BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT CÁC CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU • PHÂN TÍCH LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN AN TOÀN CHO ĐÊ BIỂN • NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH THẤM • NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT • NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÚN-BIẾN DẠNG • MỘT SỐ QUY ĐỊNH SỬ DUNG PHẦN MỀM TRONG TÍNH TOÁN ĐÊ BIỂN • MỘT SỐ QUY ĐỊNH VỀ THÀNH PHẦN VÀ NỘI DUNG HỒ SƠ THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN THUỘC ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM ” Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂ Y DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS Nguyễn Quốc Dũng Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam 7579-7 22/12/2009 Hà Nội 2009 1 Mục lục 3.1. Lựa chọn tiêu chuẩn an toàn 2 3.2. Nội dung và trường hợp tính toán: Thấm, ổn định trượt và lún 8 3.3. Tính toán ổn định: Thấm, Trượt và Lún 12 3.4. Một số quy định trong tính toán ổn định trượt đê biển 18 3.5. Quy định về thành phần và nội dung Hồ sơ thiết kế đê biển 25 2 NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN AN TOÀN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Trên cơ sở các kích thước hình học, vật liệu được sử dụng, giải pháp công nghệ được áp dụng đã được xác định từ trước, nội dung của chương này sẽ trình bày đến các vấn đề tính toán và thiết kế để đảm bảo khi thực hiện việc xây dựng và khi đưa vào sử dụng đê biển đảm bảo các điề u kiện ổn định. Các tiêu chuẩn an toàn, điều kiện và phương pháp tính có mối quan hệ với nhau, để người đọc nắm bắt có hệ thống, nên nội dung báo cáo này sẽ trình bày liên tục các chuyên đề từ số 9 đến 14. Tên các chuyên đề cụ thể là: Chuyên đề 9: Phân tích, lựa chọn tiêu chuẩn an toàn cho đê biển; Chuyên đề 10: Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán ổn định thấm; Chuyên đề 11: Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán ổn định trượt; Chuyên đề 12: Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán lún; Chuyên đề 13: Một số quy định sử dụng phần mền trong tính toán thiết kế; Chuyên đề 14: Một số quy định về thành phần và nội dung hồ sơ thiết kế. 3.1. Lựa chọn tiêu chuẩn an toàn 2.1. Các yêu cầu về an toàn thấm: a. Độ bền thấm đặc biệt + Đối với thân đê: Để đảm bảo không xuât hiệ n hang thấm tập trung trong thân đê, cần thoả mãn điều kiện: J k đ ≤[J k ] đ (2-25) Trong đó: J k đ : Gradient kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của thân đê; [J k ] đ : Gradient kiểm tra cho phép thân đê, xác định theo bảng 2-1. Bảng 2-1. Trị số gradient cho phép [J k ] đ ở khối đắp thân đê. Cấp công trình Loại đất Cấp đặc biệt và I Cấp II Cấp III Cấp IV Sét 1.00 1.10 1.20 1.30 Á sét 0.70 0.75 0.85 0.90 Cát trung bình 0.50 0.55 0.60 0.65 3 Á cát 0.40 0.45 0.50 0.55 Cát mịn 0.35 0.40 0.45 0.50 + Đối với nền đê: Để đảm bảo không xuât hiện hang thấm tập trung trong nền đê, cần thoả mãn điều kiện: J k n ≤[J k ] n (2-26) Trong đó: J k n : Gradient kiểm tra độ bền thấm đặc biệt của nền đê; [J k ] đ : Gradient kiểm tra cho phép đối với nền đê. b. Độ bền thấm bình thường + Kiểm tra xói ngầm cơ học: Trong thiết kế, ngoài việc kiểm tra độ bền thấm đặc biêt, còn phải kiểm tra độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) tại cửa ra của vùng thấm. Để không xảy ra xói ngầm cơ học, cần không chế gradient thấm tại cửa ra của thân đê và nền đ ê nhỏ hơn gradient thấm cho phép. J ra ≤[J] (2-27) Trong đó: J ra : Gradient thấm tại cửa ra vùng thấm [J]: Gradient thấm cho phép của đất. Đối với đất không dính, trị số này phụ thuộc vào hệ số η=d 60 /d 10 và được lập sẵn đồ thị tiện tra cứu. Hình 2.4. Biểu đồ quan hệ J gh và [J] với η 4 + Kiểm tra khả năng trôi đất: Để không xảy ra hiện tượng trôi đất, thì gradient thấm tại cửa ra phải nhỏ hơn gradient thấm cho phép. J ra ≤[J] t đ (2-27) Trong đó: J ra : Gradient thấm tại cửa ra vùng thấm [J] tđ : Gradient thấm cho phép của đất, được lấy theo bảng 2.2. Bảng 2.2. Trị số gradient thấm cho phép [J] tđ khi kiểm tra chảy đất Thứ tự Loại đất [J] tđ 1 Cát bột 0.25∼0.30 2 Cát mịn 0.30∼0.35 3 Cát vừa 0.35∼0.40 4 Cát thô 0.40∼0.45 5 Sỏi nhỏ, sỏi vừa 0.45∼0.50 6 Sỏi thô kẹp cuội sạn 0.50∼0.55 7 Đất cát 0.40∼0.50 8 Đất thịt (sét) 0.50∼0.60 9 Đất sét mềm 0.60∼0.70 10 Đất sét cứng 0.70∼0.80 2.2. Các yêu cầu về ổn định: a) Khối đắp và nền phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại do trượt trồi trong quá trình thi công đắp (đắp phần nền theo thiết kế hoặc đắp cao hơn cao độ thiết kế để gia tải trước) và trong suốt quá trình đưa vào khai thác sử dụng sau đó. Để đảm bảo an toàn cho thân đê và nền đê, trong tính toán cần phải tuân thủ điều kiệ n sau: R K m Nn n ttc ≤ (2-28) Hoặc m Kn N R K nc tt ≥= (2-29) 5 Trong đó: n c - Hệ số tổ hợp tải trọng. - Trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất: n c = 1,00 - đối với tổ hợp tải trọng cơ bản; = 0,90 - đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt; - Trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai: n c = 1,00 K - Hệ số an toàn chung của công trình. N tt - Tải trọng tính toán tổng quát (lực, mômen, ứng suất), biến dạng hoặc thông số khác mà nó là căn cứ để đánh giá trạng thái giới hạn. R - Sức chịu tải tính toán tổng quát, biến dạng hoặc thông số khác được xác lập theo tiêu chuẩn thiết kế. m - Hệ số điều kiện làm việc. k n - Hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình. Khi tính toán trạng thái giới hạn theo nhóm thứ nhất, k n được xác định theo cấp công trình. Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai, lấy k n =1,00. b) Các tiêu chuẩn an toàn ổn định riêng: b1. Hệ số an toàn chống trượt (K) của đê đất được quy định trong bảng 2.3. Bảng 2.3. Hệ số an toàn ổn định chống trượt (K) Cấp công trình Đặc biệt I II III IV Điều kiện sử dụng bình thường 1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 Hệ số an toàn Điều kiện sử dụng bất thường 1,20 1,15 1,10 1,05 1,05 b2. Hệ số an toàn ổn định chống trượt (K) của công trình thành đứng (công trình bê tông, hoặc đá xây, ) mặt trên tiếp xúc với nền đất được quy định trong bảng 2.4. Bảng 2.4. Hệ số an toàn ổn định chống trượt (K) của công trình thành đứng 6 Cấp công trình Đặc biệt I II III IV Điều kiện sử dụng bình thường 1,35 1,30 1,25 1,20 1,15 Hệ số an toàn Điều kiện sử dụng bất thường 1,20 1,15 1,10 1,05 1,05 b3. Hệ số an toàn ổn định chống trượt (K) của công trình thành đứng (công trình bê tông, hoặc đá xây, ) mặt trên tiếp xúc với nền đá được quy định trong bảng 2.5. Bảng 2.5. Hệ số an toàn ổn định chống trượt (K) của công trình thành đứng Cấp công trình Đặc biệt I II III IV Điều kiện sử dụng bình thường 1,15 1,10 1,05 1,05 1,00 Hệ số an toàn Điều kiện sử dụng bất thường 1,10 1,05 1,05 1,00 1,00 b4. Hệ số an toàn ổn định chống lật (K) của công trình thành đứng (công trình bê tông, hoặc đá xây, ) được quy định trong bảng 2.6. Bảng 2.6. Hệ số an toàn ổn định chống trượt (K) của công trình thành đứng Cấp công trình Đặc biệt I II III IV Điều kiện sử dụng bình thường 1,60 1,55 1,50 1,45 1,40 Hệ số an toàn Điều kiện sử dụng bất thường 1,50 1,45 1,40 1,35 1,30 c) Hệ số an toàn về ổn định không được nhỏ hơn hệ số an toàn cho phép (K) theo cấp công trình và theo điều kiện làm việc được quy định trong các bảng từ 2.3 đến 2.6. 7 Hệ số ổn định tính được trong điều kiện làm việc bình thường không được vượt quá 15% đối với đê cấp III trở xuống, và không được vượt quá 20% đối với đê cấp I, II so với trị số quy định trong các bảng 2.3 đến 2.6. Riêng đê cấp đặc biệt trị số cho phép vượt của hệ số an toàn nhỏ nhất có thể được quy định riêng được cấp có thẩm quyề n quyết định. 2.3. Các yêu cầu về tiêu chuẩn an toàn lún a) Số liệu quan trắc lún theo chiều thẳng đứng và quan trắc di động ngang của vùng đất hai bên nền đắp trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trước phải không được vượt quá trị số quy định dưới đây: + Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim của nền đê không được vượt quá 10mm/ngày đêm. + T ốc độ di động ngang của các cọc quan trắc đóng hai bên nền đắp không được vượt quá 5mm/ngày đêm. b) Phải tính toán độ lún tổng cộng của nền và thân đê dưới tác dụng của tải trọng bản thân và tải trọng bên ngoài lâu dài kể tư khi bắt đầu đất đắp nền cho đến khi lún kết thúc hoàn toàn để thực hiện việc đắp phòng lún. (đắp rộng thêm bề rộng nền đê so với bề rộng thiết kế). Bề rộng phải đắp thêm mỗi bên của nền đường (bm) được xác định theo công thức: b m = S . m (2-30) Trong đó: + 1/m là độ dốc ta luy nền đắp thiết kế + S được tính theo phương pháp quy định ở mục d, điều 2.14 với 2 thành phần Si (lún tức thời do biến dạng ngang không thoát nước, xét đến khả năng nở hông của đất yếu dưới nền đắp) và lún cố kết Sc (do nước lỗ rỗng thoát ra và đất yếu bị nén chặt dưới tải trọng đắp). c) Đố i với đê không sử dụng kết cấu áo đường (không kết hợp làm đường giao thông) thì không cần đề cập đến vấn đề lún cố kết còn lại khi thiết kế. Tuy nhiên cần kiểm tra lún để đánh giá lún tổng, lún không đều của các bộ phận, phán đoán khả năng gây nứt do lún không đều, gây mất ổn định cục bộ kéo theo đến mất ổn định tổng thể. 8 d) Đối với các tuyến đê có yêu cầu giao thông, có các công trình trên tuyến đê thì khi hoàn thành công trình nền mặt đường xây dựng, phần độ lún cố kết còn lại ∆S tại trục tim của nền đê được cho phép như ở bảng 2.7 dưới đây: Bảng 2.7- Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ∆S tại trục tim của nền đê sau khi hoàn thành công trình Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu Loại cấp đê Gần mố cầu Chỗ có đê hoặc đường dân sinh chui dưới Các đoạn nền đắp thông thường 1. Đường cao tốc và đường cấp 80 ≤ 10cm ≤ 20cm ≤ 30cm 2. Đường cấp 60 trở xuống có tầng mặt cấp cao A1 ≤ 20cm ≤ 30cm ≤ 40cm Ghi chú bảng 2.7: + Phần độ lún cố kết còn lại ∆S là phần lún cố kết chưa hết sau khi làm xong áo đường; + Chiều dài đoạn nền đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dài móng mố cầu liền kề. Chiều dài đoạn nền đắp có đê hoặc có lối chui qua đường ở dưới được xác định bằng 3÷5 lần bề rộng móng đê hoặc bề rộng lối đi qua đường; + Nếu phần độ lún cố kết còn lại ∆S vượt quá các trị số cho phép ở bảng 2.7 thì mới cần phải có các biện pháp xử lý để giảm ∆S đề cập ở các điều 2.8 đến 2.11. Nếu thỏa mãn các trị số cho phép ở bảng 2.7 thì không cần áp dụng các biện pháp tăng nhanh cố kết; 3.2. N ội dung và trường hợp tính toán: Thấm, ổn định trượt và lún 2.4. Trường hợp tính toán thấm: a) Đối với những tuyến đê cửa sông ở vùng có biên độ triều cao, mưa nhiều, cần tính toán kiểm tra ổn định thấm cho thân đê và nền đê đảm bảo không xuất hiện hang thấm tập trung, xói ngầm cơ học hay trôi đất. b) Các trường hợp tính toán: 9 + Phía sông/biểnlà mực nước thiết kế, phía đồng là mực nước tương ứng; + Phía sông là mực nước lũ thiết kế, phía đồng là mực nước thấp hoặc không có nước; + Phía sông là mực nước lũ lớn nhất, phía đồng là mực nước thấp hoặc không có nước; + Trường hợp bất lợi nhất đối với sự ổn định của mái đ ê khi phía sông nước rút nhanh. c) Tính toán dòng thấm, đối với trường hợp nền đê tương đối phức tạp có thể đơn giản hoá thích đáng, đồng thời tiến hành theo những quy định sau: + Trường hợp các lớp đất mỏng kề nhau mà hệ số thấm chênh lệch trong phạm vi 5 lần, có thể coi như một lớp, lấy hệ số thấm bình quân gia quyền để làm cơ sở tính toán; + Tr ường hợp nền đê có hai lớp, nếu lớp đất nằm dưới có hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của lớp trên 100 lần trở lên, có thể xem lớp đất nằm dưới là lớp không thấm nước; nếu lớp mặt là lớp thấm nước yếu thì có thể tính toán nền hai lớp; + Khi hệ số thấm của lớp đất nền tiế p giáp với đáy đê lớn hơn hệ số thấm của thân đê 100 lần trở lên, có thể coi thân đê là không thấm nước, chỉ tính thấm theo dòng chảy có áp đối với nền đê, vị trí đường bão hoà của thân đê có thể xác định theo cột nước áp lực trong nền. 2.5. Trường hợp tính toán ổn định a) Chọn mặt cắt tính toán phải có tính chất đại biểu, được lựa chọn trên c ơ sở nhiệm vụ đoạn đê, cấp công trình, điều kiện địa chất, kết cấu đê, chiều cao thân, vật liệu đắp v.v b) Các trường hợp tính toán ổn định đê biển: - Trường hợp đê biển làm việc trong điều kiện sử dụng bình thường: + Mái đê phía trong ở thời kỳ thấm ổn định hoặc không ổn định, ở thời kỳ triều cao; + Mái đê phía ngoài trong thời kỳ triều rút nhanh; - Trường hợp đê biển làm việc trong điều kiện sử dụng bất thường: [...]... 3.2.3.2 Tuyến đê dự phòng - Khoảng cách giữa tuyến đê dự phòng và đê chính ít nhất bằn hai lần chiều dài sóng thiết kế; - Giữa đê chính và đê dự phòng nên bố trí các đê ngăn, khoảng cách giữa các tuyến đê ngăn nên bằng 3 đến 4 lần khoảng cách giữa hai đê 3.2.4 Tuyến đê vùng cửa sông Đê vùng cửa sông được nối tiếp giữa đê sông và đê biển, chịu ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố sông, biển Tuyến đê cửa sông... dùng phương pháp tính toán đơn giản hoá về mặt trượt phức hợp Hệ số an toàn ổn định chống trượt của đê biển được định ra trên cơ sở xét đến một cách tổng hợp về phương pháp tính toán, chỉ tiêu cường độ, cấp công trình và tổ hợp tải trọng Bảng 2.10 dưới đây là một ví dụ về phạm vi an toàn ổn định đê biển ứng với mỗi phương pháp phân tích khác nhau Bảng 2.10 Phương pháp tính toán Hệ số an toàn Phương pháp. .. cấu đê biển Thiết kế mặt cắt đê biển cần tiến hành cho từng phân đoạn Các phân đoạn được chia theo điều kiện nền đê, vật liệu đắp đê, điều kiện ngoại lực và yêu cầu sử dụng Mỗi phân đoạn được chọn một mặt cắt ngang đại diện làm đối tượng thiết kế thân đê Nội dung thiết kế mặt cắt và kết cấu đê biển bao gồm: Xác định chiều cao, kích thước mặt cắt, kết cấu đỉnh đê và thân đê Người thiết kế phải đề xuất... đợt, khi áp dụng giải pháp thoát nước thẳng đứng b) Trường hợp II: Đất đắp trên nền đất yếu sau khi hoàn thành đưa vào khai thác sử dụng, đất yếu phía dưới đã đạt mức độ cố kết 90% trở lên c) Trường hợp III: Đắp đê trong quá trình xây dựng với giải pháp đắp làm nhiều đợt, vừa đắp vừa chờ cố kết (tận dụng hết thời gian thi công cho phép) mức độ cố kết của đất yếu tăng dần trong những đợt đắp thứ hai, thứ... lớn hơn bùn hoặc bằng 1,0 thì gọi là đất bồi tích a) Xác định độ lún tổng cộng của thân đê và nền đê ở vị trí đường tim đỉnh đê và các vị trí cần thiết khác b) Mặt cắt tính toán theo điều kiện địa chất của nền đê, lớp đất đắp, mặt cắt thân đê và tải trọng mà chia thành nhiều đoạn, chọn mặt cắt đại biểu để tính toán độ lún c) Lún nền đê gồm 2 thành phần: Lún ban đầu và lún cố kết Lún ban đầu là phần lún... hợp I: Đê được xây dựng trong điều kiện đất yếu phía dưới chưa kịp cố kết hoặc có cố kết nhưng ở mức độ không đáng kể như các trường hợp cụ thể dưới đây: - Trường hợp tính toán đánh giá mức độ ổn định phục vụ đề xuất các giải pháp thiết kế; - Trường hợp áp dụng các giải pháp đắp trực tiếp, đắp có rải vải địa kỹ thuật, đào một phần đất yếu; - Trường hợp đắp nền đợt đầu tiên khi áp dụng giải pháp đắp thành... toán dùng khi kiểm tra ổn định và dự báo lún gồm tải trọng đắp nền và đắp gia tải trước, tải trọng xe cộ, tải trọng động đất (nếu có) Vì việc tính toán đều đưa về bài toán phẳng, do vậy các tải trọng tính toán đều được xác định tương ứng với phạm vi phân bố trên 1 m dài đê b) Tải trọng đắp nền và đắp gia tải trước được xác định đúng theo hình dạng đắp trên thực tế (hình thang với mái dốc có độ dốc thiết... trường hợp II: Đặc trưng sức chống cắt của các lớp đất yếu và không yếu nằm dưới đất đắp (C và ϕ) được xác định với mẫu nguyên dạng thông qua thí nghiệm cắt nhanh cố kết trong phòng thí nghiệm; đối với các lớp đất đắp (kể cả tầng cát đệm, nếu có) vẫn được xác định như ở trường hợp I 4 Đối với trường hợp III: Các đặc trưng sức chống cắt của các lớp đất và đất đắp đều được xác định như đối với trường hợp... gia tăng an toàn; - Lựa chọn dạng mặt cắt đê phù hợp với đặc điểm tự nhiên vùng ven biển - phải dựa vào các hướng dẫn thiết kế chuyên ngành: Hình dạng mặt cắt phù hợp vật liệu, kích thước, vật liệu, các yêu cầu kỹ thuật phù hợp mặt cắt đê biển; - Tính toán ổn định công trình đê biển: phải thực hiện tính toán đầy đủ các nội dung và trường hợp làm việc; - Lựa chọn công trình gia cố bảo vệ mái đê ⇓3.3-... sánh chọn phương án tối ưu về kỹ thuật và kinh tế - Giải pháp kỹ thuật được chọn, phải nghiên cứu ít nhất là 2 phương án kết cấu của công trình - Phải luận chứng chặt chẽ về kỹ thuật và kinh tế các thông số kỹ thuật cơ bản đối với đê dưới đê bao gồm: Lập luận cách bố trí tổng thể công trình, kích thước công trình về mặt bằng, mặt đứng Lập luận về kết cấu công trình Lập luận về lựa chọn vật liệu cho . TOÁN ĐÊ BIỂN • MỘT SỐ QUY ĐỊNH VỀ THÀNH PHẦN VÀ NỘI DUNG HỒ SƠ THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN THUỘC ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH. Tên các chuyên đề cụ thể là: Chuyên đề 9: Phân tích, lựa chọn tiêu chuẩn an toàn cho đê biển; Chuyên đề 10: Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán ổn định thấm; Chuyên đề 11: Nghiên cứu đề. định. 2.3. Các yêu cầu về tiêu chuẩn an toàn lún a) Số liệu quan trắc lún theo chiều thẳng đứng và quan trắc di động ngang của vùng đất hai bên nền đắp trong quá trình đắp nền và đắp gia tải