Khối Tetrapod là gì: đó là khối bê tông đúc sẵn có bốn chân tỏa đều từ một tâm, dùng làm lớp phủ ngoài cho đê chắn sóng mái nghiêng. Đặt kiểu nào khối cũng tựa trên ba chân và chĩa một chân lên trên, nhờ vậy các khối cài vào nhau thành một lớp rỗng nuốt năng lượng sóng thay vì dội sóng ngược trở lại. Toàn bộ trị số kỹ thuật trong bài tra theo TCCS 02:2017/CHHVN – Đê chắn sóng – Yêu cầu thiết kế do Cục Hàng hải Việt Nam ban hành.
Khối Tetrapod ra đời từ đâu
Tetrapod do hai kỹ sư Pierre Danel và Paul Anglès d’Auriac thiết kế năm 1950 tại Laboratoire Dauphinois d’Hydraulique ở Grenoble, Pháp. Công trình đầu tiên dùng khối này là đê chắn sóng bảo vệ nhà máy nhiệt điện Roches Noires tại Casablanca, Maroc.
Tên gọi lấy từ tiếng Hy Lạp, nghĩa là “bốn chân”; trên công trường Việt Nam khối còn được gọi là khối tiêu sóng hay trụ chắn sóng. Đây là khối phủ dị hình thế hệ đầu, trước Dolos, Accropode và Core-loc, nhưng vẫn thông dụng vì ván khuôn đơn giản và hệ số thiết kế đã được kiểm chứng suốt bảy thập kỷ.
Bốn chân tiêu sóng bằng cách nào
Một mái đê phẳng phản xạ gần như toàn bộ sóng. Sóng dội lại gặp sóng tới, dựng thành sóng đứng, chân đê bị xói và khối phủ bị cuốn đi. Lớp Tetrapod làm ngược lại: nó biến mái đê thành một khối rỗng, gồ ghề.
Ba cơ chế xảy ra cùng lúc khi con sóng đập vào lớp khối:
- Phân tán dòng chảy. Bốn chân bẻ dòng nước thành nhiều dòng rối nhỏ, năng lượng mất đi vì ma sát.
- Chứa nước trong lỗ rỗng. Hai lớp khối tạo hệ lỗ thông nhau, sóng leo lên rồi rút xuống qua đó.
- Cài khối. Chân gác chéo nhau nên một khối muốn bật ra phải kéo theo khối bên cạnh. Ổn định ở đây là của cả mảng, không phải từng khối.
Đây là lý do không bao giờ được xếp Tetrapod thành một lớp đơn. TCCS 02:2017/CHHVN quy định Tetrapod xếp ngẫu nhiên hai lớp; chỉ Accropode và Core-loc mới là khối phủ một lớp.
Vị trí trong mặt cắt đê
Đê chắn sóng mái nghiêng là kết cấu nhiều lớp, mỗi lớp giữ lớp bên dưới khỏi bị sóng hút ra ngoài: trong cùng là lõi đá hỗn hợp, rồi lớp đệm, ngoài cùng là lớp phủ chính Tetrapod.
Theo Điều 9.5.1 của TCCS 02:2017/CHHVN, đá lớp đệm và lõi đê lấy từ 1/10 đến 1/20 trọng lượng khối phủ chính và phải thỏa mãn điều kiện lọc giữa các lớp. Với khối 10 tấn, đá lớp đệm nằm trong khoảng 0,5–1 tấn. Đá nhỏ hơn thì lõi đê bị sóng hút rỗng dần qua kẽ khối phủ.
Chân mái phía biển phải có lăng thể chân khay đỡ lớp Tetrapod — mất chân khay thì cả lớp khối trượt xuống, đây là dạng hư hỏng phổ biến nhất của đê mái nghiêng. Phần này dùng cấu kiện bảo vệ chân kè biển hoặc lăng thể đá hộc tùy độ sâu nước. Về độ dốc, Điều 9.2.4 cho chọn sơ bộ m = 1:1,3 đến 1:1,5 cho cả hai phía khi dùng khối phủ phá sóng, dốc hơn hẳn đê đá đổ thông thường là 1:2.
Tính trọng lượng khối theo công thức Hudson
Trọng lượng khối phủ không chọn theo kinh nghiệm mà tính từ chiều cao sóng thiết kế. Điều 9.4.4.1 của TCCS 02:2017/CHHVN dùng công thức Hudson (1974):
M = γs · HD3 / [ KD · (γs/γ − 1)3 · cotα ]
Trong đó M là khối lượng khối phủ, γs và γ là tỷ khối của bê tông và của nước, α là góc nghiêng mái đê, HD là chiều cao sóng tính toán. Với sóng không vỡ lấy HD = H1/10 = 1,27Hs; với sóng vỡ lấy giá trị lớn hơn giữa chiều cao sóng vỡ và Hs.
Biến quyết định là KD — hệ số ổn định của loại khối. Bảng 11 của tiêu chuẩn cho Tetrapod và Quadripod xếp ngẫu nhiên hai lớp:
| Vị trí trên tuyến đê | Mái dốc cotα | Sóng vỡ | Sóng không vỡ |
|---|---|---|---|
| Thân đê | 1,5 – 3,0 | 7,0 | 8,0 |
| Đầu đê | 1,5 | 5,0 | 6,0 |
| 2,0 | 4,5 | 5,5 | |
| 3,0 | 3,5 | 4,0 |
Hai điều rút ra từ bảng này. Thứ nhất, KD nằm ở mẫu số nên khối lượng tỷ lệ nghịch với nó: KD đầu đê chỉ bằng khoảng 60% thân đê, và Điều 9.6.2 nói thẳng là trọng lượng khối phủ đầu đê cần tăng thêm 50%. Thứ hai, chiều cao sóng vào lũy thừa ba — sóng thiết kế tăng 20% thì khối nặng thêm hơn 70%.
Hudson chỉ đúng trong phạm vi: mái dốc m từ 1,5 đến 3, tỷ khối khối phủ 1,9–2,9 t/m³, đê đủ cao để không hoặc ít sóng tràn.
Khi nào Hudson không còn đủ
Tiêu chuẩn liệt kê rõ những gì Hudson bỏ qua: góc sóng tới, độ thấm của lõi và lớp phủ, cao trình đỉnh đê, chu kỳ sóng, thời gian duy trì bão, độ dốc bãi và mức độ hư hại cho phép. Với công trình cấp cao hoặc vùng bão dài ngày, Điều 9.4.4.4 đưa ra công thức Van der Meer riêng cho Tetrapod hai lớp phủ, có xét số con sóng, độ dốc sóng và số khối cho phép dịch chuyển.
Với đê hỗn hợp, Điều 11.3.1 dùng công thức Hanzawa, còn Điều 11.3.3 chốt một ngưỡng đáng nhớ: khối phủ phần mái nghiêng của đê hỗn hợp chọn không nhỏ hơn 10 tấn, bất kể tính toán ra bao nhiêu.
Quy cách khối sản xuất trong nước
Tetrapod không có bộ kích thước cố định: khối dựng từ một kích thước gốc, các kích thước còn lại nhân theo hệ số tỷ lệ, nên người ta gọi khối theo trọng lượng. Các cỡ phổ biến ở Việt Nam:
| Cỡ khối | Thường dùng cho |
|---|---|
| 4,5 tấn | Kè biển, đê chắn sóng vùng sóng nhỏ, công trình tạm |
| 7 tấn | Thân đê chắn sóng cảng vừa |
| 10 tấn | Thân đê chắn sóng cảng biển, ngưỡng tối thiểu cho đê hỗn hợp |
| 12,8 tấn | Đoạn chịu sóng mạnh, chuyển tiếp sang đầu đê |
| 18,5 tấn | Đầu đê, vùng sóng lớn |
Cột bên phải là quy ước thường gặp trên công trường, không thay cho tính toán theo Hudson hoặc Van der Meer. Cùng cỡ 10 tấn có thể thừa ở vịnh kín và thiếu ở mũi biển hở.
Theo Điều 9.4.2, khối phủ chính đúc bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép. Yêu cầu chống ăn mòn trong môi trường biển tra theo TCVN 9346:2012, tiêu chuẩn mà TCCS 02:2017/CHHVN viện dẫn.
So với các khối phủ khác
Bảng 9 của tiêu chuẩn cho hệ số lớp phủ kΔ, dùng tính bề rộng đỉnh đê và mật độ xếp khối: Tetrapod hai lớp là 1,04, đá hộc nhám hai lớp 1,00, khối lập phương 1,10, Dolos 0,94, Core-loc và Accropode 1,51.
Về hệ số ổn định, Tetrapod đạt KD = 7,0–8,0 ở thân đê, thấp hơn Dolos (15,0–31,0), Accropode (12–15) và Core-loc (16) — nghĩa là cùng điều kiện sóng, khối Tetrapod phải nặng hơn khối thế hệ sau.
Đổi lại, Tetrapod có ba điểm mạnh: ván khuôn rẻ, khối đặc chắc nên ít gãy chân hơn Dolos vốn mảnh, và xếp hai lớp ngẫu nhiên nên sai số thi công không làm hỏng cả lớp phủ như khối một lớp xếp theo quy cách. So sánh rộng hơn ở bài cấu kiện chắn sóng bê tông và khối Hohlquader chắn sóng.
Năm sai lầm thường gặp
- Lấy KD thân đê áp cho đầu đê. Đầu đê chịu sóng nhiều hướng, KD tụt còn 3,5–6,0 và khối phải tăng 50% trọng lượng.
- Xếp một lớp cho tiết kiệm. Mọi hệ số trong bảng tra đều ứng với hai lớp; xếp một lớp là bỏ luôn cơ sở tính toán.
- Bỏ qua cấp phối lớp đệm. Đá đệm sai tỷ lệ 1/10–1/20 thì lõi đê bị hút rỗng dần, mái sụt sau vài mùa bão.
- Đúc khối non tuổi rồi cẩu lắp. Chân khối chịu uốn lúc nhấc, bê tông chưa đủ cường độ sẽ nứt chân và mất khả năng cài.
- Thả khối tự do xuống mái. Khối rơi làm vỡ chân khối bên dưới. Phải hạ có kiểm soát theo sơ đồ xếp.
Nhà máy Sản xuất VLXD Thành An Phú Yên
Nhà máy đúc sẵn cấu kiện kè biển tại Thôn Lương Phước, xã Sơn Thành, Đắk Lắk, trong đó có khối Tetrapod theo năm cỡ nêu ở bảng trên. Cùng nhóm còn có khối Hohlquader, cấu kiện bảo vệ chân kè và cấu kiện BTCT đúc sẵn theo bản vẽ riêng của từng dự án.
Khối được dưỡng hộ đủ tuổi trước khi xuất xưởng, tránh đúng lỗi nứt chân khi cẩu lắp nêu ở trên. Cỡ khối ngoài năm cỡ tiêu chuẩn thì gia công ván khuôn theo bản vẽ — xem thêm ở bài nhà sản xuất trụ chắn sóng.
Câu hỏi thường gặp
Khối Tetrapod nặng bao nhiêu tấn?
Không có con số cố định, trọng lượng tính từ chiều cao sóng thiết kế. Thị trường Việt Nam phổ biến năm cỡ 4,5 đến 18,5 tấn; riêng đê hỗn hợp có ngưỡng tối thiểu 10 tấn.
Tetrapod và Dolos khác nhau thế nào?
Dolos có KD 15,0–31,0 so với 7,0–8,0 nên nhẹ hơn ở cùng điều kiện sóng, nhưng thân mảnh nên dễ gãy. Tetrapod đặc chắc hơn, bù lại phải nặng hơn.
Khối Tetrapod có cần cốt thép không?
Điều 9.4.2 cho phép cả bê tông và bê tông cốt thép. Cỡ nhỏ thường đúc bê tông khối, cỡ lớn có thể đặt cốt thép chịu ứng suất cẩu lắp. Quyết định thuộc hồ sơ thiết kế từng dự án.
Xếp Tetrapod mấy lớp là đúng?
Hai lớp, xếp ngẫu nhiên. Mọi hệ số KD và kΔ trong TCCS 02:2017/CHHVN đều ứng với cách xếp này.
Kết luận
Khối Tetrapod là khối phủ bốn chân xếp hai lớp ngẫu nhiên trên mái đê chắn sóng, tiêu năng lượng sóng bằng dòng rối, lỗ rỗng và liên kết cài giữa các khối. Thiết kế gói trong một phép tính: trọng lượng theo Hudson với KD = 7,0–8,0 ở thân đê và 3,5–6,0 ở đầu đê, mái dốc 1:1,3 đến 1:1,5, lớp đệm bằng 1/10–1/20 trọng lượng khối phủ.
Phần dễ sai lại không nằm ở công thức mà ở thi công: đủ hai lớp, đúng cấp phối lớp đệm, chân khay chắc, khối đủ tuổi, hạ có kiểm soát.
Cần khối Tetrapod cho công trình kè biển, đê chắn sóng? Nhà máy Sản xuất VLXD Thành An Phú Yên — Thôn Lương Phước, xã Sơn Thành, Đắk Lắk. Giá theo cỡ khối và số lượng: liên hệ hotline 0973 33 6666.
Bình luận