Thiết kế kĩ thuật cống Tắc Bà Tư, huyện Bình Đại, tỉnh Bến Tre

n liệu đúng với thiết kế của động cơ; Không chở quá trọng tải quy định; Kiểm tra bảo dưỡng động cơ thiết bị đúng định kỳ. Giảm thiểu ô nhiễm tiếng ồn Sử dụng các biện pháp kỹ thuật để hạn chế tối đa tiếng ồn của các máy móc, động cơ. Giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước Áp dụng các biện pháp kỹ thuật nhằm hạn chế lượng đất cát, chất thải các loại từ sản xuất và sinh hoạt, có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước. Bố trí các công trình xử lý như bể lắng bùn. Thiết kế, lắp đặt và vận hành các công trình để xử lý nước thải sinh hoạt trong suốt quá trình xây dựng. Luôn duy trì hệ thống thoát nước nhanh nhất trong quá trình thi công, tránh tắc nghẽn hoặc cản trở bởi rác rưởi vật liệu xây dựng. 3.5.3. Tác động môi trường sau khi có dự án 3.5.3.1. Tác động tích cực - Do sau khi có dự án chủ động được về nguồn nước sản xuất, mở rộng diện tích canh tác, hạn chế rủi ro nên nâng cao được sản lượng cây trồng và vật nuôi. - Cải thiện được nguồn nước sinh hoạt: Sau khi có hệ thống đã tham gia vào quá trình thau chua, rửa mặn, giữ ngọt vào các giai đoạn cần thiết, đặc biệt là vào mùa khô. Cải thiện được nguồn nước sinh hoạt cho nhân dân. - Tạo ra hệ thống sinh thái và môi trường mới, thân thiện, gần gũi hơn với đời sống con người, chủ động hạn chế và ngăn chặn các mần dịch bệnh - Tăng vụ, tạo nhiều công ăn việc làm cho nông dân, hạn chế các tệ nạn xã hội như tình trạng lao động bỏ quê lên các thành phố lớn kiếm việc làm trong quá trình nông nhàn - Giải phóng được diện tích đất bị ngập úng. - Tăng thu nhập, nâng cao đời sống vất chất và tinh thần cho người dân, góp phần và công cuộc xóa đói giảm nghèo 3.5.3.2. Tác động tiêu cực - Khi xây dựng công trình sẽ mất đất canh tác, phải di dời nhà cửa, tái định cư một bộ phận dân cư. Đào mở rộng kênh mương qua vùng đất chua, lầy úng nước đọng sinh phèn, nước mang chất phèn muối, acide, chất độc, chất rắn lan truyền rộng - Do việc mở rộng diện tích đất canh tác cũng như gia tăng mùa vụ dẫn đến hiện tượng xử dụng một lượng lớn thuốc trừ sâu... gây tác động xấu đến môi trường nước 3.5.4.Những biện pháp bảo vệ môi trường - Trong quá trình thi công xây dựng công trình phải đảm bảo tập trung nhân lực, thiết bị và vốn để thi công công trình một cách nhanh chóng. Nên tập trung thi công công các hạng mục công trình vào mùa khô hoặc thời điểm sau khi thu hoạch. Cần có biện pháp dẫn dòng thi công hợp lý tránh gây ách tắc dòng chảy. - Làm tốt công tác đền bù tái định cư cho những hộ dân phải di dời, giải tỏa. - Thực hiện tốt quy trình quản lý vận hành bảo đảm phát huy được tính năng của công trình, chủ động trong việc cấp thoát nước phục vụ sản xuất. - Tăng cường các lớp tập huấn, kết hợp tuyên truyền cho dân cư trong vùng hiểu và thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường. CHƯƠNG 4 CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT 4.1. Tính toán ổn định thấm cho nền công trình 4.1.1. Những vấn đề chung : 4.1.1.1. Mục đích - Do có sự chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, nền và 2 bên bờ có tính thấm nước nên sẽ xuất hiện dòng thấm dưới đáy và 2 bên công trình. Ta phải tiến hành giải bài toán thấm nhằm mục đích: Xác định lưu lượng thấm q Lực thấm tác dụng lên đáy công trình Wt Gradient thấm trung bình và gradient thấm cục bộ ở cửa ra để tiến hành kiểm tra độ bền thấm chung và độ bền thấm cục bộ. 4.1.1.2. Trường hợp tính thấm: Bảng 4.1: Trường hợp tính thấm Trường hợp tính Zđồng Zsông Giữ ngọt 0,90 -1,70 2,60 Ngăn mặn -0,60 1,73 2,33 4.1.1.3. Các phương pháp tính thấm: a)Các giả thiết cơ bản: - Lời giải lý thuyết của bài toán thấm có áp được đưa ra trên cơ sở một số giả thiết cơ bản đơn giản hóa môi trường thấm và dòng thấm. Các giả thiết đó như sau: Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng và không ép co được. Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được. Dòng thấm ổn định. Dòng thấm tuân theo định luật Darcy. Trong đó: v: Lưu tốc thấm bình quân trên m/c ướt k: Hệ số thấm của đất J: Gradien thủy lực b)Các phương pháp tính thấm: Hiện nay có rất Có nhiều phương pháp tính thấm như: Tính thấm bằng phương pháp giải tích: Phương pháp cơ học chất lỏng (N.N.Pavlopxki). Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng: Do Trugaep đã phát triển phương pháp phân đoạn của N.N.Pavlopxki thành phương pháp hệ số sức kháng. Phương pháp tỉ lệ đường thẳng: Do Blai đề xướng sau đó Len đã đề xuất việc cải tiến phương pháp của Blai cho phù hợp với thực tế hơn. Tính thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm: Trong phương pháp này có thể xây dựng lưới thấm bằng các phương pháp khác nhau như: Phương pháp giải tích. Phương pháp thí nghiệm tương tự điện. Phương pháp thí nghiệm trên mô hình khe hẹp. Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay. Tính thấm bằng phương pháp số: Phương pháp sai phân. Phương pháp phần tử hữu hạn. Trong đồ án này em tính thấm theo 4 phương pháp: Phương pháp tỉ lệ đường thẳng của Lane Phương pháp hệ số sức kháng của Trugaep Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay. Phương pháp phần tử hữu hạn. 4.1.2. Tính thấm theo phương pháp tỉ lệ đường thẳng a.)Tính chiều tính toán dòng thấm Ltt (m) - Theo phương pháp Lane thì dọc theo đoạn đường viền thẳng đứng, mức độ tiêu hao cột nước thấm lớn hơn so với đoạn đường viền nằm ngan. Chiều dài dòng thấm được xác định như sau Ltt = Lđ + = 3,23+26,6 = 29,83 m Trong đó: Lđ = 3,23 m Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang (m) Ln =26,6 Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang. (m) m : Hệ số hiệu quả tiêu hao cột nước thấm trên các đoạn thẳng đứng so với các đoạn nằm ngang, phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ đường viền thấm. Khi không có hàng cừ thì : m = 1. Hình 4.1 : Sơ đồ xác định chiều dài tính toán dòng thấm b) Xác định áp lực thấm - Cột nước thấm tại một điểm nào đó cách điểm cuối của đường viền thấm một đoạn Xi (m) Trong đó: H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu (m) Xi: Xác định như khi tính Ltt (m) Để đơn giản trong tính toán ta xem như biểu đồ áp lực thấm tác dụng lên bản đáy là đường thẳng, khi đó tổng áp lực thấm tác dụng lên 1 m dài bản đáy là (T/m) Trong đó: gn : trọng lượng riêng của nước (T/m3) hp: cột nước thấm tại điểm P (m) hF : cột nước thấm tại điểm F (m) L: Chiều dài bản đáy cống L =18,00 m Bảng 4.2 Kết quả tính chiều dài dòng thấm và áp lực thấm Trường hợp Ltt XF XP H hF hP Wth Giữ ngọt 29.83 23.53 6.3 2.6 2.05 0.55 22.1 Ngăn mặn 6.3 23.53 2.33 0.49 1.84 19.81 c) Xác định áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy - Cột nước thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy: (m) Trong đó :  :Cao trình mực nước phía hạ lưu  : Cao trình đáy của bản đáy tại vị trí tính toán Tổng áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên 1m dài bản đáy cống là .(Diện tích biểu đồ áp lực thủy tĩnh đẩy ngược) (T/m) Trong đó :  : Là trọng lượng riêng của nước =1T/m3 Kết quả tính toán (Các giá trị và sơ đồ tính như hình 8.2) Trường hợp giữ ngọt Wth = 60, 31 T/m Trường hợp giữ ngọt Wth = 91, 27 T/m Hình 4.2: Biểu đồ áp lực thủy tĩnh và áp lực thấm c)Tính gradien thấm và lưu tốc thấm trung bình - Gradient thấm và lưu tốc thấm trung bình trên đoạn đường viền thẳng đứng là: ; (m/s) Gradient thấm và lưu tốc thấm trung bình trên đoạn đường viền thẳng đứng là ; (m/s) Do m = 1 nên gradient thấm và lưu tốc thấm trên đoạn đường viền thẳng đứng bằng trên đoạn đường viền nằm ngang Trường hợp giữ ngọt  ; m/s Trường hợp ngăn mặn : ;m/s d) Tính lưu lượng thấm đơn vị theo công thức (m2/s) Với T là chiều dày bình quân của tầng thấm (m) Trong đó : Ti (m) là chiều dày bình quân của tầng thấm tương ứng dưới đoạn đường viền nằm ngang có chiều dài Li (m) Căn cứ vào tài liệu địa chất và hệ số thấm của các lớp đất nhận thấy. Tầng thấm mảnh là lớp đất 1 có chiều sâu đến cao trình -10,5 m và có hệ số thấm K = 10-3cm/s. Tiếp theo là lớp đất 2, do lớp này có hệ số thấm K=6,8.10-6cm/s. Do lớp 1 có hệ số thấm gấp 147 lần lớp 2 nên ta coi lớp 1 là tầng thấm mạnh. Và chỉ tính toán thấm trong phạm vi lớp 1. Kết quả tính được chiều dày bình quân tầng thấm là = 6,91 m. Trường hợp giữ ngọt: = 0,6.10-5 (m2/s) Trường hợp ngăn mặn: = 0,54. 10-5 (m2/s) e) Kiểm tra độ bền thấm của nền - Theo phương pháp này thì để đảm bảo độ bền thấm chung, trị số Ltt phải thỏa mãn điều kiện (m) (*) Trong đó: C: Hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền, theo bảng 2.2 sách Thủy Công (Trường ĐH Thủy Lợi) với cát hạt mịn lấy C =7,0 H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu. (m) Trường hợp giữ ngọt: Ltt= 29,83 m > 7,0.2, 6 = 18,2 m Trường hợp ngăn mặn: Ltt= 29,83 m > 7,0.2,33 = 16,31 m Vậy trong cả 2 trường hợp, theo (*) thì nền công trình đảm bảo độ bền thấm chung 4.1.3.Tính thấm theo phương pháp hệ số sức kháng của Trugaep Các hệ số sức kháng được xác định theo các biểu thức giải tích. Chúng được rút ra trên cơ sở giải hàng loạt các bài toán thấm có sơ đồ khác nhau bằng phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng. Các công thức đó cụ thể như sau: Bộ phận cửa vào và cửa ra: Trong đó: : Hệ số sức kháng của bậc (nếu có) a: Là chiều sâu của bậc (m) T: Là chiều dài tầng thấm phía trước bậc (m) : Hệ số sức kháng của cừ (nếu có) S: Chiều dài cừ (m) T: Chiều sâu tầng thấm phía sau cừ (m) Bộ phận giữa: Khi có bậc và cừ và đồng thời thỏa mãn điều kiện và T1: Bề dày tầng thấm ở bộ phận ngang phía trước bộ phận đang xét T2: Bề dày tầng thấm ở bộ phận ngang phía sau bộ phận đang xét Bộ phận nằm ngang: Khi chiều dài đoạn đường viền thấm nằm ngang giữa 2 hàng cừ S1, S2 thỏa mãn điều kiện T: Là chiều dày tầng thấm trong đoạn tính toán (m) 4.1.3.1.Mô hình tính: - Để đơn giản bài toán ta chuyển thành mô hình tính như sau: Với chiều dày tầng thấm đến cao trình -10,50 m như đã lý luận ở trên. Hình 4.3: Mô hình đơn giản hóa 4.1.3.2. Phân đoạn - Dùng các đường thế đi qua các điểm đường viền chuyển tiếp từ đoạn thẳng đứng sang đoạn nằm ngang để chia miền thấm thành các bộ phận như hình vẽ dưới đây. Hình 4.4: Phân đoạn trong trường hợp giữ ngọt Hình 4.5: Phân đoạn trong trường hợp ngăn mặn 4.1.3.3. Xác định hệ số sức kháng của từng bộ phận Áp dụng các công thức trên cho sơ đồ tính toán và số liệu trên hình 4.4 và Hình 4.5 ta có bảng kết quả sau: Bảng 4.3: Kết quả tính hệ số sức kháng cho 2 trường hợp Trường hợp Giữ ngọt 0.51 0.51 0.36 0.12 0.25 0.78 1.29 1.20 0.82 Ngăn mặn 0.51 0.51 0.26 0.13 0.38 0.82 1.20 1.29 0.78 4.1.3.4. Tính áp lực thấm - Cột nước thấm tiêu hao qua mỗi bộ phận là: Trong đó: H : Cột nước thấm (m) hi : Tổn thất cột nước thấm qua bộ phận thứ i : Hệ số sức kháng của bộ phận đang xét : Tổng hệ số sức kháng toàn miền thấm Cột nước thấm còn lại tại cuối các bộ phận đang xét sẽ tính theo công thức Trong đó: : Tổng tổn thất cột nước thấm tại các bộ phận trước bộ phận đang xét Bảng 4.4: Cột nước thấm còn lại cuối bộ phận đang xét (Đơn vị: m) Trường hợp tính h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8 h9 Trường hợp giữ ngọt 2.37 2.02 1.86 1.29 1.24 0.70 0.59 0.23 Trường hợp ngăn mặn 2.13 1.80 1.70 1.23 1.17 0.66 0.51 0.20 (Ghi chú: Các vị trí 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 như hình vẽ dưới đây) (Đơn vị : T/m2) Hình 4.6: Biểu đồ phân bố áp lực thấm trường hợp giữ ngọt (Đơn vị : T/ m2) Hình 4.7: Biểu đồ phân bố áp lực thấm trường hợp ngăn mặn Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy được tính theo công thức Trong đó: Zh: Cao trình mực nước hạ lưu Zđ: Cao trình bản đáy cống của đoạn tính toán (Đơn vị : T/ m2) Hình 4.8: Biểu đồ phân bố áp lực thủy tĩnh đẩy ngược td lên bản đáy trường hợp giữ ngọt (Đơn vị : T/ m2) Hình 4.9: Biểu đồ phân bố áp lực thủy tĩnh đẩy ngược td lên bản đáy trường hợp ngăn mặn Tổng áp lực thấm đơn vị (Tính cho 1m chiều rộng bản đáy) Trường hợp giữ ngọt T/m Trường hợp ngăn mặn 19,735 T/m Tổng áp lực thấm và áp lực thủy tĩnh đơn vị tác dụng lên bản đáy công trình là Trường hợp giữ ngọt 38,38 T/m 60,557 T/m Trường hợp ngăn mặn 57,08 T/m 76,815 T/m 4.1.3.5. Tính lưu lượng thấm và gradient thấm - Tính lưu lượng đơn vị thấm theo công thức (m3/m.s) Trong đó: k: Hệ số thấm k=10-3 cm/s =10-5 m/s H: Cột nước chênh lệch (m) : Tổng hệ số sức kháng miền thấm Gradien cột nước trung bình trong vùng thấm tính toán xác định theo công thức của Viện VNIIG: Trong đó: T: Là chiều dày tầng thấm T =7,0 m Bảng 4.5: Kết quả tính lưu lượng thấm đơn vị và gradient thấm trung bình Trường hợp H (m) q (m3/s.m) Giữ ngọt 2,6 5,84 0,06 Ngăn mặn 2,33 5,88 0,07 Kiểm tra độ bền thấm chung: Để đảm bảo độ bền thấm chung cần phải thỏa mãn Trong đó =0,65 (Tra bảng 2 TCVN 4253_86) Vậy trong cả 2 trường hợp giữ ngọt và ngăn mặn thì nền đề đảm bảo độ bền thấm chung. 4.1.4.Tính thấm theo phương pháp vẽ lưới bằng tay . 4.1.4.1.Các nguyên tắc khi vẽ lưới thấm - Lưới thấm hình thành bởi 2 họ đường cong trực giao nhau Đường dòng: biểu diễn quỹ đạo của các phần tử nước chuyển động trong miền thấm Đường thế: là tập hợp của các điểm có cùng cột nước thấm Đường dòng và đường thế tạo thành một lưới có các mắt lưới hình vuông cong Tiếp tuyến của các đường đẳng thế vẽ từ điểm góc của đường viền phải trùng với phân giác của góc đó. Các đường dòng và đường thế giới hạn của lưới thấm Đường dòng đầu tiên là đường viền thấm dưới đáy công trình Đường dòng cuối cùng là mặt tầng không thấm nước Đường thế đầu tiên là mặt nền thấm phía thượng lưu Đường thế cuối cùng là mặt nền thấm phía hạ lưu Lưới thấm chỉ phụ thuộc vào dạng hình học của miền thấm mà không phụ thuộc vào hệ số thấm, cột nước, chiều dòng thấm và kích thước tuyệt đối của công trình. Dựa vào các đặc điểm của lưới thấm như đã mô tả ở trên trên mà ta tiến hành vẽ bằng tay và sửa dần cho đến khi đạt được một lưới thấm trực giao có các mắt lưới hình vuông cong. Hình 4.10.Sơ đồ lưới thấm và biểu đồ áp lực thấm, áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy trường hợp ngăn mặn Hình 4.11.Sơ đồ lưới thấm và biểu đồ áp lực thấm, áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy trường hợp giữ ngọt Xác định lưu lượng thấm Lưu lượng thấm xác định theo công thức (m2/s) Trong đó: K: Hệ số thấm K =10-3 m/s m: Số ống dòng n: Số dải thế. Bảng 4.6: Kết quả xác định lưu lượng thấm Trường hợp K(m/s) m n H (m) q (m3/s.m) TH giữ ngọt 10-3 6 26 2,6 6.10-4 TH ngăn mặn 2,33 5,38.10-4 Xác định áp lực thấm Cột nước thấm tại một điểm bất kì cuối dải thế thứ i (m cột nước) Trong đó: H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu (m) i: Dải thế thứ i (có thể là số nguyên hay thập phân) n: Số dải thế Bảng 4.7: Kết quả xác định áp lực thấm Trường hợp Cột nước thấm (m) Tổng áp lực thấm (T/m) Trường hợp giữ ngọt h8 h19 22.95 0.80 1.90 Trường hợp ngăn mặn h8 h19 20.57 0.72 1.70 Xác định Gradient thấm cửa ra và kiểm tra gradient thấm cửa ra Gradient thấm bình quân trong 1 mắt lưới là : Trong đó : Chiều dài trung bình mắt lươi cửa ra theo phương dòng thấm (m) Bảng 4.8: Kết quả xác định gradient thấm cửa ra TH giữ ngọt H (m) 2.6 (m) 0.32 0.5 0.6 0.62 0.55 Jra 0.31 0.20 0.17 0.16 0.18 TH ngăn mặn H (m) 2.33 (m) 0.32 0.5 0.6 0.62 0.55 Jra 0.28 0.18 0.15 0.14 0.16 Để đảm bảo độ bền thấm cục bộ của nền cần thỏa mãn : Trong đó : là Gradien thấm cho phép :   tra theo biểu đồ Ixtomina phụ thuộc vào hệ số không đề hạt Trường hợp giữ ngọt Jra = 0,31< Trường hợp ngăn mặn : Jra=0,28< Vậy nền công trình đảm bảo độ bền thấm cục bộ tại cửa ra trong cả 2 trường hợp 4.1.5.Tính thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Sử dụng phần mền Geoslope) Quá trình thấm được mô hình hoá bằng các giải phương trình vi phân cơ bản của dòng thấm theo phần tử hữu hạn. Quá trình này được thực hiện trên máy vi tính bằng phần mềm SEEP/W. Công thức áp dụng : Phương trình vi phân cơ bản của dòng thấm ổn định trong môi trường bão hòa cho bài toán phẳng như sau : (1) Trong đó: h: Cột nước áp lực. kx, ky : Hệ số thấm theo các phương x, y. Thấm đẳng hướng kx = ky. Q: Lưu lượng áp dụng tại biên. Để tìm nghiệm phương trình (1) sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (viết tắt là PP PTHH). Theo phương pháp này miền tính toán được rời rạc hóa chia ra nhiều miền nhỏ. Mỗi miền nhỏ được xem là 1 phần tử và hàm xấp xỉ được tìm trên từng phần tử và từ đó việc giải các bài toán được biểu diễn bằng các phương trình đạo hàm riêng, nên bài toán rất thích hợp với điều kiện thực tế khi miền tính toán phức tạp với nhiều đặc trưng hình học, điều kiện biên khác nhau v.v... Quá trình thực hiện các lời giải của PP PTHH nhờ có sự trợ giúp của máy tính điện tử cho kết quả gần đúng với điều kiện thực tế. 4.1.5.1.Trường hợp giữ ngọt : Mô hình 1 : Miền thấm chỉ kéo dài một phần về phía thượng hạ lưu (l=7,5m), lớp thứ 2 coi như không thấm (Hình 4.12) a)Sơ đồ chia lưới phần tử và điều kiện biên : Khi tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn thì chia lưới phần tử có ảnh hưởng đến kết quả bài toán, trong bài toán này em chia miền thấm thành những phần tử hình vuông sẽ cho kết quả được chính xác hơn Hình 4.12: Sơ đồ chia lưới phần tử và điều kiện biên bài toán b) Kết quả tính toán Hình 4.13 : Kết quả tính toán lưu lượng và phân vùng gradien thấm (Vùng đậm Jxy lớn, vùng nhạt Jxy bé) Kết quả : max(Jxy)=0,172 ; q=4,208.10-4m2/s Dựa vào biểu đồ Gradient thấm trên cho thấy sự cần thiết phải làm tầng lọc ngược ở cửa ra (vào) để tránh hiện tượng xói ngầm cơ học Số ống dòng n =5 ;Số dải thế m=26. Lưu lượng q=K.n.H/m =5.10-4m2/s Hình 4.14 : Sơ họa sơ đồ lưới thấm Nhận xét về sơ đồ lưới thấm Hình 4.14 Sơ đồ lưới thấm trên chỉ mang tính minh họa và dùng để kiểm tra tính đúng đắn của điều kiện biên do : Trong SEEP không đảm bảo khi vẽ đường dòng thì lưu lượng qua mỗi ống dòng là bằng nhau. Trong cơ học đất khi đi tim lời giải giải tích cho lưới thấm với miền thấm đơn giản người ta đã chứng minh được rằng khi đổi ngược lại điều kiện biên của bài toán thì hình ảnh các đường đẳng thế chính là hình ảnh của các đường dòng. Trong bài toán này để thấy được hình ảnh của ống dòng chính xác hơn ta thực hiện như trên và kết quả hình 8.12 Số ống dòng n =6 ;Số dải thế m=26. Lưu lượng q=K.n.H/m =6.10-4 m2/s Hình 4.15 : Sơ đồ lưới thấm (Lưu lượng qua mỗi ống dòng bằng nhau) Nhận xét : Qua 2 sơ lưới thấm trên ta thấy với mỗi cách vẽ lưới thấm (trong phần mền Geoslope) đều có sai số riêng của nó. Cách thứ nhất sai số là do lưu lượng qua mỗi ống dòng là gần bằng nhau. Cách thứ 2 là đường đẳng thế là do người vẽ tự giả thiết mà vẽ. Tuy nhiên qua kết quả nghiên cứu ở trên thì ta thấy sơ đồ lưới thấm ở trên có sự khác nhau là không đáng kể, có thể dùng cách thứ nhất để lưới thấm. Mô hình 2 : Miền thấm chỉ kéo dài một phần về phía thượng hạ lưu (l=15,0m), có xét đến lớp thứ 2 (Hình 4.18) Hình 4.16 : Kết quả tính thấm và sơ họa lưới thấm qua 2 lớp đất Tổng lưu lượng thấm q= 4,48.10-4 m2/s Lưu lượng đơn vị qua lớp trên q= 4,4679.10-4 m2/s Lưu lượng đơn vị qua lớp dưới cùng q=1,3214.10-6 m2/s Nhận thấy dòng thấm không đi qua lớp đất thứ 2 nữa và lưu lượng thấm qua lớp 2 rất nhỏ so với lớp 1.ta coi lớp đất thứ 2 là tầng không thấm. 4.1.5.2.Trường hợp giữ ngọt Qua nghiên cứu ở trường hợp ngăn mặn thì trong trường hơp giữ ngọt em xin tính với 2 mô hình tính như sau : Mô hình 1 : Miền thấm chỉ kéo dài một phần về phía thượng hạ lưu, lớp thứ 2 coi như không thấm. Mô hình này để kiểm tra lại các kết quả tính toán bằng tay như đã tính ở trên. (Hình 4.19) Mô hình 2 : Miền thấm kéo dài khoảng 40m về phía thượng và hạ lưu cao trình tầng không thấm -22,50m (Hình 4.20) Hình 4.17 : Kết quả tính thấm với mô hình 1 Kết quả : max(Jxy)=0,115 ; q=3,765.104m2/s Hình 4.18: Kết quả tính thấm với mô hình chọn Tổng lưu lượng thấm q= 4,048.10-4 m2/s Lưu lượng đơn vị qua lớp trên q= 4,07.10-4 m2/s Lưu lượng đơn vị qua lớp dưới cùng q=2,44.10-5 m2/s 4.1.5.3. Về gradient thấm tại cửa ra. Trong tất cả các trường hợp kéo dài biên miền thấm về thượng hạ lưu thì gradien thấm tại của ra đều mang giá trị lớn nhất gần như nhau (sai số khoảng 5%). Kết quả biểu đồ Gradient thấm trong trường hợp ngăn mặn và giữ ngọt như sau TH Giữ ngọt (Jxy)max = 0,172< TH Ngăn mặn (Jxy)max=0,115 < Hình 4.19 : Kết quả tính toán Gradient thấm Jxy tại cửa ra 4.1.6. Nhận xét kết quả : a) Về sự khác nhau giữa 3 cách tính khi tính cho cùng 1 mô hình So sánh và nhận xét kết quả giữa 4 cách tính Bảng 4.9: Sai số giữa kết quả tính toán các đặc trưng thấm Phương pháp tính Lưu lượng (m2/s) Gradien cửa ra Tổng lực thấm (T/m) Ngăn mặn Giữ ngọt Ngăn mặn Giữ ngọt Ngăn mặn Giữ ngọt PP Hệ số sức kháng 0,07 0,06 19,735 22,177 PP Phần tử hữu hạn 0,115 0,172 15,4 14,55 PP Vẽ lưới thấm 0,31 0,28 20,57 22,95 PP Lane Thỏa Ltt > C.H 19,81 22,1 b)Nhận xét : Có sự khác nhau tuy không lớn giữa kết quả tính toán của 4 phương pháp trên khi tính với cùng 1 mô hình là do giả thiết nhằm đơn giản hóa bài toán thấm của các phương pháp là không giống nhau. Phương pháp Lane: Do các giả thiết của phương pháp Phương pháp hệ số sức kháng : Sai số xuất hiện khi ta chuyển từ mô hình thật qua mô hình tính... Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay : Do các tính chất của lưới thấm có được chủ yếu dựa vào phương trình vi phân dòng thấm và các giả thiết của nó. Muốn vẽ chính xác lưới thấm thì phải giải phương trình vi phân này nhưng hiện nay thì chỉ có thể giải được cho những miền thấm có dạng đơn giản, những miền thấm phức tạp thì rất khó tìm nghiệm của phương trình này ta chỉ có thể giả phương trình này bằng phương pháp đồ giải. Khi đó sai số lại xuất hiện do độ chính xác khi vẽ lưới thấm, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người vẽ, đặc biệt là giá trị gradient thấm tại của ra (cửa vào) ảnh hưởng rất nhiều vào sự chính xác khi vẽ Phương pháp phần tử hữu hạn : Mức độ chính xác của bài toán bị ảnh hưởng bởi: Cách chia lưới phần tử Số lượng các phần tử Cách mô hình hóa bài toán b) Về sự khác nhau khi giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn theo các mô hình khác nhau, kết quả lựa chọn Bài toán trên được giải theo bài toán thấm ổn định, thấm phẳng với Kx=Ky, miền thấm bão hòa nước hoàn toàn nên khi giải thì điều quan trọng là xác định giới hạn miền thấm phù hợp. Qua kết quả đã tính và phân tích trên cho thấy một số kết luận khi tính thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn: Cần kéo mở rộng miền thấm thượng hạ lưu. Mức độ mở rộng phải căn cứ vào địa hình và vị trí cụ thể của cống trong mặt bằng tổng thể. Căn cứ vào loại bài toán đang xét (bài toán thấm phẳng hay không gian). Sơ đồ tính thấm trên là giả thiết các tầng đất nằm song song với nhau với bề dày của tầng thấm không thay đổi (do không có tài liệu địa chất cụ thể của tuyến công trình). Trên thực tế cần căn cứ vào tài liệu địa chất khảo sát của tuyến công trình để quyết định giới hạn miền thấm. Khi mục đich muốn kiểm gradien thấm tại cửa ra thì mức độ kéo dài miền thấm về thượng hạ lưu hay coi như không ảnh hưởng. c) Về sự tin cậy của các phương pháp. Cả 3 phương pháp tính toán bằng tay đều chưa phàn ánh đúng với thực tế. Hiện nay phương pháp tính thấm bằng phần tử hữu hạn sử dụng phần mền Geoslope được sử dụng rộng rãi do phản ánh rất sát với thực tế. Độ tin cậy của phương pháp phụ thuộc vào mức độ tin cậy của các thông số đầu vào và kinh nghiệm mô hình hóa bài toán của người tính. 4.2.Chuyên đề tính toán kết cấu bản đáy 4.2.1. Những vấn đề chung 4.2.1.1. Mục đích và nội dung - Mục đích: Xác định nội lực để tính toán bố trí cốt thép, thông qua đó xác định được sự hợp lý các kích thước, cấu tạo các bộ phận cống. 4.2.1.2. Trường hợp tính - Được sự phân công của giáo viên hướng dẫn, trong đồ án này chỉ tiến hành tính toán cho kết cấu bản đáy với các trường hợp bất lợi như sau: TH1: Mới thi công xong bản đáy và không chứa vật liệu hay thiết bị thi công trên bản đáy TH2: Mới thi công xong bản đáy và trụ pin, chưa đắp đất mang cống, không chứa vật liệu hay thiết bị thi công TH3: Mới thi công xong toàn bộ cống công trình (Bao gồm cả cầu giao thông, cầu công tác, cửa van, thiết bị , đã đắp đất mang cống) công trình chưa vận hành 4.2.1.3. Phương pháp tính. Tính toán kết cấu bản đáy có thể được tiến hành theo một trong những phương pháp sau: a)Phương pháp dầm đảo ngược: - Phương pháp này xem phản lực nền theo phương dòng chảy phân bố theo quy luật bậc nhất và theo phương vuông góc là đều. Phản lực nền theo phương dòng chảy được tính theo công thức nén lệch tâm. - Theo phương pháp này người ta tiến hành tính toán như sau: Xét cho toàn cống, xác định các lực, tính ra được phản lực nền. Cắt băng 1m bởi 2 mặt cắt vuông góc với phương dòng chảy. Sơ đồ tính là một dầm liên tục mà gối tựa là các mố. Coi phản lực nền là một tải trọng cùng với các tải trọng khác tính ra nội lực rồi từ đó tính toán cốt thép và kểm tra nứt. Ưu điểm của phương pháp này là tính toán đơn giản. Nhược điểm: Chưa xét đến tính chất và biến dạng của nền và bản đáy Xem phản lực nền theo phương vuông góc với dòng chảy là đều nên không chính xác Chưa xét đến tính liền khối của cống Ứng dụng của phương pháp này: Dùng cho trường hợp nền tốt, cống nhỏ. b) Phương pháp dầm trên nền đàn hồi. - Theo phương pháp này đầu tiên người ta tiến hành phân tích lực và xét cho toàn cống, dùng công thức nén lệch tâm để xác định ra phản lực nền. Sơ bộ xem phản lực nền theo phương vuông góc với dòng chảy là phân bố đều. Sau đó xét một dải bất kỳ của thân cống có chiều rộng 1 đơn vị, tiến hành phân tích lực không đẩy tác dụng lên dải đó. Tính ra tải trọng tác dụng lên nền. Dưới tác dụng tải trọng công trình và phản lực nền dầm bị uốn và trục võng của nó được xác định theo phương trình vi phân.Do điều kiện tiếp xúc giữa nền và bản đáy nên chuyển vị đứng của dầm bằng độ lún của mặt nền nền. Để xác định được phản lực nền và độ võng của dầm (độ lún của nền) ta cần phải lập thêm một phương trình thứ 2 mô tả quan hệ giữa độ lún của mặt nền với áp lực đáy móng. Vì có các quan niệm khác nhau trong việc chọn quan hệ trên nên hiện nay có nhiều phương pháp tính. Ta có thể chia phương pháp tính thành 2 nhóm. Nhóm phương pháp tính xem nền biến dạng đàn hồi cục bộ Nhóm phương pháp tính xem nền dất bị biến dạng đàn hồi toàn bộ Ưu điểm của phương pháp này là có xét đến tính chất của nền và độ cứng của dầm, có xét đến tính toàn khối của công trình và ảnh hưởng của tải trọng bên. Tuy vậy chỉ xét theo phương ngang để đặt cốt thép. c)Phương pháp dầm phần tử hữu hạn. Phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp số đặc biệt hiểu quả để tìm dạng gần đúng cảu một hàm chưa biết trong miền xác định V của nó.Tong phần tử hữu hạn miền V được chia thành một số hữu hạn các miền con, gọi là các phần tử. Các phần tử này được nối với nhau tại các điểm định trước trên biên phần tử, gọi là nút.Trong phạm vi mỗi phần tử đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ trong dạng một hàm đơn giản được gọi là các hàm xấp xỉ. Và các hàm xấp xỉ này được biểu diễn qua các giá trị của hàm tại các điểm nút ở trên phần tử.Các giá trị này được gọi là bậc tử do của phần tử và được xem là ẩn số cần tìm trong bài toán. - Theo phương pháp này người ta tiến hành tính toán như sau: Rời rác hóa miền khảo sát Chọn hàm xấp xỉ thích hợp Xậy dựng phương trình phần tử ,hay thiết lập ma trận độ cứng phần tử và vecto tại phần tử. Ghép nối các phần tử trên cơ sở mô hình tương thức mà kết quả là hệ thống phương trình Giải hệ phương trình đại số. Hoàn thiện bài toán. Ưu điểm: - tính chính xác cao. Giải được nhiều bài toán phức tạp Hiện nay, phần mềm sap2000 có thể giả được bài toán trên phương pháp phần tử hữu hạn. Để nhanh chóng trong tính toán,trong đồ án này em sử dụng phần mềm sap200 để giải bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn. Trong đồ án này em sử dụng phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán. 4.2.1.4. Tài liệu tính toán: - Tài liệu về kích thước thân cống. - Tài liệu về chỉ tiêu cơ lý của đất nền: Bảng 4.10: Chỉ tiêu cơ lý đất nền Thông số B Lớp1 1,2 0,1 0,57 1,51 50 Đất đắp 0,18 1.92 80 Các chỉ tiêu tính toán: Bê tông M250: Ra = 110 Kg/cm2 Eb = 265.103 Kg/cm2 mb = 1,15 Rk = 8,8 Kg/cm2 = 13 Kg/cm2 Cốt thép nhóm CII: Ra = 2700 Kg/cm2 Ea = 2,1.106 Kg/cm2 ma = 1,1 Hệ số giới hạn Hàm lượng cốt thép tối thiểu: 0,15% Hệ số tin cậy Kn = 1,20 Hệ số tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công: nc = 0,95  Bề dày lớp bảo vệ cốt thép: a = 5 cm, a’ = 5cm Bề rộng khe nứt tới hạn: =1,6.0,15= 0,24 mm 4.2.2.Tính toán nội lực bản đáy A. phương pháp dầm trên nền đàn hồi 4.2.2.1. Chọn băng tính toán - Nhằm cho việc tính toán kết cấu bản đáy được tiến hành cho 9 băng khác nhau, mỗi băng có bề rộng 1m được cắt bởi 2 mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy qua cống. Các băng cách đều nhau 1m. Hình 4.20: Sơ đồ chia băng tính toán 4.2.2.2. Tính toán các ngoại lực tác dụng lên băng tính toán. a)Lực tập trung truyền từ mố Đây chính là tổng hợp lực của áp lực đáy mố trong phạm vi băng tính toán. Thường xét riêng cho từng mố, sơ đồ tính toán. Trường hợp 1: Mới thi công xong bản đáy chưa thi công trụ pin nên không có lực này. Trường hợp 2: Mới thi công xong trụ pin chưa đắp đất mang cống. Do mới thi công xong trụ pin nên ứng suất đáy mố là do trọng lượng của bản thân mố. Ứng suất đáy mố được tính theo công thức nén lệch tâm: Trong đó: : Tổng trọng lượng của mố Fm: Diện tích đáy mố e0: Độ lệch tâm so với tâm đáy mố L: Chiều dài đáy mố Căn cứ vào kết quả tính toán trọng lượng mố ở mục 3.2.2. Ta có kết quả sau: Bảng 4.11: Kết quả tính toán ứng suất đáy mố e0 Ứng suất T T.m (m2) (m) 233.85 -85 16.38 -0.365 12.436 14.277 16.117 Hình 4.21: Biểu đồ ứng suất đáy mố. Lực của mố truyền cho bản đáy được coi là lực tập trung và có trị số như sau: Trong đó: : Là ứng suất đáy mố trung bình tại băng tính toán b: Bề rộng băng tính toán b =1,00 m d: Bề dày đáy mố Bảng 4.12: Lực truyền từ mố cho bản đáy Băng s(T/m2) P’ (T) 1 16.007 12.806 2 15.574 12.46 3 15.142 12.113 4 14.709 11.767 5 14.276 11.421 6 13.843 11.074 7 13.41 10.728 8 12.977 10.381 9 12.544 10.035 Trường hợp 3: Mới thi công xong công trình, chưa có nước Trong trường hợp này ứng suất đáy mố là do: Trọng lượng bản thân mố, cầu công tác, cầu giao thông, cửa van và thiết bị). Bảng 4.13: Kết quả tính toán ứng suất đáy mố Mố e0 Ứng suất T T.m (m2) (m) Mố bên 367.37 118.91 16.38 0.3237 24.99 22.428 19.866 (Đơn vị T/m2) Hình 4.22: Biểu đồ ứng suất đáy mố. Từ biểu đồ ứng suất đáy mố ta tính được lực truyền từ mố xuống bản đáy như sau Bảng 4.14: Kết quả tính toán ứng suất đáy mố Băng s(T/m2) P’ (T) 1 24.84 19.872 2 24.237 19.389 3 23.634 18.907 4 23.031 18.425 5 22.428 17.943 6 21.825 17.46 7 21.222 16.978 8 20.62 16.496 9 20.017 16.013 b) Các lực phân bố trên băng tính toán Gồm có trọng lượng của bản đáy và phản lực nền: Công thức tính toán trọng lượng bản đáy: Trong đó: t : Chiều dày bản đáy t = 0,8 m : Khối lượng riêng bê tông M250 =2,5 T/m3 b: Bề rộng băng tính toán b = 1,00 m n: Hệ số vượt tải n = 1,05 Phản lực nền tính theo công thức : Trong đó: pp: Ứng suất đáy móng tại trung bình tại băng tính toán Bảng 4.15: Kết quả tính toán ứng suất đáy móng Trường hợp e0 Ứng suất T T.m (m2) (m) Trường hơp 1 585.74 303.11 183.6 0.5175 3.77 3.19 2.61 Trường hợp 2 1053.43 286.03 183.6 0.2715 6.29 5.74 5.19 Trường hợp 3 1320.48 540.93 183.6 0.4096 8.23 7.19 6.15 Hình 4.23: Biểu đồ ứng suất đáy móng Từ đó ta có lực phân bố trên băng tính toán như sau Bảng 4.16: Lực phân bố trên băng tính toán Trường hợp Băng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 q2 3.74 3.60 3.46 3.33 3.19 3.05 2.92 2.78 2.64 q1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2 q2 6.26 6.13 6.00 5.87 5.74 5.61 5.48 5.35 5.22 q1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 3 q2 8.17 7.93 7.68 7.44 7.19 6.95 6.70 6.46 6.21 q1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 c) Lực cắt không cân bằng. Trị số: Xác định từ phương trình cân bằng tĩnh: Trong đó Q: Lực cắt không cân bằng : Chiều dài băng đang xét : Tổng lực tập trung tại mố : Tổng lực phân bố trên băng (Cộng đại số) Do trường hợp 1 không có lực cắt không cân bằng nên ta chỉ tính lực cắt không cân bằng cho trường hợp 2 và 3 Bảng 4.17: Bảng tính lực cắt không cân bằng Q TH BăngLực 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 25.615 24.922 24.229 23.536 22.842 22.149 21.456 20.763 20.07 -4.16 -4.03 -3.90 -3.77 -3.64 -3.51 -3.38 -3.25 -3.12 10.8 11 11.2 11.2 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 Q 19.261 19.362 19.411 18.655 16.444 15.74 15.036 14.331 13.627 3 39.743 38.779 37.814 36.85 35.885 34.92 33.956 32.991 32.027 -6.07 -5.83 -5.58 -5.34 -5.09 -4.85 -4.60 -4.36 -4.11 10.8 11 11.2 11.2 10.8 10.8 10.8 10.8 10.8 Q 25.822 25.309 24.699 22.923 19.11 17.433 15.755 14.077 12.399 Phân phối Q cho mố và bản đáy. Xác định vị trí trục trung hòa: Trong đó: : Tổng diện tích các mố bên : Tổng diện tích các mố giữa (=0 vì không có mố giữa). : Diện tích bản đáy ,,: Lần lượt là tọa độ trọng tâm của mố bên, mố giữa và bản đáy lấy đối với hệ tọa độ ban ban đầu chọn (x0y) Hình 4.24: Sơ đồ xác định vị trí trục trung hòa (*Chú thích các đại lượng trong sơ đồ: h: Chiều cao mố bên (mố giữa) : Bề dày mố bên phía trên : Bề dày mố bên phía dưới : Bề dày mố giữa : Bề dày bản đáy cống Bảng 4.18: Bảng tính vị trí trục trung hòa Băng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 h 5.3 5.3 5.5 5.5 5.5 6.2 6.2 6.2 5.3 0.6 0.7 0.8 0.8 0.7 0.6 0.6 0.6 0.6 0.9 1 1.1 1.1 1 0.9 0.9 0.9 0.9 10.8 11 11.2 11.2 11 10.8 10.8 10.8 10.8 0.8 1.48 1.54 1.67 1.67 1.61 1.80 1.80 1.80 1.48 Vẽ và tính diện tích biểu đồ moment tĩnh Sc của băng tính toán. Sc1 h A1 c A2 Sc2 Hình 4.25: Sơ đồ tính toán vẽ biểu đồ momen tĩnh Xác định phương trình của biểu đồ moment tĩnh lấy đối với trục trung hòa Xét từ vị trí y= -c đến vị trí y = h - c Xét một mặt cắt cách trục trung hòa 1 đoạn là y bất ( -c y h-c) Công thức xác định như sau: Trong đó:: Diện tích phần bị cắt của mố bên. : Diện tích phần bị cắt của mố giữa ( = 0 ). : Khoảng cách từ trọng tâm phần bị cắt của mố bên đến trục trung hòa. : Khoảng cách từ trọng tâm phần bị cắt của mố bên đến trục trung hòa. c: Là khoảng cách từ trục trung hòa đến bề mặt bản đáy. Ta có: Xét từ vị trí y=c đến vị trí y=c+td (Hình vẽ như hình 4.25 nhưng chiều dương của trục Oy ta chọn ngược lại) Xét một mặt cắt cách trục trung hòa 1 đoạn là y bất (c y c+td) Công thức xác định như sau: Trong đó: Fc: Diện tích phần mặt bị cắt của bản đáy ( ở phía dưới) yc: Tọa độ trọng tâm hình bị cắt lấy đối với trục trung hòa (Ghi chú: Các giá trị A1, A2 khi tính toán ra lấy giá trị tuyệt đối của chúng) Với các thông số của băng tính toán như trong bảng 4.18, thay vào công thức trên ta có các phương trình biểu diễn biểu đồ moment tĩnh của băng tính toán như sau Xét từ vị trí y=-c đến vị trí y=h-c thì : Xét từ vị trí y=c đến vị trí y=c+td : (Ghi chú: Sci là phương trình biểu diễn moment tĩnh trong đoạn đang xét i là số thứ tự băng) Từ đó ta tính được diện tích các phần diện tích A1, A2 (Hình 4.25) nhờ sử dụng công thức đã thiết lập ở trên: Bảng 4.19: Diện tích biểu đồ moment tĩnh của mố và bản đáy lấy với trục trung hòa Băng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A1 38,54 42,34 71,15 71,15 47,26 58,77 58,77 58,77 38,54 A2 6,96 7,30 7,90 7,90 7,54 8,064 8,064 8,064 6,96 Phân phối Q cho mố (Qm) và bản đáy Qđ Trong đó: Qm: Lực cắt không cân bằng phân phối cho mố. Qđ: Lực cắt không cân bằng phân phối cho đáy. Fmb: Diện tích 1 mố bên. Fmg: Diện tích 1 mố giữa ( = 0 ). : Lực cắt không cân bằng phân phối cho 1 mố bên. : Lực cắt không cân bằng phân phối cho 1 mố giữa. (=0) Bảng 4.20: Phân phối lực cắt không cân bằng cho mố và bản đáy TH Băng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Trường hợp 2 A1 38.54 42.34 71.15 71.15 47.26 58.77 58.77 58.77 38.54 A2 6.96 7.3 7.9 7.9 7.54 8.064 8.064 8.064 6.96 Q 19.2607 19.362 19.411 18.655 16.444 15.74 15.036 14.331 13.627 Qm 16.3144 16.514 17.471 16.791 14.181 13.841 13.221 12.602 11.543 Qđ 2.94625 2.8473 1.9399 1.8643 2.2625 1.8991 1.8141 1.7292 2.0845 Fmb 3.975 4.505 5.225 5.225 4.675 4.65 4.65 4.65 3.975 8.1572 8.2572 8.7355 8.3953 7.0907 6.9203 6.6107 6.3011 5.7713 Trường hợp 3 Q 25.8219 25.309 24.699 22.923 19.11 17.433 15.755 14.077 12.399 Qm 21.872 21.587 22.23 20.632 16.481 15.329 13.854 12.378 10.502 Qđ 3.9499 3.722 2.4683 2.2909 2.6294 2.1034 1.9009 1.6985 1.8966 10.936 10.794 11.115 10.316 8.2405 7.6646 6.9269 6.1892 5.2512 d) Tải trọng bên: Do trong trường hợp 1 chưa xây mố bên, trường hợp 2 chưa đắp đất mang cống nên không có tải trọng bên. Trường hợp 3 đã xây xong cống và đã đắp đất ở 2 bên mang cống nên xuất hiện tải trọng bên do đất gây ra. Tải trọng này bao gồm tải trọng đứng và tải trọng ngang. Tải trọng ngang: Tải trọng ngang chính là áp lực đất đắp gây ra tác dụng lên trụ biên và tạo ra moment tại bản đáy. Áp lực đất ngang của đất có thể tính theo áp lực đất chủ động hoặc áp lực đất tĩnh. Trong đồ án này thiên về an toàn em tính theo áp lực đất tĩnh Hiện nay có 2 quan điểm về tính áp lực ngang tác dụng lên tường chắn Quan điểm tính áp lực ngang gộp luôn cả áp lực nước Quan điểm tính áp lực ngang là tổng của ứng suất hữu hiệu của đất và áp lực nước lỗ rỗng (Đối với đất nằm dưới mực nước ngầm) Trong đồ án này em tính theo ứng suất tổng : Dung trọng tự nhiên của đất đắp (do đất đắp nằm trên mực nước ngầm) z: Độ sâu tính từ mặt đất đắp đến vị trí đang xét K0: Hệ số ứng suất tông áp lực ngang của đất ở trạng thái ngưng. Tra “Bảng 6.2/ Trang 211” sách “Cơ Học Đất_Trường ĐH Thủy lợi” K0 = 0,67 (Đất á sét) Hình 4.26: Biểu đồ áp lực đất ngang (* Giải thích các đại lượng trong hình vẽ: h: Chiều cao lớp đất đắp yđ: Cánh tay đòn của tổng áp lực đất ngang Eđ: Tổng áp lực đất ngang. Khi đắp đất ta đắp đến cao trình cao nhất là +2.50m *) Moment do áp lực đất gây ra đối với đáy tường (Điểm O như hình vẽ) Mđ = n.yđ .Eđ n: Hệ số vượt tải n = 1,05 Với cánh tay đòn của hợp lực áp lực đất tĩnh được tính theo công thức sau: (m) Bảng 4.21: Bảng tổng tính tổng áp lực đất ngang và moment do áp lực đất ngang Dải 1 2 3 4 5 6 7 8 9 h 5.3 5.3 5.5 5.5 5.5 6.2 6.2 6.2 5.3 Eđ 24.09 24.09 25.94 25.94 25.94 32.97 32.97 32.97 24.09 yđ 1.77 1.77 1.83 1.83 1.83 2.07 2.07 2.07 1.77 Mđ 44.687 44.6869 49.939 49.939 49.939 71.537 71.537 71.537 44.687 Tải trọng đứng. Cách tính này là sự bổ sung thêm cho phương pháp Gorbunop, Poxadov đã nêu ở trên vì phương pháp trên cho ta kết quả tính toán nội lực trong bản đáy do tác dụng trong phạm vi bản đáy gây ra. Trong tính toán để đơn giản ta xem như là một lực tập trung để tính. Nhưng theo “Thiết kế cống_Trịnh Bốn, Lê Hòa Xướng” thì nếu tải trọng bên làm giảm momen uốn ở bản đáy và đất đắp là đất sét thì thiên về an toàn ta không xét đến ảnh hưởng này. Vậy trong trường hợp bài toán này của em thì không xét đến tải trọng bên theo phương đứng. e) Sơ đồ ngoại lực cuối cùng. Trường hợp 1: Chỉ gồm lực phân bố xác định như sau : Tổng lực phân bố: (T/m2) Trường hợp 2: Gồm có lực phân bố và lực tập trung mố bên Tổng các lực phân bố: (T/m2) Lực tập trung tại mố: (T) Trường hợp 3: Gồm lực phân bố, lực tập trung tại mố bên, tải trọng bên Tổng các lực phân bố: Lực tập trung tại mố: Moment do áp lực đất ngang tác dụng vào tường bên gây ra moment tại đáy M = Mđ Bảng 4.22: Tổng hợp các ngoại lực tác dụng TH Băng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 q 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2 Pmb 20.96 20.72 20.85 20.16 18.51 18.00 17.34 16.68 15.81 q 2.37 2.36 2.27 2.27 2.31 2.28 2.27 2.26 2.29 3 Pmb 30.81 30.18 30.02 28.74 26.18 25.12 23.90 22.68 21.26 q 2.47 2.44 2.32 2.30 2.34 2.29 2.28 2.26 2.28 M 44.69 44.69 49.94 49.94 49.94 71.54 71.54 71.54 44.69 Hình 4.27: Sơ đồ ngoại lực cuối cùng trường hợp 1 Hình 4.28: Sơ đồ ngoại lực cuối cùng trường hợp 2 Hình 4.29: Sơ đồ ngoại lực cuối cùng trường hợp 3 4.2.2.3. Tính toán nội lực Tính chỉ số mền Trong đó: E0 : Module biến dạng của đất nền không thoát nước E: Module đàn hồi của bê tông (T/ m2) l: Chiều dài nữa nhịp của băng tính toán (m) : Chiều dày của bản đáy (m) Nếu t < 1: Dầm cứng 0 < t 10: Dầm cứng có hạn t > 10: Dầm dài vì nền đất được xử lý bằng cọc bê tông nên ta tính E0 cho phần móng được xử lý cọc (tính từ bản đáy tới mũi cọc) và phần móng dưới mũi cọc (tính từ mũi cọc trở xuống hay phần móng qui ước). Tính E0 cho phần móng có cọc: Sau khi đã xử lý nền công trình bằng móng cọc khi đó nền dưới đáy công trình sẽ bao gồm cọc + đất bao quanh cọc do đó khi tính Module biến dạng của đất nền ta sẽ tính toán như sau: Trong đó: Etbhi: Module biến dạng trung bình của cọc + đất ở lớp có bề dày hi Ec: Module đàn hồi của bê tông Ec = 2,8.106 T/m2 Ecui: Module biến dạng của lớp đất chia có bề dày hi = 1,0 m. Thông qua quan hệ thực nghiệm của đất cho: Trong đó: : sức chống cắt không thoát nước của đất. : ứng suất bản thân của đất xung quanh cọc tại độ sâu z Î(0,Hqư) : lực dính đơn vị của đất không thoát nước Module biến dạng trung bình cho lớp đất có bề dày Ti : Module biến dạng trung bình: Kết quả thí nghiệm mẫu ba trục theo sơ đồ cố kết không thoát nước (UU) đối với lớp 1, 2, 4,5 cho kết quả như sau: Lớp 1: cuu= 0.110; juuo= 11045’ Lớp 2: cuu= 0.161; juuo= 12031’ Lớp 3: cuu= 0.270; juuo= 12035’ Lớp 4: cuu= 0.200; juuo= 19007’ Bảng 4.23: chỉ tiêu cơ lý đất nền Thông số Lớp1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 B 1,2 1,37 0,65 0,55 0,1 0,116 0,214 0,269 0,57 0,65 0,81 1 1,51 1,75 1,76 1,95 50 0505’ 7043’ 18042’ Bảng 4.24: Tính toán Module biến dạng của đất nền không thoát nước Z szđ tgj Cu t Ecuhi Fđ Fc Etbhi EtbTi Etb 1 0.57 0.21 0.11 0.23 57.14 176.99 6.615 104540.38 104540.38 104577.56 1 0.57 0.21 0.11 0.23 57.14 176.99 6.615 104540.38 1 0.57 0.21 0.11 0.23 57.14 176.99 6.615 104540.38 1 0.57 0.21 0.11 0.23 57.14 176.99 6.615 104540.38 1 0.57 0.21 0.11 0.23 57.14 176.99 6.615 104540.38 1 0.57 0.21 0.11 0.23 57.14 176.99 6.615 104540.38 1 0.57 0.21 0.11 0.23 57.14 176.99 6.615 104540.38 1 0.65 0.22 0.16 0.31 76.33 176.99 6.615 104558.87 104558.87 1 0.65 0.22 0.16 0.31 76.33 176.99 6.615 104558.87 1 0.65 0.22 0.16 0.31 76.33 176.99 6.615 104558.87 1 0.65 0.22 0.16 0.31 76.33 176.99 6.615 104558.87 1 0.65 0.22 0.16 0.31 76.33 176.99 6.615 104558.87 1 0.65 0.22 0.16 0.31 76.33 176.99 6.615 104558.87 1 0.81 0.22 0.27 0.45 112.66 176.99 6.615 104593.89 104593.89 1 0.81 0.22 0.27 0.45 112.66 176.99 6.615 104593.89 1 0.81 0.22 0.27 0.45 112.66 176.99 6.615 104593.89 1 0.81 0.22 0.27 0.45 112.66 176.99 6.615 104593.89 1 1 0.35 0.20 0.55 136.75 176.99 6.615 104617.12 104617.12 1 1 0.35 0.20 0.55 136.75 176.99 6.615 104617.12 1 1 0.35 0.20 0.55 136.75 176.99 6.615 104617.12 Tính E0 cho phần đất dưới mũi cọc : Thông qua quan hệ thực nghiệm của đất cho: Trong đó: : sức chống cắt không thoát nước của đất. = (1,57.6,8 + 1,65.6,2 + 1,81.3 + 2.3).0,338 + 0,269 = 11,199 T/m2. : dung trọng đất bảo hòa lớp đất phần móng tính từ bản đáy tới mũi cọc hi: chiều cao lớp đất phần móng tính từ bản đáy tới mũi cọc. : lực dính đơn vị của đất. E0= 250.11,199 = 2799,75 T/m2. Vậy, thiên về an toàn. Ta lấy E0 = 2799,75 T/m2. Bảng 4.25: Tính toán chỉ số mền Băng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 L (m) 5.4 5.5 5.6 5.6 5.5 5.4 5.4 5.4 5.4 E0(T/m2) 2799.75 E(T/m2) 2,65.106 (m) 0.8 t 3.25 3.43 3.62 3.62 3.43 3.25 3.25 3.25 3.25 Thiên về an toàn và thuận tiện trong việc tính toán ta chọn t=5. Để xác định lực cắt và moment uốn của dải tính toán ta sử dụng công thức và tra bảng biểu đã lập sẵn của M.I.Gorbunop Poxadov (Tra bảng với độ cứng t = 0). Theo đó thì các biểu thức tính toán nội lực của dải như sau: Bảng 4.26: Các biểu thức tính toán nội lực của dải Trị số nội lực Dạng tải trọng (T) (T.m) Trong đó các trị số không thứ nguyên (moment uốn),(Lực cắt) được xác định theo các bảng (3_3), (3_4), (3_5) trong phần phụ lục sách nền móng, chúng phụ thuộc vào các thông số sau. Khi có lực phân bố đều tác dụng : ). Tra bảng 3.3 Khi có lực tập trung hoặc moment tác dụng: . Tra bảng 3.4 hoặc 3.5 Trong đó: t: Chỉ số mảnh như đã xác định ở trên. Lấy t = 0 a: Khoảng cách từ điểm đặt lực đến tâm dải x: vị trí đang xét so với tâm dải P a x x L L Hình 4.30: Sơ đồ lực tác dụng lên dải Trị số Q(x) lấy dấu (+) khi lực tập trung P đặt ở nửa bên phải của băng tính toán và lấy dấu (-) khi P đặt bên trái. Trị số mômen M lấy dấu (+) khi M đặt ở nửa dầm bên phải và lấy dấu (-) khi M đặt ở nửa dầm bên trái . Chọn gốc toạ độ được đặt ở giữa dầm, chiều dương (+) của trục x hướng từ trái sang phải. Các lực mang giá trị dương (+) nếu M quay cùng chiều kim đồng hồ và ngược lại. P và q hướng xuống mang dấu dương (+) và ngược lại. Lực cắt Q(x) mang dấu dương (+) nếu có chiều hướng lên ở bên trái tiết diện khảo sát. Momen M(x) dương khi dầm bị uốn cong xuống dưới (căng thớ dưới). Do lực tác dụng lên dải trong 3 trường hợp đều có dạng đối xứng nên biểu đồ Q là phản đối xứng, biểu đồ M là đối xứng nên ta chỉ cần lập cho nửa dải đang xét. Kết quả tính toán nội lưc M, Q của các dải trong các trường hợp được ghi ở phần phụ lục. B. phương pháp phần tử hữu hạn 4.2.2.4. Sơ đồ tính: Cống Tắc Bà Tư là cống hở gồm một khoang với bề rộng B = 9m và chiều dài L = 17m .Toàn bộ đáy cống được đặt trên nền cọc BTCT (30 x 30 x 2000)cm . Bên trên là lớp đất khá yếu và ứng suất đáy móng khá lớn nếu đặt trực tiếp lên lớp này sẽ gây mất ổn định cho cống. Mô hình tính toán kết cấu cống 4.2.2.5. Tải trọng : : Dung trọng tự nhiên của đất đắp z: Độ sâu tính từ mặt đất đắp đến vị trí đang xét K0: Hệ số ứng suất tông áp lực ngang của đất ở trạng thái ngưng. Tra “Bảng 6.2/ Trang 211” sách “Cơ Học Đất_Trường ĐH Thủy lợi” K0 = 0,67 (Đất á sét) Đối với đất đắp là lớp không có mẫu thí nghiệm nên theo kinh nghiệm ta lấy chỉ tiêu cơ lý như sau:: j = 80 ; c = 0,18 kG/cm² gw = 1,92T/m³, Z = 0 ÷ 6m - Trọng lượng các cầu giao thông, cầu công tác và cửa van. 4.2.2.6. Các trường hợp tổ hợp tải trọng : - Trường hợp 1 : mới thì công xong bản đáy và trụ pin. - Trường hợp 2 : công trình mới thi công xong,chưa vận hành. 4.2.2.7. Kết qủa tính toán : Dưới đây tóm tắt một số giá trị bất lợi nhất để làm cơ sở cho việc tính toán và bố trí thép. Mô men theo phương ngang đáy cống Mô men theo phương dọc đáy cống Mmax= 77,51 T.m , Mmin = -15,58 T.m Mmax= 15,74 T.m , Mmin = -7,96 T.m Lực cắt theo phương dọc đáy cống Lực cắt theo phương ngang đáy cống Qmax=41,065T Qmax=56,067 T c. Nhận xét: : Qua tính toán của hai phương pháp dầm trên nền đàng hồi và phương pháp phần tử hữu hạn, ta nhận thấy: - với phương pháp phần tử hữu hạn giải bằng phần mềm sap ta thấy được biểu đồ phân bố nội lực của cả toàn bản đáy.Từ đó bố trí thép dễ dàng hơn,kết quả tính toán có độ tin cậy cao. - Phương pháp dầm trên nền đàn hồi là phương pháp được hay dùng vì có bảng tra và cách tính dễ dàng. Kết quả có độ tin cậy cao. - Kết quả của hai phương pháp chênh lệch cũng không quá lớn - Qua hai phương pháp ta chọn kết quả tính của phương pháp dầm trên nền đàn hồi để tính thép. 4.2.3. Tính toán và bố trí cốt thép bản đáy . - Dựa vào kết quả tính toán nội lực theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi, ta tiến hành tính toán cốt thép cho vị trí dải có moment lớn nhất. Moment thớ dưới: Md = 71,54 T.m =71,54.105 KG.cm Moment thớ trên: Mt = 26,6 T.m =26,6.105 KG.cm Lực cắt lớn nhất: Qmax = 30,81T =30810 KG Tính toán cốt thép dọc Công thức tính toán Do nên ta không phải bố trí cốt kép tính cốt đơn theo công thức sau: Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Hàm lượng cốt thép phải thỏa mãn điều kiện sau Trong đó: thỏa mãn điều kiện. Bố trí cốt thép Thớ dưới: Chọn 10Φ22 (F = 38,00cm2) trên 1m dài (a=10cm). Thớ trên: Chọn 5Φ20 (F=15,71 m2) trên 1m dài (a=20cm). Kiểm tra diều kiện làm việc của cốt thép ngang: Vậy không cần tính toán cốt thép ngang. 4.2.4. Kiểm tra nứt . Kiểm tra nứt Đối với cấu kiện chịu uốn, điều kiện để cấu kiện không bị nứt là Trong đó: nc: Hệ số tổ hợp tải trọng nc=1 Mc: Momen uốn do tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn KG.cm : Hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo : Moment chống uốn của tiết diện quy đổi lấy đối với mép biên chịu nén của tiết diện : Moment quán tính chính trung tâm của tiết diện quy đổi : Chiều cao của miền bê tông chịu nén : Moment tĩnh của tiết diện quy đổi lấy với mép biên chịu nén đến trọng tâm của tiết diện quy đổi Tiết diện chữ nhật ta có: = 36,44 cm. =5,095.106 n: là hệ số quy đổi: n = Ea/Eb =2100/265 = 7,92 cm3 Kiểm tra điều kiện (T.m) Vậy cấu kiện bị nứt Tính toán bề rộng khe nứt: Theo công thức thực nghiệm (TCVN 4116_85) bề rộng khe nứt tính theo công thức: Trong đó: an: Bề rộng khe nứt (mm) k: Hệ số lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn. c: Xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1,3 đối với tải trọng dài hạn : Lấy bằng 1 với cốt thép có gờ : Ứng suất trong đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tông, đối với kết cấu nằm trong nước = 200 kG/cm2 nhưng không được lớn hơn 2% d: Đường kính cốt thép : Ứng suất kéo trong cốt thép dọc tại tiết diện có khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn. Với cấu kiện chịu uốn: Mc: Moment uốn tại tiế diện có khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. Fa: Diện tích cốt thép dọc chịu kéo. Z1: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép dọc chịu kéo đến điểm đặt hợp lực miền nén tại tiết diện có khe nứt. Đối với tiết diện chữ nhật với tra bảng phụ thuộc vào Tính cho bản đáy: k=1; c=1,3; =1; = 200 kG/cm2; =; Ea = 2,1.106 KG/cm2; d = 25mm; KG.cm Kg/cm2 mm < Vậy bề rộng khe nứt trong phạm bi cho phép.