Channel Revetment (độ dốc < 2%): Lớp bảo vệ bờ hoặc đáy kênh nhằm chống xói lở do dòng chảy, áp dụng cho các đoạn có độ dốc nhẹ (< 2%).
Bridge Piers: Bảo vệ trụ cầu – khu vực quanh các trụ cầu rất dễ bị xói do dòng chảy tập trung hoặc xoáy nước.
Bridge Abutments / Guide Banks: Bảo vệ mố cầu / Guide Banks-Bờ hướng dòng (thường đặt gần cầu để hướng dòng và giảm xói lở)
Channel Spurs : Cấu trúc chắn dòng đặt vuông góc hoặc xiên với dòng chảy để làm chệch hướng hoặc giảm vận tốc dòng – nhằm hạn chế xói lở bờ kênh.
Embankment Overtopping/channel slopes > 2%: Bảo vệ mái đê, bờ bao hoặc các đoạn kênh có độ dốc lớn hơn 2% – nơi dòng chảy có vận tốc cao và nguy cơ xói lớn.
Culvert Outlet Protection: Bảo vệ miệng xả cống (phía hạ lưu) khỏi bị xói do nước thoát ra với vận tốc cao.
Open-bottom Culvert Protection: Bảo vệ khu vực dưới đáy cống hở (không có đáy) – thường là nơi dễ bị xói nếu không được bảo vệ.
Wave Attack: Bảo vệ bờ sông, hồ, đê biển khỏi tác động của sóng – thường cần lớp riprap có khối lượng lớn và ổn định cao.

Ngoài ra, một Riprap Filter Design Calculator có sẵn cho từng ứng dụng riprap nêu trên. Filter Caculator sẽ thiết kế cả lớp lọc hạt hoặc vải địa kỹ thuật; với nhiều lớp có sẵn cho thiết kế lớp lọc hạt nếu cần. Một mô tả chi tiết về Filter Design Caculator được trình bày bên dưới. FHWA’s HEC 23, Tập 2 chứa mô tả chi tiết về tất cả các phương pháp trên.

Mỗi ứng dụng Riprap ở trên yêu cầu các Tham số Đầu vào khác nhau. Khi bạn chọn một ứng dụng, màn hình nhập dữ liệu tương ứng sẽ mở ra.

Sau khi chọn ứng dụng mong muốn, người dùng cung cấp các thông số thủy lực cần thiết cho thiết kế riprap cụ thể. Người dùng nhập trực tiếp các thông số này, hoặc tính toán chúng bằng cách chọn một tệp Channel Calculator đã được định nghĩa trước xuất hiện trong cửa sổ “Select Channel” hoặc nhập dữ liệu đặc trưng thủy lực và kênh mới tại chỗ bằng Channel Calculator. (Xem mô tả về cách sử dụng Channel Calculator ở phần trước của tài liệu này.) Để chuyển kết quả từ Channel Calculator đến các ô Input Parameter tương ứng, chọn nút “Transfer Values From Channel Calculator” trong phần Input Parameters.

Sau khi nhập các thông số thủy lực, các Input Parameters đặc trưng cho ứng dụng riprap đã chọn phải được cung cấp. Toolbox sẽ ngay lập tức xuất kích thước đá riprap cần thiết cho các điều kiện thủy lực kênh đã cho.

Với một vài khác biệt nhỏ, các thao tác và yêu cầu trên là chung cho cả tám ứng dụng riprap. Các khác biệt xảy ra trong các ứng dụng Embankment Overtopping và Wave Attack. Ứng dụng Embankment Overtopping bao gồm Weir Calculator, bên cạnh Channel Calculator, và có tùy chọn chuyển kết quả từ Weir Calculator đến các ô Input Parameter, nếu muốn. (Để biết thêm thông tin về Weir Calculator, xem mô tả trước đó trong tài liệu này.) Ứng dụng Wave Attack được dùng cho bảo vệ bờ và bao gồm một Design Wave Calculator thay vì Channel Calculator. Toolbox sẽ chuyển kết quả đã tính hoặc chỉnh sửa từ Design Wave Calculator đến công cụ tính riprap cho Wave Attack.

Phần mô tả về các Input Parameters đặc trưng, phương trình chi phối, và Kết quả cho từng ứng dụng riprap, cũng như các máy tính Filter Design và Design Wave, được trình bày ở các chương sau.

Thông tin chi tiết hơn về các phương trình được sử dụng trong máy tính riprap có trong tài liệu tham khảo sau:

Lagasse, P.F., et al., September 2009, Bridge Scour and Stream Instability Countermeasures—Experience, Selection, and Design Guidance, Hydraulic Engineering Circular No. 23, Third Edition, FHWA-NHI-09-111 & 112, HEC 23.

www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/library_arc.cfm?pub_number=23&id=142

11.1 Channel Revetment

Hình 11.3: Sơ đồ lớp bảo vệ bằng riprap với mũi chôn, từ FHWA HEC 23, Tập 2, Hình 4.2

Phương trình chi phối để tính kích thước riprap cho Channel Revetment là:

$$d_{30} = y (S_f C_s C_v C_T) \left[ \frac{(V_{des})}{K_1 (s_g – 1) g y} \right]^{2.5} \quad \text{(Xem FHWA HEC 23, Tập 2, Phương trình 4.1)}$$

Danh sách dưới đây cho thấy các thông số đầu vào đặc trưng cần thiết cho thiết kế riprap Channel Revetment:

Channel Type (Natural or Trapezoidal): Loại kênh (kênh tự nhiên hoặc kênh có hình thang), điều này ảnh hưởng đến cách dòng chảy và xói lở diễn ra.
Local Flow Depth, ft (typically taken at toe of slope for bank revetments): Độ sâu dòng chảy cục bộ (thường lấy tại chân mái dốc – là vị trí dễ bị xói nhất).
Riprap Shape (Angular or Rounded): Hình dạng đá – đá góc cạnh (angular) ổn định hơn đá tròn (rounded) do khả năng liên kết tốt hơn
Channel Cross-sectional Average Velocity: Vận tốc trung bình tại mặt cắt ngang của kênh – ảnh hưởng trực tiếp đến lực xói.
Centerline Radius of any Channel Bend: Bán kính cong của đoạn kênh – cong càng nhỏ, xói càng mạnh ở bờ ngoài.
Width of Water Surface Upstream end of channel bend:Chiều rộng mặt nước tại đầu đoạn cong – dùng để tính toán các yếu tố điều chỉnh vận tốc và chiều sâu.
Bank Angle: Góc mái bờ kênh – càng dốc thì nguy cơ xói lở càng lớn, ảnh hưởng đến độ dày riprap.
Protection Location (straight channel, outside bend, inside bend, downstream of concrete channel, end of dike): Vị trí được bảo vệ – kênh thẳng, bờ ngoài/ trong đoạn cong, sau cống, cuối đê… – ảnh hưởng đến hệ số an toàn và kiểu dòng chảy.
Specific Gravity of Rock (typically 2.65): Tỷ trọng riêng của đá riprap – đặc điểm vật lý cần thiết để tính toán kích thước ổn định
Safety Factor desired: Hệ số an toàn mong muốn – giá trị càng lớn thì riprap càng “bền”, nhưng chi phí sẽ tăng.

The following unique Results for Channel Revetment riprap are:

Side Slope Correction Factor: Hệ số hiệu chỉnh theo độ dốc mái – điều chỉnh tính toán để phù hợp với mái dốc thực tế.
Velocity Distribution Coefficient: Hệ số phân bố vận tốc – tính đến sự thay đổi vận tốc trong dòng chảy
Design Velocity, ft/sec: Vận tốc thiết kế – vận tốc được chọn để tính toán kích thước riprap.
D₃₀ and D₅₀ Rock Size-Fractions, Kích thước đá đại diện: D₃₀: 30% khối lượng nhỏ hơn; D₅₀: 50% khối lượng nhỏ hơn (đường kính trung bình)
Riprap Gradation: Độ phân cấp hạt – sự phân bố kích thước trong hỗn hợp đá riprap.
Minimum Riprap Thickness: Độ dày tối thiểu lớp riprap để đảm bảo ổn định và bảo vệ hiệu quả.

11.2 Bridge Pier

Phương trình chi phối để tính kích thước riprap nhằm bảo vệ Bridge Pier là:

$$d = \frac{0.692(V_{des})^2}{(s_g – 1)2g} \quad \text{(Xem FHWA HEC 23, Tập 2, Phương trình 11.1)}$$

Các thông số đầu vào bắt buộc cho thiết kế riprap tại Bridge Pier là:

Velocity Input Type (Vận tốc trung bình tại cầu hoặc vận tốc cục bộ tại trụ cầu)
Average Channel Velocity at Bridge or Local Velocity at Pier, ft/sec
Pier Shape (Trụ tròn mũi hoặc mặt vuông – Round-nose or Square-faced)
Pier Width (vuông góc với dòng chảy), ft
Contraction Scour Depth, nếu có, ft
Bed Form Depth, nếu có, ft
Specific Gravity of Rock (thường là 2.65)

Các kết quả tính toán từ thiết kế riprap cho Bridge Pier gồm:

Design Velocity, ft/sec
D₅₀ Rock Size-Fractions, in
Riprap Gradation
Depth of Riprap Below Streambed, ft
Minimum Riprap Extent, ft
Filter Placement Extent, ft

11.3 Bridge Abutments or Guide Banks – Mố cầu hoặc Bờ dẫn

Hình 11.4: Mặt cắt điển hình của lớp riprap bảo vệ mố cầu, từ FHWA HEC 23, Tập 2, Hình 14.

Phương trình tổng quát để tính kích thước riprap cho Bridge Abutment hoặc Guide Bank là:

$$d_{50}}{y} = \frac{K}{(s_{r} – 1)} \left[ \frac{V^{2}}{g y} \right]$$

(FHWA HEC 23, Volume 2, Eqn. 14.1)

Các thông số đầu vào cần thiết cho thiết kế riprap bảo vệ Bridge Abutment hoặc Guide Bank gồm:

Structure Type (Abutment hoặc Guide Bank)
Abutment Type (Spill-thru hoặc Vertical-wall)
Setback Length từ mép dòng chính, ft (khoảng cách từ mép gần của dòng chính đến toe của abutment)
Main Channel Average Flow Depth, ft (Chiều sâu trung bình của dòng chính)
Flow Depth at Toe, ft (Chiều sâu tại chân mố)
Total Discharge, ft³/sec (Tổng lưu lượng dòng chảy)
Overbank Discharge, ft³/sec (Lưu lượng tràn bờ)
Total Bridge Flow Area, ft² (Tổng diện tích dòng chảy dưới cầu)
Setback Flow Area, ft² (Diện tích dòng chảy tại vùng setback)
Maximum Channel Velocity, ft/sec (Vận tốc lớn nhất của dòng kênh)
Specific Gravity of Rock (Tỷ trọng riêng của đá, thường là 2.65)

Các kết quả đầu ra cho thiết kế riprap bảo vệ Bridge Abutment hoặc Guide Bank gồm:

Setback Ratio (tỷ lệ giữa setback length và channel flow depth)
Characteristic Velocity, ft/sec (Vận tốc đặc trưng)
Froude Number at Toe (Số Froude tại chân mố)
Abutment Coefficient (Hệ số mố cầu)
D₅₀ Rock Size-Fractions, in (Kích thước đá D₅₀)
Riprap Gradation (Phân loại cấp phối riprap)
Riprap Thickness, in (Chiều dày lớp riprap)
Minimum Horizontal Extent from Toe, ft (Chiều dài nằm ngang tối thiểu từ chân mố)
Minimum Extent of Wrap-Around, ft (Chiều dài bao quanh tối thiểu)

![Hình ảnh]

Figure 11.4: Typical cross section for abutment riprap, from FHWA HEC 23, Volume 2, Figure 14.8

The general equation for computing riprap size for Bridge Abutment or Guide Bank protection is: d50y=K(sr−1)[V2gy]\frac{d_{50}}{y} = \frac{K}{(s_{r} – 1)} \left[ \frac{V^{2}}{g y} \right]

(FHWA HEC 23, Volume 2, Eqn. 14.1)

The following required input parameters for Bridge Abutment or Guide Bank riprap design are:

Structure Type (Abutment or Guide Bank)
Abutment Type (Spill-thru or Vertical-wall)
Setback Length from main channel, ft (distance from near edge of main channel to toe of abutment)
Main Channel Average Flow Depth, ft
Flow Depth at Toe, ft
Total Discharge, ft³/sec
Overbank Discharge, ft³/sec
Total Bridge Flow Area, ft²
Setback Flow Area, ft²
Maximum Channel Velocity, ft/sec.
Specific Gravity of Rock (typically 2.65)

The following results for Bridge Abutment or Guide Bank riprap are:

Setback Ratio (ratio of set-back length to channel flow depth)
Characteristic Velocity, ft/sec
Froude Number at Toe
Abutment Coefficient
D₅₀ Rock Size-Fractions, in
Riprap Gradation
Riprap Thickness, in
Minimum Horizontal Extent from Toe, ft
Minimum Extent of Wrap-Around, ft

11.4 Channel Spur – Đê phụ dẫn dòng

Hình 11.5: Spur thẳng, đầu tròn điển hình, từ FHWA HEC 23, Tập 2, Hình 2.12

Phương trình chính để tính kích thước riprap cho Channel Spurs (đê phụ dẫn dòng) là:

$$d_{30} = y \left(S_f C_s C_g C_T\right) \left[ \frac{(V_{des})^2}{K_1(s_g – 1)gy} \right]^{2.5}$$

(FHWA HEC 23, Volume 2, Eqn. 4.1)

Các thông số đầu vào cần thiết cho thiết kế riprap cho Channel Spur gồm:

Channel Type (kênh tự nhiên hoặc hình thang)
Local Flow Depth at end of Spur, ft (Chiều sâu dòng chảy tại đầu spur)
Riprap Shape (dạng đá: góc cạnh hoặc tròn)
Channel Cross-sectional Average Velocity (vận tốc trung bình mặt cắt ngang kênh)
Centerline Radius of any Channel Bend (bán kính cong của dòng chảy nếu có)
Width of Water Surface Upstream (chiều rộng mặt nước phía thượng lưu)
Bank Angle (góc mái bờ)
Specific Gravity of Rock (tỷ trọng riêng của đá, thường là 2.65)
Safety Factor desired (hệ số an toàn yêu cầu)

Các kết quả đầu ra cho thiết kế riprap Channel Spur gồm:

Side Slope Correction Factor (hệ số hiệu chỉnh độ dốc mái)
Local Velocity at Spur Nose, ft/sec (vận tốc cục bộ tại đầu spur)
D₃₀ và D₅₀ Rock Size-Fractions, in (kích cỡ đá D₃₀ và D₅₀)
Riprap Gradation (phân loại cấp phối đá hộc)
Minimum Riprap Thickness, in (chiều dày riprap tối thiểu)

11.5 Embankment Overtopping – Tràn đê

Hình 11.6: Mô hình xói lở điển hình của mái đê khi có dòng chảy tự do, từ FHWA HEC 23, Tập 2, Hình 5.2

Phương trình tổng quát để tính kích thước riprap bảo vệ Embankment Overtopping là:

$$d_{50} = \frac{K_v q_r^{0.82}}{c_u^{0.25} \varepsilon^{0.75}} \left( \frac{\sin \alpha}{(s_g \cos \alpha – 1)(\cos \alpha \tan \phi – \sin \alpha)} \right)^{1.11}$$

(FHWA HEC 23, Volume 2, Eqn. 5.2)

Các thông số đầu vào cần thiết cho thiết kế riprap cho Embankment Overtopping gồm:

Embankment Side Slope (độ dốc mái đê)
Total Discharge, ft³/sec (tổng lưu lượng tràn)
Overtopping Length, ft (chiều dài vùng tràn)
Weir Coefficient (hệ số tràn)
Coefficient of Uniformity for riprap, D₆₀/D₁₀ (hệ số đồng nhất của riprap)
Porosity of riprap (độ rỗng của riprap)

Các kết quả đầu ra cho riprap bảo vệ Embankment Overtopping gồm:

Overtopping Depth, ft (chiều sâu tràn)
Unit Discharge, ft³/sec/ft (lưu lượng tràn riêng)
Median Rock Size, D₅₀, in (kích thước trung vị đá)
Riprap Gradation (phân loại cấp phối đá hộc)
Interstitial Velocity, ft/sec (vận tốc giữa các khe đá)
Average Velocity, ft/sec (vận tốc trung bình)
Manning’s n-value (hệ số nhám Manning)
Minimum Riprap Thickness, in (chiều dày tối thiểu riprap)
Unit Discharge over riprap, ft³/sec/ft (lưu lượng riêng tràn qua riprap)
Unit Discharge through riprap, ft³/sec/ft (lưu lượng riêng qua các khe riprap)

11.6 Culvert Outlet Protection – Bảo vệ cửa ra cống

Hình 11.7: Đặt riprap tại cửa ra cống, từ FHWA HEC 14, Hình 10.4

Đối với các cống có đường kính 60 inch trở xuống, thiết bị được sử dụng phổ biến nhất để bảo vệ cửa ra là riprap apron (thảm đá hộc).
Phương trình để tính kích thước riprap cho Culvert Outlet (cửa ra cống) là:

$$D_{50} = 0.2D \left( \frac{Q}{g D^{2.5}} \right)^{4/3} \left( \frac{D}{TW} \right)$$

(HEC 14, Eqn. 10.4)

Các thông số đầu vào cần thiết để thiết kế riprap Culvert Outlet Protection gồm:

Flow, ft³/sec (lưu lượng)
Culvert Diameter, ft (đường kính cống)
Normal Depth in Culvert, ft (chiều sâu bình thường trong cống)
Tailwater Depth, ft (chiều sâu nước phía hạ lưu)
Flow Type (Subcritical hoặc Supercritical – loại dòng chảy: chậm hoặc nhanh)

Các kết quả đặc trưng cho thiết kế riprap bảo vệ cửa ra cống gồm:

Median Rock Size, D₅₀, in (kích thước trung vị đá)
Riprap Gradation (phân loại cấp phối đá)
Apron Length, ft (chiều dài thảm đá)
Apron Width, ft (chiều rộng thảm đá)
Apron Thickness, ft (chiều dày thảm đá)
Tailwater Depth used in calculations, ft (chiều sâu nước hạ lưu sử dụng trong tính toán)
Culvert Diameter used in calculations, ft (đường kính cống sử dụng trong tính toán)

Tài liệu tham khảo thêm về tính toán bảo vệ cửa ra cống nằm ở Chương 10 tài liệu HEC 14:

Thompson, P.L., Kilgore, R.T., July, 2006, Hydraulic Design of Energy Dissipators for Culverts and Channels, Hydraulic Engineering Circular No. 14, Third Edition, FHWA-NHI-06-086, HEC 14.
🔗 https://www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/library_arc.cfm?pub_number=13&id=129

11.7 Open-Bottom Culvert Protection – Bảo vệ cống đáy hở

Phương trình chính để tính kích thước riprap cho open-bottom culverts (cống đáy hở) là:

$$d_{50} = \frac{k_r y_0}{(s_g – 1)} \left( \frac{V_{dC}^2}{g y} \right)^{0.33}$$

(FHWA HEC 23, Volume 2, Eqn. 18.1)

Các thông số đầu vào cần thiết để thiết kế riprap bảo vệ Open-Bottom Culvert gồm:

Design Curve (đường cong thiết kế: Envelope hoặc Best-Fit)
Average Velocity at entrance, ft/sec (vận tốc trung bình tại cửa vào)
Average Flow Depth at entrance, ft (chiều sâu dòng chảy trung bình tại cửa vào)
Invert Elevation, ft (cao độ đáy cống)
Contraction Scour + Long-Term Degradation, ft (xói do co hẹp + suy giảm dài hạn)

Các kết quả đầu ra cho riprap bảo vệ Open-Bottom Culvert gồm:

Median Rock Size, D₅₀, in (kích thước trung vị đá)
Riprap Gradation (phân loại cấp phối riprap)
Top of Footing Elevation, ft (cao độ đỉnh móng)
Riprap Thickness, ft (chiều dày lớp riprap)
Riprap Layout Dimensions, ft (kích thước bố trí riprap)

11.8 Wave Attack – Tác động của sóng

Hình 11.8: Bảo vệ bờ bằng riprap – cấu hình thiết kế điển hình, từ FHWA HEC 23, Tập 2, Hình 17.2

Có hai phương trình được sử dụng để tính kích thước riprap cho bảo vệ Wave Attack (tác động của sóng):
Phương pháp Hudson và Phương pháp Pilarczyk.

Phương pháp Hudson: sử dụng chiều cao sóng, khối lượng riêng của riprap và độ dốc mái đê để tính kích thước trung bình của riprap.
Phương pháp Pilarczyk: tính đến nhiều yếu tố hơn liên quan đến sự ổn định của vật liệu trong các môi trường sóng khác nhau, cho phép đánh giá kỹ hơn ngưỡng ổn định của đá.

Hudson Method Equation – Phương trình Hudson

$$W_{50} = \frac{\gamma_r H^3 (\tan \theta)}{K_D (s_r – s_w)^3}$$

(FHWA HEC 23, Volume 2, Eqn. 17.8)

Pilarczyk Method Equation – Phương trình Pilarczyk

$$\frac{H_s}{\Delta D} \leq \psi_u \Phi \frac{\cos \theta}{\gamma_b}$$

(FHWA HEC 23, Volume 2, Eqn. 17.11)

Các thông số đầu vào cần thiết cho thiết kế riprap bảo vệ Wave Attack gồm:

Angle of Slope Inclination – Góc nghiêng của mái dốc
Freeboard, ft – Khoảng cách từ mực nước đến đỉnh bờ
Sizing Method (Hudson hoặc Pilarczyk) – Phương pháp tính kích thước (Hudson hoặc Pilarczyk)
Specific Gravity of Rock (2.4 – 2.7) – Tỷ trọng riêng của đá
Specific Gravity of Water (Fresh = 1.0; Salt = 1.03) – Tỷ trọng riêng của nước (nước ngọt hoặc nước mặn)
Significant Wave Height, ft – Chiều cao sóng thiết kế (qua bộ tính toán sóng)
Hudson Method – Phương pháp Hudson
Design Wave Height, ft – Chiều cao sóng thiết kế
Pilarczyk Method – Phương pháp Pilarczyk
Stability Factor – Hệ số ổn định

Các kết quả đặc trưng cho riprap bảo vệ Wave Attack gồm:

Median Rock Size, D₅₀, in – Kích thước trung vị của đá
Riprap Gradation – Cấp phối riprap
Riprap Thickness, ft – Chiều dày lớp riprap
Dimensionless Breaker Parameter – Thông số vô hướng về sóng đổ
Wave Runup, ft – Chiều cao sóng dâng
Height of Riprap above Toe, ft – Chiều cao riprap phía trên chân mái
Hudson Method – Kết quả từ phương pháp Hudson
Weight of D₅₀ Rock Size, lbs – Trọng lượng của đá D₅₀, tính theo pound

11.9 Design Wave Calculator – Tính toán sóng thiết kế

Hình 11.9: Hình minh họa định nghĩa cho tính toán sóng tại kênh và vùng ngập, từ FHWA HEC 23, Tập 2, Hình 17.4

Như đã đề cập trước đó, Design Wave Calculator được sử dụng để tính các thông số đầu vào cơ bản của sóng (ví dụ: Significant Wave Height và Wave Period) phục vụ thiết kế bảo vệ riprap khỏi Wave Attack khi các thông số này chưa biết.

Công cụ Toolbox sẽ tự động chuyển kết quả từ Design Wave Calculator sang Wave Attack Protection Calculator sau khi đóng cửa sổ Design Wave. Người dùng có thể thay đổi thủ công các giá trị cơ bản này nếu cần.

Các thông số đầu vào cần thiết cho Design Wave Calculator gồm:

Wind Speed, ft/sec – Tốc độ gió
Fetch Length, ft – Chiều dài fetch (khoảng cách gió thổi trên mặt nước)
Still Water Depth, ft – Độ sâu mực nước tĩnh

Các kết quả tính toán gồm:

Coefficient of Drag – Hệ số cản
Friction Velocity, ft/sec – Vận tốc ma sát
Dimensionless Fetch Length – Chiều dài fetch không thứ nguyên
Dimensionless Wave Height – Chiều cao sóng không thứ nguyên
10% Wave Height, ft – Chiều cao sóng 10%
5% Wave Height, ft – Chiều cao sóng 5%
1% Wave Height, ft – Chiều cao sóng 1%
Dimensionless Wave Period – Chu kỳ sóng không thứ nguyên
Significant Wave Height, ft – Chiều cao sóng có ý nghĩa
Wave Period, sec – Chu kỳ sóng, giây

11.10 Riprap Filter Design – Thiết kế lớp lọc Riprap

Hình 11.10: Bộ tính toán thiết kế lớp lọc dạng hạt/vải địa kỹ thuật

Thủ tục Thiết kế lớp lọc Riprap có sẵn dưới dạng một quy trình tùy chọn trong mỗi bộ tính toán thiết kế riprap được mô tả ở trên. (Lưu ý nút ở góc trên bên phải của cửa sổ mở bộ tính toán riprap.) Thủ tục thiết kế lớp lọc, được giải thích thêm trong HEC 23, Tập 2, DG 16, xác định sự cần thiết và khả năng tương thích của lớp lọc được đề xuất bằng cách so sánh dần dần các vật liệu thô hơn với các vật liệu mịn hơn bên dưới bằng cách sử dụng tiêu chí Cisten-Ziems cho lớp lọc dạng hạt và các đặc tính của vải cho lớp lọc vải địa kỹ thuật. Nếu các vật liệu tương thích, một thông báo màu xanh lá cây sẽ xuất hiện thông báo rằng lớp lọc được đề xuất là phù hợp. Nếu không tương thích, một thông báo màu đỏ nổi bật sẽ xuất hiện thông báo rằng lớp lọc không phù hợp. Nếu lớp lọc không phù hợp, hãy chọn một lớp lọc khác phù hợp hoặc thiết kế thêm một hoặc nhiều lớp lọc dạng hạt làm lớp chuyển tiếp để đạt được sự phù hợp. Cũng như trong các bộ tính toán riprap, người dùng phải nhập tất cả dữ liệu trước khi bộ tính toán Thiết kế Lớp lọc có thể cung cấp kết quả.

Vì quy trình bắt đầu bằng việc so sánh cấp phối riprap được đề xuất với các đặc tính đất nền, nên các đặc tính đất nền yêu cầu và cấp phối riprap đề xuất phải được biết và nhập vào như bước đầu tiên. Các thông số đầu vào cần thiết cho đất bao gồm:

Gradation (Bao gồm D₁₀ và D₆₀ để có kết quả tốt nhất)
Hydraulic Conductivity, in/sec
Plasticity Index (đối với đất có hơn 20% hàm lượng sét)
Undrained Shear Strength (chỉ dùng cho vải địa kỹ thuật), lbs./ft²

Các kết quả tính toán cho đất bao gồm:

Coefficient of Uniformity, D₆₀/D₁₀
Median Particle Size, D₅₀, in

Các thông số đầu vào yêu cầu cho riprap gồm:

Gradation
Fine Soil Type (chọn đất nền hoặc lớp lọc đề xuất từ danh sách thả xuống)

Toolbox sẽ tự động chuyển cấp phối từ kết quả của thiết kế riprap liên kết sang quy trình thiết kế lớp lọc, tuy nhiên người dùng có thể thay đổi thủ công sang bất kỳ cấp phối mong muốn nào. Do đó, người dùng có thể sử dụng quy trình thiết kế lớp lọc này trong bất kỳ bộ tính toán riprap nào để thực hiện thiết kế lớp lọc “ngoại tuyến” cho bất kỳ tổ hợp đất/lọc nào.

Các kết quả tính toán cho riprap bao gồm:

Coefficient of Uniformity, D₆₀/D₁₀
Median Particle Size, D₅₀, in
Maximum D₅₀ của lớp vật liệu mịn bên dưới (đất hoặc lớp lọc), in
Maximum Cisten-Ziems ratio, A₅₀

Nếu riprap được đề xuất tương thích với đất nền (thông báo màu xanh), thì không cần lớp lọc và quy trình kết thúc. Nếu không, hãy chọn lớp lọc dạng hạt hoặc vải địa kỹ thuật.

Các thông số đầu vào cần thiết cho lớp lọc dạng hạt (Granular Filter) gồm:

Gradation (cấp phối)
Fine Soil Type (chọn loại đất hoặc lớp lọc khác từ menu thả xuống)
Hydraulic Conductivity, in/sec (độ thấm nước)

Các kết quả tính toán cho lớp lọc dạng hạt gồm:

Coefficient of Uniformity, D₆₀/D₁₀
Median Particle Size, D₅₀, in
Maximum D₅₀ của vật liệu mịn bên dưới, in
Maximum Cisten-Ziems ratio, A₅₀
Conductivity Ratio (tỷ lệ độ thấm)

Các thông số đầu vào cần thiết cho lớp lọc vải địa kỹ thuật (Geotextile Filter) gồm:

Fine Soil Type (chọn từ menu thả xuống)
Hydraulic Conductivity, in/sec
Geotextile Apparent Opening Size (AOS), O₉₅
Flow Type (chọn dòng chảy kênh hở hoặc sóng tấn công từ menu thả xuống)

Các kết quả tính toán cho lớp lọc vải địa kỹ thuật gồm:

Maximum O₉₅ của vải địa kỹ thuật, in
Minimum O₉₅ của vải địa kỹ thuật, in
Conductivity Ratio (tỷ lệ độ thấm)

Nếu lớp lọc được đề xuất tương thích với đất nền hoặc lớp lọc dạng hạt khác (Toolbox hiện thông báo màu xanh), quy trình kết thúc tại đây. Nếu không phù hợp, hãy chọn một lớp lọc phù hợp khác hoặc thêm lớp lọc dạng hạt trung gian (transition layer), và lặp lại quy trình cho đến khi đạt được sự phù hợp.

Lưu ý: Bộ tính toán thiết kế lớp lọc có nút ‘Plot Gradations’ sẽ hiển thị tất cả các cấp phối đầu vào trên một đồ thị. Điều này rất hữu ích để xác định cấp phối thích hợp cho các lớp lọc trung gian khi sử dụng nhiều lớp lọc dạng hạt.

Khi đánh giá mức độ phù hợp của lớp lọc đã chọn (tức là khi người dùng thấy riprap hoặc lớp lọc được đánh dấu trong cửa sổ trên cùng) với vật liệu bên dưới (lọc hoặc đất) trong hệ thống nhiều lớp, hãy đảm bảo chọn đúng vật liệu nền trong menu thả xuống của thông số đầu vào Finer Soil Type.

Updated on May 30, 2025

Ấn phẩm

Phần mềm

Video

11 Riprap Calculator – Thảm đá hộc