chiều cao của các đơn vị sẽ thay đổi dọc theo đê chắn sóng.

Các ô hướng ra biển của một thùng chìm đánh nổi có thể được thiết kế để cung cấp một mặt có để lỗ và khoang sóng, nhưng sau đó phải tính đến các vấn đề đặc biệt về độ ổn định nổi và ứng xử trong quá trình chìm.

5.11.4.3  Nền móng

Các thùng chìm đánh nổi thường được đặt trên nền móng dạng hạt đã chuẩn bị sẵn.

Một thùng chìm có thể bị tác động sóng nghiêm trọng ngay sau khi định vị. Do đó, cần đặt và hoàn thành công tác bảo vệ bề mặt phía biển càng sớm càng tốt sau khi định vị. Nếu việc xây dựng phải dừng lại vì một cơn bão, thì thùng chìm cuối đặc biệt dễ bị hư hại do xói. Đôi khi phải cung cấp biện pháp bảo vệ chống xói tạm thời ở phần cuối và cần phải loại bỏ lớp này trước khi có thể bắt đầu thi công. Có thể khuyến khích các thử nghiệm mô hình được thực hiện để điều tra mức độ bảo vệ tạm thời cần thiết.

Nơi nền móng được đặt để chứa các thùng chìm có độ cao khác nhau, cần phải đặt các thùng chìm sâu hơn trước mặc dù điều này có nghĩa là sẽ làm việc từ phần sâu hơn ra biển của đê chắn sóng, cần đặc biệt cẩn thận trong việc thiết kế các móng ở chỗ giao nhau để tránh chênh lệch lún và xói.

5.11.4.4  Điều kiện đánh nổi

Để kéo và định vị, cần có các điểm neo thích hợp để kéo dây trong kết cấu.

Để kéo trong điều kiện biển hở, nơi sóng có thể tác động mạnh, cần có boong kín nước.

Trong trường hợp cần có dằn để ổn định, chuyển động sẽ bị hạn chế ở dạng thùng chìm dạng ô.

Tuy nhiên, nếu các ô rất lớn, đôi khi cần phải cung cấp các vách ngăn tạm thời. Toàn bộ hoạt động định vị phải được lên kế hoạch cẩn thận để các tàu kéo, tời và neo được phối hợp đúng cách và các van xả được mở theo đúng trình tự.

Cần tiến hành phân tích kỹ lưỡng các điều kiện thời tiết và chế độ sóng để xác minh rằng có đủ thời gian lặng sóng để chuẩn bị đáy biển, định vị và đánh chìm các thùng chìm nhằm đạt được tiến độ hợp lý trong xây dựng.

6.11.4.5  Lấp đầy

Việc lấp đầy phải được tiến hành ngay sau khi thùng chìm được định vị chính xác. Các khoang hướng biển ngoại trừ những nơi được thiết kế như để lỗ phải luôn được lấp đầy hoàn toàn để ổn định khi chịu tải trọng sóng. Các khoang phía sau có thể được lấp đầy một phần để giảm áp lực chịu lực tối đa và tăng độ ổn định. Khi thiết kế cho điều kiện này, các lực hướng ra ngoài do chênh lệch mực nước khi bụng sóng ở mặt biển của tường cũng cần được xem xét.

Lấp đầy thường bằng cát nhưng các khoang phía biển có thể được lấp bằng bê tông nghèo để tăng khả năng chống chịu tải trọng va đập.

5.11.4.6  Các mối nối giữa các thùng chìm

Các khe hở giữa các thùng chìm nói chung phải được đóng lại để ngăn cản sự chuyển động của nước và bảo vệ lớp đệm khỏi bị xói mòn bởi các dòng chảy có vận tốc cao do tác động của sóng; Hình 24 mô tả các chi tiết khe nối điển hình.

Các khớp có khóa đôi khi cần thiết để truyền tải giữa các thùng chìm để tránh chuyển động tương đối.

Đã đề xuất rằng các mối nối kiểu khoá phải có khả năng truyền lực cắt bằng 25% tải trọng ngang lớn nhất trên một thùng tới thùng liền kề. Ngoại trừ trường hợp các thùng chìm được đặt trên nền đá, một số chỗ lún tương đối có thể xảy ra và các khớp nổi phải cho phép dịch chuyển thẳng đứng.

Mối nối trên mặt hướng biển phải được làm càng gần càng tốt với mặt hướng biển để giữ chiều sâu của khe hở giữa các thành thùng chìm ở mức tối thiểu. Nếu nước có khả năng chứa nhiều trầm tích, đặc biệt là sỏi, có thể cần phải cung cấp thêm độ dày của bê tông để cho phép bề mặt mối nối bị xói mòn.

Nếu sóng bão có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong quá trình xây dựng, mối nối nên được hoàn thành càng sớm càng tốt nhưng khi có thể dự báo thời gian yên lặng hợp lý với độ tin cậy, đôi khi tốt hơn là để cho phép lún sơ cấp diễn ra trước.

Nếu có thể có độ lún chênh lệch giữa các thùng chìm, các bề mặt của mối nối phải được sơn một lớp chống trượt chẳng hạn như bitum để tránh dính bám giữa chốt nối và các đường rãnh. Khe hở có thể được bịt kín ở bề mặt bằng cách sử dụng vỏ chứa hoặc ống phụt vữa, với bê tông tremie được sử dụng để tạo thành nút nối.

Hình 24 - Các khe nối thùng chìm điển hình

5.11.4.7  Kết cấu đỉnh

Nếu kết cấu đỉnh được cung cấp, thông thường sẽ hoàn thành nó sau khi đánh chìm và lấp đầy thùng chìm để có được một tuyến thẳng tốt. Việc lựa chọn bao nhiêu kết cấu đỉnh để đúc sẵn với thùng chìm phụ thuộc vào thiết kế tổng thể, độ sâu nổi và độ ổn định. Kết cấu đỉnh, có hoặc không có mặt nghiêng, thường tạo ra một mặt cắt ngang không đối xứng và có thể gây khó khăn cho việc đánh chìm.

5.11.5  Công trình khối bê tông

Các khối bê tông đúc sẵn đã được sử dụng để xây dựng đê chắn sóng trong một thời gian dài và các ví dụ lâu đời có thể được tìm thấy tại Dover và Peterhead. Một số chi tiết được sử dụng ở đó bây giờ không có tính kinh tế. Hướng dẫn về thiết kế và xây dựng tường chắn bằng bê tông được nêu trong TCVN 11820-5 và có thể được sử dụng trong thiết kế khối xây đê chắn sóng mặc dù đê chắn sóng thường đứng tự do hơn là kết cấu tường chắn đất. Các điểm bổ sung đặc biệt đối với đê chắn sóng được thảo luận dưới đây.

Thường cần có một nền bê tông hoặc đá dăm đã được chuẩn bị sẵn để xây dựng các khối nhà; Chuẩn bị đáy bằng thợ lặn đòi hỏi thời tiết yên lặng để đặt chính xác các khối, cần trục đặt khối có thể được gắn trên tường đã xây dựng trước đó.

Trường hợp độ lún của móng không đáng kể, nên sử dụng các khối có liên kết. Nhìn chung, các khối phải được lồng vào nhau để tăng cường khối lượng của đê chắn sóng và các mối nối phải được bịt kín và trát vữa để ngăn chặn sự tích tụ áp suất không khí do tác động của sóng.

Trong quá khứ, các khối lát cắt đã được sử dụng để cho phép các tác động của việc lún không đều. Kết cấu khối ghép lát cắt không phù hợp ở các góc do yêu cầu số lượng lớn các loại khối khác nhau. Việc đảo ngược sang mối nối dọc thường là cần thiết ở các góc và phần cuối của công việc lát.

Các hình thức xây dựng khối kết hợp các khoảng trống lớn ở mặt hướng ra biển đã được sử dụng để giảm phản xạ sóng.

Nếu đáy biển là đá và các khối được đúc bằng bê tông tại chỗ, điều quan trọng là phải đạt được sự liên kết tốt giữa đá và lớp móng bê tông để ngăn chặn sự truyền áp lực nước qua các vết nứt. Với đá trầm tích mềm hoặc đá kết dính yếu, có thể gây ra xói mòn ở bề mặt phân cách do tác động của sóng, đặc biệt khi cát được mang theo dạng huyền phù.

Cần đặc biệt chú ý đến bảo vệ chống xói (xem các Điều 5.11.3.6 và 5.11.4.3).

5.11.6  Kết cấu bê tông khối lớn

Hình 15 cho thấy một ví dụ được xây dựng trong một đê bao cọc ván thép, cọc tạo thành một mặt cố định. Trường hợp vật liệu nền là đá và công trường khô cạn ở mức nước thấp thì không cần đóng cọc ván thép và có thể tiến hành thi công theo thủy triều.

Việc đổ bê tông khối lớn trong đê quai có thể được thực hiện bằng một trong hai phương pháp sau đây tùy thuộc vào độ thấm của đất nền.

a) Đổ bê tông dưới nước bằng ống tremie hoặc mở đáy bỏ qua mực nước thấp và tiếp tục thi công trên mức này theo thủy triều.

b) Đặt một nút bê tông dưới nước để bịt kín nền rồi hút cạn nước, tiếp tục thi công trên mức này trong thời gian khô ráo. Phương pháp này yêu cầu điều kiện biển êm dịu hơn so với phương pháp đầu tiên vì đê quai dễ bị hư hại hơn do tác động của sóng. Nút bịt phải được thiết kế để chống lại áp lực nâng lên, hoặc phải có đường thoát nước giảm áp dẫn đến bể chứa của máy bơm.

Có thể sử dụng màn trập bên trong đê quai để cho phép thu hồi phần trên của hàng cọc ván. Phần dưới của hàng cọc ván để lại.

Trong trường hợp đáy biển có khả năng dao động về cao độ và có khả năng bị mài mòn của cọc thép bởi vật liệu làm nền, thì nền bê tông nên được đặt thấp hơn mực đáy dự đoán thấp nhất khoảng 1 m.

Điều này là cần thiết để bảo vệ chống phá hoại bê tông trong trường hợp có các lỗ hình thành trên các cọc bên dưới bê tông.

Khi cao trình móng thay đổi, cần chú ý tránh làm lớp móng bị yếu đi khi có sự thay đổi đột ngột hoặc các bước lớn.

5.11.7  Công trình cọc ván kiểu vây ô

5.11.7.1  Khái quát

Chỉ dẫn về thiết kế công trình cọc ván kiểu vây ô được đưa ra trong TCVN 11820-5.

Hình 16 cho một ví dụ điển hình.

Loại công trình này có thể được xây dựng ở độ sâu của nước lên đến khoảng 12 m.

Áp lực va đập có thể làm lệch cọc và hỏng liên kết khoá. Do đó, không nên sử dụng loại công trình này ở những nơi có thể xảy ra tác động của sóng lớn hoặc sóng vỡ; nó có thể thích hợp để bảo vệ tạm thời hơn là đê chắn sóng vĩnh cửu.

Các công trình cọc ván kiểu vây ô đặc biệt có khả năng bị hư hỏng do tác động của sóng trong quá trình xây dựng trước khi hoàn thành việc lấp đầy bên trong. Do đó, mỗi ô đứng tự do nên được lấp đầy ngay sau khi các cọc đã được lắp đặt xong. Đối với cấu tạo ô có vách ngăn liên tục (xem chi tiết ii) trên Hình 16, nên sử dụng trình tự đổ đầy được kiểm soát cẩn thận khi từng phần được đóng lại.

Cọc ván thép bị mài mòn bởi trầm tích dạng hạt (đặc biệt là sỏi có kích thước nhỏ) do tác động của sóng có thể hạn chế tuổi thọ của chúng.

Ăn mòn cũng cần được xem xét. Tuổi thọ thiết kế sẽ phụ thuộc phần lớn vào độ dày của kim loại trong cọc ván. Cần xem xét việc bảo vệ catốt và các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn khác.

5.11.7.2  Bảo vệ chống xói

Vì các cọc ván bụng thẳng không thể đóng được vào vật liệu cứng, các công trình cọc ván kiểu vây ô rất dễ bị hư hại do xói ở chân tường.

Cần có biện pháp bảo vệ chống xói khi có bất kỳ nguy cơ nào về vật liệu nền bị xói do tác động của sóng (xem Điều 5.11.3.6). Lớp chống xói sẽ có chức năng kép là ngăn chặn xói và giảm lượng vật liệu di chuyển trên mặt đất có thể gây mài mòn cọc.

5.11.7.3  Kết cấu đỉnh

Các kết cấu đỉnh không được làm liền với hoặc được chống đỡ trên các cọc ván thép dạng bụng thẳng vì điều này có thể ngăn cản sự phát triển của các lực kéo cần thiết trong liên kết khoá. Chống đỡ kết cấu đỉnh trên khối lấp đầy cho phép khối lấp đầy lún sâu hơn và trọng lượng của kết cấu đỉnh nằm trên nó góp phần tăng cường độ chịu cắt của công trình hoàn chỉnh.

Phần giao nhau giữa các ô không được che bởi cấu trúc đỉnh nếu nó có khả năng chịu sự nâng lên của sóng sẽ tập trung ở khu vực này bởi các bức tường cong. Do đó, nếu cần phải có tường chắn sóng để ngăn hoặc giảm sóng tràn, thì tường chắn sóng phải được bố trí phía sau các điểm giao cắt phía biển giữa các ô liền kề.

Kết cấu đỉnh chỉ nên được xây dựng sau khi hoàn thành lún chính ban đầu. Nếu sóng tràn có khả năng gây xói mòn lớp đất lấp trước khi quá trình lún hoàn tất, cần cung cấp lớp phủ bề mặt tạm thời.

5.11.8  Công trình tường cọc ván kép

Chỉ dẫn về thiết kế công trình tường cọc ván kép được nêu trong TCVN 11820-5.

Hình 17 cho một ví dụ điển hình. Các công trình như vậy có thể được sử dụng ưu tiên cho các công trình cọc ván bụng thẳng kiểu vây ô khi cần các cọc nặng hơn để đóng và các đoạn dày hơn cần thiết để chống ăn mòn.

Điều cần thiết là các vách ngăn ngang phải được cung cấp đều đặn để tăng độ cứng cho các bên trong quá trình xây dựng và sử dụng và để hạn chế hư hỏng và mất khối đất lấp trong trường hợp cọc bị hư hỏng. Khoảng cách vách ngăn từ ba đến năm lần chiều rộng kết cấu tổng thể thường được áp dụng.

Trường hợp đáy biển được hình thành bởi vật liệu dạng hạt, mài mòn có thể xây ra trong các nhịp của mặt cắt cọc do vật liệu đáy bị giữ lại do tác động của sóng xiên.

Các kết cấu đỉnh có thể tích hợp với các cọc. Độ cứng của cọc được tăng lên bằng cách cố định đầu cọc và nếu một sàn kết cấu được cung cấp thì một số tải trọng sóng có thể được truyền đến các cọc phía sau.

Quá trình lún của vật liệu lấp thường sẽ tiếp tục sau khi xây dựng, do đó cần thiết kế kết cấu mũ để được chống đỡ toàn bộ trên cọc hoặc trên lớp đắp.

5.11.9  Công trình tường cọc ván đơn

Chỉ dẫn về thiết kế công trình tường cọc ván đơn được nêu trong TCVN 11820-5. Hình 18 cho một ví dụ điển hình.

Các công trình như vậy chỉ thích hợp để chống lại tác động của sóng vừa phải. Kết cấu tường đơn độc lập phải được đóng bằng cọc xiên hoặc các phương tiện khác để chống lại áp lực sóng. Khi điều kiện nền đất cho phép, các công trình ở vùng nước rất nông có thể được thiết kế như công xôn để chống lại tác động của sóng nhẹ bằng cách chịu uốn một mình.

Phần đỉnh của công trình nên kết hợp một nắp hoặc đai liên kết để cung cấp tính liên tục trong việc chịu tải trọng sóng. Tác động của sóng sẽ gây ra sự đảo ngược ứng suất trong cọc và đất. Do đó, cần dự phòng mỏi do tải trọng theo chu kỳ, khi tính toán ứng suất làm việc.

Các công trình tường cọc ván đơn dựa vào sự ổn định của chúng khi thâm nhập dưới mức đáy. Điều quan trọng là phải có đủ độ sâu của lớp xói được cho phép trong thiết kế của cọc ván hoặc lớp bảo vệ chống xói được cung cấp. Phần cuối của đê chắn sóng tường cọc ván đơn đặc biệt có khả năng bị xói mòn do dòng chảy và tác động của sóng.

5.12  Công trình hỗn hợp

5.12.1  Khái quát

Phần này đưa ra các khuyến nghị và hướng dẫn về thiết kế và xây dựng đê chắn sóng hỗn hợp, như được định nghĩa trong Điều 1.2. Cũng nên tham khảo các Điều 4 và Điều 5 nếu thích hợp.

5.12.2  Các loại công trình

Hình 25 minh họa mặt cắt của các công trình đê chắn sóng hỗn hợp điển hình. Loại kết cấu này có thể được sử dụng làm đê chắn sóng ở vùng nước rất sâu, khi khối lượng đất đá cần thiết cho kết cấu đê đá đổ là không có sẵn, khi không thể thiết kế kết cấu mặt đứng để chịu tải trọng sóng thiết kế trên toàn bộ chiều sâu hoặc để giảm chi phí. Nhiều ví dụ về công trình như vậy có thể được tìm thấy ở Địa Trung Hải, Nhật Bản và các cảng Nam Mỹ Thái Bình Dương.

Kết cấu mặt đứng có thể bao gồm các thùng chìm bê tông cốt thép hoặc khối bê tông đúc sẵn. Các thay đổi về độ sâu của nước có thể được đáp ứng bởi đê đá đổ, do đó, nền của kết cấu đứng có thể nằm ngang trong suốt đê chắn sóng.

Hình 25 (a) - Các công trình đê chắn sóng hỗn hợp điển hình

Hình 25 (b) - Các công trình đê chắn sóng hỗn hợp điển hình

5.12.3  Thiết kế công trình đê chắn sóng hỗn hợp

5.12.3.1  Giới thiệu

Các yếu tố chính cần được xem xét trong thiết kế tổng thể của công trình hỗn hợp là lựa chọn mặt cắt, tính năng thủy lực, tải trọng, độ ổn định tổng thể và thiết kế các bộ phận chính của công trình.

5.12.3.2  Các yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn mặt cắt ngang

Khuyến nghị rằng, trừ khi dữ liệu sóng cực kỳ tốt và việc kiểm tra mô hình kỹ lưỡng được thực hiện, loại đê chắn sóng hỗn hợp chỉ nên được sử dụng khi độ sâu của nước sao cho tất cả các sóng đều bị phản xạ và sóng vỡ không xảy ra đối với mặt đứng. Các công thức thiết kế về lực sóng chỉ nên được sử dụng để thiết kế sơ bộ.

Để đạt được sự phản xạ toàn phần của sóng theo công trình, các tỷ lệ sau đây đã được đề xuất [65].

d ≥ 0.75d₁

d₁ ≥ 1.8H_1/10

Trong đó:

d là độ sâu của nước ở chân mặt đứng;

d₁ là độ sâu của nước ở chân đê đá đổ.

Tuy nhiên, nếu d₁ lớn hơn rất nhiều 1,8H_1/10, thì d < 0,75 d₁ là cho phép.

Sự thay đổi của mực nước thủy triều cần được tính đến khi sử dụng các hướng dẫn trên.

Cao trình đỉnh của đê đá đổ cần được xác định dựa trên sự tối ưu hóa của tất cả các yếu tố về thiết kế, xây dựng và chi phí. Trong trường hợp kết cấu thượng tầng bao gồm các thùng chìm được thả nổi vào vị trí, độ sâu cần thiết để nổi phải được tính đến khi xác định cao trình đỉnh của đê đá đổ.

5.12.3.3  Tính năng thủy lực

Để thảo luận về tính năng thủy lực của kết cấu thượng tầng của công trình hỗn hợp, cần tham khảo Điều 5.11.3.2. Để biết hướng dẫn về tính thấm của đê đá đổ, hãy tham khảo Điều 5.10.

5.12.3.4  Tải trọng

Để biết hướng dẫn chung về tải trọng tác dụng lên công trình mặt đứng, hãy tham khảo Điều 5.11.3.3.

Công thức thiết kế cho áp lực sóng được đưa ra trong Điều 5.5 trong TCVN 11820-2 dựa trên công trình được thực hiện ở Nhật Bản và đã được thử nghiệm dựa trên dữ liệu từ 21 đê chắn sóng đã xảy ra hư hỏng do trượt. Điều đó có nghĩa là có thể áp dụng cho tất cả các loại sóng tấn công khác nhau, từ phản xạ hoàn toàn đến sóng vỡ. Loại thứ hai có thể ở dạng sóng vỡ nhào gây áp suất xung kích cao hoặc sóng vỡ tràn. Các dạng này có thể bị ảnh hưởng bởi hình dạng hình học của đê đá đổ, đặc biệt khi (d₁ - d) / d (xem Điều 5.12..3.2) lớn hơn 0,4 đến 0,5. Chiều rộng của thềm cũng có ảnh hưởng.

Có thể giảm áp lực và tải trọng của sóng lên kết cấu mặt đứng với một mặt có để lỗ và buồng sóng hoặc bằng cách cung cấp một mặt dốc trên cho đê chắn sóng.

5.12.3.5  Tính ổn định tổng thể

Thiết kế tổng thể đòi hỏi phải khảo sát sự ổn định của cả đê đá đổ và cấu trúc thượng tầng, cần phải kết hợp nhiều cân nhắc cần thiết đối với việc thiết kế các kết cấu mặt đứng và đê đá đổ (xem Điều 5.10.2.3 và Điều 5.11.3.4).

Hình 26 minh họa một số dạng hư hỏng của các bộ phận khác nhau của công trình đê chắn sóng hỗn hợp.

Hình 26 - Các kiểu phá hoại của một công trình đê chắn sóng hỗn hợp

Nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng của công trình hỗn hợp là do xói các đê đá đổ và tải trọng sóng lớn gây ra chuyển vị của kết cấu mặt đứng. Phá hoại của đê đá đổ có thể dẫn đến phá hoại kết cấu mặt đứng do phá hoại nền móng của nó gây sụp đổ về phía biển và / hoặc do sự gia tăng áp lực nâng lên gây ra phá hoại do trượt. Do đó, khuyến nghị rằng một cách tiếp cận thận trọng được áp dụng để thiết kế lớp phủ bảo vệ cho đê đá đổ.

Áp suất nâng lên (xem Điều 5.11.3.4) có thể thay đổi từ phân bố hình tam giác khi đế nằm trên một đê thấm sang áp suất đồng nhất nếu việc tiêu tán áp lực ở mặt sau bị hạn chế. Điều này có thể xảy ra nếu mặt sau của đê bị vật liệu hạt mịn làm tắc nghẽn.

Hệ số ma sát giữa đế và đê đá đổ không được giả thiết lớn hơn 0,6. Có thể ma sát tăng dần theo thời gian.

5.12.3.6  Công trình hạ tầng và nền móng

Hiện tại, không thể mô tả một cách thỏa đáng các vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng xảy ra trước một công trình hỗn hợp. Nếu xảy ra sóng dừng thuần túy thì vận tốc cực đại theo phương ngang sẽ xảy ra ở cách bức tường trước mặt bằng một phần tư bước sóng. Điều này nói chung sẽ lớn hơn chiều rộng của đê ở phía trước của mặt đứng.

Đối với thiết kế chung của kết cấu đê đá đổ, hãy tham khảo Điều 5.10. Định kích cỡ sơ bộ đá lớp phủ cho đê đá đổ nên được thực hiện theo biểu thức (7) áp dụng cho mặt dốc của đê. Tuy nhiên, nó có thể dẫn đến việc đánh giá thấp trọng lượng của lớp phủ trên cùng chịu cả lực nâng thủy tĩnh và các lực phát sinh từ tác động của sóng trên mặt đứng.

Các khối hoặc tấm bê tông đúc sẵn thường được sử dụng để tạo thành lớp phủ trên thềm. Các đơn vị này thường tối thiểu là 10 tấn, nhưng có thể lên đến 30 tấn hoặc hơn. Vì các đơn vị này gần nhau này dễ bị áp lực nâng lên hơn lớp phủ đá, nên có thể cần các lỗ giảm áp để đảm bảo độ ổn định. Độ ổn định của lớp phủ ở đỉnh dốc sẽ bị ảnh hưởng khi đỉnh thềm được tạo thành từ các tấm bê tông vì chúng hầu như không thấm qua do hiệu ứng nhất thời của tác động sóng.

Đỉnh và phần mái dốc trên là những phần quan trọng nhất đối với sự ổn định tổng thể. Đối với thiết kế sơ bộ, chiều rộng đỉnh của đê phía trước tường đứng ít nhất phải là 5 m hoặc có thể chứa ít nhất năm viên đá hoặc đơn vị lớp phủ.

Cần kiểm tra độ ổn định của vật liệu đáy biển (xem các Điều A.7 và 5.11.3.5) và cung cấp bảo vệ chân nếu cần.

5.12.3.7  Kết cấu bên trên

Để biết thiết kế kết cấu bên trên tham khảo Điều 5.11.

5.12.4  Xây dựng

Chỉ dẫn được đưa ra trong Điều 5.10 đối với các đê đá đổ, trong Điều 5.11.4 đối với các thùng chìm và trong Điều 5.11.5 đối với các kết cấu bằng khối bê tông.

Đê đá đổ sẽ được xây dựng bằng cách sử dụng máy thi công nổi và/hoặc giàn khoan tự nâng. Điều kiện thời tiết thích hợp là cần thiết để xây dựng và trong quá trình thiết kế, cần phân tích số liệu thống kê thời tiết hàng năm để kiểm tra xem có đủ thời gian tĩnh lặng để cho phép tiến độ hợp lý hay không.

Bề mặt của lõi đá dăm nên được làm phẳng cẩn thận để tạo ra một nền đỡ đều cho các thùng chìm đánh nổi và các loại kết cấu bên trên khác khi thích hợp. Cấp phối hạt rộng thường cho phép đối với vật liệu lõi không phải lúc nào cũng phù hợp và thường sẽ cần một lớp làm phẳng đặc biệt. Lớp này phải có độ dày tối thiểu là 0,5 m và kích thước đá lớn nhất là 100 mm. Điều quan trọng là phải bảo vệ vật liệu này khỏi bị xói mòn do tác động của sóng.

Dung sai về cao độ cho lớp đệm dưới các thùng chìm đánh nổi và khối có liên kết với nhau có thể lên đến 150 mm nhưng các biến động lớn hơn đôi khi có thể chấp nhận được đối với khối ghép kiểu lát.

Nếu các thùng chìm được đặt bằng cách nâng vào vị trí, đôi khi có thể đặt chúng lên trên vật liệu lõi.

Để phát triển liên kết khóa và lấp đầy khoảng trống, bê tông ống tremie có thể được sử dụng trong điều kiện thời tiết yên tĩnh.

Nên xây dựng đê đá đổ càng lâu càng tốt trước khi đặt thùng chìm để cho phép lún của đê đá và đất đáy biển.

Để làm được điều này, sự ổn định tạm thời của đê nên được đảm bảo, nếu cần thiết bằng cách bảo vệ tạm thời cho kết cấu đỉnh. Lún của kết cấu bên trên có thể tiếp tục trong một thời gian sau khi hoàn thành và các khớp nối phải được thiết kế để cho phép điều này.

6. Thiết kế theo phương pháp hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (OCDI 2020)

6.1  Lựa chọn loại công trình và thiết lập mặt cắt ngang

Khi thiết lập các mặt cắt ngang của đê chắn sóng, loại kết cấu sẽ được lựa chọn dựa trên việc kiểm tra so sánh các điều kiện bố trí, điều kiện tự nhiên, điều kiện sử dụng, tầm quan trọng, điều kiện xây dựng, tính kinh tế, thời hạn xây dựng, khả năng cung cấp vật liệu, và tính dễ bảo trì, xem xét các tính năng của các loại kết cấu tương ứng.

Khi xác định kích thước mặt cắt ngang của công trình tiêu tán sóng trong chức năng tiêu tán sóng của đê chắn sóng, cần phải xem xét đầy đủ về các đặc điểm thủy lực để biểu thị được chức năng tiêu tán sóng đã chỉ định. Đặc biệt, tốt nhất là chiều cao đỉnh của phần tiêu tán sóng xấp xỉ với chiều cao của thân đê chắn sóng để áp lực sóng vỡ xung động sẽ không tác động lên thân đê chắn sóng.

Trong trường hợp bố trí đê chắn sóng có một góc, chiều cao sóng xung quanh góc sẽ tăng lên. Do đó, nên sử dụng kết cấu phản xạ thấp xung quanh các góc.

Phần đỉnh của đê chắn sóng ngập nước được lắp đặt tại một cửa mở có thể bị hư hỏng do sức kéo của các sóng và phần móng và mặt đất bên dưới có thể bị xói do dòng nước biển hình thành, v.v. đi qua phần móng. v.v... Vì vậy, cần phải có các biện pháp phòng chống xói thích hợp khi cần thiết.

Cần lưu ý rằng khi độ thấm qua của nước biển trở nên cao hơn do kết cấu của nền móng, v.v., thì hiệu quả giảm nước dâng do bão sẽ nhỏ hơn. Ngoài ra, sự chênh lệch mực nước thủy triều giữa bên trong và bên ngoài cảng do nước dâng trong bão có thể hình thành dòng nước biển, v.v. đi qua bên trong móng, v.v. Dòng chảy như vậy có thể quét qua mặt đất ở phần dưới của móng v.v... Vì vậy, khi cần thiết phải có các biện pháp phòng chống sạt lở thích hợp.

Lựa chọn kết cấu đê chắn sóng kiểu thấm qua có lợi cho việc thúc đẩy lưu thông nước biển trong bể cảng. Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến dòng chảy của dòng bùn cát ven bờ và sự gia tăng chiều cao của các sóng truyền qua, nên cần phải xem xét đầy đủ các ưu và nhược điểm.

Đê chắn sóng trở thành cơ sở quan trọng cho sự sống của các sinh vật bên trong và bên ngoài các cảng và căn cứ mà chúng gắn bó trong một số trường hợp. Do đó, khi thiết lập kết cấu và kích thước mặt cắt ngang của đê chắn sóng, chúng có thể được thiết kế với điều kiện môi trường cảng được bảo tồn tốt. (Tham khảo Phần I, Chương 3, 2. Công trình cảng cộng sinh) (OCDI 2020).

6.2  Các vấn đề cần được xem xét để duy trì sự tĩnh lặng của bể cảng

Trong việc đặt các đê chắn sóng, chiều cao đỉnh của đê chắn sóng, mối quan hệ giữa vị trí của đê chắn sóng với các tuyến đường thủy và lưu vực, cũng như vị trí và hướng của lối vào bể cảng cần được kiểm tra để duy trì sự tĩnh lặng của bể cảng cần thiết cho việc xếp dỡ hàng hóa và nơi trú ẩn. Trong quá trình xác minh tính năng về độ tĩnh lặng của bể cảng của các lưu vực, Phần II, Chương 2, 4.6 Khái niệm về độ tĩnh lặng của bể cảng (OCDI 2020) có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo.

Hơn nữa, các điều kiện được thiết lập để có thể bảo vệ các công trình cảng sau đê chắn sóng, kể cả khi có bão và thời tiết khắc nghiệt khác.

Chiều cao đỉnh của đê chắn sóng cần thiết để đảm bảo sự tĩnh lặng của bể cảng thường có thể được đặt ở độ cao thích hợp ít nhất là 0,6 lần chiều cao sóng có nghĩa (H_1/3) được sử dụng để kiểm tra độ an toàn của đê chắn sóng trên mức nước cao nhất trung bình hàng tháng. Trong trường hợp này, độ cao thích hợp được thiết lập dựa trên sự tĩnh lặng của bể cảng trong lưu vực phía sau đê chắn sóng, việc bảo quản các công trình trong bể cảng sau đê chắn sóng và các yếu tố khác. Trong các đê chắn sóng hiện có, có nhiều ví dụ Trong đó: chiều cao của đỉnh được xác định như sau:

a) Trong bến cảng có tàu lớn cập cảng, nơi vùng nước phía sau đê chắn sóng rộng đến mức cho phép sóng tràn ở một mức độ nào đó, độ cao đỉnh sóng được đặt ở mức 0.6H1/3 so với mực nước cao nhất trung bình hàng tháng trong các trường hợp mà không cần thiết phải xem xét ảnh hưởng của nước dâng do bão.

b) Trong bể cảng có diện tích nước phía sau đê chắn sóng nhỏ và được sử dụng cho tàu nhỏ, sóng tràn phải được ngăn chặn càng nhiều càng tốt. Do đó, độ cao của đỉnh được đặt ở 1,25H_1/3 so với mực nước cao nhất trung bình hàng tháng.

c) Các giá trị chiều cao đỉnh đê ở trên thường thấy trong các ví dụ thiết kế trước đây có thể được tham khảo về khối lượng sóng tràn và tỷ số truyền.

Đối với các cảng cần xem xét ảnh hưởng của nước dâng do bão, mực nước thủy triều được tính toán bằng cách cộng độ chênh thích hợp với mực nước cao nhất trung bình hàng tháng dựa trên các ghi chép trong quá khứ sẽ được ưu tiên sử dụng làm bề mặt tham chiếu để tính toán chiều cao đỉnh đê.

Trong trường hợp bể cảng có đón tàu lớn, có vùng nước rộng phía sau đê chắn sóng, và có sóng bão lớn gần với sóng thiết kế tấn công thường xuyên trong thời gian dài, hoạt động của bể cảng có thể bị hạn chế do ảnh hưởng sóng tràn qua đê chắn sóng nếu độ cao đỉnh sóng được đặt ở mức 0,6H_1/3 trên mực nước cao nhất trung bình hàng tháng. Do đó, trong một bến cảng như vậy, chiều cao đỉnh tốt nhất nên được đặt cao hơn 0,6H_1/3 so với mực nước cao nhất trung bình hàng tháng.

Đối với ảnh hưởng của sóng phản xạ đến sự tĩnh lặng của bể cảng, Phần II, Chương 2, 4.4.4 Sự phản xạ của sóng (OCDI 2020) có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo.

6.3  Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng hỗn hợp)

6.3.1  Khái quát

Đê chắn sóng hỗn hợp với các thân đê chắn sóng đứng đặt trên nền móng đá đổ là kết cấu điển hình nhất của đê chắn sóng kiểu trọng lực, do đó, các mô tả chung về đê chắn sóng kiểu trọng lực trong phần này là mô tả về đê chắn sóng hỗn hợp.

Hình 27 cho thấy các ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng hỗn hợp.

Các công trình đã cho có đê chắn sóng đứng được đặt trên móng đá đổ, nên đê chắn sóng hỗn hợp có các đặc điểm gần với đê chắn sóng mái nghiêng và đê chắn sóng đứng khi tỷ lệ giữa độ sâu của đỉnh đê đá đổ với chiều cao sóng trở nên nhỏ hơn và lớn hơn, tương ứng.

Hình 28 cho thấy một ví dụ về quy trình xác minh tính năng đối với đê chắn sóng hỗn hợp.

6.3.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Mặt cắt cơ bản của đê chắn sóng sẽ được thiết lập sau khi làm rõ mối quan hệ của chúng với thủy triều thiên văn thấp nhất, mực nước triều trung bình tháng cao nhất (thấp nhất), mực nước triều trung bình, mực nước triều cao nhất (thấp nhất), mực nước triều cao trong nước dâng do bão, v.v. Mối quan hệ giữa thủy triều thiên văn thấp nhất và mực nước biển cho công việc xây dựng cũng sẽ được làm rõ nếu chúng khác nhau. Để biết thêm chi tiết về thủy triều, tham khảo Phần II, Chương 2, 3 Mức thủy triều. (OCDI 2020).

Mực nước triều thiết kế để tính toán lực sóng thường được thiết lập theo cách đặt đê chắn sóng vào trạng thái không ổn định nhất, ví dụ như thủy triều cao nhất hoặc thấp nhất hàng tháng trong trường hợp đê chắn sóng cho các cảng mà không cần xem xét đến ảnh hưởng của nước dâng do bão và mực nước triều thu được bằng cách áp dụng các độ chênh thích hợp đối với thủy triều cao nhất hoặc thấp nhất hàng tháng trong trường hợp đê chắn sóng cho các cảng cần phải xem xét ảnh hưởng của nước dâng do bão.

Trong trường hợp nền móng yếu và có thể bị lún, thì chiều cao đỉnh của đê chắn sóng phải được thiết lập với mức cho phép sơ bộ về độ lún hoặc kết cấu của đê chắn sóng sẽ phù hợp với chiều cao đỉnh trong tương lai.

Hình 27 - Các ví dụ mặt cắt ngang của đê chắn sóng hỗn hợp

CHÚ THÍCH

* 1: Việc đánh giá ảnh hưởng của quá trình hóa lỏng và độ lún không được hiển thị; do đó, điều này phải được xem xét riêng.

* 2: Việc phân tích biến dạng do dịch chuyển của động đất cấp 1 có thể được thực hiện bằng phân tích động lực học khi cần thiết. Đối với những công trình có ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản và hoạt động xã hội, nên tiến hành kiểm tra độ biến dạng bằng phân tích động lực học.

* 3: Đối với những công trình khi bị thiệt hại gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản và hoạt động xã hội thì nên tiến hành xác minh các trường hợp sự cố khi cần thiết.

Để xác minh trường hợp sự cố, có thể tham khảo Phần III, Chương 4, 2.2 Các nội dung liên quan đến Đê chắn sóng như là các công trình được chuẩn bị cho các sự cố ngẫu nhiên (OCDI 2020). Việc xác minh các trường hợp sự cố liên quan đến sóng sẽ được tiến hành trong trường hợp các công trình xử lý hàng hóa nguy hiểm nằm ngay phía sau đê chắn sóng và thiệt hại đối với các công trình khác số gây ra tác động thảm khốc.

Hình 28 - Ví dụ trình tự xác minh tính năng đê chắn sóng hỗn hợp

Các yếu tố sau đây gây ra lún đê chắn sóng:

a) Độ lún cố kết của nền móng;

b) Rửa trôi đất nền;

c) Dòng chảy ngang của đất nền;

d) Chìm đá đổ và các khối xuống đất nền;

e) Sự co lại của các đê đá đổ do giảm độ rỗng.

Để biết độ lún cho phép cho yếu tố 1) ở trên, tham khảo Phần II, Chương 5, 1. Độ lún nền đất. (OCDI 2020). Do ảnh hưởng của các yếu tố 2) đến 5) ở trên thay đổi theo khối lượng của các mặt cắt đứng và độ dày của các đê đá đổ, nên không thể khái quát hóa các mức cho phép cho các yếu tố này nhưng có thể được quy định một cách đại thể dựa trên các trường hợp thực tế của xây dựng trong quá khứ. Đối với độ lún cố kết của đất nền sau khi lắp đặt các đê chắn sóng, giới hạn độ lún có thể được quy định cho cả đê đá đổ hoặc kết cấu bên trên, và giới hạn độ lún phải được quy định thích hợp trong cả hai trường hợp có xét đến điều kiện xây dựng và những trường hợp tương tự.

Trong trường hợp nền móng mềm và có độ lún đáng kể hoặc có thể hình dung được sự lún sâu của đê đá đổ, thì các biện pháp đối phó phải được thực hiện theo cách cải tạo nền đất yếu hoặc phân tán các tác động lên các đê chắn sóng thông qua các tấm đệm đặt dưới các đê đá đổ.

Chiều cao đỉnh của đê chắn sóng ở các khu vực biển nông, đặc biệt là ở các bãi cát nông, sẽ được xác định có tính đến việc ngăn chặn bồi lắng bên trong bể cảng do sóng tràn.

Chiều cao đỉnh của đê chắn sóng được sử dụng để bảo vệ bãi tắm, lấy nước và các mục đích đặc biệt khác sẽ được xác định sau khi hiểu đầy đủ về mục đích của việc xây dựng đê chắn sóng.

Để phòng chống thiên tai, độ dày của kết cấu bên trên của các đê chắn sóng đứng tốt nhất là từ 1 m trở lên trong trường hợp chiều cao sóng có nghĩa phía trước đê chắn sóng là 2 m trở lên hoặc ít nhất là 50 cm trở lên ngay cả trong trường hợp chiều cao sóng có nghĩa nhỏ hơn 2 m. Đối với đê chắn sóng có thân được làm bằng nhiều lớp khối, tốt nhất là bê tông kết cấu bên trên có khối lượng đủ lớn để đê chắn sóng có khả năng chống trượt. Hình 30 cho thấy mối quan hệ giữa độ dày của kết cấu bên trên và độ cao sóng thiết kế bằng cách sử dụng các ví dụ thực tế.

Khi xét rằng các thiết kế thùng chìm với mực nước mặt trên thấp gây ra những hạn chế đối với công việc lắp đặt thùng chìm, lấp cát, đúc nắp và bê tông thượng tầng, các mức bề mặt trên cùng thường được đặt cao hơn so với mực nước triều trung bình hàng tháng. Trong trường hợp đê chắn sóng kiểu khối, tốt hơn là các mức bề mặt trên cùng của các khối trên cùng hoặc các khối ô vây được đặt ít nhất cao hơn mực thủy triều trung bình hoặc cao hơn mực thủy triều cao nhất trung bình hàng tháng để tạo điều kiện xây dựng các công trình bên trên.

Các mức đỉnh của các đê đá đổ phải sâu nhất có thể để bảo vệ các đê đá đổ khỏi các đợt sóng vỡ xung động, ngoại trừ trường hợp sử dụng các thùng chìm làm các phần mặt đứng, các mức đỉnh này phải được thiết lập để các thùng chìm có thể lắp đặt được. Hơn nữa, chiều rộng cơ ở phía biển của các đê đá đổ (không bao gồm phần chân đế) phải đủ rộng tùy thuộc vào chiều cao sóng để giảm các tác động bất lợi của của lực sóng vỡ xung động càng nhiều càng tốt theo quy định tại Phần II, Chương 2, 6.2.4 Lực sóng vỡ xung động (OCDI 2020).

Hình 29 - Quan hệ giữa chiều dầy kết cấu bên trên và chiều cao sóng thiết kế

(Ví dụ thực tế)

Khối lượng đá đổ cần thiết bên dưới các khối và đơn vị lớp phủ phải được đặt một cách thích hợp phù hợp với điều kiện hiện trường để tránh vật liệu bị rửa trôi. Tốt hơn là trọng lượng của đá đổ bên dưới các đơn vị và khối lớp phủ xấp xỉ 1/20 hoặc hơn khối lượng của các đơn vị lớp phủ, và khối lượng của vật liệu được đặt dưới đá đổ bên dưới các đơn vị và khối lớp phủ là khoảng 1/20 hoặc hơn của đá đổ và các khối.

Chiều rộng cơ của các đê đá đổ phải được thiết lập để đảm bảo độ ổn định quy định chống lại phá hoại trượt của đất nền và tải trọng lệch tâm và nghiêng (tham khảo Phần III, Chương 2, 3.2.5 Lực chịu lực chống lại các tác động lệch tâm và nghiêng (OCDI) 2020)). Hơn nữa, tốt nhất là chiều rộng cơ ở phía biển được đặt không nhỏ hơn 5 m, không bao gồm các phần chân móng, để giảm ảnh hưởng của tác động của lực sóng vỡ xung động đến mức lớn nhất có thể. Tuy nhiên, điều này sẽ không áp dụng trong trường hợp thùng chìm hỗn hợp và các loại kết cấu đặc biệt khác. Chiều rộng cơ của khối đá đổ phía bến cảng có thể xấp xỉ 2/3 chiều rộng ở phía biển.

Có thể dùng đá đổ phía sau cao để tăng cường khả năng chống trượt của các mặt cắt thẳng đứng. Tuy nhiên, cần thận trọng trong trường hợp như vậy vì đá đổ dễ bị phân tán bởi sóng tràn. Đê đá đổ này nên được cung cấp lớp phủ bằng các khối lập phương hoặc các khối dị dạng khi cần thiết. Việc xác minh tính năng của các mặt cắt ngang phải được thực hiện một cách thích hợp khi tham khảo các điều khoản trong Phần III, Chương 4, 3.1.6 Xác minh tính năng và các lưu ý khi gia cố mặt bên cảng của các mặt cắt ngang (OCDI 2020).

Móng đá đổ phải có độ dày từ 1,5 m trở lên để có thể phân bố rộng rãi tải trọng truyền xuống từ các mặt cắt thẳng đứng, tạo mặt bằng lắp đặt bằng phẳng và ngăn chặn sóng gây ra rửa trôi.

Mặc dù độ dốc của móng đá đổ phải được xác định trên cơ sở tính toán ổn định, chúng có thể được đặt chung ở mức 1: 2 đến 1: 3 và 1: 1,5 đến 1: 2 tương ứng cho phía biển và phía bến cảng của đê chắn sóng.

6.3.3  Tác động

6.3.3.1.  Các loại tác động được xem xét trong các tình huống thiết kế tương ứng

Trong việc xác minh ổn định của đê chắn sóng hỗn hợp, các tác động sau đây sẽ được xem xét trong các trường hợp thiết kế tương ứng với điều kiện là có thể bỏ qua việc xác minh tính năng của trường hợp tác động sự cố trong trường hợp đê chắn sóng, đối tượng thiết kế, không được coi là cơ sở được chuẩn bị cho các trường hợp sự cố.

a) Trường hợp tác động thường xuyên

Tác động trội hơn được xem xét là trọng lượng bản thân của các đê chắn sóng. Để biết cách thiết lập trọng lượng bản thân, tham khảo Phần II, Chương 10, 2 Trọng lượng bản thân (OCDI 2020).

b) Trường hợp tác động biến đổi

1) Sóng biến đổi và chuyển động trên mặt đất của trận động đất cấp độ 1 sẽ là những tác động trội hơn cần được xem xét. Để biết cách thiết lập các sóng thay đổi và chuyển động trên mặt đất của trận động đất cấp 1, hãy tham khảo Phần II, Chương 2, 4.1 Thiết lập các điều kiện sóng và Phần II, Chương 6, 1.2 Các chuyển động trên mặt đất của Động đất cấp 1 được sử dụng trong Xác minh tính năng của công trình (OCDI 2020) tương ứng.

2) Sự cần thiết của việc xác minh tính năng chống động đất về trượt và lật do chuyển động của mặt đất do động đất cấp 1 có thể được xác định trên cơ sở mối quan hệ giữa kích thước mặt cắt ngang của các đê chắn sóng và chuyển động của mặt đất do động đất cấp 1 dưới một trạng thái tác động thay đổi liên quan đến các sóng biến đổi.

3) Sự cần thiết của việc xác minh tính năng chống động đất có thể được xác định bằng cách sử dụng mối quan hệ giữa tỷ lệ Bw/h của chiều rộng của thân đê chắn sóng Bw, không bao gồm chân móng đến độ sâu lắp đặt h và gia tốc kỹ thuật lớn nhất tại đá gốc Hình 30. Việc xác minh tính năng khả năng chống động đất có thể được bỏ qua khi các đê chắn sóng liên quan được vẽ bên dưới đường cong trong hình. Hình này được thiết lập trên cơ sở 30 cm là biến dạng dư cho phép của các mặt cắt thẳng đứng của đê chắn sóng chịu các chuyển động trên mặt đất do động đất cấp 1. Do đó, khi áp dụng các giá trị khác đối với biến dạng dư cho phép, cần thực hiện việc xác minh cụ thể về sự phù hợp của chúng.

c) Trường hợp tác động sự cố

Để thiết lập các tác động trong Trường hợp tác động sự cố Trong đó: tác động trội hơn là sóng sự cố, tham khảo Phần III, Chương 4, 2.2 Các mục liên quan đến đê chắn sóng được chuẩn bị cho các sự cố ngẫu nhiên (OCDI 2020).

6.3.3.2.  Những điểm cần chú ý khi thiết lập các tác động

Trong quá trình xác minh tính năng, có những trường hợp mực nước triều nguy hiểm nhất khác nhau tùy thuộc vào các hạng mục xác minh và đối tượng xác minh.

Các thông số sóng cần thiết trong quá trình xác minh tính năng là chiều cao sóng, hướng sóng, bước sóng, chu kỳ, v.v. Để xác định các thông số này, tham khảo Phần II, Chương 2, 4 Điều kiện về mức thủy triều và 3.6 Thiết kế. Để biết dữ liệu về gió được sử dụng trong dự báo sóng, tham khảo Phần II, Chương 2, 2.3 Áp lực gió (OCDI 2020).

Các đê đá đổ có chiều cao đỉnh cao và bề rộng cơ vừa phải có thể tạo ra lực sóng vỡ xung động. Do đó, phải xem xét thích đáng khả năng xuất hiện của lực sóng vỡ xung động bằng cách tham khảo Phần II, Chương 2, 6.2 Lực sóng trên các tường đứng (OCDI 2020). Cũng cần lưu ý rằng có thể có trường hợp cường độ của áp lực sóng lên đê chắn sóng tăng lên khi chiều cao đỉnh của chúng tăng lên.

Trong kiểm tra tính năng, cần lưu ý rằng các sóng nguy hiểm nhất đối với sự ổn định của các mặt cắt thẳng đứng có thể khác với các sóng trong tính toán khối lượng yêu cầu của các đơn vị lớp phủ.

Trong trường hợp có sự khác biệt về mực nước tĩnh bên trong và bên ngoài đê chắn sóng, nên coi áp suất thủy tĩnh tương đương với sự chênh của mực nước triều

Cần phải xem xét sức đẩy nổi của các đê chắn sóng dưới mực nước triều tĩnh. Trong trường hợp có sự khác biệt về mực nước triều tĩnh bên trong và bên ngoài đê chắn sóng, sức đẩy nổi có thể được xem xét đối với các phần của đê chắn sóng bên dưới đường nối mực nước tĩnh bên trong và bên ngoài đê chắn sóng.

Các ảnh hưởng của áp lực gió, áp lực đất, lực xung kích của tàu và các vật nổi, và dòng chảy phải được xem xét khi cần thiết.

Trong trường hợp có thể xảy ra xói mòn, bồi lắng và thay đổi độ dốc của đáy biển sau khi xây dựng đê chắn sóng, thì ảnh hưởng của những hiện tượng đó cũng phải được xem xét.

6.3.4  Xác minh tính năng ổn định tổng thể của thân đê chắn sóng

6.3.4.1  Các hạng mục xác minh tính năng ổn định tổng thể của thân đê chắn sóng

Đối với các hạng mục xác minh tính năng khi tiến hành kiểm tra tính năng ổn định tổng thể của các đê chắn sóng trong các trường hợp thiết kế tương ứng trên cơ sở phương trình cân bằng tĩnh, tham khảo Phần III, Chương 4, 3.1 [diễn giải], Bảng 10-3 đính kèm (OCDI2020). Việc xác minh tính năng của trường hợp tác động tạm thời Trong đó: tác động trội hơn là dịch chuyển trên mặt đất của động đất cấp 1 có thể được thực hiện trên cơ sở Hình 30. Hình này để xác định sự cần thiết xác minh tính năng sức kháng động đất. Việc xác minh tính năng của một trường hợp tác động sự cố có thể được bỏ qua trong các trường hợp đê chắn sóng là đối tượng thiết kế không được phân loại là các công trình được chuẩn bị cho các sự cố ngẫu nhiên.

Hình 30  Hình xác định sự cần thiết xác minh tính năng sức kháng động đất

6.3.4.2  Xác minh tính năng ổn định tổng thể của thân đê chắn sóng trong trường hợp tác động thường xuyên

Việc xác minh tính năng ổn định tổng thể của các đê chắn sóng trong trường hợp tác động thường xuyên

Trong đó: tác động trội hơn là trọng lượng bản thân phải được thực hiện đối với các phá hoại trượt tròn của nền móng nói chung.

a) Việc xác minh phá hoại trượt tròn của đất nền trong trường hợp tác động thường xuyên liên quan đến trọng lượng bản thân của các đê chắn sóng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng biểu thức (7). Trong phương trình này, các chỉ số k và d lần lượt chỉ ra giá trị đặc trưng và giá trị thiết kế. Các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 6, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh tính năng một cách thuận tiện.

b) Các hệ số thành phần được thể hiện trong Bảng 6 được thiết lập dựa trên các mức an toàn trong các tiêu chuẩn trước đây. Ngoài ra, hệ số biến thiên Cv của đất dính trong bảng có thể được xác định bằng cách sử dụng hệ số biến thiên C_V tương ứng với hệ số hiệu chỉnh b1 từ quá trình tính toán các giá trị đặc trưng của lực dính ở Phần II, Chương 3, 2.1. Tính toán các đặc trưng của đất (OCDI 2020). Trong trường hợp này, trong số các lớp đất (không bao gồm các lớp thấu kính) mà các cung tròn có thể đi qua, lớp đất có hệ số biến thiên C_V lớn nhất có thể là lớp đất đại diện.

Trong đó:

c’: cường độ cắt không thoát nước đối với đất dính hoặc lực dính biểu kiến trong điều kiện thoát nước đối với đất cát (kN/m²);

s: chiều rộng của một phân mảnh (m);

w': trọng lượng có hiệu của một phân mảnh (kN/m) (trọng lượng trong khí quyển khi ở trên mặt nước hoặc trọng lượng dưới nước khi ở dưới mặt nước);

q: phụ tải tác dụng lên một phân mảnh (kN/m);

ϕ': góc kháng cắt biểu kiến trên cơ sở ứng suất có hiệu (°);

e: góc giữa mặt đáy của phân mảnh và mặt phẳng ngang (°);

R: sức kháng (kN/m);

S: tải trọng (kN/m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Bảng 6 - Các hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng phá hoại trượt tròn của nền móng

c) Trong xác minh tính năng trượt của đất nền, các mực nước triều nguy hiểm nhất nên được sử dụng để đảm bảo sự ổn định của các đê chắn sóng. Để biết cách thiết lập mực nước triều, tham khảo Phần II, Chương 2, 3 Mực nước triều. (OCDI 2020).

d) Khi cải tạo đất nền móng, việc xác minh phá hoại trượt tròn có thể được thực hiện bằng cách tham khảo Phần II, Chương 2, 5 Phương pháp cải tạo nền. (OCDI 2020)

6.3.4.3  Xác minh tính năng ổn định tổng thể của thân đê chắn sóng trong một trường hợp tác động tạm thời (Sóng tạm thời)

a) Khái quát

Việc xác minh ổn định tổng thể của các thân đê chắn sóng trong các trường hợp tác động khác nhau Trong đó: tác động trội hơn là sóng biến đổi phải được thực hiện đối với trượt và lật của các đê chắn sóng và khả năng chịu lực của đất nền.

b) Xác minh trượt của các khối đê chắn sóng

1) Việc xác minh trượt của các thân đê chắn sóng đối với sóng biến đổi có thể được thực hiện bằng cách sử dụng biểu thức (8). Trong phương trình này, các chỉ số k và d lần lượt chỉ ra giá trị đặc trưng và giá trị thiết kế. Các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 7, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh tính năng một cách thuận tiện.

Trong đó:

f: hệ số ma sát giữa mặt đáy của thân tường và móng;

W: trọng lượng của thân đê chắn sóng (kN / m);

Pb: sức đẩy nổi (kN/m);

Pu: lực nâng lên (kN/m);

Ph: lực sóng ngang (kN / m);

R: sức kháng (kN/m);

S: tải trọng (kN / m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Bảng 7 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng trượt của các thân đê chắn sóng

2) Các hệ số thành phần trong Bảng 7 được thiết lập có tham chiếu đến các mức độ an toàn trong các tiêu chuẩn trước đây. Ngoài ra, các hệ số thành phần ở trên ở trong điều kiện địa hình đáy biển nơi đặt các đê chắn sóng có độ dốc nhỏ hơn 1/30. Trong trường hợp địa hình đáy biển có độ dốc lớn hơn 1/30, các hệ số thành phần phải được thiết lập một cách thích hợp có tham chiếu đến các mô tả trong Tài liệu tham khảo [11].

3) Để xác minh các phá hoại trượt của đê chắn sóng hỗn hợp có gia cố mặt phía bể cảng của các mặt cắt thẳng đứng, tham khảo Phần III, Chương 4, 3.1.6 Xác minh tính năng và các lưu ý khi gia cố mặt phía bể cảng của các mặt cắt thẳng đứng (OCDI 2020).

4) Mực nước thủy triều được sử dụng để xác minh sự trượt và lật của các thân tường, cũng như khả năng chịu lực, thường là mực nước trung bình thấp nhất hàng tháng (L.W.L) hoặc mực nước trung bình hàng tháng (H.W.L).

5) Trong trường hợp các thùng chìm có chân có mặt cắt ngang hình chữ nhật ở cả hai phía hướng ra biển và về đất liền, thì lực đẩy nổi PB có thể được tính theo công thức sau. Trong phương trình này, chỉ số con k cho biết giá trị đặc trưng. Đối với các móng có hình dạng khác và các mặt cắt cong lên, lực đẩy nổi phải được thiết lập thích hợp.

Trong đó:

p_wg: trọng lượng đơn vị của nước biển (kN/m³);

wl: mực nước triều (m);

h: chiều sâu lắp đặt (m);

B_C: chiều rộng của thân đê chắn sóng (m);

h_f: chiều cao của chân đế (m);

B_f: chiều rộng của chân đế (m).

6) Để tính toán lực sóng, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.2 Lực Sóng Tác dụng lên Tường thẳng đứng. (OCDI 2020)

7) Để biết các trọng lượng đơn vị và hệ số ma sát được sử dụng trong kiểm tra tính năng, tham khảo Phần II, Chương 10 Trọng lượng bản thân và gia tải và Phần II, Chương 11, 9 Hệ số ma sát (OCDI 2020). Có những trường hợp thảm tăng cường ma sát được đặt dưới mặt đáy của các mặt cắt thẳng đứng để tăng hệ số ma sát giữa các mặt cắt thẳng đứng và các đê móng. Đối với thảm tăng cường ma sát, tham khảo Phần II, Chương 11, 9 Hệ số ma sát (OCDI 2020).

c) Kiểm tra lật của các thân đê chắn sóng

1) Việc xác minh lật của các thân đê chắn sóng do sóng thay đổi có thể được thực hiện theo biểu thức (10). Trong phương trình này, các chỉ số k và d lần lượt chỉ ra giá trị đặc trưng và giá trị thiết kế. Các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 8, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh hiệu suất một cách thuận tiện.

Trong đó:

W: trọng lượng của thân đê chắn sóng (kN/m);

P_B: lực đẩy nổi (kN/m);

P_U: lực nâng lên (kN/m);

P_H: lực sóng ngang (kN / m);

a₁ - a₄: chiều dài của cánh tay đòn (m) (tham khảo Hình 31);

R_k: sức kháng (kN · m/m);

S_k: tải trọng (kN · m/m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Hình 31 - Chiều dài cánh tay đòn khi tính mô men

Bảng 8 - Các hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng lật thân đê chắn sóng

2) Các hệ số thành phần trong Bảng 7 được thiết lập có tham chiếu đến các mức an toàn trong các tiêu chuẩn trước đây. Hơn nữa, các hệ số thành phần ở trên được thiết lập trong điều kiện địa hình đáy biển nơi đặt các đê chắn sóng có độ dốc nhỏ hơn 1/30. Trong trường hợp địa hình của đáy biển có độ dốc lớn hơn 1/30, các hệ số thành phần phải được thiết lập thích hợp có tham chiếu đến các mô tả trong Tài liệu tham khảo [11].

3) Trong trường hợp các thùng chìm có chân có mặt cắt ngang hình chữ nhật ở cả mặt hướng biển và mặt đất liền, thì lực đẩy nổi có thể được tính toán bằng biểu thức (9). Đối với các móng có hình dạng khác và các mặt cắt cong lên, lực đẩy nổi phải được thiết lập thích hợp.

d) Xác minh sức chịu tải của đất nền

1) Việc xác minh ổn định về khả năng chịu lực của đất nền tại các mặt đáy của mặt cắt thẳng đứng chống lại sóng biến đổi có thể được tiến hành theo phương pháp Bishop đơn giản hoá (tham khảo Phần III, Chương 2, 4 Ổn định mái dốc) (OCDI 2020), là một trong những phương pháp tính toán trượt tròn dựa trên phương pháp cắt lát. Phương pháp Bishop đơn giản hoá đã được chấp nhận trong quá trình xác minh vì nó đã được các thí nghiệm trong máy ly tâm chứng minh là một mô hình có thể giải thích tốt nhất tính ổn định của khả năng chịu lực so với phương pháp Fellenius đã sửa đổi và phương pháp vòng tròn ma sát.

2) Xác minh tính năng khả năng chịu lực của đất nền có thể được thực hiện bằng cách sử dụng biểu thức (11), thu được bằng phương pháp Bishop đơn giản hoá. Trong phương trình, các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 9, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để thuận tiện cho việc xác minh tính năng. Hơn nữa, trong phương trình, các ký hiệu con k và d chỉ ra giá trị đặc tính và giá trị thiết kế tương ứng. Khi sử dụng biểu thức (11), đầu tiên một tham số phụ Ff cần được xác định thông qua tính toán lặp sao cho F_f thỏa mãn R_k = F_f x S_k (chú ý đến thực tế R_k là một hàm của F_f) và xác minh độ ổn định của khả năng chịu lực có thể được thực hiện bằng cách sử dụng R_k và S_k thu được do kết quả của phép tính lặp.

Trong đó:

P_H: lực sóng ngang (kN/m);

c’: cường độ chịu cắt không thoát nước đối với nền đất dính hoặc lực dính biểu kiến trong điều kiện thoát nước đối với đất cát (kN / m²);

s: chiều rộng của một phân mảnh (m)

‘w’: trọng lượng có hiệu của một phân mảnh (kN/m) (trọng lượng trong khí quyển khi ở trên mặt nước hoặc trọng lượng dưới nước khi ở dưới mặt nước);

q: phụ tải tác dụng lên một phân mảnh (kN/m);

‘ϕ’: góc kháng cắt biểu kiến trên cơ sở ứng suất có hiệu (°);

e: góc giữa mặt đáy của phân mảnh và mặt phẳng ngang (°);

F_f: tham số phụ đại diện cho một tỷ lệ của giới hạn sức kháng với giới hạn tải trọng;

d: chiều dài cánh tay đòn của lực sóng ngang P_H (độ dài đường thẳng đứng từ tâm đường tròn đến vectơ lực tác dụng);

r: bán kính của cung trượt (m);

R: sức kháng (kN/m);

S: tải trọng (kN/m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Bảng 9 - Các hệ số thành phần được sử dụng để xác minh tính năng khả năng chịu lực của thân đê chắn sóng

6.3.4.4  Xác minh tính năng ổn định tổng thể của thân đê chắn sóng trong trường hợp tác động tạm thời (Dịch chuyển mặt đất do động đất cấp 1).

a) Kiểm tra phá hoại trượt của thân đê chắn sóng

1) Mặc dù việc xác minh ổn định của thân đê chắn sóng đối với dịch chuyển mặt đất do động đất cấp 1 thường bị bỏ qua, nhưng trong trường hợp các đê chắn sóng có độ sâu lắp đặt lớn và chiều cao sóng thiết kế nhỏ, có thể có những trường hợp Trong đó: chuyển động của mặt đất do động đất cấp 1 có thể là tác động trội hơn. Trong những trường hợp như vậy, việc xác minh tính năng phải được thực hiện đối với khả năng chịu động đất.

2) Để xác định mức độ cần thiết của việc kiểm tra khả năng chịu động đất và phương pháp tính toán các hệ số địa chấn khi thực hiện kiểm tra khả năng chịu động đất, tham khảo Hình 30 và tham khảo Phần III, Chương 1, 1 Chi tiết hệ số địa chấn để xác minh (OCDI 2020).

3) Việc xác minh phá hoại trượt của thân đê chắn sóng do dịch chuyển của mặt đất do động đất cấp 1 trên cơ sở phương trình cân bằng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng Biểu thức (12). Trong phương trình này, các chỉ số k và d lần lượt chỉ ra giá trị đặc trưng và giá trị thiết kế. Các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 10, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để thuận tiện cho việc xác minh hiệu suất. Hệ số địa chấn để xác minh trong biểu thức 12 có thể được tính bằng phương pháp được mô tả trong Phần III, Chương 1, 1 Chi tiết về Hệ số địa chấn để xác minh. (OCDI 2020)

Trong đó:

k_h: hệ số địa chấn để xác minh;

W: trọng lượng của thân đê chắn sóng (kN/m);

P_d: hợp lực của áp lực nước động (kN/m), có thể được tính theo biểu thức (13).

Trong đó:

ρ_wg: trọng lượng đơn vị của nước biển (kN/m³);

H: độ sâu lắp đặt của đê chắn sóng (m);

W’: trọng lượng có hiệu của đê chắn sóng trong nước (= W - P_B) (kN/m);

P_B: lực đẩy nổi (kN/m);

µ: hệ số ma sát giữa thân đê chắn sóng và đê đá đổ;

R: sức kháng (kN/m);

S: tải trọng (kN/m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Bảng 10 - Các hệ số thành phần được sử dụng để xác minh tính năng trượt của thân đê chắn sóng do dịch chuyển mặt đất do động đất cấp 1

b) Xác minh lật của các thân đê chắn sóng

Việc xác minh lật của các thân đê chắn sóng do dịch chuyển mặt đất do động đất cấp 1 trên cơ sở phương trình cân bằng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng biểu thức (14). Trong phương trình, các chỉ số k và d cho biết giá trị đặc trưng và giá trị thiết kế tương ứng, và lực đẩy nổi tác dụng lên các thân đê chắn sóng có thể được tính theo biểu thức (9). Các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 11, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh hiệu suất một cách thuận tiện.

Trong đó:

k_h: hệ số địa chấn để xác minh;

W: trọng lượng của thân đê chắn sóng (kN/m);

P_dw: hợp lực của áp lực nước động (kN/m), có thể được tính theo biểu thức (13).

Bảng 11 - Các hệ số thành phần được sử dụng để xác minh tính năng lật của thân đê chắn sóng do dịch chuyển mặt đất do động đất cấp 1

c) Kiểm tra sức chịu tải của đất nền

Việc xác minh khả năng chịu lực của đất nền chống lại các dịch chuyển của đất do động đất cấp 1 có thể được thực hiện với sự cân nhắc thích đáng đến các tác động của dịch chuyển mặt đất do động đất và tham khảo Phần III, Chương 2, 3.2 Nền móng. (OCDI 2020) Tuy nhiên, đối với các đê chắn sóng có vấn đề lớn về khả năng chịu lực của nền móng và ổn định chống lún thì nên thực hiện kiểm tra chi tiết, bao gồm cả phân tích động lực học.

6.3.4.5  Xác minh tính năng của thân đê chắn sóng trong trường hợp sự cố

Để xác minh tính năng của thân đê chắn sóng trong trường hợp sự cố Trong đó: tác động trội hơn là sóng sự cố, tham khảo Phần III, Chương 4, 2.2 Các hạng mục liên quan đến đê chắn sóng được phân loại là Công trình được chuẩn bị cho các sự cố ngẫu nhiên và Phần III, Chương 4, 6 Đê chắn sóng ngăn chặn nước dâng bão. (OCDI 2020).

6.3.5  Xác minh tính năng và các điểm cần lưu ý đối với các hạng mục khác về tính ổn định tổng thể của thân đê chắn sóng

6.3.5.1  Xác minh tính năng ổn định của các mặt cắt mái nghiêng

Để xác minh tính năng về ổn định của các đê đá đổ, tham khảo Phần III, Chương 2, 3.2.5 Khả năng chịu lực chống lại các tác động nghiêng lệch tâm. (OCDI 2020)

Các đơn vị lớp phủ của các mặt cắt đê đá phải có khối lượng để đạt được ổn định chống lại lực sóng và độ dày để ngăn các vật liệu bên trong bị rửa trôi.

Để tính toán khối lượng yêu cầu của các đơn vị lớp phủ, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.6.2 Khối lượng yêu cầu của đá và các khối lớp phủ của đê chắn sóng hỗn hợp chống lại sóng. (OCDI 2020)

Để xác minh tính năng của các mặt cắt mái nghiêng được phủ bởi mastic cát, tham khảo các trường hợp trước đây và kết quả nghiên cứu hiện có.

6.3.5.2  Những điểm cần lưu ý khi thực hiện xác minh tính năng của các mặt cắt đầu đê và góc

Không giống như các mặt cắt thân đê, các mặt cắt đầu đê chắn sóng hỗn hợp có các yếu tố chưa được làm sáng tỏ đầy đủ, chẳng hạn như rửa trôi và các tác động trên nền móng. Vì vậy, nên ưu tiên khối lượng đá và khối lớp phủ của các mặt cắt đầu đê lớn hơn khối lượng của các mặt cắt ở thân đê. Để tính toán khối lượng của vật liệu làm lớp phủ, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.6.2 Khối lượng yêu cầu của đá và các khối lớp phủ của đê chắn sóng hỗn hợp chống lại sóng. (OCDI 2020)

Trong trường hợp nền đất yếu, việc xác minh tính năng phải được thực hiện đối với phá hoại trượt của đê chắn sóng theo hướng tuyến bề mặt của chúng. Trong những trường hợp như vậy, việc xác minh tính năng có thể xem xét đến khả năng chống ma sát ở các cạnh móng.

Đối với các phá hoại trượt của đê chắn sóng theo hướng tuyến bề mặt của chúng, tham khảo Phần III, Chương 2, 4 ổn định mái dốc. (OCDI 2020)

Việc xác minh tính năng của các mặt cắt góc phải tính đến sự gia tăng chiều cao sóng.

Khi có các mặt cắt góc trên mặt của đê chắn sóng hỗn hợp, các mặt cắt góc không chỉ cho phép sóng tập trung vào chúng mà còn gây ra sự gia tăng chiều cao sóng xung quanh do sự chồng lấn sóng phản xạ từ các mặt cắt tương ứng dọc theo tuyến bề mặt. Đã có trường hợp đê chắn sóng bị phá hoại do tác động của các sóng như vậy ở các mặt cắt góc. Do đó, việc xác định các tuyến bề mặt và tính toán ổn định của đê chắn sóng hỗn hợp phải được thực hiện theo Phần II, Chương 2, 4.4 Biến dạng sóng và Phần II, Chương 2, 6.2.8 Tính toán lực sóng khi xem xét ảnh hưởng hình dạng của tuyến bề mặt. (OCDI 2020)

Phần đầu đê được cung cấp đăng tiêu phải đảm bảo an toàn về kết cấu của chúng với đăng tiêu, bao gồm các công trình phụ trợ cần thiết để duy trì các chức năng của đăng tiêu. Để biết áp suất gió tác động lên đăng tiêu, tham khảo Phần II, Chương 2, 2 Gió. (OCDI 2020)

Cần lưu ý rằng đã có trường hợp hư hỏng các mặt cắt cơ sở của đê chắn sóng kéo dài từ các bãi biển vì kết cấu của các mặt cắt cơ sở đã bị đơn giản hóa.

6.3.5.3  Kiểm tra lún

Việc xác minh tính năng lún do cố kết hoặc các lý do khác phải được thực hiện với sự cân nhắc đầy đủ đến các đặc điểm của đất nền và công trình. Đối với độ lún, tham khảo Phần III, Chương 2, 3.5 Lún của nền móng. (OCDI 2020).

6.3.6  Xác minh tính năng và các chú ý khi gia cố mặt phía bể cảng của các mặt đứng

6.6.5.1  Khái quát

Một trong những phương pháp điển hình để gia cố mặt phía bể cảng của các mặt cắt đứng là công tác mở rộng khối đắp, Trong đó: lắp đặt đá và các khối phía sau các mặt cắt đứng. Đá và khối được bố trí hợp lý giúp cho các mặt cắt đứng tăng khả năng chống trượt và khả năng chịu lực của nền móng, cần lưu ý rằng việc mở rộng khối đắp cần phải được thực hiện tránh làm xáo trộn hành hải, nơi trú ẩn và neo đậu của tàu thuyền bên trong bể cảng.

Trong xác minh ổn định của các thân đê chắn sóng chống trượt do lực sóng trên các mặt cắt thẳng đứng mà không tính đến công việc mở rộng khối đắp phía sau các thân đê chắn sóng, tỷ số tác động - sức kháng được tính với hệ số thành phần 1,0 sẽ nhỏ hơn 1,0 về bản chất, vì các tỷ số tác động - sức kháng lớn có nguy cơ làm cho các mặt cắt đứng bị trượt cho đến khi công trình mở rộng khối đắp biến dạng đến mức tạo ra lực cản đủ để ổn định các mặt cắt đứng hoặc trượt hoặc bị lật ra biển do rửa trôi.

Khi đá đổ được sử dụng cho việc mở rộng khối đắp, chiều cao a và chiều rộng b của việc mở rộng khối đắp về cơ bản không nhỏ hơn 1/3 chiều cao của mặt cắt đứng (kể cả mặt cắt kết cấu bên trên) Hình 32. Trong trường hợp việc mở rộng khối đắp nhỏ hơn quy định trên, cần phải tiến hành xác minh tính năng bằng cách sử dụng các thử nghiệm mô hình ly tâm hoặc phân tích phần tử hữu hạn, có thể đánh giá một cách thích hợp ứng xử của đất nền ngoài việc xác minh được mô tả dưới đây. Trong thực tế xây dựng cũng cần tránh sử dụng đá đổ có đường kính nhỏ vì nền móng bằng đá tròn có độ bền chịu cắt nhỏ, đá đổ có đường kính nhỏ dễ gây tắc hiệu ứng đường ống.

Hình 32 - Đê chắn sóng được gia cố bằng đá đổ phía bể cảng

Khi gia cố đê chắn sóng bằng mở rộng khối đắp bằng các khối bê tông, phải thực hiện mở rộng khối đắp không để lại khe hở giữa các mặt cắt đứng và các khối. Các khối này phải có đủ độ bền lâu. Hơn nữa, một nghiên cứu đã chỉ ra rằng các khối được lắp đặt ở các tầng dưới cùng khác với các khối của các mặt cắt đứng có thể tăng khả năng chống trượt. Do đó, có khả năng cung cấp các đê chắn sóng có khả năng chống trượt lớn hơn bằng các phương pháp lắp đặt các khối.

Về cơ bản, việc xác minh tính năng của các tấm đáy không xét đến phản lực từ công tác mở rộng nền đắp vì các đặc điểm của phản lực từ công tác mở rộng bờ kè chưa được làm rõ. Tuy nhiên, phản lực như vậy có thể được đưa vào xác minh tính năng trong các trường hợp Trong đó: các đặc tính của phản lực có thể được kiểm tra một cách thích hợp thông qua các thử nghiệm mô hình.

6.6.5.2  Xác minh phá hoại trượt

Việc xác minh các phá hoại trượt có thể được thực hiện theo biểu thức (15). Trong phương trình này, các chỉ số k và d lần lượt chỉ ra giá trị đặc trưng và giá trị thiết kế. Các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 12, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh hiệu suất một cách thuận tiện.

Trong đó:

f: hệ số ma sát giữa mặt đáy của mặt cắt đứng và đê móng;

W: trọng lượng trong khí quyển của mặt cắt đứng (kN/m);

P_B: lực đẩy nổi (kN/m);

P_U: lực nâng lên (kN/m);

P_H: lực sóng ngang (kN/m);

R: sức kháng (kN/m);

S: tải trọng (kN/m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Bảng 12 - Các hệ số thành phần được sử dụng để xác minh tính năng trượt của các thân đê chắn sóng khi phía bể cảng của các mặt cắt đứng được gia cố

Có thể lấy lực cản lớn nhất P_H2 max khi gia cố đê chắn sóng bằng công tác mở rộng bờ kè bằng đá dăm có thể nhận được theo biểu thức (16). Phương trình này là phương pháp Bishop đơn giản hóa (được biểu thị dưới dạng ứng suất có hiệu) với hệ số thành phần là 1,0 để thu được P_H2 max theo cách giả định mặt trượt tròn nông bắt đầu từ chân sau của mặt cắt đứng Hình 33. Cần thay đổi các vị trí của mặt trượt tròn để xác định vị trí đạt được P_H2  max nhỏ nhất. Trong đó: các thông số như cường độ cắt (c’ và ϕ’) phải được thiết lập phù hợp với các giá trị của đê móng.

Trong đó:

c‘: cường độ cắt không thoát nước đối với nền đất dính hoặc độ bám dính biểu kiến của nền đất làm bằng vật liệu đá (kN/m²);

ϕ’: góc chống cắt trong điều kiện thoát nước đối với đất cát hoặc nền bằng vật liệu đá (°);

s: chiều rộng của một phân mảnh (m);

w': trọng lượng có hiệu của một phân mảnh (kN/m) (trọng lượng trong khí quyển khi ở trên mặt nước hoặc trọng lượng dưới nước khi ở dưới mặt nước);

q: tải trọng đứng tác dụng lên một phân mảnh (bao gồm q_v và P_v) (kN/m) (Trong đó: P_v = tan 15 ° • P_H2 max);

e: góc giữa mặt đáy của phân mảnh và mặt phẳng ngang (°);

P_H2 max: lực cản lớn nhất từ đá đổ gia cố (kN/m) (với chiều cao làm việc đặt bằng 1/3 chiều cao a của công trình mở rộng khối đắp);

a₂: chiều dài cánh tay đòn của P_H2 max (chiều dài đường thẳng đứng từ tâm đường tròn đến véc tơ lực tác dụng) (m);

r: bán kính của cung trượt (m).

Hình 33 - Khái niệm về một bề mặt trượt nông khi mặt phía bể cảng của các mặt cắt đứng được gia cố bằng đá đổ

Khi gia cố đê chắn sóng bằng công tác mở rộng khối đắp bằng các khối, lực cản lớn nhất P_H2 max có thể nhận được theo biểu thức (17), Trong đó: lực ma sát P_v được bỏ qua. cần sử dụng hệ số ma sát f nhận được qua các thử nghiệm ma sát.

Trong đó:

f: hệ số ma sát giữa khối và đê móng;

W_b: trọng lượng có hiệu của khối (kN/m) (trọng lượng trong khí quyển khi ở trên mặt nước hoặc trọng lượng dưới nước khi ở dưới mặt nước).

6.6.5.3  Xác minh tính năng lật

Do điểm làm việc thấp, lực cản từ công tác mở rộng khối đắp với chiều cao bằng 1/3 chiều cao của mặt cắt đứng không góp phần đáng kể vào sự ổn định của mặt cắt đứng chống lật. Hơn nữa, vật liệu đá được sử dụng cho công tác đắp nền và mở rộng khối đắp chịu lực kháng cắt lớn sau khi chúng phải chịu một mức biến dạng cắt nhất định. Do đó, có nguy cơ là các mặt cắt đứng có thể đã mất ổn định chống lật khi tác dụng lực kháng từ công tác mở rộng khối đắp. Với tất cả các yếu tố này, việc xác minh tính năng chống lật phải được thực hiện mà không tính đến ảnh hưởng của công việc mở rộng khối đắp bằng cách sử dụng biểu thức (18), với các hệ số thành phần được chọn từ Bảng 13, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để thuận tiện cho việc xác minh tính năng. Tuy nhiên, sức kháng từ công việc mở rộng khối đắp chỉ có thể được xem xét trong trường hợp hiệu quả của sức kháng được xác minh một cách thích hợp bằng các thử nghiệm mô hình.

Bảng 13 - Các hệ số thành phần được sử dụng để xác minh tính năng chống lật của các thân đê chắn sóng khi phía bể cảng của các mặt cắt đứng được gia cố

6.6.5.4  Xác minh tính năng khả năng chịu lực

Việc xác minh tính năng khả năng chịu lực khi phía bể cảng của các mặt cắt đứng được gia cố bằng đá đổ có thể được thực hiện theo biểu thức (18). Trong phương trình, các chỉ số k và d lần lượt chỉ ra giá trị đặc trưng và giá trị thiết kế. Biểu thức (18) là phương pháp Bishop đơn giản hoá, được biểu diễn dưới dạng ứng suất có hiệu và giả định các mặt trượt tròn sâu bắt đầu từ các điểm dưới của các mặt cắt đứng Hình 34 và 35.

Khi sử dụng biểu thức (18), tham số phụ F_f trước tiên cần được xác định thông qua các phép tính lặp lại sao cho F_f thỏa mãn R_k = F_f x S_k (chú ý rằng R_k là một hàm của F_f). Sau đó, việc xác minh tính năng khả năng chịu lực có thể được thực hiện bằng cách sử dụng R_k và S_k thu được do tính toán lặp. Các hệ số thành phần và hệ số điều chỉnh trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 14, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh hiệu suất cho thuận tiện. Trong trường hợp công trình mở rộng khối đắp bằng đá đổ, các thông số về cường độ chịu cắt (c’ và ϕ’) của công tác mở rộng khối đắp phải được thiết lập phù hợp với các giá trị của đê móng.

Trong đó:

c’: cường độ chịu cắt không thoát nước đối với nền đất dính hoặc lực bám dính biểu kiến của nền đất làm bằng vật liệu đá (kN/m²);

ϕ ': góc chống cắt trong điều kiện thoát nước đối với đất cát hoặc nền bằng vật liệu đá (°);

s: chiều rộng của một phân mảnh (m);

w ‘: trọng lượng có hiệu của một phân mảnh (kN/m) (trọng lượng trong khí quyển khi ở trên mặt nước hoặc trọng lượng dưới nước khi ở dưới mặt nước);

q: tải trọng thẳng đứng tác dụng lên phân mảnh (bao gồm q_v, P_V và q_b) (kN/m);

e: góc giữa mặt đáy của phân mảnh và mặt phẳng ngang (°);

P_H1: lực cản ma sát lên mặt đáy của tiết diện đứng (kN / m);

P_H2: lực cản do gia cố đá đổ (kN/m) (với chiều cao làm việc đặt bằng 1/3 chiều cao a của công trình mở rộng khối đắp. Lực cản này không thể xét trong trường hợp công tác mở rộng khối đắp bằng các khối);

a₁: độ dài cánh tay đòn của P_H1 (độ dài đường thẳng đứng từ tâm cung tròn đến vectơ lực tác dụng) (m);

a₂: độ dài cánh tay của P_H2 (độ dài đường thẳng đứng từ tâm cung tròn đến vectơ lực tác dụng) (m);

F_f: tham số phụ đại diện cho một tỷ số của giới hạn sức kháng với giới hạn tải trọng;

r: bán kính của cung trượt (m);

R: sức kháng (kN/m);

S: tải trọng (kN/m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Bảng 14 - Các hệ số thành phần được sử dụng để xác minh tính năng khả năng chịu lực khi mặt bể cảng của các mặt cắt đứng được gia cố

Hình 34 - Giả thiết mặt trượt sâu khi phía bể cảng các mặt cắt đứng được gia cố bằng đá đổ

Hình 35 - Giả thiết mặt trượt sâu khi phía bể cảng các mặt cắt đứng được gia cố bằng các khối

Khi gia cố đê chắn sóng bằng công tác mở rộng khối đắp bằng đá đổ, các mặt cắt đứng chịu tác dụng của lực sóng ngang P_H, lực đẩy nổi P_B, lực nâng lên P_U, phản lực qv và lực ma sát P_H1 từ đê móng, lực cản P_H2 và lực ma sát P_V từ công tác mở rộng khối đắp. Tải trọng tác dụng lên đê móng và công tác mở rộng khối đắp có thể được tính toán bằng phương trình cân bằng tại mặt cắt đứng và các phương trình điều kiện giả định (ví dụ, các biểu thức (19) và (20). Được thực hiện bằng cách thay các tải trọng tính toán vào biểu thức (20)).

Trong đó:

r *: tỷ số phân chia tải trọng (tỷ số giữa lực sóng ngang bị cản lại bởi lực ma sát trên mặt đáy của một mặt cắt đứng với tổng lực sóng ngang)

Tỷ số phân chia tải trọng r * phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt ngang, vật liệu nền và trạng thái chuyển vị của mặt cắt đứng; do đó, rất khó để đặt nó thành một giá trị cố định. Ngược lại, người ta đã biết rằng tỷ số phân chia tải trọng r * có ảnh hưởng nhỏ đến kết quả đánh giá ổn định. Do đó, tỷ số phân chia tải trọng r * có thể được đặt ở mức 0,5 trong xác minh tính năng. Tuy nhiên, khi P_H1 và P_H2 được tính toán với r * đặt ở 0,5 vượt quá giá trị lớn nhất của f (W-PB-PU-PV) và P_H2 max, tương ứng, tỷ số phân chia tải trọng r * sẽ được điều chỉnh để làm cho P_H1 và P_H2 nhỏ hơn giá trị lớn nhất của chúng.

Khi gia cố đê chắn sóng bằng công tác mở rộng khối đắp bằng các khối, mặt cắt đứng chịu tác dụng của lực sóng ngang P_H, lực đẩy nổi P_B, lực nâng lên P_U, phản lực q_v và lực ma sát P_H1 từ đê móng. Tải trọng tác dụng lên đê móng và điểm làm việc có thể được tính theo phương trình cân bằng tại mặt cắt đứng. Hơn nữa, trọng lượng có hiệu của khối được coi là tác dụng lên phần móng. Sau đó, bằng cách sử dụng tất cả các điều kiện tải trọng này, việc xác minh tính năng khả năng chịu lực có thể được thực hiện theo biểu thức (19).

6.3.7  Khối bảo vệ chân

Các đê chắn sóng tốt nhất nên có các khối bảo vệ chân để bảo vệ các phần đá đổ không bị rửa trôi, ngoại trừ các đê chắn sóng có mặt cắt rất sâu hoặc được lắp đặt ở những vùng nước có độ cao sóng thấp và khối lượng đá đổ đủ để đạt được độ ổn định về mặt lý thuyết. Tốt hơn hết là các khối bảo vệ chân được tiếp xúc chặt chẽ với các mặt cắt đứng.

Các đơn vị lớp phủ cho các đê đất được lắp đặt ở mặt trước của các khối bảo vệ chân. Để đảm bảo sự ổn định của các khối bảo vệ chân, nên giảm sự khác biệt về cao độ giữa các đơn vị lớp phủ và các khối ở phạm vi lớn nhất có thể.

Các khối bảo vệ chân được cung cấp với các lỗ có thể làm giảm lực nâng lên tác động lên chúng, do đó cải thiện đáng kể độ ổn định của chúng trước các tác động của sóng.

Theo nghiên cứu trên mô hình vật lý, tỷ lệ lỗ hổng trên các khối bảo vệ chân tốt nhất nên được đặt ở mức xấp xỉ 10% vì các lỗ quá lớn làm giảm tác dụng của các khối bảo vệ chân để ngăn việc xói và rửa trôi.

Khi lắp đặt các khối bảo vệ chân, nên bố trí chúng thành ít nhất hai hàng ở phía hướng ra biển và ít nhất một hàng ở phía đất liền của các mặt cắt đứng.

Độ dày yêu cầu của các khối bảo vệ chân có thể được tính theo biểu thức (21)

Trong đó:

t: chiều dày yêu cầu của khối bảo vệ chân (m);

d_f: 0,18 đối với đoạn thân và 0,21 đối với đoạn đầu của đê chắn sóng (m);

h: độ sâu nước thiết kế (m);

h’: độ sâu mực nước trên đỉnh đê đá đổ (không kể khối) (m) với phạm vi áp dụng trong khoảng h’/h = 0,4 đến 1,0.

Đối với kích thước của khối bảo vệ chân, có thể tính độ dày yêu cầu theo biểu thức (21) và các kích thước khác có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 15. Hình 36 cho các ví dụ về hình dạng và kích thước của các khối bảo vệ chân. Ngoài các ví dụ này, hình dạng của các khối bảo vệ chân có thể được xác định thông qua các thử nghiệm mô hình thủy lực.

Bảng 15 - Độ dày và kích thước yêu cầu của khối bảo vệ chân (Ví dụ)

Việc xác minh tính năng của các khối bảo vệ chân được lắp đặt ở phía bể cảng phải được thực hiện bằng cách xem xét các tác động của sóng bên trong bến cảng, sóng trong quá trình xây dựng và sóng tràn khi cần thiết.

Hình 36 - Hình dạng của khối bảo vệ chân (đơn vị tính bằng m)

Do sự cố xảy ra hư hỏng đối với các khối bảo vệ chân ở một bên bến cảng là rất hiếm, khối lượng của các khối bảo vệ chân ở phía bể cảng có thể nhỏ hơn khối lượng 1/2 thông thường ở phía biển với điều kiện là khối lượng đó phải không được nhỏ hơn khối lượng yêu cầu được xác định có tính đến sóng bên trong bể cảng và trong quá trình xây dựng. Cần đặc biệt chú ý khi sử dụng các khối bảo vệ chân ở các đầu ngoài khơi của đê chắn sóng làm phần đầu tạm thời trong quá trình xây dựng.

6.3.8  Xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu

Để xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu cho loại thùng chìm, loại khối kiểu ô vây và các công trình đê chắn sóng kiểu thùng chìm hỗn hợp, tham khảo Phần III, Chương 2, 2 Bộ phận kết cấu (OCDI 2020).

6.3.9  Chi tiết kết cấu

6.3.9.1  Các hạng mục phổ biến đối với đê chắn sóng hỗn hợp

Bê tông của kết cấu thượng tầng phải được xây dựng có cân nhắc đến tính toàn vẹn của kết cấu thượng tầng với các đê chắn sóng và phải có các mối nối với khoảng cách thích hợp theo hướng tuyến bề mặt. Các mối nối thường được lắp đặt giữa các thùng chìm đối với đê chắn sóng kiểu thùng chìm và cách nhau từ 10 đến 20 m đối với các đê chắn sóng khác.

Nên nghiên cứu sự cần thiết của các biện pháp hạn chế vết nứt do nhiệt thủy hóa của xi măng có xem xét đến điều kiện thi công của bê tông kết cấu bên trên khi cần thiết.

Nên nghiên cứu sự cần thiết của các biện pháp hạn chế vết nứt do nhiệt thủy hóa của xi măng có xem xét đến điều kiện thi công của bê tông kết cấu bên trên khi cần thiết.

Các mặt cá đê đá đổ tốt nhất là đã trải qua các mùa thời tiết khắc nghiệt với mục đích tăng cường độ nén chặt của chúng, do đó hạn chế lộ lún sau khi xây dựng các mặt cắt đứng.

Để lắp đặt các phần đứng một cách chính xác, các bề mặt trên cùng của các mặt cắt đá đổ phải được làm phẳng bằng đá nhỏ để đảm bảo độ phẳng và các viên đá liên kết đủ với nhau. Các bề mặt đá đổ không bằng phẳng nghiêm trọng có thể gây ra các tác động bất lợi lên thùng chìm, chẳng hạn như lực xoắn lên thùng chìm và tải trọng tập trung lên tấm đáy.

Các khu vực bề mặt đá đổ được san phẳng phải xem xét các sai số cho phép ở cả hai phía của các mặt cắt đứng và bao gồm cả các khu vực cho các khối bảo vệ chân và đá lớp phủ.

Đê chắn sóng với các nguy cơ có thể xảy ra xói và rửa trôi phải được cung cấp các biện pháp ngăn chặn xói và rửa trôi theo các mô tả trong Phần II, Chương 2, 7.5. Xói và rửa trôi. (OCDI 2020)

Các biện pháp ngăn ngừa xói và rửa trôi bao gồm đê đá đổ có bậc nhỏ ở chân mái dốc hoặc bảo vệ chân dốc bằng thảm trải sàn, thảm nhựa đường chìm, hoặc thảm nhựa tổng hợp. Các biện pháp để ngăn chặn các đê đá đổ bị lún do rửa trôi bao gồm lắp đặt các tấm thảm trải sàn chìm hoặc đặt các tấm bạt.

6.3.9.2  Các hạng mục của đê chắn sóng hỗn hợp kiểu thùng chìm

Độ dày của nắp bê tông của đê chắn sóng hỗn hợp kiểu thùng chìm phải được xác định cẩn thận bằng cách xem xét các điều kiện xây dựng và sóng.

Các loại vật liệu được sử dụng để lấp đầy thùng chìm là bê tông, bê tông khối, đá, sỏi, cát, xỉ, v.v.

Tốt hơn là xác định các loại vật liệu khi xem xét chi phí xây dựng và điều kiện tự nhiên/xây dựng. Cát là vật liệu điển hình được sử dụng làm chất độn các thùng chìm. Khi sử dụng cát và sỏi làm chất lấp đầy, cần phải bảo vệ phần lấp đầy theo cách đậy hoàn toàn phần lấp đầy bằng nắp hoặc khối bê tông.

Do một số loại xỉ nở ra khi hấp thụ nước, chất lượng của các loại xỉ được sử dụng làm chất độn cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng, bao gồm cả việc xử lý sơ bộ xỉ trước khi đổ đầy vào các thùng chìm.

Độ dày của nắp đậy bằng bê tông không được nhỏ hơn 30 cm đối với các thùng chìm trong điều kiện biển bình thường hoặc không nhỏ hơn 50 cm đối với các thùng chìm trong điều kiện biển động. Thậm chí có trường hợp các nắp đậy bằng bê tông có độ dày không nhỏ hơn 1,0 m đối với các thùng chìm chịu điều kiện biển động trong thời gian dài với lớp đệm chỉ được bảo vệ bằng nắp mà không có kết cấu bên trên như trong Hình 37. Khi sử dụng nắp đậy bằng bê tông đúc sẵn cho các nắp đậy chịu sóng dữ dội, có thể đặt một lớp đá dăm dày từ 30 đến 50 cm bên dưới mỗi nắp bê tông đúc sẵn để ngăn chặn khả năng xảy ra hiện tượng rửa trôi cát lấp qua các khe hở giữa nắp đậy và thùng chìm do bê tông đổ tại chỗ lấp đầy các khoảng trống bị sóng cuốn trôi.

Có một số trường hợp khác của các thùng chìm có các tấm bạt đặt giữa các nắp bê tông và lấp cát như một biện pháp để ngăn cát lấp không bị rửa trôi qua các vết nứt có thể xảy ra trên nắp bê tông tạo ra khi nắp bị sóng tác động mạnh.

Hình 37 - Các ví dụ về xây dựng các nắp bê tông

Về lực sóng tác dụng lên bê tông kết cấu bên trên, còn nhiều yếu tố chưa được làm sáng tỏ. Do đó, bê tông kết cấu bên trên phải được xây dựng để có thể tích hợp với các đê chắn sóng. Đối với các mối nối xây dựng của bê tông kết cấu bên trên, tham khảo Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho kết cấu bê tông [12] của Hiệp hội kỹ sư dân dụng Nhật Bản. Các phương pháp được sử dụng để tăng cường sự tích hợp giữa bê tông kết cấu bên trên và đê chắn sóng bao gồm đúc bê tông kết cấu bên trên với các phần trên cùng của các thùng chìm được chôn vào trong nó, cung cấp các nắp bê tông có bề mặt lõm vào (chủ yếu là các nắp bê tông đúc sẵn) và lắp đặt các thanh cốt thép hoặc thép hình giữa bê tông kết cấu bên trên và các thùng chìm (xem Hình 38). Các mối nối giữa lan can và bê tông kết cấu bên trên nên sử dụng các mộng âm dương bằng cốt thép thanh hoặc thép hình để tích hợp.

Hình 38 - Các phương pháp đổ bê tông kết cấu bên trên

6.3.9.3  Các hạng mục cho đê chắn sóng hỗn hợp kiểu khối

Đê chắn sóng hỗn hợp kiểu khối phải có các khối lớn nhất có thể. Đặc biệt, tốt nhất là các khối dưới cùng phải được đúc nguyên khối không có mối nối.

Có hai phương pháp để xếp khối: một là xếp theo chiều ngang, và phương pháp kia là xếp nghiêng. Nói chung, xếp theo chiều ngang có thể dễ dàng thực hiện và đã được sử dụng thường xuyên. Trong trường hợp xếp chồng theo chiều ngang, ưu tiên các mối nối công trình thẳng đứng không thẳng hàng từ trên xuống theo mặt cắt vuông góc với tuyến mặt của đê chắn sóng mà được bố trí xen kẽ để đảm bảo sự liên kết của các thân đê chắn sóng.

Phương pháp xếp chồng nghiêng cũng được thực hiện trong trường hợp đê chắn sóng dạng khối được xây dựng ở những nơi bị xói hoặc lún nghiêm trọng và độ sâu nước tương đối nông. Trong những trường hợp như vậy, bê tông kết cấu bên trên được xây dựng sau khi các khối đã lún xuống đầy đủ. Tốt hơn là mỗi mặt cắt ngang của đê chắn sóng để xếp chồng nghiêng bao gồm một khối duy nhất. Các góc nghiêng thường là 50 ° đến 80 ° đối với mặt phẳng nằm ngang.

Tốt hơn hết là các mối nối xây dựng theo phương thẳng đứng không thẳng theo tuyến trong các mặt cắt song song với tuyến mặt của đê chắn sóng (mặt cắt dọc).

Các khối thường được cung cấp các mộng âm dương Hình 39 để cho phép chúng liên kết với nhau, do đó ngăn trượt lên nhau. Nói chung, chiều rộng a và chiều cao b của các mộng lần lượt là khoảng 50 và 20 cm, và chiều rộng a’ và chiều cao b’ của các mộng âm lớn hơn của các mộng dương khoảng 5 cm.

Để ngăn chặn các khối trượt, có một phương pháp thay thế Trong đó: các khối có lỗ xuyên qua đúc sẵn được xếp chồng lên nhau và tích hợp lên trên khối kia bằng cách lấp đầy các lỗ xuyên qua bằng bê tông hoặc bằng cách chèn vật liệu thép vào các lỗ xuyên qua có các khoảng trống, trong đó nhồi đầy vữa. Trong phương pháp này, các lỗ xuyên nhỏ quá mức làm giảm tác dụng ngăn các khối trượt và các lỗ xuyên lớn quá mức có thể gây ra sự phá hủy các khối. Có những phương pháp thay thế khác sử dụng các khối lồng vào nhau, bao gồm các khối biến dạng có hình lục giác hoặc hình trống. Tuy nhiên, trong quá trình xác minh tính năng, ảnh hưởng của các khối lồng vào nhau bị biến dạng này thường bị bỏ qua.

Hình 39 - Mộng âm dương của khối bê tông

6.3.9.4  Các hạng mục cho đê chắn sóng hỗn hợp kiểu khối vây ô

Độ dày của nắp bê tông của đê chắn sóng hỗn hợp kiểu khối vây ô phải được xác định cẩn thận bằng cách xem xét sóng và điều kiện xây dựng.

Các khối vây ô thấp nhất phải có chân để để tăng cường độ ổn định.

Bê tông hoặc đá có thể được sử dụng làm vật liệu lấp đầy các ô.

Khi xếp chồng các khối vây ô, sự tích hợp của các khối sẽ được tăng cường bằng các hiệu ứng lồng vào nhau với các mộng âm dương được cung cấp ở phần trên và dưới của thành khối (Hình 28c).

Các khối vây ô chứa đầy đá có thể có các tấm đáy để ngăn đá đùn ra ngoài.

6.3.9.5  Các hạng mục cho đê chắn sóng hỗn hợp kiểu khối bê tông đổ tại chỗ

Trong nhiều trường hợp, mỗi khối bê tông cấu thành các mặt cắt thẳng đứng của đê chắn sóng hỗn hợp kiểu khối bê tông đổ tại chỗ có kích thước từ 5 đến 10 m để chống nứt do co hoặc lún không đều.

Bê tông tại chỗ có thể được đúc bằng bê tông dưới nước, bê tông đóng gói sẵn hoặc phương pháp thi công khô.

6.4  Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng tường đứng)

6.4.1  Khái quát

Đê chắn sóng tường đứng có cấu trúc trong đó: các chân tường với các tường phía trước thẳng đứng được lắp đặt dưới đáy biển để phản xạ năng lượng sóng.

Hình 40 cho thấy các ví dụ về mặt cắt của đê chắn sóng tường đứng.

Hình 40 (1) ví dụ về đê chắn sóng tường đứng loại thùng chìm

Hình 40 (b) ví dụ về đê chắn sóng tường đứng loại khối bê tông

6.4.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Mặt cắt của đê chắn sóng tường đứng phải được thiết lập thích hợp theo Phần III, Chương 4, 3.1 Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng hỗn hợp). (OCDI 2020).

6.4.3  Tác động

Các tác động đối với đê chắn sóng tường đứng phải được thiết lập thích hợp theo Phần III, Chương 4, 3.1 Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng hỗn hợp). (OCDI 2020).

6.4.4  Xác minh tính năng

Việc xác minh tính năng của các đê chắn sóng mặt đứng có thể được thực hiện theo Phần III, Chương 4, 3.1 Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng hỗn hợp). (OCDI 2020).

6.4.5  Chi tiết kết cấu

Các chi tiết kết cấu của đê chắn sóng tường đứng phải được kiểm tra một cách thích hợp với tham chiếu đến Phần III, Chương 4, 3.1 Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng hỗn hợp). (OCDI 2020).

Khi xây dựng đê chắn sóng bằng bê tông đổ tại chỗ, bề mặt móng không bằng phẳng được chấp nhận, nhưng bề mặt đó không được có cát, đá vụn hoặc rong biển để đảm bảo độ kết dính giữa bê tông đổ tại chỗ và nền móng. Hơn nữa, các phần của bề mặt mỏng tiếp xúc với ván khuôn phải được san phẳng để đảm bảo độ kết dính. Trong trường hợp có khó khăn trong việc san lấp đáy biển cứng và không bằng phẳng, tốt nhất là đảm bảo độ kết dính giữa các đê chắn sóng và đáy biển bằng cách điều chỉnh linh hoạt hình dạng ván khuôn phù hợp với địa hình của đáy biển không bằng phẳng.

Khi phần dưới của đê chắn sóng tường đứng dễ bị rửa trôi, đê chắn sóng mặt đứng được xây dựng dưới đáy biển không có nền móng lộ ra ngoài phải được bảo vệ chân đầy.

6.5  Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng mái nghiêng)

6.5.1  Khái quát

Đê chắn sóng mái nghiêng có kết cấu mà trong đó: đá hoặc khối bê tông được xếp thành hình thang theo mặt cắt ngang chủ yếu để tiêu tán lực sóng bằng cách cho phép sóng phá vỡ trên các sườn dốc phía trước các thân đê chắn sóng.

Hình 41 thể hiện các ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng mái nghiêng.

Hình 41 - Ví dụ về các mặt cắt ngang của đê chắn sóng mái nghiêng

6.5.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Chiều cao đỉnh của đê chắn sóng mái nghiêng có thể được thiết lập phù hợp với đê chắn sóng hỗn hợp như được mô tả trong Chương 4, 3.1.2 Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản. (OCDI 2020) Hơn nữa, chiều cao kết cấu đỉnh có thể được thiết lập phù hợp với mục đích sử dụng của kết cấu đỉnh.

Cần lưu ý rằng vì đê chắn sóng mái nghiêng truyền sóng, chúng có thể làm cho chiều cao sóng bên trong bể cảng cao hơn so với trường hợp đê chắn sóng mặt đứng mặc dù chiều cao của kết cấu đỉnh là giống nhau. Đối với sóng tràn và sóng truyền, tham khảo Phần II, Chương 2, 4.4.7 Chiều cao sóng leo, Sóng tràn và Sóng truyền. (OCDI 2020)

Chiều rộng của kết cấu đỉnh có thể được thiết lập trên cơ sở kết quả của các thử nghiệm mô hình thích hợp.

Các đê chắn sóng mái nghiêng chịu sóng tràn đáng kể phải có bề rộng kết cấu đỉnh đủ rộng để ngăn các đơn vị lớp phủ ở các phần trên cùng bị rơi vào trạng thái không ổn định.

Chiều rộng kết cấu đỉnh của đê chắn sóng đá đổ được xây dựng theo cách kéo dài các đê đá đổ từ các bãi biển ra biển tốt nhất được xác định để đáp ứng việc xác minh tính năng và tạo thuận lợi cho công việc xây dựng.

Chiều cao kết cấu đỉnh và phương pháp thi công của đê chắn sóng mái nghiêng được xây dựng trên nền đất yếu có thể được thiết lập với tham chiếu cho đê chắn sóng hỗn hợp như được mô tả trong Chương 4, 3.1.2 Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản. (OCDI 2020)

Khi các khối dị dạng được sử dụng cho đê chắn sóng mái nghiêng với chiều cao kết cấu đỉnh khoảng 0,6H_1/3 so với mực nước cao nhất trung bình hàng tháng, chiều rộng của kết cấu đỉnh có thể tương đương với ba hàng của các khối dị dạng hoặc hơn (Hình 42). Tuy nhiên, chiều rộng kết cấu đỉnh nên được xác định thông qua một thử nghiệm mô hình thích hợp vì độ ổn định của phần trên cùng của đê chắn sóng mái nghiêng thay đổi tùy thuộc vào đặc tính của các đơn vị lớp phủ và điều kiện sóng.

Theo các trường hợp thực tế, độ dốc thường được đặt ở mức xấp xỉ 1: 2 và 1: 1,5 cho các mặt hướng ra biển và đất liền của đê chắn sóng đá đổ, và khoảng 1:1,3 đến 1: 1,5 đối với đê chắn sóng đá đổ được phủ bởi các khối bê tông. Trong trường hợp mái dốc ra biển có độ dốc và khối lượng lớp phủ khác nhau giữa phần trên và phần dưới, ranh giới của các độ dốc và khối lượng khác nhau phải được định vị sâu hơn ít nhất 1,5 H_1/3 so với mực nước tĩnh nói chung.

Hình 42 - Chiều rộng kết cấu đỉnh của đê chắn sóng mái nghiêng

Các đê chắn sóng mái nghiêng ở Châu Âu và Hoa Kỳ có xu hướng có chiều cao kết cấu đỉnh cao do sử dụng chiều cao sóng leo vượt ngưỡng 2% của sóng ngẫu nhiên R_2% làm chiều cao kết cấu đỉnh mục tiêu.

Hình 43 - Đê chắn sóng bằng đá đổ

(Mặt cắt điển hình của phần đầu của đê chắn sóng bên ngoài)

6.5.3  Xác minh tính năng

6.5.3.1  Các hạng mục xác minh tính năng đê chắn sóng mái nghiêng

Các đê chắn sóng mái nghiêng có vấn đề về sóng tràn và sóng truyền qua và phải chịu các kiểu phá hoại như sau: xói và phá vỡ các đơn vị lớp phủ; vỡ, trượt và lật của kết cấu bên trên; phá hoại trượt của mái dốc phía trước; xói các đê bên dưới các đơn vị lớp phủ; lún của vật liệu lõi; xói cát ở các chân mái dốc; rửa trôi các thành phần hạt mịn do sự không ổn định bên trong của vật liệu lọc và lún mặt đất (Hình 44). Do đó, việc xác minh tính năng của đê chắn sóng mái nghiêng phải được thực hiện để ngăn ngừa các dạng phá hoại này.

CHÚ THÍCH:

Hình 44 - Các chế độ phá hoại của đê chắn sóng mái nghiêng (Tham khảo ISO 21650)

Các hạng mục xác minh tính năng của đê chắn sóng mái nghiêng bao gồm ổn định của kết cấu bên trên; ổn định của các khối lớp phủ (đá đổ, khối bê tông và khối bê tông dị dạng) ở các mặt cắt mái nghiêng, khối lượng yêu cầu của đá đổ và khối bên dưới lớp phủ tại các mặt cắt nghiêng và ổn định bên trong của chúng như các lớp lọc, và khả năng chịu lực của các mặt cắt mái nghiêng và nền đất.

6.5.3.2  Xác minh tính năng ổn định của kết cấu bên trên

Việc xác minh tính ổn định của các kết cấu bên trên trong các trường hợp biến đổi đối với sóng phải được thực hiện đối với trượt và lật của các kết cấu bên trên.

Việc xác minh tính ổn định của các kết cấu bên trên trong các trường hợp biến đổi liên quan đến sóng phải được thực hiện bằng cách sử dụng các biểu thức (22) và (23). Trong các biểu thức này, ký hiệu y là hệ số thành phần của mỗi chỉ số con. Hơn nữa, các chỉ số con k và d chỉ ra giá trị đặc trưng và giá trị thiết kế tương ứng. Các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 16 và 17, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để thuận tiện cho việc xác minh tính năng.

a) Xác minh trượt

Trong đó:

f: hệ số ma sát giữa kết cấu bên trên và đá đổ;

W: trọng lượng của kết cấu bên trên (kN / m);

P_B: lực đẩy nổi (kN/m);

P_U: lực nâng lên (kN/m);

P_H: lực sóng ngang (kN/m);

R: sức kháng (kN/m);

S: tải trọng (kN/m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Bảng 16 - Các hệ số thành phần được sử dụng để xác minh tính năng của kết cấu bên trên

b) Xác minh lật

Trong đó:

W: trọng lượng của kết cấu bên trên (kN/m);

P_B: lực đẩy nổi (kN/m);

P_U: lực nâng lên (kN/m);

P_H: lực sóng ngang (kN/m);

a₁ đến a₄: chiều dài cánh tay của các tác động tương ứng (m);

R: sức kháng (kN/m);

S: tải trọng (kN/m);

γ_R: hệ số thành phần nhân với sức kháng;

γ_S: hệ số thành phần nhân với tải trọng;

m: hệ số điều chỉnh.

Bảng 17 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng chống lật của kết cấu bên trên

Cần phải tính toán một cách thích hợp các giá trị đặc trưng cho trọng lượng Wk và lực đẩy nổi của kết cấu bên trên trong các biểu thức (22) và (23).

6.5.3.3  Xác minh tính năng của các đơn vị lớp phủ cho các mặt cắt nghiêng

Một trong những phương pháp để che phủ các phần dốc là sử dụng đá đổ hoặc các khối bê tông dị dạng làm lớp phủ, và một phương pháp khác là phủ các bề mặt nghiêng bằng mastic cát.

Các đơn vị lớp phủ cho các phần đá đổ phải có khối lượng đủ để đảm bảo ổn định chống lại sóng và đủ chiều dày để ngăn không cho lớp đệm bị rửa trôi.

Khi tính toán khối lượng yêu cầu của các đơn vị lớp phủ, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.6 Tính ổn định của đá và khối lớp phủ chống lại sóng (OCDI 2020 hoặc ISO 21650).

Khối lượng yêu cầu của các đơn vị lớp phủ sẽ được thiết lập thích hợp khi xây dựng các lớp phủ không phải ngẫu nhiên mà bằng cách sắp xếp các đơn vị lớp phủ có trật tự hoặc bằng cách đặt các lớp đá lớp phủ. Số lớp đặt thường bằng hai khi xây dựng các lớp phù bằng cách sắp xếp ngẫu nhiên.

Khi sử dụng mastic cát cho bề mặt mái nghiêng, tham khảo kinh nghiệm các trường hợp đã sử dụng trước.

6.5.3.4  Khối lượng yêu cầu của đá đổ và khối bên dưới các đơn vị lớp phủ tại các mặt cắt mái nghiêng và ổn định bên trong của chúng như các lớp lọc

Khối lượng yêu cầu của các lớp lọc (đá đổ và khối) bên dưới các đơn vị lớp phủ tại các đê chắn sóng mái nghiêng tốt nhất nên xấp xỉ bằng 1/10 đến 1/15 hoặc nhiều hơn khối lượng các đơn vị lớp phủ, Khối lượng của đá (vật liệu lõi) bên dưới các lớp lọc tốt nhất là xấp xỉ bằng 1/20 hoặc nhiều hơn khối lượng của các lớp lọc.

Việc xác minh tính ổn định về khối lượng của đá (vật liệu lõi) bên dưới các lớp lọc có thể được thực hiện theo biểu thức sau (ISO 21650):

Trong đó:

d và W tương ứng là đường kính hạt và khối lượng của đá hoặc khối bê tông;

d_15,lọc là cỡ sàng cho 15% khối lượng lọt qua;

d_85,lõi là cỡ sàng 85% khối lượng lọt qua;

W_50,lọc là khối lượng của vật liệu lọc có đường kính trung bình;

W_50,lõi là khối lượng của vật liệu lõi có đường kính trung bình.

Hơn nữa, việc xác minh tính ổn định bên trong của vật liệu lọc có thể được thực hiện với điều kiện sau.

6.5.3.5  Khả năng chịu lực của mặt cắt mái nghiêng và đất nền

Ổn định của mặt cắt mái nghiêng của đê chắn sóng mái nghiêng có thể được kiểm tra thông qua việc xác minh các phá hoại trượt tròn của các lớp đá đổ và các phá hoại trượt của chúng do tải trọng lệch tâm và nghiêng.

Để xác minh phá hoại trượt tròn của các lớp đá đổ và các phá hoại trượt do tải trọng lệch tâm và nghiêng, tham khảo Phần III, Chương 2, 4.2.1 Phân tích ổn định bằng các mặt trượt tròn và Phần III, Chương 2, 3.2.5 Khả năng chịu lực của các tác động lệch tâm và nghiêng tương ứng.

6.5.3.6  Xác minh tính năng ổn định của các mặt cắt đầu đê

Các mặt cắt đầu đê chắn sóng mái nghiêng tốt nhất nên được xây dựng theo hình bán nguyệt bằng cách sử dụng các đơn vị lớp phủ có khối lượng lớn hơn 1,5 lần hoặc hơn nữa so với được sử dụng cho các mặt cắt thân đê. Khi tính toán khối lượng của đá lớp phủ và khối tiêu sóng, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.6 ổn định của đá lớp phủ và khối chống lại sóng (OCDI 2020). Ổn định của các phần đầu nên được kiểm tra thông qua các thử nghiệm mô hình thủy lực.

6.5.4  Xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu

Để xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu, tham khảo Phần III, Chương 2, 2 Các bộ phận kết cấu. (OCDI 2020).

6.5.5  Chi tiết kết cấu

Nền móng của đê chắn sóng mái nghiêng phải có các biện pháp chống xói và ngăn chặn rửa trôi khi cần thiết.

Các biện pháp phòng chống xói bao gồm đê đá đổ có bậc nhỏ ở chân mái dốc hoặc bảo vệ chân mái dốc bằng khối đá đổ, thảm trải sàn chìm, thảm nhựa đường hoặc thảm nhựa tổng hợp (xem Hình 42).

Các biện pháp ngăn chặn các đê đá đổ bị lún do rửa trôi bao gồm lắp đặt các tấm thảm trải sàn chìm hoặc trải các tấm bạt.

Nói chung, khi xây dựng các công trình bên trên trên đê chắn sóng bằng khối đá đổ và đê đá đổ, phần móng đê đá đổ của các công trình bên trên sẽ bị che khuất bằng các khối đá đổ nhỏ.

Công tác hoàn thiện bề mặt của đê chắn sóng mái nghiêng phải được thực hiện theo cách đảm bảo liên kết đầy đủ của các vật liệu làm lớp phủ bề mặt với sự chú ý cẩn thận đến việc hoàn thiện các phần kết cấu đỉnh.

Tại các khu vực ven biển bị ảnh hưởng bởi dòng bùn cát ven bờ, các đê chắn sóng mái nghiêng được cung cấp biện pháp tốt nhất ngăn chặn sự xâm nhập của trầm tích để tránh cho bể cảng không bị bồi lắng do cát đi qua đê chắn sóng mái dốc cùng với sóng.

Công tác ngăn chặn sự xâm nhập của trầm tích thường được thực hiện theo cách xây dựng các tường bằng cọc ván hoặc các khối bên trong đê chắn sóng hoặc đổ vật liệu đá có phân bố cỡ hạt rộng bên trong đê chắn sóng mái nghiêng hoặc trên các mái dốc ở phía bể cảng.

Cần lưu ý rằng đê chắn sóng mái nghiêng dễ bị tác động bởi sóng làm phân tán đá.

Để biết hỗn hợp vật liệu được sử dụng khi làm đê chắn sóng mái nghiêng bằng phương pháp mastic, tham khảo Phần II, Chương II, 4 Vật liệu nhựa đường. (OCDI 2020)

Khi xây dựng đê chắn sóng mái nghiêng trên nền đất yếu, lún và chìm của các đê chắn sóng thường làm cho khối lượng đá đổ hoặc khối lượng cần thiết trong xây dựng thực tế lớn hơn đáng kể so với số lượng dựa trên mặt cắt thu được bằng việc xác minh tính năng. Ngay cả trong trường hợp điều kiện mặt đất thuận lợi, tốt nhất là chuẩn bị thêm số lượng đá trong quá trình xây dựng thực tế để đề phòng sự phân tán và cố kết của đá do sóng.

6.6  Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng được phủ bởi các khối tiêu sóng)

6.6.1  Khái quát

Đê chắn sóng được phủ bởi các khối tiêu sóng có cấu trúc trong đó: các khối tiêu sóng được lắp đặt phía trước các đê chắn sóng hỗn hợp kiểu đứng để năng lượng sóng có thể bị tiêu tán bởi các khối và sóng truyền qua có thể bị chặn bởi các mặt đứng.

Hình 46 là các ví dụ về các mặt cắt ngang của đê chắn sóng được bao phủ bởi các khối tiêu sóng.

Hình 46 Ví dụ về các mặt cắt ngang của đê chắn sóng được phủ bởi các khối tiêu sóng

6.6.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Chiều cao kết cấu đỉnh của đê chắn sóng được phủ bởi các khối tiêu sóng có thể được thiết lập phù hợp với đê chắn sóng hỗn hợp như được mô tả trong Chương 4, 3.1.2 Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản. (OCDI 2020)

Nói chung, các khối tiêu sóng có chiều cao đỉnh thấp quá mức so với các mặt cắt mặt đứng có thể cho phép lực sóng vỡ xung động tác động lên các phần mặt đứng và các khối tiêu sóng có chiều cao đỉnh cao hơn phần mặt đứng có thể gây mất ổn định cho các khối tiêu sóng trên cùng.

Các khối tiêu sóng phải có chiều rộng trên đỉnh tương đương với hai hàng khối tiêu sóng trở lên để cho phép chúng phát huy tác dụng tiêu sóng đầy đủ.

Có thể đặt chiều dày của kết cấu bên trên và chiều cao kết cấu đỉnh của các đê chắn sóng được lắp đặt phù hợp với đê chắn sóng mặt đứng, và chiều dày của các mặt cắt đá đổ có thể được thiết lập phù hợp với đê chắn sóng hỗn hợp.

Nếu chiều cao của đỉnh là giống nhau, thì các đê chắn sóng được phủ bởi các khối tiêu sóng có thể làm giảm mức độ sóng tràn và sóng truyền qua so với các đê chắn sóng mặt đứng và hỗn hợp. Đối với sóng tràn và sóng truyền qua, tham khảo Phần II, Chương 2, 6 Sóng. (OCDI 2020)

Các khối tiêu sóng có thể làm giảm áp suất sóng, làm giảm sóng tràn và sóng truyền qua, đồng thời hạn chế sóng phản xạ. Các thử nghiệm mô hình cần được tiến hành để đánh giá chính xác những ảnh hưởng này.

Cần chú ý đến lực sóng vỡ xung động có thể có tác dụng lên các phần của mặt cắt mặt đứng mà các khối tiêu sóng chưa được lắp đặt hoàn chỉnh trong quá trình thi công.

6.6.3  Tác động

Đối với các tác động trên đê chắn sóng được phủ các khối tiêu sóng, tham khảo Chương 4, 3.1.3 Các tác động. (OCDI 2020)

Nói chung, trọng lượng bản thân của các khối tiêu sóng dựa vào các thùng chìm không được coi là tác động lên các thùng chìm khi các đê chắn sóng chịu sóng. Khi coi trọng lượng bản thân của các khối tiêu sóng là tác dụng lên thùng chìm, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.2.5 Lực sóng tác dụng lên các tường đứng được bởi các khối tiêu sóng. (OCDI 2020).

6.6.4  Xác minh tính năng ổn định tổng thể của các thân đê chắn sóng

Để xác minh ổn định của các đê chắn sóng được phủ các khối tiêu sóng, tham khảo Chương 4, 3.1 Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng hỗn hợp). (OCDI 2020)

Việc xác minh tính năng đối với các phá hoại trượt và lật của đê chắn sóng được phủ các khối tiêu sóng đối với sóng biến đổi phải được thực hiện bằng cách sử dụng các biểu thức (8) và (10). Các hệ số thành phần trong phương trình có thể được chọn từ các giá trị trong Bảng 18 và 19, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh hiệu suất một cách thuận tiện.

Bảng 18 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng trượt của các thân đê chắn sóng

Bảng 19 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng lật của các thân đê chắn sóng

Các hệ số thành phần ở trên được thiết lập dựa trên các mức độ an toàn trong các tiêu chuẩn trước đây. Ngoài ra, các hệ số thành phần được thiết lập trong điều kiện địa hình đáy biển nơi các đê chắn sóng được đặt có độ dốc nhỏ hơn 1/30. Trong trường hợp địa hình đáy biển có độ dốc lớn hơn 1/30, các hệ số thành phần phải được thiết lập một cách thích hợp có tham chiếu đến các mô tả trong [11].

Trong [11], các hệ số thành phần được đặt trong điều kiện chiều cao đỉnh của các khối tiêu sóng không bị ảnh hưởng bởi lún. Do độ lún kết cấu đỉnh của các khối tiêu sóng có nguy cơ gây mất ổn định tức thời cho các đê chắn sóng khi lực sóng tác động lên chúng tăng lên, do đó cần phải chú ý cung cấp các khối tiêu sóng bằng các biện pháp phòng chống lún.

6.6.5  Xác minh tính năng của các hạng mục khác liên quan đến ổn định tổng thể của các thân đê chắn sóng

6.6.5.1  Xác minh tính năng về ổn định của các mặt cắt mái nghiêng

Để tính toán khối lượng cần thiết của các đơn vị lớp phủ cho các đê chắn sóng được phủ các khối tiêu sóng, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.6.2 Khối lượng yêu cầu của đá lớp phủ và các khối đê chắn sóng hỗn hợp chống lại sóng. (OCDI 2020)

Khối lượng yêu cầu của các đơn vị lớp phủ sẽ được thiết lập thích hợp khi xây dựng các lớp phủ không phải ngẫu nhiên mà sắp xếp các đơn vị lớp phủ có trật tự hoặc bằng cách xếp theo lớp các viên đá lớp phủ. Số lớp thường là hai khi xây dựng các lớp phủ bằng cách sắp xếp ngẫu nhiên các đơn vị lớp phủ.

6.6.5.2  Xác minh tính năng ổn định của các mặt cắt đầu đê

Các mặt cắt đầu đê chắn sóng được phủ bởi các khối tiêu sóng nên được xây dựng theo hình bán nguyệt bằng cách sử dụng các đơn vị lớp phủ có khối lượng lớn hơn 1,5 lần hoặc hơn so với khối lượng được sử dụng cho các mặt cắt thân đê. Khi tính toán khối lượng của các khối tiêu sóng, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.6.2 Khối lượng yêu cầu của đá lớp phủ và các khối đê chắn sóng hỗn hợp chống lại sóng. (OCDI 2020)

6.6.5.3  Xác minh tính năng ổn định của các công trình tiêu tán sóng

Để xác minh tính năng ổn định của các công trình tiêu tán sóng, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.6.2 Khối lượng yêu cầu của đá lớp phủ và các khối đê chắn sóng hỗn hợp chống lại sóng. (OCDI 2020)

6.6.6  Xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu

Việc xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu có thể được thực hiện theo Phần III, Chương 2, 2 Các bộ phận kết cấu. (OCDI 2020)

6.6.7  Chi tiết kết cấu

Kích thước của các khối bảo vệ chân ở phía biển của đê chắn sóng được phủ bởi các khối tiêu sóng có thể được tính theo biểu thức (21) trong Chương 4, 3.1 Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng hỗn hợp) (OCDI 2020) cho sóng trong quá trình xây dựng bằng cách xem xét các giai đoạn đê chắn sóng được để lại mà không có khối tiêu sóng trong quá trình xây dựng.

Nói chung, do các khối tiêu sóng dễ bị xói và rửa trôi khỏi đất nền do sóng, nên chúng cần được ngăn xói và rửa trôi ở các chân dốc để tránh lún, khi cần thiết. Đối với công việc ngăn xói và rửa trôi, tham khảo Chương 4, 3.3.5 Chi tiết kết cấu. (OCDI 2020)

6.7  Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng)

6.7.1  Khái quát

Đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng là đê chắn sóng mặt đứng kiểu khối bê tông khối lớn hoặc đê chắn sóng hỗn hợp được xây dựng bằng cách xếp chồng trực tiếp các khối đặc biệt có chức năng hấp thụ sóng (khối hấp thụ sóng mặt đứng).

Đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng, trừ những loại có cấu trúc nguyên khối quy mô lớn, thường được sử dụng làm đê chắn sóng trong các vịnh bên trong hoặc bể cảng bên trong nơi độ cao của sóng tương đối thấp. Hình 47 cho thấy một ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng.

Hình 47 Ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng mặt đứng kiểu khối hấp thụ sóng

6.7.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Cần phải xác định kích thước kết cấu của đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng để có thể mang lại tính năng hấp thụ sóng cần thiết.

Chiều cao kết cấu đỉnh của đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng có thể được quyết định bằng cách xem xét chiều cao thỏa mãn các yêu cầu về tính năng và chiều cao của các phần hấp thụ sóng và bằng cách tham khảo Chương 4, 3.1.4 Xác minh tính năng ổn định tổng thể của các thân đê chắn sóng. (OCDI 2020). Chiều cao kết cấu đỉnh của các phần hấp thụ sóng phải được xác định bằng cách xem xét tính năng hấp thụ sóng. Trong trường hợp kết cấu có thấm, kích thước của các mặt cắt mở phải được xác định bằng cách xem xét các đặc tính truyền sóng.

Tính năng hấp thụ sóng của đê chắn sóng kiều khối hấp thụ sóng mặt đứng thay đổi tùy thuộc vào độ cao kết cấu đỉnh và độ cao đáy của các mặt cắt khối hấp thụ sóng.

Một số loại khối hấp thụ sóng đã được phát triển. Tốt nhất là các loại khối thích hợp được chọn sau khi đã nghiên cứu đầy đủ về tính năng hấp thụ sóng của chúng.

Đối với đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng, sóng truyền qua và sóng tràn nhỏ hơn so với đê chắn sóng hỗn hợp nhưng có xu hướng lớn hơn so với đê chắn sóng được phủ các khối hấp thụ sóng. Do đó, tốt nhất là chiều cao của kết cấu đỉnh được xác định bằng cách xem xét đầy đủ các điều kiện sử dụng đằng sau các đê chắn sóng. Hơn nữa, khi xác định chiều cao của kết cấu đỉnh, cần đảm bảo độ dày cần thiết để xây dựng bê tông đỉnh.

Tốt nhất là chiều cao đỉnh hc’ ít nhất bằng 0,5 lần hoặc cao hơn chiều cao sóng có nghĩa được sử dụng trong việc xác minh độ ổn định của các công trình trên mực nước cao trung bình hàng tháng. Chiều cao đáy hu ít nhất phải bằng hai lần hoặc cao hơn chiều cao sóng có nghĩa được sử dụng trong việc kiểm tra độ ổn định của các công trình dưới mực nước cao trung bình hàng tháng (Hình 48).

Đối với chiều cao sóng leo của đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng và đặc điểm của một số loại khối hấp thụ sóng, tham khảo các tài liệu [13] và [14], tương ứng.

Hình 48 - Sơ đồ giải thích cho chiều cao kết cấu đỉnh của đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng

6.7.3  Tác động

Tùy thuộc vào mục đích hấp thụ sóng và điều kiện sóng, các đặc tính của sóng được sử dụng để xác minh tính năng hấp thụ sóng có thể được xác định riêng biệt với các đặc tính được sử dụng để xác minh ổn định của công trình và các bộ phận kết cấu.

Lực sóng phải được xác định theo phương trình thích hợp đối với đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng hoặc thông qua các thử nghiệm mô hình thủy lực mô phỏng các điều kiện sóng thực tế. Đối với đê chắn sóng có kết cấu phức tạp, lực sóng tác động lên các bộ phận kết cấu phải được nghiên cứu ngoài lực sóng được sử dụng để xác minh ổn định của toàn bộ các mặt cắt mặt đứng. Đối với lực sóng tác động lên đê chắn sóng kiều khối hấp thụ sóng mặt đứng, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.2.7 Lực sóng tác động lên các đê chắn sóng hấp thụ sóng tường đứng. (OCDI 2020)

Do hệ số phản xạ của đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng mặt đứng thay đổi đáng kể tùy thuộc vào chu kỳ sóng, hệ số phản xạ phải được xác định có cân nhắc đến ảnh hưởng của sóng phản xạ. Tốt nhất là hệ số phản xạ được xác định bằng các thử nghiệm mô hình thủy lực mô phỏng các điều kiện thực tế hoặc có thể được xác định bằng cách tham khảo các kết quả thử nghiệm hiện có.

6 7.4  Xác minh tính năng ổn định tổng thể của các thân đê chắn sóng

Do các đặc tính thủy lực của đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng tường đứng như sự truyền sóng và khả năng thấm chưa được làm sáng tỏ đầy đủ, việc xác nhận tính năng liên quan đến tác động của sóng tốt nhất nên được thực hiện trên cơ sở các thử nghiệm mô hình thủy lực mô phỏng các điều kiện thực tế.

Việc xác minh ổn định của đê chắn sóng kiểu khối hấp thụ sóng tường đứng có thể được thực hiện phù hợp với đê chắn sóng hỗn hợp. Các hệ số thành phần tiêu chuẩn được sử dụng để xác minh các phá hoại trượt và lật được thể hiện trong các Bảng 20 và Bảng 21, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh tính năng cho tiện.

Bảng 20 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng trượt của các thân đê chắn sóng

Bảng 21 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng lật của các thân đê chắn sóng

6.7.6  Xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu

Việc xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu có thể được thực hiện theo Phần III, Chương 2, 2 Các bộ phận kết cấu. (OCDI 2020)

6.8  Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng)

6.8.1  Khái quát

Đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng được phân loại là đê chắn sóng dạng thùng chìm dị dạng sử dụng các thùng chìm có hình dạng đặc biệt. Chúng được cung cấp các tường có lỗ và các khoang sóng ở mặt trước của chúng để mang lại hiệu ứng hấp thụ sóng.

So với đê chắn sóng hỗn hợp, đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng có các đặc điểm sau:

• Chúng có thể hạn chế sóng phản xạ;

• Chúng có thể làm giảm sóng tràn và sóng truyền qua;

• Chúng có thể làm giảm lực sóng. Đặc biệt, chúng có thể hạn chế sự gia tăng đáng kể của lực sóng ngay cả trong các điều kiện sóng khắc nghiệt, trong khi các thùng chìm thông thường trên các đê móng cao phải chịu lực sóng vỡ xung động mạnh;

• Chúng có chức năng sục khí nước biển với các vách ngăn có lỗ và các khoang tạo sóng giúp tăng cường sự hòa trộn của các bọt khí với nước biển. Hơn nữa, các buồng tạo sóng có hiệu quả như các khoang chứa cá.

Hình 49 cho thấy một ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng. Tùy thuộc vào hình dạng của các phần tử tương ứng và sự kết hợp của các phần tử, có thể hình dung được nhiều loại cấu trúc khác nhau, bao gồm thùng chìm tường có khe dọc, thùng chìm tường có khe ngang, thùng chìm khe cong, thùng chìm tường đục lỗ, và những loại khác, về kiểu kết cấu cho đê chắn sóng thùng chìm hấp thụ sóng, cần lựa chọn kết cấu thích hợp bằng cách xem xét các điều kiện thiết kế, điều kiện sử dụng, kinh tế, v.v. trên cơ sở khảo sát kỹ tính năng hấp thụ sóng và khả năng chống sóng của từng kết cấu.

Đối với các loại kết cấu và tính năng của các loại đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng, có thể sử dụng Sổ tay kỹ thuật của Đê chắn sóng kiểu mới [15] làm tài liệu tham khảo.

Hình 49 - Ví dụ về một mặt cắt ngang của đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng

6.8.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Các kết cấu của đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng phải được lựa chọn thích hợp có cân nhắc đến tính năng hấp thụ sóng của chúng.

Trong các đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng, các kích thước yêu cầu phải được xác định một cách thích hợp bằng cách xem xét các hình dạng của kết cấu. Do các hệ số truyền khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc hoặc điều kiện sóng, nên xác định chiều cao của đỉnh tương ứng với đặc tính truyền của kết cấu mục tiêu một cách thích hợp. Trong trường hợp các kết cấu có tính thấm, tốt hơn hết là kích thước của các mặt cắt mở nên được xác định một cách thích hợp.

Ngoài tính năng hấp thụ sóng, cấu trúc và kích thước của phần hấp thụ sóng còn liên quan đến sóng tràn, sóng truyền qua và lực sóng. Do đó, tốt hơn là xác định kích thước và cấu trúc bằng cách xem xét các đặc điểm này.

Hệ số phản xạ của đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố, bao gồm đặc tính của sóng, độ sâu của nước, kết cấu của các tường có lỗ phía trước, chiều rộng của các khoang sóng, có hay không có tấm trần và chiều cao của chúng, chiều cao của đê đá, và những thứ khác. Do đó, kích thước cấu trúc của các phần hấp thụ sóng phải được xác định một cách thích hợp sao cho hệ số phản xạ của sóng mục tiêu không vượt quá hệ số phản xạ mục tiêu có cân nhắc đến ảnh hưởng của các yếu tố trên. Để tăng cường tính năng hấp thụ sóng, tốt nhất là các buồng sóng có chiều cao đỉnh đủ lớn hoặc không có tấm trần (có thể thấm qua).

Đối với các đặc điểm phản xạ của tường ngăn dọc không có tấm trần, nghiên cứu của Tanimoto và Yoshimoto có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo.

6.8.3  Tác động

Tùy thuộc vào mục đích của việc hấp thụ sóng và điều kiện sóng, các điều kiện sóng được sử dụng để xác minh tính năng hấp thụ sóng có thể được xác định riêng biệt với các điều kiện được sử dụng để kiểm tra ổn định của công trình và các bộ phận kết cấu.

Trong nhiều trường hợp, các thùng chìm hấp thụ sóng thường được sử dụng để giảm sóng phản xạ. Do đó, nên xác định các điều kiện của sóng là đối tượng của hệ số hấp thụ sóng và hệ số phản xạ mục tiêu tương ứng với tính năng hấp thụ sóng cần thiết. Đặc biệt, do hệ số phản xạ của sóng hấp thụ khác nhau đáng kể tùy thuộc vào chu kỳ sóng, các điều kiện của sóng là đối tượng hấp thụ sóng phải được xác định trên cơ sở khảo sát các đặc trưng của chiều cao sóng và chu kỳ sóng.

Lực sóng phải được xác định theo phương trình thích hợp đối với đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng hoặc thông qua các thử nghiệm mô hình thủy lực mô phỏng các điều kiện sóng thực tế. Đối với đê chắn sóng có kết cấu phức tạp, nên nghiên cứu đầy đủ lực sóng tác động lên các bộ phận của kết cấu, ngoài lực sóng được sử dụng để xác minh ổn định của toàn bộ các mặt cắt thẳng đứng. Đối với lực sóng tác động lên đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.2.7 Lực sóng tác động lên các đê chắn sóng hấp thụ sóng tường đứng. (OCDI 2020)

Việc xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu phải được thực hiện với lực sóng nghiêm trọng nhất đối với các bộ phận tương ứng. Đối với lực sóng tác động lên các bộ phận kết cấu của đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng, tham khảo Phần II, Chương 2, 6.2.7 Lực sóng tác động lên các thùng chìm và [Công trình] hấp thụ sóng tường đứng, Chương 4, 3.5.3 Các tác động (OCDI 2020)

6.8.4  Xác minh tính năng

Do các đặc tính thủy lực của đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng như sự truyền sóng, tốc độ phản xạ và độ thấm nước chưa được làm sáng tỏ đầy đủ, việc xác minh tính năng liên quan đến tác động của sóng nên được thực hiện trên cơ sở kiểm tra mô hình thủy lực khi cần thiết.

Việc xác minh ổn định của đê chắn sóng kiểu thùng chìm hấp thụ sóng có thể được thực hiện phù hợp với đê chắn sóng hỗn hợp. Các hệ số thành phần tiêu chuẩn được sử dụng để xác minh các phá hoại trượt và lật được thể hiện trong các Bảng 22 và Bảng 23, Trong đó: giá trị trong ngoặc đơn trong cột có thể được sử dụng để xác minh tính năng cho tiện.

Bảng 22 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng trượt của các thân đê chắn sóng

Bảng 23 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng lật của các thân đê chắn sóng

6.8.5  Xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu

Việc xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu có thể được thực hiện theo Phần III, Chương 2, 2 Các bộ phận kết cấu. (OCDI 2020)

6.9  Đê chắn sóng kiểu trọng lực (Đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc)

6.9.1  Khái quát

Đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc được phân loại là đê chắn sóng thùng chìm dị dạng sử dụng các thùng chìm có hình dạng đặc biệt. Chúng được cấu tạo để giảm lực sóng ngang trong khi đồng thời sử dụng một phần lực sóng tác động lên các tường nghiêng của các kết cấu bên trên để ổn định các khối đê chắn sóng. Chúng thường được gọi là đê chắn sóng đỉnh dốc.

Trong các đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc, các tường nghiêng của kết cấu bên trên thường được định vị trên mực nước tĩnh; tuy nhiên, tường nghiêng nửa chìm nửa nổi với đầu dưới của chúng nằm dưới mực nước tĩnh có thể làm giảm thêm lực sóng.

Hình 50 cho thấy một ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc.

Hình 50 - Ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc

6.9.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Kích thước yêu cầu của đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc phải được xác định một cách thích hợp có xem xét đến hình dạng của chúng. Đặc biệt, chiều cao của kết cấu đỉnh phải được xác định một cách thích hợp phù hợp với đặc tính truyền sóng của kết cấu vì hệ số truyền thay đổi tùy thuộc vào loại kết cấu và điều kiện sóng.

Chiều cao kết cấu đỉnh của đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc được xác định tốt hơn khi xét đến độ yên tĩnh của bến cảng vì chúng làm tăng chiều cao sóng truyền qua so với đê chắn sóng mặt đứng thông thường.

Khi chiều cao của kết cấu đỉnh là giống nhau, đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc có hệ số truyền chiều cao sóng xấp xỉ hai lần hệ số truyền sóng của đê chắn sóng mặt đứng (Hình 51). Do đó, đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc có chiều cao đỉnh được đặt ở mức tương tự với chiều cao sóng có nghĩa H_1/3 có thể làm giảm chiều cao sóng truyền xuống cùng mức, tương tự như trường hợp đối với những đê chắn sóng mặt đứng có chiều cao kết cấu đỉnh được đặt bằng 0,6 lần chiều cao sóng có nghĩa.

Khi tăng độ dốc của các tường nghiêng, đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc có thể hiệu quả hơn trong việc hạn chế sóng truyền vào bể cảng nhưng nhận được áp lực sóng lớn hơn, do đó làm giảm tác động của đê chắn sóng mái nghiêng. Theo các thử nghiệm mô hình thủy lực quan sát các hệ số truyền sóng bằng cách thay đổi độ dốc của tường nghiêng, không có sự khác biệt đáng kể nào được xác định trong các hệ số truyền được đo với các độ dốc 30°, 45° và 60° Do đó, độ dốc của tường nghiêng tốt nhất nên đặt ở 45° bằng cách xem xét các hiệu quả giảm áp lực sóng và tạo thuận lợi cho công việc xây dựng.

Hình 51 - Hệ số truyền chiều cao sóng và chiều cao kết cấu đỉnh tương đối

Khi phủ các phần phía trước mặt đứng của các thùng chìm bằng các khối tiêu sóng, các đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc có thể phải chịu áp lực sóng vỡ xung động tùy thuộc vào chiều cao đỉnh của các khối tiêu sóng.

Hơn nữa, trong trường hợp như vậy, cần phải chú ý đến ổn định của các khối tiêu sóng vì chúng được xếp chồng lên nhau đến mực nước tĩnh.

6.9.3  Tác động

Mặc dù lực sóng tác động lên đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc được xác định tốt hơn bằng các thử nghiệm mô hình thủy lực, nhưng có thể sử dụng các quy định trong Phần II, Chương 2, 6.2.6 Lực sóng tác động lên đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc (OCDI 2020) như một tài liệu tham khảo khi việc thực hiện các thử nghiệm mô hình thủy lực gặp khó khăn.

Tùy thuộc vào mục đích của sóng tiêu tán và điều kiện sóng, các đặc tính của sóng được sử dụng để xác minh tính năng hấp thụ sóng có thể được xác định riêng biệt với các đặc tính được sử dụng để xác minh ổn định của công trình và các bộ phận kết cấu.

Đối với lực sóng tác động lên đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc được phủ các khối tiêu sóng, kết quả nghiên cứu của Sato và cộng sự có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo.

6.9.4  Xác minh tính năng

Việc xác minh tính năng của đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc phải được thực hiện bằng các thử nghiệm mô hình thủy lực khi cần thiết với các hình dạng đê chắn sóng thích hợp được lựa chọn trên cơ sở nghiên cứu đầy đủ về các đặc tính truyền sóng.

Việc xác minh tính ổn định của đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc có thể được thực hiện phù hợp với đê chắn sóng hỗn hợp. Bảng 24 và Bảng 25 chỉ ra các hệ số thành phần tiêu chuẩn được sử dụng để xác minh các phá hoại trượt và lật. Đối với trường hợp các mặt trước của đê chắn sóng thùng chìm đỉnh dốc được phủ bằng các khối tiêu sóng, hệ số tiêu chuẩn thành phần có thể được chọn từ các giá trị trong cột dưới của bảng tương ứng.

Bảng 24 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng trượt của các thân đê chắn sóng

Bảng 25 - Hệ số thành phần sử dụng để xác minh tính năng lật của các thân đê chắn sóng

Các hệ số thành phần ở trên đã được thiết lập có tham chiếu đến các mức độ an toàn trong các tiêu chuẩn trước đây. Hơn nữa, các hệ số thành phần được thiết lập trong điều kiện địa hình đáy biển nơi các đê chắn sóng được lắp đặt có độ dốc nhỏ hơn 1/30. Trong trường hợp địa hình của đáy biển có độ dốc lớn hơn 1/30, các hệ số thành phần phải được thiết lập thích hợp có tham chiếu đến các mô tả trong Tài liệu tham khảo [16].

6.9.5  Xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu

Việc xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu có thể được thực hiện theo Phần III, Chương 2, 2 Các bộ phận kết cấu. (OCDI 2020)

6.10  Đê chắn sóng kiểu cọc

6.10.1  Khái quát

Đê chắn sóng kiểu cọc có thể được chia sơ bộ thành đê chắn sóng kiểu màn chắn và đê chắn sóng ống thép. Đê chắn sóng màn chắn là đê chắn sóng có cấu trúc dạng cọc được phát triển để sử dụng ở các vùng nước có độ cao sóng tương đối thấp, chẳng hạn như các vịnh kín hoặc các vị trí có nền đáy biển yếu, trong khi đê chắn sóng bằng ống thép là đê chắn sóng chỉ chặn sóng bằng cách sử dụng cọc ống thép.

Việc xác minh tính năng của đê chắn sóng màn chắn phải được thực hiện trên cơ sở các thử nghiệm mô hình thủy lực khi cần thiết, với các kết cấu của chúng được lựa chọn thích hợp có xem xét đến hệ số phản xạ và truyền sóng.

Hình 52 cho thấy một ví dụ về quy trình xác minh tính năng đối với đê chắn sóng màn chắn. Tuy nhiên, vì Hình 52 không cho thấy việc đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng hóa lỏng do chuyển động của đất nền khi động đất, nên cần phải cân nhắc một cách thích hợp khả năng xảy ra và các biện pháp chống hóa lỏng bằng cách tham khảo Phần II, Chương 7 Hóa lỏng của đất. (OCDI 2020)

* 1: Vì đánh giá ảnh hưởng của quá trình hóa lỏng không được hiển thị nên cần phải xem xét riêng.

* 2: Đối với những công trình được cho là có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản và hoạt động xã hội thì nên tiến hành xác minh các trường hợp sự cố khi cần thiết. Việc xác minh các trường hợp sự cố đối với sóng sẽ được tiến hành trong trường hợp các cơ sở xử lý hàng hóa nguy hiểm nằm ngay sau đê chắn sóng và thiệt hại đối với các cơ sở khác sẽ gây ra tác động thảm khốc.

Hình 52 - Ví dụ về trình tự xác minh tính năng cho đê chắn sóng kiểu cọc

Đê chắn sóng màn chắn có thể được chia sơ bộ thành đê chắn sóng một màn chắn và đê chắn sóng hai màn chắn tùy thuộc vào cách thức bố trí của tường màn chắn, ví dụ như tấm bê tông, so với hướng truyền sóng. Hơn nữa, nhiều loại có nguồn gốc khác nhau có thể được hình thành tùy thuộc vào hình dạng của cấu trúc cọc đỡ các tường màn chắn hoặc hình dạng của các khe được cung cấp trong các bức tường màn chắn. Hình 53 cho thấy các ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng kiểu cọc.

Hình 53 - Ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng kiểu cọc

Tường màn chắn thường có các tính năng sau:

a) Hệ số phản xạ có thể giảm xuống mức bằng hoặc nhỏ hơn hệ số phản xạ của đê chắn sóng được phủ bằng các khối tiêu sóng.

b) Sự trao đổi nước biển có thể xảy ra do thủy triều và sóng đi qua các khe được cung cấp trong các tường màn chắn hoặc các khoảng trống giữa các mép dưới của tường màn chắn và đáy biển.

c) Các công việc thi công như đóng cọc, lắp khung cố định màn chắn, lắp màn chắn đều cần được thực hiện với độ chính xác nhất định.

d) Với hiệu ứng suy giảm năng lượng sóng dự kiến giữa các tường màn chắn phía trước và phía sau, đê chắn sóng màn chắn kép có thể giảm sóng phản xạ và truyền qua hiệu quả hơn so với đê chắn sóng màn chắn đơn.

e) Do vận tốc của dòng chảy qua các màn chắn khá cao, nên cần phải có các biện pháp đối phó thích hợp để ngăn chặn hoặc khắc phục rửa trôi cát.

Đê chắn sóng bằng ống thép là đê chắn sóng sử dụng cọc ống thép hoặc cọc ván thép kiểu ống. Đê chắn sóng bằng ống thép có kết cấu nhẹ hơn đê chắn sóng kiểu trọng lực. Vì vậy, đê chắn sóng ống thép phù hợp với những vị trí có nền đất yếu và độ cao sóng tương đối thấp.

Việc xác minh tính năng của đê chắn sóng bằng ống thép có thể được thực hiện với việc tham khảo các khái niệm về đê chắn sóng màn chắn.

6.10.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Các kiểu kết cấu và hình dạng của đê chắn sóng tường màn chắn phải được xác định bằng cách xem xét các điều kiện thủy văn của vùng nước đối tượng, hệ số phản xạ và truyền dẫn mục tiêu, và khả năng làm việc.

Các mặt cắt ngang của đê chắn sóng tường màn chắn, bao gồm chiều cao của kết cấu đỉnh, độ sâu của các đầu phía dưới của màn chắn, kích thước của các khe được cung cấp trong màn chắn và khoảng cách giữa các tường màn chắn trong trường hợp của đê chắn sóng màn chắn kép, là tốt nhất khi được thiết lập trên cơ sở các thử nghiệm mô hình mô phỏng các điều kiện thực tế. Tốt hơn hết là kích thước của các bộ phận như màn chắn và cọc được xác định một cách thích hợp bằng cách xem xét khoảng cách giữa các cọc theo hướng tuyến mặt của đê chắn sóng.

(a) So sánh hệ số truyền sóng giữa các đê chắn sóng màn chắn kép và màn chắn đơn

(b) So sánh hệ số phản xạ giữa các để chắn sóng màn chắn kép và màn chắn đơn

Hình 54 - Hệ số phản xạ và truyền sóng của đê chắn sóng màn chắn

Các nghiên cứu đã được thực hiện về việc thu được các hệ số phản xạ và truyền qua của đê chắn sóng màn chắn bằng cách sử dụng các thử nghiệm mô hình hoặc phân tích số. Ví dụ, như trong Hình 54, Nakamura và cộng sự.[17] đã tiến hành một thử nghiệm mô hình để quan sát hệ số phản xạ và truyền sóng của đê chắn sóng màn chắn đơn và một đê màn chắn kép với khoảng cách màn chắn tương tự như chiều rộng của đê chắn sóng mặt đứng kiểu trọng lực bằng cách thay đổi mực nước và cho thấy kết quả quan sát hệ số phản xạ và truyền sóng phù hợp với lý thuyết suy giảm sóng. Hơn nữa, Kyono và cộng sự [18] đã tiến hành các thử nghiệm mô hình và phân tích số dựa trên Phương pháp thể tích chất lỏng để cân nhắc sự phân bố áp suất sóng và các đặc tính lực sóng đối với đê chắn sóng màn chắn.

Ví dụ về các thử nghiệm mô hình cho đê chắn sóng màn chắn đơn bao gồm các thử nghiệm mô hình của Morihira và cộng sự [19]. Theo kết quả thử nghiệm mô hình, có thể thu được độ sâu của các đầu phía dưới và chiều cao kết cấu đỉnh của màn chắn có thể so tương đối đối với hệ số truyền chiều cao sóng bằng cách sử dụng Hình 55 và Hình 56 tương ứng với điều kiện là chiều cao kết cấu đỉnh của các màn chắn trong Hình 55 được hiệu chỉnh sao cho R/H = 1,25 tại d/h = 1,0 nghĩa là, chiều cao của kết cấu đỉnh không phải là những chiều cao có khả năng ngăn chặn hoàn toàn sóng tràn. Trong hình trên, d là độ sâu của đầu phía dưới của màn chắn, h là độ sâu của nước, L là chiều dài sóng, R là chiều cao kết cấu đỉnh của màn và H là chiều cao sóng. Hình 57 cho thấy mối quan hệ giữa hệ số phản xạ sóng và d/h trong đê chắn sóng màn chắn đơn.

Với các cọc ống thép đóng cách nhau, đê chắn sóng bằng ống thép có thể được sử dụng làm đê chắn sóng kiểu thấm qua. Hayashi và cộng sự [20] đã nghiên cứu mối quan hệ giữa tỷ số giữa các khoảng cách cọc với đường kính cọc b/D và hệ số truyền sóng γ_T (Hình 58).

Hơn nữa, mômen trong cọc do sóng giảm khi không gian giữa các cọc tăng lên. Tuy nhiên, hiệu ứng giảm mô men này đạt đến giới hạn của nó ở khoảng d/D = 0,1. Lưu ý rằng đê chắn sóng loại này chịu xói mặt đất giữa các cọc.

Hình 55 - Quan hệ giữa d/h và hệ số truyền sóng (Tường màn chắn đơn)

Hình 56 - Đường cong tính toán chiều cao kết cấu đỉnh (Tường màn chắn đơn)

Hình 57 - Quan hệ giữa d/h và hệ số phản xạ sóng (Tường màn chắn đơn)

Hình 58 - Quan hệ giữa tỷ lệ khoảng cách các cọc với đường kính cọc và hệ số truyền sóng⁴³⁾

6.10.3  Tác động

Các tác động được xem xét trong quá trình xác minh tính năng của đê chắn sóng kiểu cọc có thể được thiết lập phù hợp với đê chắn sóng hỗn hợp có tham chiếu đến Phần II, Chương 4, 3.1.3 Các tác động (OCDI 2020). Tuy nhiên, do hệ số phản xạ và hệ số truyền của đê chắn sóng kiểu cọc thay đổi tùy theo độ dốc của sóng, nên việc cân nhắc hệ số phản xạ và truyền sóng có thể dựa trên các loại sóng có tần số tương đối cao và có thể có nguy cơ gây nhiễu khi sử dụng cảng nói chung.

Vì đê chắn sóng kiểu cọc có kết cấu tiêu tán sóng bằng các khe hở trong các phần màn chắn hoặc các khoang giữa các màn trước và sau, lực sóng tác dụng lên các phần màn này thay đổi tùy theo hình dạng của chúng và đặc tính của sóng tới.

Lực sóng tác động lên đê chắn sóng màn chắn phải được thiết lập trên cơ sở kết quả của các thử nghiệm mô hình thủy lực, phân tích số hoặc phương trình tính toán thích hợp. Trong trường hợp màn chắn đơn, lực sóng tác động lên chúng có thể được tính bằng cách lấy phân bố áp suất sóng (Phần II, Chương 2, 6 Lực sóng (OCDI 2020)) trừ đi áp suất sóng được phân bố trong các phần bên dưới các mép dưới của màn chắn.

Các nghiên cứu về lực sóng tác động lên đê chắn sóng bằng ống thép bao gồm các nghiên cứu được thực hiện bởi Hayashi và cộng sự [20] và Nagai và cộng sự [21]. Theo kết quả thử nghiệm của họ, có thể coi Phần II, Chương 2, 6.3 Tác động sóng lên các bộ phận ngập trong nước và các kết cấu độc lập (OCDI 2020) có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo khi thiết lập lực sóng tác động lên đê chắn sóng bằng ống thép. Tuy nhiên, không nên sử dụng đê chắn sóng bằng ống thép ở những vùng nước có sóng vỡ.

Mặc dù việc xác minh tính năng của đê chắn sóng kiểu cọc đối với dịch chuyển của mặt đất do động đất cấp 1 có thể được thực hiện theo cách tính toán trực tiếp lượng biến dạng thông qua các phương pháp phân tích chi tiết như phân tích động lực học và đánh giá xem liệu tính năng yêu cầu có được đảm bảo hay không, đơn giản hóa các phương pháp, chẳng hạn như phương pháp hệ số địa chấn, cũng có thể được sử dụng để xác minh tính năng. Khi sử dụng các phương pháp đơn giản hóa, các giá trị đặc trưng của hệ số địa chấn được sử dụng trong xác minh tính năng phải được thiết lập thích hợp bằng cách xem xét các đặc điểm cấu tạo của đê chắn sóng kiểu cọc. Tùy vào loại kết cấu, các giá trị đặc trưng của hệ số địa chấn đối với đê chắn sóng kiểu cọc có thể được tính toán phù hợp với Phần III, Chương 5, 5.2 Bến cảng kiểu hở trên cọc đứng (OCDI 2020) .

6.10.4  Xác minh tính năng

Để xác minh các ứng suất trong cọc ống thép của đê chắn sóng kiểu cọc, tham khảo Phần III, Chương 5, 5.2 Bến kiểu hở trên các cọc đứng (OCDI 2020). Các hệ số điều chỉnh được sử dụng trong xác minh tính năng phải được thiết lập thích hợp có tham chiếu đến ứng suất cho phép trên cơ sở các phương pháp thiết kế trước đây.

Trong xác minh tính năng của ứng suất trong cọc, mômen uốn và lực cắt có thể được tính toán trên cơ sở cọc đầu khớp trong trường hợp kết cấu cọc bao gồm cọc thẳng đứng hoặc khung cứng có đầu cọc cố định với điểm cố định ảo 1/β bên dưới bề mặt đáy biển trong trường hợp kết cấu cọc bao gồm một nhóm cọc hoặc cọc trước và cọc sau với các đầu cọc tương ứng được liên kết cứng với nhau thông qua kết cấu bên trên. Để tính toán β, tham khảo Phần III, Chương 5, 5.2 Bến kiểu hở trên các cọc đứng (OCDI 2020).

Các cọc tương ứng phải có đủ chiều dài chôn trong đất để đảm bảo lực cản ngang khi chịu tác động của sóng và khả năng chịu lực chống lại lực đẩy và lực kéo. Chiều dài chôn của đê chắn sóng kiểu cọc có thể được tính toán theo Phần III, Chương 2, 3.4 Móng cọc (OCDI 2020).

6.10.5  Xác minh tính năng của các bộ phận kết cấu

Để xác minh tính năng của các cấu kiện màn chắn bê tông, tham khảo Phần III, Chương 2, 2 Bộ phận kết cấu (OCDI 2020).

Để xác minh tính năng của kết cấu bên trên của đê chắn sóng, tham khảo Phần III, Chương 5, 5.2 Bến cảng hở trên các cọc đứng (OCDI 2020).

6.10.6  Chi tiết kết cấu

Các chi tiết kết cấu của đê chắn sóng kiểu cọc có thể được thiết lập phù hợp với đê chắn sóng hỗn hợp, tham khảo Chương 4, 3.1.9 Chi tiết kết cấu (OCDI 2020) hoặc các chi tiết kết cấu của các loại kết cấu tương tự khác.

6.11  Đê chắn sóng có đế rộng trên nền đất yếu

6.11.1  Các nguyên tắc cơ bản về xác minh tính năng

Đê chắn sóng có để rộng trên nền đất yếu chống lại lực sóng ngang bằng các cọc và lực dính giữa đáy của các thân đê chắn sóng và các lớp đất dính trên bề mặt. Mặt khác, các tấm đáy và móng chống lại lực đứng. Nói chung, do loại kết cấu này được phát triển để xây dựng đê chắn sóng trên đất dính yếu, nên có những trường hợp loại này có lợi về kinh tế vì trọng lượng của các đê chắn sóng có thể giảm và không cần cải tạo đất.

Hình 59 cho thấy các ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng để rộng trên đất yếu. Mặc dù các loại kết cấu có thể được chia thành “loại đáy phẳng” và “loại đáy phẳng có cọc”, loại cơ sở phẳng có cọc thường được sử dụng.

Đê chắn sóng đế rộng trên nền đất yếu không thể giảm thiểu cả kích thước cọc và chiều rộng của thân đê chắn sóng. Do đó, các mặt cắt thích hợp phải được lựa chọn sau khi nghiên cứu so sánh sự kết hợp của các kích thước cọc và chiều rộng của các đê chắn sóng.

Được xây dựng trực tiếp trên nền đất yếu, các đê chắn sóng đế rộng trên nền đất yếu chịu tác động của sóng và dòng nước tại các khu vực xung quanh đê chắn sóng. Do đó, các biện pháp đối phó thích hợp sẽ được thực hiện khi cần thiết.

Hình 59 - Ví dụ về mặt cắt ngang của đê chắn sóng đế rộng trên nền đất yếu

6.11.2  Tác động

Các tác động phải được thiết lập một cách thích hợp xem xét các điều kiện tự nhiên, sử dụng và xây dựng cũng như môi trường chất lượng nước. Đối với các loại tác động được xem xét trong xác minh tính năng, có thể tham khảo Phần III, Chương 4, 3.1.3 Các tác động phù hợp với loại đê chắn sóng hỗn hợp (OCDI 2020).

Trong xác minh tính năng của loại đê chắn sóng này liên quan đến dịch chuyển mặt đất do động đất Mức 1 có thể được thực hiện thông qua các phương pháp phân tích chi tiết như phân tích động lực trực tiếp tính toán lượng biến dạng và đánh giá tính năng, các phương pháp đơn giản hoá như Phương pháp hệ số địa chấn cũng có thể được sử dụng để xác minh tính năng. Khi sử dụng các phương pháp đơn giản hóa, các giá trị đặc trưng của hệ số địa chấn được sử dụng trong xác minh tính năng có thể được tính toán theo biểu thức (26) sau bằng cách sử dụng các giá trị lớn nhất của lịch sử thời gian của gia tốc tại đáy các thân đê chắn sóng thu được qua phân tích phản ứng động đất một chiều với dịch chuyển mặt đất của động đất mức độ 1 trong đáy xây dựng như là dịch chuyển mặt đất do động đất đầu vào. Để tính toán lịch sử thời gian của gia tốc đáy của các thân đê chắn sóng, có thể tham khảo Phần III Chương 1, 1.2.2, Nhóm 2 Quy trình tính toán hệ số địa chấn để xác minh (2) và ( 3) (OCDI 2020).

Trong đó:

k_h: hệ số địa chấn để xác minh;

α_max: giá trị cực đại của gia tốc tại đáy thân đê chắn sóng (cm/s²); và

g: gia tốc trọng trường (cm/s²)

6.11.3  Xác minh tính năng

Việc xác minh tính năng của các đê chắn sóng để rộng trên nền đất yếu có thể được thực hiện với tham khảo các Tài liệu [22] đến [25].

6.12  Đê chắn sóng nổi

6.12.1  Các nguyên tắc cơ bản về xác minh tính năng

Đê chắn sóng nổi là đê chắn sóng trong đó: sóng truyền qua bị giảm bởi các vật nổi neo đậu. Mặc dù hình dạng của các thân nổi bao gồm nhiều loại, nhưng loại phao nổi được sử dụng rộng rãi.

Nên tiến hành kiểm tra tính năng của đê chắn sóng nổi trên cơ sở các thử nghiệm mô hình thủy lực và phân tích lý thuyết, nếu cần, với các kết cấu của chúng được lựa chọn thích hợp có xem xét đến hiệu ứng tiêu tán và ổn định của sóng.

Hình 60 cho thấy một ví dụ về trình tự xác minh tính năng đối với đê chắn sóng nổi. Tuy nhiên, vì Hình 56 không cho đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng hóa lỏng do dịch chuyển của mặt đất do động đất đối với các neo, nên cần phải cân nhắc một cách thích hợp khả năng xảy ra và các biện pháp chống hóa lỏng có tham chiếu đến Phần II, Chương 7 Hóa lỏng của đất (OCDI 2020).

Đê chắn sóng nổi có nhiều ưu điểm khác nhau, bao gồm thực tế là chúng không ngăn cản sự di chuyển của nước biển và dòng bùn cát trôi dạt ven bờ, chúng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi mực nước thủy triều hoặc điều kiện mặt đất, và chúng có thể di chuyển được.

Tuy nhiên, chúng cũng có một số vấn đề là chúng tạo ra sóng truyền qua, tác dụng của chúng khác nhau đáng kể tùy thuộc vào đặc tính của sóng, chúng chỉ có thể được sử dụng ở những vị trí có sóng nhỏ do khả năng chống sóng hạn chế và cơ chế của hệ thống neo chống lại các tác động xung động lặp đi lặp lại chưa được hiểu đầy đủ. Hơn nữa, vì có nguy cơ hư hỏng thứ cấp do trôi các vật nổi nếu dây neo bị đứt, nên cần thực hiện các biện pháp thích hợp bao gồm việc bố trí dây neo có cân nhắc đến an toàn.

Khi xác định chất lượng của vật liệu được sử dụng cho kết cấu của đê chắn sóng nổi, phải xem xét đầy đủ các đặc tính, độ bền và tính năng kinh tế của vật liệu.

6.12.2  Thiết lập các mặt cắt ngang cơ bản

Bố trí và hình dạng của đê chắn sóng nồi phải được thiết lập để đảm bảo sự tĩnh lặng của bến cảng được xác định trước. Khi thiết lập bố trí và hình dạng, nên đo hệ số truyền sóng của đê chắn sóng nổi thông qua các thử nghiệm mô hình thủy lực. Các phương pháp phân tích lý thuyết có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo bao gồm phương pháp tính toán gần đúng cho chuyển động của vật thể nổi hình chữ nhật hai chiều của Ito và cộng sự [26] và lý thuyết liên quan đến vật thể nổi tự do không có neo của Ijima [27]

* 1: Đối với những công trình có thể cho rằng hư hỏng công trình gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản và hoạt động xã hội, nên tiến hành xác minh các trường hợp sự cố khi cần thiết. Việc xác minh trường hợp sự cố đối với sóng sẽ được tiến hành trong trường hợp các cơ sở xử lý hàng hóa nguy hiểm nằm ngay sau đê chắn sóng và thiệt hại đối với các cơ sở khác sẽ gây ra tác động thảm khốc.

Hình 60 - Ví dụ về trình tự xác minh tính năng đối với đê chắn sóng nổi

Hình dạng của đê chắn sóng nổi rất đa dạng và vật liệu được sử dụng bao gồm bê tông cốt thép, bê tông dự ứng lực, thép, v.v. Các cách bố trí của đê chắn sóng nổi phần lớn được chia thành các mô hình song song, nối tiếp và xen kẽ. Hình 61 cho thấy các ví dụ bố trí của đê chắn sóng nổi. Đê chắn sóng nổi thường được neo bằng các neo bằng thép hoặc bê tông và dây neo bằng dây xích hoặc dây thừng sợi tổng hợp.

Các phương pháp neo phải được lựa chọn có cân nhắc kỹ lưỡng đến các tác động (sóng, dòng chảy, v.v.) đối với các vật nổi, độ sâu của nước, mực nước thủy triều, địa hình đáy biển, tính chất đất đáy biển và chiều dài của dây neo.

6.12.3  Tác động

Đối với các hoạt động trên đê chắn sóng nổi, phải tham khảo Phần II, Chương 2, 4.8 Các tác động trên vật thể nổi và chuyển động của nó. (OCDI 2020).

Hình 61 - Ví dụ về bố trí mặt bằng đê chắn sóng nổi

6.12.4  Xác minh tính năng

Việc xác minh tính năng của đê chắn sóng nổi sẽ được thực hiện theo Phần II, Chương 2, 4.8 Các hoạt động trên vật nổi và chuyển động của nó và Phần III, Chương 5, 6 Bến trụ nổi (OCDI 2020).

Việc xác minh ổn định của các vật thể nổi phải được thực hiện theo Phần III, Chương 5, 6.4 Xác minh tính năng (OCDI 2020) tuân thủ các quy định đối với cầu tàu nổi, tuy nhiên, các đê chắn sóng nổi không phải xác minh tính năng ổn định phù hợp với điều kiện sử dụng của chúng.

Việc xác minh tính năng cũng phải được thực hiện đối với sự ổn định của các vật thể nổi khi được kéo có sử dụng dần đối trọng trong quá trình thi công.

Việc xác minh tính năng của hệ thống neo bao gồm dây neo và neo có thể được thực hiện theo các sau: thu được lực kéo và các lực khác tác động lên dây neo và neo thông qua phân tích tĩnh và/hoặc động bằng cách giả định các điều kiện khác nhau liên quan đến hệ thống neo như phương pháp neo, độ dài của dây neo, v.v. và xác nhận ổn định của hệ thống neo bằng cách thực hiện kiểm tra tính năng khi sử dụng lực kéo và các lực khác thu được.

Các phép phân tích động học của dây neo thường để thu được các lực căng thay đổi và chuyển vị thay đổi được tạo ra bởi chuyển động của các vật thể nổi và phần lớn được chia thành hai loại: một loại sử dụng các đặc điểm neo tĩnh và loại khác sử dụng các đặc tính phản ứng động của dây neo.

Việc xác minh tính năng của neo có thể được thực hiện theo các quy định đối với bên trụ nổi trong Phần III, Chương 5, 6.4 Xác minh tính năng (OCDI 2020) .

Kết cấu của phần thân nổi của đê chắn sóng nổi phải đảm bảo đủ độ an toàn tổng thể và sức bền cục bộ. Đối với những kết cấu như đê chắn sóng nổi có chiều dài lớn hơn đáng kể so với chiều rộng và chiều sâu, thường nên kiểm tra các điểm sau: (Hình 62).

a) Độ bền dọc: Lực cắt (mômen uốn dọc, lực cắt và mômen xoắn) lên toàn bộ vật thể nổi trên mặt nước tĩnh hoặc khi chịu tác động của sóng

b) Độ bền ngang: Lực cắt (mômen uốn và lực cắt) theo phương vuông góc với đường mặt trên toàn bộ vật nổi khi chịu tác dụng của sóng

c) Độ bền cục bộ: Lực cắt (mômen uốn và lực cắt) lên các bộ phận tương ứng như vật liệu tường và dầm

Hình 62 - Hình ảnh về độ bền dọc và ngang của kết cấu nổi

Có hai loại phương pháp tính toán độ bền dọc tùy thuộc vào việc có xem xét chuyển động của vật nổi hay không. Phương trình Muller là một trong những phương pháp phổ biến không tính đến chuyển động của các vật thể nổi. Ngược lại, công thức của Ueda là một ví dụ về phương pháp xem xét chuyển động của các vật thể nổi. Tài liệu tham khảo [28] giới thiệu so sánh kết quả tính toán của hai loại phương pháp, có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo khi lựa chọn phương pháp.

6.13  Đê chắn sóng xanh

Đê chắn sóng xanh phải tuân thủ các yêu cầu của Phần III, Chương 4, 3 Đê chắn sóng (OCDI 2020) với các Chức năng Cơ bản và có thể được kiểm tra để xác minh tính năng như sau:

Các đê chắn sóng góp phần phát triển môi trường tốt tại cảng bao gồm các đê chắn sóng xanh nhằm cho phép các sinh vật biển cư trú trong các bãi triều hoặc rạn san hô ven bờ tùy thuộc vào môi trường tự nhiên nơi đặt các công trình ((Tham khảo Phần I, Chương 3, 2 cấu trúc cảng xanh (OCDI 2020)) Các đê chắn sóng hiện có có thể được tu sửa thành các đê chắn sóng xanh bằng cách gắn chức năng sinh cảnh trong quá trình cải tạo chúng.

(a) Khi chức năng môi trường sống được cung cấp cho kết cấu và mặt cắt ngang đê chắn sóng

(b) Khi chức năng môi trường sống được cung cấp cho công trình phụ trợ

Hình 63 - Ví dụ về trình tự đánh giá đê chắn sóng xanh

- Ảnh hưởng đến các mục tiêu liên quan đến sự cư trú của sinh vật biển (Tài liệu tham khảo Phần I, Chương 3, 2 cấu trúc cảng xanh (OCDI 2020)) cần được xác định thông qua khảo sát môi trường và mô hình số. Việc xác minh tính năng của đê chắn sóng xanh được tiến hành bằng cách kiểm tra xem liệu cấu trúc và mặt cắt hoặc công trình phụ trợ có đạt được mục tiêu đề ra về mặt logic hay không.

- Yêu cầu về tính năng của đê chắn sóng xanh là đê chắn sóng phải có chức năng sinh cảnh và các tác động của nó bao gồm sự hiện diện hoặc vắng mặt của mặt đất liên quan đến sự cư trú của các sinh vật biển, các lực bên ngoài như sóng hoặc dòng chảy, và môi trường cần thiết cho sự cư trú của các sinh vật. Môi trường cần thiết cho sự cư trú của sinh vật biển bao gồm, ví dụ, độ sâu của nước và độ trong suốt của nước ảnh hưởng đến cường độ ánh sáng cần thiết cho quá trình quang hợp và nhiệt độ nước ảnh hưởng đến hoạt động của sinh vật biển. Đặc biệt, khi nhắm vào việc trồng rong biển, cấu trúc và mặt cắt của đê chắn sóng cũng như kết cấu và độ dốc của công trình phụ trợ cần phải cho phép rễ của rong biển hoặc cỏ biển mục tiêu. Ngoài ra, cần phải che chắn ánh sáng mặt trời của chúng không ảnh hưởng đến cường độ ánh sáng cần thiết cho sự phát triển của rong biển hoặc cỏ biển.

- Việc xác minh tính năng của đê chắn sóng xanh cần được tiến hành bằng cách đảm bảo dựa trên kết quả đã biết rằng môi trường cửa vị trí mà người ta dự định cho phép sinh vật biển cư trú nằm trong phạm vi có thể cư trú của sinh vật biển mục tiêu. Ví dụ, trong quá trình xác minh tính năng của một đê chắn sóng được sử dụng để trồng rong biển, cường độ ánh sáng và nhiệt độ nước ảnh hưởng đến quang hợp và hô hấp được coi là môi trường cần được xem xét; Việc xác minh như vậy phải được tiến hành bằng cách đảm bảo rằng các điều kiện môi trường này nằm trong phạm vi mà lớp rong biển có thể được thiết lập. Vị trí Trong đó: những thay đổi trong điều kiện môi trường sau khi đê chắn sóng xanh được xây dựng hoặc những thay đổi môl trường trong tương lai có thể được ước tính, một phương pháp xác minh sử dụng mô hình số liên quan đến tăng trưởng để đảm bảo môi trường nằm trong phạm vi sinh sống của sinh vật biển có thể được xem xét.

- Trình tự đánh giá đê chắn sóng xanh khác nhau tùy thuộc vào chức năng sinh cảnh được cung cấp cho cấu trúc và mặt cắt của đê chắn sóng hay cho công trình phụ trợ của nó. Ví dụ về trình tự xem xét được trình bày trong Hình 63.

- Trong quá trình xác minh tính năng của đê chắn sóng xanh, Tài liệu tham khảo Phần I, Chương 3, 2 Cấu trúc cảng xanh (OCDI 2020) và Hướng dẫn phát triển và duy trì kết cấu cảng xanh có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo.

- Có thể khả thi khi phát triển các đê chắn sóng có thể xem xét môi trường với các tác động cộng hưởng này bằng cách bổ sung chức năng tiện nghi vào chức năng cộng sinh.

6.14  Đê chắn sóng định hướng tiện ích

Đê chắn sóng định hướng tiện ích phải tuân thủ Phần III, Chương 4, 3 Đê chắn sóng có các chức năng cơ bản (OCDI 2020) với các sửa đổi cần thiết được thực hiện khi xem xét loại kết cấu và việc xác minh tính năng của chúng có thể được thực hiện như sau:

- Để xác minh tính năng của các đê chắn sóng hướng tới tiện ích, hãy tham khảo Sổ tay Kỹ thuật Cải thiện Môi trường Cảng [29].

- Đê chắn sóng có thể được cung cấp các chức năng hướng tới tiện ích, chẳng hạn như các phương tiện đánh cá, để chúng có thể được sử dụng cho nhiều mục đích.

- Đê chắn sóng định hướng tiện ích phải được trang bị hàng rào ngăn rơi và các công trình phụ trợ khác khi cần thiết để ngăn người sử dụng rơi xuống biển.

- Chiều cao đỉnh của đê chắn sóng hướng tới tiện ích phải được kiểm tra từ quan điểm sử dụng công cộng và an toàn khi xem xét đến hiện tượng nước bắn đến, mức độ sóng tràn, và

- Lối đi và các mái dốc của đê chắn sóng phải có chiều rộng, độ cao bậc và các kích thước khác cho phép người cao tuổi và người khuyết tật, bao gồm cả những người ngồi trên xe lăn, di chuyển an toàn.

- Các chức năng hướng đến tiện ích có thể được tăng cường bằng cách xem xét sự cư trú của các sinh vật biển (Tài liệu tham khảo Phần I, Chương 3, 2 cấu trúc cảng xanh (OCDI 2020)).

6.15  Các mỏ hàn kiểm soát bồi lắng

6.15.1  Khái quát

Đê chắn sóng ở một bể cảng được bao quanh bởi một bãi cát cũng đóng vai trò như một mỏ hàn kiểm soát trầm tích, do đó, không thể tách rời các chức năng này. Trong phần này, đê chắn sóng được gọi đơn giản là “đê chắn sóng”, ngoại trừ khi chức năng kiểm soát trầm tích của chúng là đặc biệt quan trọng.

6.15.2  Bố trí mặt bằng các mỏ hàn kiểm soát bùn cát

Các mỏ hàn kiểm soát trầm tích phải được bố trí thích hợp bằng cách xem xét các đặc điểm của sự trôi dạt ven bờ để thực hiện chức năng kiểm soát trầm tích dự kiến.

Một mỏ hàn kiểm soát bùn cát ở phía bên trái của vận chuyển bùn cát dọc bờ biển sẽ chạy vuông góc với đường bờ trong vùng nước nông bao gồm cả vùng sóng nhào (surf zone). Ở vùng nước sâu bên ngoài khu vực sóng nhào, mỏ hàn phải được đặt để nó có thể phân tán sự trôi dạt về phía đối diện với lối vào bể cảng.

Khi một mỏ hàn kiểm soát bùn cát được xây dựng ở phía dưới của việc vận chuyển bùn cát dọc bờ biển để ngăn chặn sự trôi dạt ven bờ vào bể cảng từ bờ ở phía đường trôi dạt xuống, về nguyên tắc, mỏ hàn này sẽ chạy vuông góc với đường bờ biển và cũng phải có một độ dài thích hợp xét đến phương truyền sóng và sự biến đổi của sóng. Tuy nhiên, trong trường hợp mỏ hàn kiểm soát bùn cát cũng có chức năng như một đê chắn sóng, thì nó phải được đặt một cách thích hợp xem xét các chức năng cần thiết của nó như một đê chắn sóng.

Nếu cần thiết phải cung cấp một mỏ hàn kiểm soát bùn cát trong vùng lân cận của đường thủy bên trong bến cảng, nó phải được xây dựng ở một vị trí thích hợp có xem xét đến các điều kiện môi trường.

6.15.3  Bố trí mặt bằng phía bùn cát trôi dạt đến của đê chắn sóng

Tốt nhất là đê chắn sóng bên phía bùn cát trôi dạt đến được mở rộng vuông góc với đường bờ biển bên ngoài vùng sóng nhào hoặc qua đê chắn sóng để ngăn chặn sự vận chuyển trầm tích dọc bờ và cho phép trầm tích lắng đọng ở phía bên trái của đê chắn sóng (Hình 64). Khi phần này kéo dài ra khỏi bờ ngắn hoặc lệch khỏi đường vuông góc với đường bờ về phía bùn cát trôi xuống, khả năng bắt trầm tích của đê chắn sóng ở phía dòng chảy bị giảm và trầm tích có thể dễ dàng di chuyển dọc theo phần bị lệch của đê chắn sóng về phía lối vào bể cảng. Khi bộ phận này bị lệch khỏi đường vuông góc với đường bờ về phía bờ xuôi, nó có khả năng trở thành nguyên nhân gây ra hiện tượng lở cục bộ trên bờ ở phía dòng chảy, ở vùng nước sâu ngoài đường sóng vỡ, đê chắn sóng sẽ bị lệch để nó có thể chặn sóng như một đê chắn sóng, đồng thời phân tán sự trôi dạt theo bờ biển về phía đối diện của lối vào bể cảng với sự hỗ trợ của sóng phản xạ hoặc sóng Mach-stem (xem Hình 60).

Hình 64 - Sơ đồ khái niệm về bố trí của đê chắn sóng (mỏ hàn kiểm soát trầm tích)