17.1 Tờng tiêu sóng 17.1.1 Nguyên tắc thiết kế
Tờng tiêu hao sóng đợc thiết kế phải có khả năng hấp thu năng lợng sóng tác dụng lên công trình bến.
[Chú giải]
Sóng trong bể cảng là do sóng từ ngoài của đê chắn sóng đa vào là do sự lan truyền sóng tràn qua
đê, do sóng do gây ra trong bể cảng và các sóng phản xạ trong bể cảng. Nếu dùng tờng tiêu sóng hệ số phản xạ có thể giảm 0,3 đến 0,6 so với sử dụng loại tờng đặc là 0,7 đến 1,0. Để cải thiện độ lặng trong bể cảng, trong thiết kế phải rất thận trọng trong việc bố trí tờng bến và cửa đê chắn sóng. Việc ngăn sóng phản xạ thông qua việc tạo ra những kết cấu phá năng lợng sóng trong bể cảng là một biện pháp có hiệu quả để cải thiện độ lặng.
17.1.2 Xác định dạng kết cấu
Tờng tiêu sóng đợc phân loại thành dạng bằng khối và tờng đứng thùng chìm tiêu sóng. Chọn kiểu cấu tạo phụ thuộc vào kích thớc tờng và chế độ sóng.
[Chú giải]
(1) Tờng tiêu sóng dạng khối đợc cấu tạo bằng nhiều lớp khối bê tông xếp lại và tạo nhiều lỗ rỗng bên trong. Với kiểu này, thờng sử dụng cho loại tờng nhỏ. Hình dạng của khối còn tuỳ thuộc vào thiết kế. Chiều rộng của tờng đợc xác định theo sự ổn định giống nh tờng trọng lực.
(2) Tờng đứng tiêu sóng dạng thùng chìm gồm có kiểu tờng ngăn ô và tờng đục lỗ thờng dùng cho loại tờng lớn. Hiệu quả phá sóng có thể đợc tăng lên bởi tính hợp lý của độ hở tờng trớc có thể hập thu tốt năng lợng sóng.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Tờng phá sóng nói chung là sự kết hợp của các bố trí khoang hở tờng trớc, buồng nớc, tờng ngăn phía sau nhằm giảm hệ số phản xạ do tiêu hao năng lợng sóng do sóng phải đi qua các tấm có các rãnh ngang hoặc đục lỗ của tờng trớc và độ gồ ghề ở phía trong kết cấu. Nh vậy, sóng bão cực trị dùng để thiết kế kết cấu. Còn sóng bình thờng hoặc thờng xuyên dùng để kiểm tra khả
năng phá sóng.
(2) Hệ số phản xạ có thể đợc xác định bằng mô hình thuỷ lực nếu có thể, nếu không có thể xác định theo phần VII 3.2.2 Đê chắn sóng bằng khối chắn sóng thẳng đứng và phần VII, 3.2.3 phá sóng bằng đê chắn sóng thùng chìm. Trong hình T-17.1.1 tới T-17.1.3 là kết quả thí nghiệm1),2)trên loại thùng khoét rãnh và thùng đục lỗ.
(3) Cao độ đỉnh của mặt cắt tờng tiêu hao dạng khối đợc lấy cao hơn mực nớc tháng cao nhất ít nhất bằng 0.5 chiều cao sóng có nghĩa và cao độ đáy phải sâu hơn mực nớc tháng thấp nhất ít nhất là 2 lần chiều cao sóng có nghĩa.
(4) Chiều rộng khoang của kết cấu tiêu sóng dạng thùng chìm cũng lấy nh kiểu kết cấu tờng khối.
Tuy nhiên, nó còn bị ảnh hởng bởi chiều cao của bản mặt và các lỗ, điều này đợc xem xét bằng mô hình thí nghiệm.
Hình T-17.1.1 Thùng chìm khe hở vách dùng trong thí nghiệm mô hình
- VIII. 111 -
Hình T-17.1.2 Quan hệ giữa hệ số tiêu hao và chiều dài ô của
kết cấu tờng tiêu hao sóng dạng thùng khoét vách. Hình T-17.1.3 Hệ số tiêu hao của thùng
đục lỗ với các sóng không đều1).
17.2 Tờng cừ thép không neo 17.2.1 Nguyên tắc thiết kế
(1) Trong phần này sẽ nêu cách thiết kế bến tờng cừ thép không neo để chống lại
đất lấp phía sau.
(2) Phơng pháp mô tả trong phần này áp dụng cho cừ đóng trong đất cát.
[Chú giải]
Phơng pháp thiết kế mô tả trong chơng này áp dụng cho cừ thép đóng trong
đất cát, khi cừ đóng trong đất sét thì không sử dụng đợc phơng pháp này. Nếu có thể nên tránh sử dụng tờng cừ không neo ở nền đất là đất sét. Bởi vị còn nhiều yếu tố cha hiểu hết về tờng cừ không neo trên nền đất sét. Theo quan
điểm ký thuật xây dựng, việc làm tờng cừ không neo trên nền đất sét không có tính hấp dẫn do có nhiều bất lợi nh biến dạng do từ biến.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Tờng cừ chôn trong đất phải đủ khả năng chống đợc áp lực đất, đất đắp, áp lực nớc phía sau.
Tính toán mômen lớn nhất trong cừ sử dụng hớng dẫn trong phân V,4.3.4 Xác định sự làm việc của bằng phơng pháp giải tích cừ.
(2) Hình T-17.2.1 Thể hiện mặt cắt của bến tờng cừ không neo.
- VIII. 112 - -
§é s©u/B íc sãng
Hệ số tiêu hao
Cọc cừ thép
(Đơn vị : m) CT§B : -4.00
MNTTK : +0.10 CT dÇm mò : +1.00MNCTK : +1.90
Đệm chữ V CTMB : +3.40
Khu vùc neo
Bãi
Bản neo
Đất đổ Mặt đất tự nhiên
Đá đổ
Hình T-17.2.1 Ví dụ bến tờng cừ không neo 17.2.2 Ngoại lực tác động lên cừ
Ngoại lực tác động lên tờng cừ phải đợc xác định theo 5.2 Ngoại lực tác động lên t- êng cõ.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Với nền đất cát, mặt đáy giả định ở cao độ mà tại đó tổng áp lực chủ động của đất và áp lực n- ớc d có giá trị bằng áp lực bị động. Nh vậy, từ mặt giả định này trở lên thì mới có lực hớng từ trái qua phải, trong Hình T-17.2.2.
(2) áp lực đất, áp lực đợc tính theo mục 5.2.1 Các ngoại lực phải xem xét.
Hình T-17.2.2 Xác định đáy giả
định
17.2.3 Tính toán mặt cắt ngang của cừ
Mômen uốn lớn nhất trong cừ đợc xác định bằng phơng pháp thích hợp sao cho tơng ứng với đặc trng của kết cấu tờng cừ.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Tính sức kháng của cừ đợc tính theo phần V,4.3.4 xác định sự làm việc của cừ bằng phơng pháp giải tích.
(1) Mô men uốn lớn nhất trong cừ thờng đợc tính toán theo phơng pháp PHRI về sức kháng ngang của cọc.
(2) Sức kháng ngang của cọc đợc tính theo Phần V 4.3.4 Xác định sức kháng ngang của cọc theo phơng pháp giải tích.
(3) Khi cọc thép đợc sử dụng nh cừ thì có thêm ứng suất phụ làm biến dạng mặt cắt cọc ( từ dạng tròn sang dạng elip). Do áp lực nớc và đất bến tờng cừ không neo là kết cấu có chuyển vị lớn và kết hợp với ứng suất phụ tại
- VIII. 113 -
Mực n ớc chênh MNT
Cao trình đáy biển
áp lực chủ động +
áp lực n ớc
Mặt phẳng giả định
áp lực bị động
áp lực tổng hợp
các điểm hình thành mômen lơn nhất. Với cọc đờng kính càng lớn thì ứng suất phụ cũng càng lớn. Trong trờng hợp này phải xét đến do ứng suất phụ. Giá trị ứng suất này đợc tính theo công thức (17.2.1).
4 2
10 1 ,
2 −
= x x
t p D σ
(17.2.1) Trong đó:
T : ứng suất phụ (N/mm2)
p : áp lực đất và nớc lên tờng cừ (kN/m2) D : Đờng kính cọc (mm)
t : Chiều dày cọc (mm) 17.2.4 Xác định chiều dài chôn cừ
Chiều sâu chôn cừ thờng lấy bằng hoặc dài hơn chiều dài có hiệu lực của cọc, đợc xác định trong phần V, 4.3 khả năng chịu tải trọng ngang cho phép của cọc.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Do tờng cừ không neo phải ngăn đất phía sau tờng và làm việc nh cọc, nên chiều sâu chôn cừ đợc tính toán nh trờng hợp đối với cọc. Trong phơng pháp của PHRI về sức kháng của cọc nên lấy chiều sâu chôn bằng 1.5 lm1, trong đó lm1 là giá trị độ sâu mô tả điểm có mômen bằng 0 đầu trên trong cừ tính từ mặt đáy giả định.
17.2.5 Tính độ chuyển vị đỉnh cừ
Độ chuyển vị của tờng cừ khi thiết kế phải đảm bảo không ảnh hởng tới độ an toàn phía sau và phù hợp khi sử dụng.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Không có quy định cụ thể nào cho sự chuyển vị đầu tờng cừ không neo, thiết kế cừ sao cho
đảm bảo tới sự an toàn phía sau và phù hợp khi sử dụng. Trong trờng hợp này phải xem xét và cân nhắc tới chuyển vị cho phép, thờng lấy lớn nhất khoảng 5cm cho điều kiện bình thờng và 10cm trong điều kiện có động đất.
(2) Chuyển vị của cừ δ bao gồm ba giá trị sau (Hình T-17.2.3)
(a) Độ uốn của phần bên dới mặt phẳng giả định(δ1)
(b) Độ uốn của phần bên trên mặt phẳng giả định (δ2)
(c) Chuyển vị của đỉnh cừ do cọc nghiêng tính từ mặt phẳng giả định (δ3)
- VIII. 114 - -
Đáy biển
Mặt đáy giả định
Chuyển vị δ1 và δ3 đợc tính theo phơng pháp PHRI trong phần V, 4.3.4 Đánh gí khả năng làm việc của cọc. Chuyển vị δ2 đợc tính từ giá
trị áp lực đất và các lực khác tác động lên t- êng.
17.2.6 Ngoại lực trong xây dựng
Tờng cừ không neo phải đợc thiết kế đảm bảo an toàn đối với các tải trọng tác
động trong quá trình xây dựng 17.2.7 ThiÕt kÕ chi tiÕt
Trong 5.8 Thiết kế chi tiết. đã đa ra các chỉ dẫn cho thiết kế chi tiết tờng cừ không neo.
17.3 Bến tờng cừ với cọc neo xiên 17.3.1 Nguyên tắc thiết kế
Trong phần này đa ra cách thiết kế bến tờngf cừ với cọc neo xiên đợc đóng sâu vào trong đất phía sau.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1)Thiết kế bến tờng cừ cọc xiên theo các bớc mô tả trong Hình T-17.3.1 (2) Trong hình T-17.3.2 là một ví dụ về mặt cắt ngang bến tờng cừ cọc xiên.
Hình T-17.3.1 Các bớc tính toán bến tờng cừ với cọc xiên
- VIII. 115 - -
Xác định điều kiện thiết kế
Xác định các kích th ớc cơ bản kết cấu (mặt cắt và chiều dài chôn cừ, chiều cao nối cừ với cọc. mặt cắt, chiều dài chôn cọc, khoảng cách và góc nghiêng của cọc.
Tính áp lực đất và áp lực n ớc
Tính lực tác động (theo ph ơng ngang,
đứng tại điểm liên kết cừ và cọc
Kiểm tra mặt cắt cừ, cọc.
Kiểm tra ổn định tr ợt cung tròn Thiết kế cải thiện nền
đất Kiêm tra chiều sâu chôn cừ và cọc
Hình T-17.2.3 Chuyển vị của đỉnh cừ
Hình T-17.3.2 Một ví dụ về kết cấu bến tờng cừ có cọc neo xiên 17.3.2 Ngoại lực tác động lên bến tờng cừ cọc neo xiên
Xác định ngoại lực tác động lên bến tờng cừ cọc chéo, xem trong 5.2 Ngoại lực tác
động lên tờng cừ.
17.3.3 Lực ngang, lực thẳng đứng tác động lên điểm liên kết
Xác định lực tác động lên điểm nối cọc cừ phụ thuộc vào đặc trng kết cấu và điểm nối.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Lực theo phơng ngang, thẳng đứng tại điểm nối giữa cọc và cừ đợc tính toán nh là điểm khớp. 17.3.4 Xác định mặt cắt ngang của cừ và cọc neo xiên
Mô men uốn lớn nhất trong cừ và cọc neo xiên phải đợc tính toán với giả thiết là cả
hai cọc này nh một hệ dầm chịu tải trọng tập trung của các lực thẳng đứng và nằm ngang tác động vào điểm liên kết, các tải trọng này bằng tải trọng phân bổ của áp lực
đất và nớc d. Tiết diện ngang của cọc và cừ neo xiên phải thiết kế sao cho ứng suất do mô men lớn nhất trong các cọc này không đợc vợt quá giá trị cho phép.
17.3.5 Xác định chiều sâu chôn cừ và chôn cọc
Chiều sâu chôn cừ và cọc đủ sức chịu sự tác động của lực thẳng đứng và vuông góc và đã đợc xem xét trong Phần V, Chơng 4 Sức chịu tải của nền cọc. Tuy nhiên, sức chịu tải cọc, cừ theo phơng dọc trục đợc xác định bằng thí nghiệm nén và kéo tại hiện trêng.
17.3.6 ThiÕt kÕ chi tiÕt
Thiết kế chi tiết bến tờng cừ cọc xiên trong 5.8 Thiết kế chi tiết và Phần V, 4.5.2 Thiết kế liên kết cọc với kết cấu phần trên.
17.4 Bến cầu tàu cừ sau 17.4.1 Nguyên tắc thiết kế
Trong phần này nêu lên những vấn đề trong thiết kế bến có kết cấu trên nền cọc phía trớc và tờng cừ phía sau.
- VIII. 116 - -
Cõ thÐp
Cọc neo
(Đơn vị : m)
MNT
[Chú giải]
(1) Kết cấu bến cừ sau là kết cấu có hệ cầu tàu cọc chéo phía trớc và hàng cừ phía sau. Có hai loại kết cấu: Hàng cừ sau liên kết hoặc không liên kết trực tiếp với cầu tàu phía trớc. Trong phần này chỉ xem xét với loại cầu tàu có hàng cừ liên kết trực tiếp, trờng hợp còn lại đợc xem trong Chơng 5 Bến tờng cừ, Chơng 9 Kết cấu bến cầu tàu trên nền cọc đứng và Chơng 10 Kết cấu bến cầu tàu trên nền cọc xiên.
(2) Thiết kế cho loại công trình này dựa vào phơng pháp dầm tơng đơng. Trong phần này, áp dụng với kết cấu tờng cọc cừ thép trên nền cát hoặc sét cứng.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Thiết kế bến cầu tàu cừ sau theo trình tự trong Hình T-17.4.1
- VIII. 117 -
Hình T-17.4.1 Trình từ các bớc thiết kế bến cầu tàu cừ sau (2) Hình T-17.4.2 Ví dụ một mặt cắt ngang của bến cầu tàu cừ sau
- VIII. 118 - -
Xác định các điều kiện thiÕt kÕ
Xác định các kích th ớc cơ bản của kết cấu bên trên, cọc, mặt cắt ngang cừ.
Xác định kiểu kết cấu
Tính toán áp lực đất, áp lực n ớc và các ngoại lực tác dụng lên cừ
Xác định chiều sâu chôn cừ
Kiểm tra tr ợt cung tròn Thiết kế cải thiện đất
Tính phản lực và mômen uốn trong cừ
Xác định kích th ớc mặt cắt cừ
Tính tải trọng bản thân của kết cấu Bố trí xích neo, đệm tàu
Tính ngoại lực thiết kế
Tải đứng:- Thành phần thẳng đứng của áp lực đất -Trọng l ợng bản thân
-Tĩnh tải
-Hoạt tải(xe, cần trục...)
Tải ngang: -Phản lực của t ờng cừ do
áp lực đất, áp lực n ớc -Tải trọng động đất
-Tải trọng do gió(lên cần trôc..)
-Lực cập tàu -Lùc neo
Giả định về lớp đất ở đáy bến (góc tr ợt, mặt phẳng giả định, giá trị kh)
Tính lực trên mỗi đầu cọc
Xác định lực theo ph ong ngang của cọc Xác định lực theo ph ơng đứng của cọc
Tính lực dọc trong cọc
Tính mômen uốn tại liên kết cừ-cọc
Kiểm tra lực nhổ của cọc
Tính chiều sâu chôn cọc -Theo ph ơng đứng -Theo ph ơng ngang
Kiểm tra ổn định
ThiÕt kÕ chi tiÕt BÝch neo
Đệm cao su
CT§B
Cọc thép
Cọc thép Cọc thép
(Đơn vị : m) (Chiều rộng bãi)
MNC MNC
Đá đổ
Hình T-17.4.2 Ví dụ bến cầu tàu cừ sau 17.4.2 Bố trí và kích thớc mặt cắt
(1) Chiều dài một phân đoạn và bố trí cọc đợc xác định theo 9.2.1 Chiều dài một phân đoạn cầu tàu và bố trí cọc
(2) Các kích thớc kiến trúc phần trên xác định theo 9.2.2 Kích thớc kiến trúc phần trên
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Lu ý rằng, cách bố trí và góc nghiêng của cọc liên quan đến vị trí các cọc khác và những khó khăn khi thi công, chẳng hạn về khả năng thiết bị đóng cọc. Thờng lấy góc nghiêng của cọc khoảng 200.
17.4.3 ThiÕt kÕ têng cõ
Thiết kế tờng cừ theo hớng dẫn trong trong Chơng 5 Bến tờng cừ [Chỉ dẫn kỹ thuật]
Chiều dài đóng cọc, phản lực gối, mômen uốn trong cừ đợc tính theo hớng dẫn trong Chơng 5 Bến t- ờng cừ, bằng cách coi liên kết cọc-cừ là một nút.
17.4.4 Thiết kế kết cấu bên trên
Thiết kế kết cấu bên trên đợc xem theo chơng 9 Bến trên nền cọc đứng và Chơng 10 Bến trên nền cọc xiên.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Khi thiết kế cọc, cừ lấy với tảI trọng bản thân của kết cấu bê tông cốt thép bên trên là 21KN/m2 (2) Ngoại lực tác dụng lên kiến trúc phần trên đợc tính toán theo hớng dẫn trong mục 9.3.1 Tính toán
ngoại lực. áp lực đất, áp lực nớc tác dụng lên cừ đợc thay thế bằng phản lực nút tại liên kết cọc - cõ.
(3) Phản lực của đệm xác định theo mục 9.3.2 Tính toán phản lực đệm.
(4) Đất đáy bến đợc xem trong mục 9.4 Nền đất đáy biển. Có thể sử dụng phơng pháp của Chang
để xác định các yếu tố của cọc.
(5 Giả sử toàn bộ lực ngang sinh ra đều do cọc xiên chịu. TảI thẳng đứng tác dụng lên đầu cọc đợc tính dới phản lực liên kết nh một dầm đơn giản. Lực dọc trên cọc xiên và cừ tính theo công thức (4.3.1) phầnV, mục 4.3.6 Sức chịu tảI ngang của cọc đôi, dùng lực ngang lên tờng và lực đứng phân bố lên cọc. Phản lực trên đầu cọc truyền vào dầm - lấy lực đó dể tính toán
(6) Mômen tại nút liên kết cọc-cừ đợc tính khi có lực tác động là áp lực dất, áp lực nớc và lực ngang khác và xem cọc cừ đợc ngàm tại điểm giả định. Với điểm ngàm giả định xem trong mục 9.5.3
Điểm ngàm giả định.
(7) Lực kéo trong cọc tính theo công thức (9.5.11) trong mục 9.5.5 Cọc chịu kéo trên mặt cắt ngang, các cọc đều đợc tính toán với trờng hợp chỉ có lực dọc hoặc tổ hợp lực dọc và mômen.
17.4.5 Chiều dài chôn cọc
Xác định chiều dài chôn cọc, cừ thông qua kiểm tra khả năng chịu tải của cọc và sức kháng ngang của cọc.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Kiểm tra chiều dài chôn cọc theo khả năng chịu tải phải tuân thủ các hớng dẫn trong mục 9.5.6 Kiểm tra chiều dài chôn cọc theo khả năng chịu tải và kiểm tra chiều dài chôn cọc với sức kháng ngang đ ợc theo mục 9.5.7 Tính chiều dài của cọc với sức kháng ngang.
- VIII. 119 -