Cơ sở khoa học lựa chọn tiêu chuẩn chuyển vị ngang đập trụ đỡ áp dụng cho công trình đập ngăn mặn sông Hiếu
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN
CHUYỂN VỊ NGANG ĐẬP TRỤ ĐỠ ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH
ĐẬP NGĂN MẶN SÔNG HIẾU
Trần Văn Thái
Viện thủy công
Tóm tắt: Đến nay Đập trụ đỡ đã được ứng dụng rộng rãi, có hiệu quả trên toàn quốc để xây dựng
công trình ngăn sông. Tiêu chuẩn Việt Nam về thiết kế và thi công đập trụ đỡ cũng đã được ban
hành. Trong quá trình triển khai áp dụng, tiêu chuẩn chuyển vị ngang của móng trụ đỡ vẫn còn
nhiều vấn đề còn bàn cãi. Bài báo này trình bày cơ sở khoa học lựa chọn chuyển vị ngang của đập
trụ đỡ phục vụ cho tính toán thiết kế và áp dụng cho công trình Cống đập ngăn mặn Sông Hiếu -
Quảng Trị
Từ khóa: đập trụ đỡ, chuyển vị ngang đập trụ đỡ, chuyển vị
Summary: Up to now, the Pillar dam has been applied widely and effectively in the whole country
for the construction of river works. The Vietnamese standards for the design and construction of
support dams have also been issued. In the application process, the horizontal displacement
criterion of the support foundation still has some problems. This paper presents the scientific basis
for chose the horizontal pillar dam for design calculation and application to the Pillar dams of
Song Hieu - Quang Tri.
Keywords: horizontal displacement pillar dam; displacement pillar dam; sheet pile; PVC sheet pile.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ *
xung quanh cọc; (2) Độ cứng chống uốn của
từng cọc riêng lẻ; (3) Moment tại vị trí ngàm
Đập trụ đỡ là công nghệ mới trong công trình
cọc với kết bệ móng; (4) Hiệu ứng nhóm cọc;
ngăn sông, đến nay đã được ứng dụng rộng rãi, có
(5) Ảnh hưởng của tải trọng đảo chiều hoặc tải
hiệu quả trên toàn quốc. Tiêu chuẩn Việt Nam về
thiết kế và thi công đập trụ đỡ cũng đã được ban
trọng theo chu kỳ
hành: TCVN 10400 Đập trụ đỡ yêu cầu thiết kế; Trong quá trình thiết kế chúng tôiđã phát hiện ra sự
TCVN 10401 Đập trụ đỡ yêu cầu thi công và bất hợp lý trong việc quy định giá trị chuyển vị
nghiệm thu. Trong tiêu chuẩn này tại phụ lục G5 ngang cho phép đập trụ đỡ. Đốivớiđập trụ đỡ, dưới
cho phép chuyển vị ngang không quá 3,8cm. Giá dầm van và trụ có cừ chống thấm, nếu chuyển vị
trị này là tham khảo trong tiêu chuẩn ngành móng lớn hai chiều đến 72 mm thì tạo thành nêm
22TCN-272-05 điều 10.7.2.2 của Bộ giao thông rỗng xungquanhcừ màđất khôngcó khả năngphục
qui đinh chuyển vị ngang của móng trụ 38mm; hồi. Nêm rỗng 72mm này sẽ làm giảm chiều dài
khi xây dựng tiêu chuẩn đập trụ đỡ cũng viện dẫn hiệu quả của cừ chống thấm và làm giảm ổn định
tiêu chuẩn này để áp dụng.
thấm công trình có thể dẫn đến xói ngầm. Vậy nêm
rỗng này bao nhiêu là được? Bài báo này trình bày
cơ sở lý luận để xác định chuyển vị ngang cho phép
của đập trụ đỡ làm cơ sở điều chỉnh soát xét lại tiêu
chuẩn TCVN 10400.
Theo tiêu chuẩn Eurocode7 - BS-EN1991-
1:2004 để đánh giá chuyển vị ngang cho phép
được dựa trên: (1) Độ cứng của đất xung quanh
cọc và sự làm việc đồng thời giữa cọc - đất nền
Ngày nhận bài: 09/10/2018
Ngày duyệt đăng: 28/11/2018
Ngày thông qua phản biện: 21/11/2018
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019
1
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
Hình 1: Vị trí cừ chống thấm dưới trụ đỡ và dầm van của đập trụ đỡ
Khi cừ chống thấm chuyển vị nó hình thành
2. CƠ SỞ LÝ LUẬN LỰA CHỌN CHUYỂN
VỊ MÓNG ĐẬP TRỤ ĐỠ
nêm rỗng như hình 3. Khi lớp đất bị biến dạng
do cừ chuyển vị sang 2 bên không thể hồi phục
lại vị trí ban đầu sẽ tạo ra khoảng hở giữa hàng
cừ chống thấm và đất nền khi đó làm giảm hiệu
quả của cừ chống thấm.
Do đó khi tính toán thấm phải xét đến nêm rỗng
a+b này. Cừ càng cứng (2) thì nêm này càng
phát triển sâu, cừ mềm (1) nêm rỗng tắt nhanh
ở phần trên. Nêm rỗng này càng lớn thì độ suy
giảm hiệu quả của cừ càng cao.
(1). Chuyển vị cừ mềm
(2) Biên dạng chuyển vị cừ cứng
hr: Chiều sâu nêm rỗng
hhq: Chiều sâu hiệu quả của cừ
L: Chiều dài cừ
Như vậy trong tính toán phải xác định được hr.
Để xác định hr ta có thể dùng các phần mềm tính
toán như Lpile; Sap, Midas….Yêu cầu đầu vào là
lớp đất nền mà cừ chống thấm cắm vào, đặc trưng
hình học của cừ, vật liệu cừ….Sau đó cho đầu cừ
dịch chuyển khoảng dy, dy1 từ đó xác định được
đường chuyển vị của cừ. Chúng ta cần xác định
được lúc nào thì chuyển vị cừ tắt hoặc đổi chiều.
Ở vị trí đó xác định được hr.
Hình 2: Mô phỏng nêm rỗng
Áp lực nước tác dụng vào cửa van rồi truyền lên
trụ đỡ, lực đó truyền lên trụ đỡ rồi truyền xuống
cọc. Một phần lực truyền xuống dầm van rồi
cũng truyền vào trụ đỡ và truyền vào cọc. Khi
chịu chênh lệch áp lực nước hai chiều móng cọc
chuyển vị +dy (từ thượng lưu về hạ lưu) –dy1
(chyển vị ngược lại từ hạ lưu về thương lưu).
Biên độ chuyển vị là y=dy+dy1.
Từ hr xác định được: hhq=L-hr
Biên độ chuyển vị của trụ là y thì biên độ
chuyển vị của đầu từ chống thấm cũng là y.
Đưa hhq vào phần mềm SEEP/W để xác định lại
Jrm ở mũi cừ và cửa ra Jr.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019
2
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
Nguyên tắc lựa chọn chuyển vị dy max là đảm
bảo cho công trình làm việc bình thường
3. QUY TRÌNH TÍNH TOÁN LỰA CHỌN
DY MAX ĐẬP TRỤ ĐỠ
Lựa chọn chiều dài cừ dựa trên bài toán tính
ổn định thấm như tiêu chuẩn.
Lựa chọn loại cừ có đặc trưng hình học cừ
E, J, A..(dựa vào địa chất nền, khả năng thi
công để chọn loại cừ); Giả thiết dy[i]= 7,5;
10; 15;…38mm
B1
B2
B3
Tính hr[i]
Xác định hq, xác định chiều dài cừ Lc
B4
Kiểm tra khả năng chịu lực của cừ M, N ứng
với dy[i]
B5
B6
Kiểm tra độ bền thấm Jrm; Jr<[J]
Chọn chuyển vị cho phép [dy] = dy[i]; Lc
So sánh các loại móng cọc đóng thẳng đứng,
xiên, xiên chéo, nhồi từ đó lựa chọn được
móng đảm bảo khả năng chịu lực, chuyển vị
móng nhỏ hơn [dy], đồng thời có giá thành
nhỏ nhất.
B7
Loại cứng là cừ lasen trọng lượng 60kg/cm2
có các đặc trưng hình học như sau: Loại
cứng là cừ lasen trọng lượng 60kg/cm2 có
các đặc trưng hình học như sau: B=400mm;
h=125mm; d=13mm; A=76,42 cm2/cừ;
J=16800cm4/m; W=1340cm3/m. E=20000
Mpa. Mo dun đàn hồi của thép gấp 7,63 lần
nhựa.
5. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DY
MAX ĐẬP TRỤ ĐỠ
Công trình Đập Sông Hiếu là công trình được
tính toán theo quy trình này. Dựa vào bài toán
tính toán thấm của công trình đã lựa chọn được
chiều dài cừ Lc=8m (trong mô phỏng tính toán
trừ đi 1,5m nằm trong bê tông bịt đáy thì cừ
chuyền vị theo bệ trụ và bê tông bịt đáy) với
Jradien mũi cừ là Jrm =0,3 < [J].
Loại mềm là cừ PVC hình chữ Z có chỉ tiêu là:
Trọng lượng 12kg/m; B=457mm; h=254mm;
d=11.18mm; J=22709cm4/m; W=1717cm3/m.
E=2620 Mpa. Momen cho phép 3980kG-m/m;
phép; Momen giới hạn 7948Kg-m/m.
Tác giả đã mô phỏng chuyển vị đầu cừ ứng với
biên độ chuyển vị 15; 20; 30; 40; 70mm; Ứng
với chuyển vị 1 chiều dy max là 7,5; 10; 15; 20;
35mm. Cừ được so chọn 2 loại:
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019
3
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
Hình 3 là mô phỏng tính toán chuyển vị cừ cừ
thép dài 6,5m (Cừ dài 8m nhưng trừ đi phần
nằm trong bê tông bịt đáy 1,5m còn lại 6,5m).
Bảng 1 là giá trị chuyển vị của cừ ở các độ sâu
khác nhau ứng với chuyển vị cừ dy. Ví dụ khi
chuyển vị 1 chiều của đầu cừ là 15mm thì tại
độ sâu -4,76m chuyển vị cừ còn lại 5mm.
Hình 3: Tính toán chuyển vị - cừ larsen
Bảng 1: Kết quả tính toán chuyển vị theo chiều sâu
Giá trị chuyển vị cừ mm ứng với các độ sâu/ cao trình
Chuyển vị 2 Chuyển vị
0
0,68
1,7
-7,6
6,6
2,72
-8,6
5,4
5,78
-11,7
1,1
1,4
2,1
2,8
5
6,5
-12,4
0,4
0,5
0,8
chiều max
cừ (mm)
15
1 chiều
(mm)
7,5
3,74
-9,6
4,1
5,3
8
4,76
-10,7
0,25
3,4
-5,9 -6,6
7,5
10
15
20
7,3
9,8
20
30
40
70
10
15
20
35
8,8
7,2
14,7 13,1 10,8
19,5 17,5 14,4 10,7
5,1
6,8
1,1
1,9
35 34,2 30,6 25,2 18,7 11,9
Tiến hành tính toán gradien mũi cừ Jrm, và Nếu tiếp tục tăng chuyển vị lên chiều sâu khe
Gradien cửa ra Jr với hai giá trị dy[i] = 10mm hở sẽ tiệm cận mũi cừ khi đó đất dưới mũi cừ
và 15mm. Giả thiết rằng khi cừ chuyển vị sẽ bị xói ngầm dần sẽ gây mất ổn định thấm ở
<5mm thì vùng đất xung quanh cừ có tính dính cửa ra dòng thấm.
và đàn hồi nên sẽ chuyển động theo cừ, khi
chuyển vị lớn hơn 5mm thì đất không có khả
năng phục hồi gây nêm rỗng.
Khi đầu cừ chuyển vị 1 chiều là 10mm, tại độ
sâu 3,74 m thì chuyển vị cừ còn lại 4mm.
Khi đầu cừ chuyển vị 1 chiều là 15mm, tại độ
sâu 4,76m chuyển vị cừ còn lại 5mm.
Hình 5: Kết quả tính toán trường hợp 2:
J = 0,60 > [J]=0,45
Từ kết quả tính toán với cừ thép có độ cứng lớn,
khi chuyển vị thì bề rộng khe hở sinh ra càng
rộng thì chiều sâu khe hở càng tăng lên do địa
chất phần cừ ngàm vào là lớp đất yếu nền khả
năng đàn hồi của đất rất kém.
Trong điều kiện địa chất công trình Sông Hiếu
cũng không thể kéo dài mũi cừ để giảm Jrm, vì
kéo thêm nữa mũi cừ làm thủng lớp chống thấm
và cắm vào lớp cuội sỏi.
Hình 4: Kết quả tính toán trường hợp 1:
J = 0,55 > [J]=0,45
Tại các vị trí này gradien lón hơn gradien cho
phép của đất [J] = 0,45. Khi chuyển vị một
chiều là 15mm tại cao trình mũi cừ có J = 0,60.
Tiếp tục quy trình ta quay lại thay đổi vật liệu
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019
4
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
làm cừ, sao cho cừ mềm hơn để giảm nêm cừ, khi chuyển vị lớn hơn 5mm thì đất không có
rỗng.
khả năng phục hồi gây nêm rỗng.
Tính toán với Cừ nhựa chữ Z có L=6,5m (Cừ
dài 8m trừ đi phần nằm trong bê tôn bịt đáy
1,5m) có độ cứng nhỏ hơn so với cừ thép nên
khi ngàm trong đất chiều sâu nêm rỗng sẽ nông
hơn do chuyển vị thanh cừ tắt sớm ở độ sâu
khoảng chưa đến 2m. Giả thiết rằng khi cừ
chuyển vị <5mm thì vùng đất xung quanh cừ có
tính dính và đàn hồi nên sẽ chuyển động theo
Hình 6: Mô hình tính toán chuyển vị - PA
cừ nhựa
Bảng 2: Chuyển vị cừ nhựa theo độ sâu
Giá trị chuyển vị cừ (mm) ứng với các độ sâu/ cao trình
Chuyển vị 2
chiều max cừ
Chuyển vị 1
chiều (mm)
0
0,68 1,7 2,72
5,78
-11,7
0,06
0,07
0,1
6,5
-12,4
0,01
0,02
0,03
0,05
0,08
3,74 4,76
-9,6 -10,7
(mm)
15
-5,9 -6,6 -7,6 -8,6
7,5
10
15
20
35
7,5
6,4
3,0
4,0
0,7
0,9
1,4
1,8
0,1
0,2
0,3
0,4
0,6
0,2
0,2
0,3
0,5
0,8
20
10,0 8,5
30
15,0 12,7 6,1
20,0 16,9 8,1
40
0,1
70
35,0 29,6 14,1 3,2
0,3
Khi đầu cừ chuyển vị 1 chiều là 10mm, tại độ Với chuyển vị 1 chiều lớn nhất là 1,5cm có
sâu 1,7 m chuyển vị cừ còn lại là 4mm. moment 1,85 T.m < 3,98 T.m, đảm bảo điều
Khi đầu cừ chuyển vị 1 chiều là 15mm, tại độ kiện chịu lực
sâu 2m chuyển vị cừ còn lại là 5mm.
Hình 8: Kết quả tính toán thấm - PA cừ nhựa -
TH chuyển vị 1 phía là 1,5cm có Gradien
Jtt = 0,35 < [J] = 0,45
Hình 7: Kiểm tra khả năng chịu lực của
cừ PVC
Bảng 3: So sánh kết quả gradien mũi cừ 2 PA vật liệu cừ
Khi không có
chuyển vị
0,30
PA cừ larsen- y =
1,50cm
PA cừ nhựa - y =
1,50cm
Phương án
Gradien mũi cừ
0,60
0,35
Gradien cho phép
0,45
0,45
0,45
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019
5
KHOA HỌC
Kiểm tra
CÔNG NGHỆ
Thỏa mãn
Không thỏa mãn
Thỏa mãn
Khi sử dụng cừ nhựa mềm hơn nên khi chuyển dài cừ chống thấm vì nếu kéo dài thì mũi cừ sẽ
vị cừ tắt sớm nên đáy nêm rỗng hình thành nông đâm vào lớp đất thấm nhiều. Do đó theo điều
hơn, theo kết quả bảng 4, kết quả Jrm không kiện tính toán thấm, lựa chọn được chuyển vị
thay đổi nhiều so với kết quả tính toán cho lớn nhất 1 chiều dy là 15mm ứng giải pháp sử
trường hợp cừ không chuyển vị.
dụng cừ nhựa.
Đối công trình Sông Hiếu không được phép kéo
Bảng 4: Chuyển vị trụ theo các phương án móng cọc
Cọc Nhồi
TỔ
HỢP
Phương Chuyển vị
D120
D100
Bố trí 18 cọc
2.100
Bố trí 21 cọc Bố trí 24 cọc Bố trí 21 cọc
Chuyển vị max (cm)
1.630
1.300
1.440
Biên độ chuyển vị max (cm)
3.27
2.562
2.045
4.05
Chúng tôi cũng đã tính toán cho các loại móng được luận chứng thông qua quy trình 7 bước đã
cọc khác nhau, trong trường hợp công trình nêu trong bài báo này trên cơ sở cân đối các
Sông Hiếu do điều kiện địa chất nền lớp đất đặt mặt: ổn định thấm, khả năng chịu lực của cừ,
mũi cọc biến động nhiều nên theo chỉ đạo của địa chất nền và loại cừ sử dụng. Trong điều kiện
Bộ lựa chọn cọc khoan nhồi. Trong các phương địa chất cho phép có thể đóng cừ sâu hơn để
án cọc khoan nhồi thì phương án 21 cọc đảm bảo an toàn thấm.
D120cm, có chuyển vị dy max = 16,3mm~[dy] Nói chung khi thiết kế đập trụ đỡ nên chọn giải
là đảm bảo cho điều kiện về ổn định thấm, Với pháp móng có chuyển vị nhỏ theo thứ tự ưu tiên
chuyển vị đó Momen nội lực là 146T.m/ là móng cọc xiên chéo lớn, móng cọc xiên,
Mômen cho phép 201T.m.
móng cọc nhồi. Trong trường hợp phải sử dụng
Vậy trong ví dụ tính toán này đối với công trình móng cọc khoan nhồi, móng thường có chuyển
Sông Hiếu chọn Cừ chống thấm chữ Z bằng vị lớn hơn và làm cho nêm rỗng xung quanh cừ
nhựa PVC, dài L=8m;
6. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
phát triển sâu hơn. Nêm rỗng sâu khi trụ chuyển
vị theo hai chiều lớn, nêm có chuyển vị nhỏ khi
Đối với công trình đập trụ đỡ, do lực ngang tác trụ có chuyển vị nhỏ. Nêm rỗng tắt sớm khi cừ
dụng lớn nên công trình thường có chuyển vị có độ cứng nhỏ, nêm sẽ phát triển sâu khi cừ có
ngang. Giá trị chuyển vị ngang cho phép cần độ cứng lớn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Văn Thái, Nguyễn Đình Trường. Tính toán móng cọc xiên chéo lớn đập trụ đỡ. NXB
KHKT, 2017.
[2] GS. TS. Trương Đình Dụ (cb). Đập trụ đỡ. NXB Nông nghiệp, 2014.
[3] Bộ Xây dựng. “Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế”, Việt Nam. TCVN 10304-2014, 2014.
[4] Bộ NN&PTNT. "Công trình thủy lợi - Đập trụ đỡ - yêu cầu về thiết kế", Việt Nam. TCVN
10400: 2015, 2015
[6] Shamsher Prakash - Hari D.Sharma. Móng cọc trong thực tế xây dựng. NXB Xây dựng, 1999.
[7] Joseph. E. Bowles. "Foundation analysis and desing". International edition, 1997.
[8] “AASHTO LRFD Bridge Design Specification”. USA, 2012
[9] Com624P - Laterally loaded pile analysis program for microcomputer Version 2.
[10] Viện Thủy Công. “Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công công trình cống Sông Hiếu”. 2018.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 52 - 2019
6
6 trang
10320
Free
Bạn đang xem tài liệu "Cơ sở khoa học lựa chọn tiêu chuẩn chuyển vị ngang đập trụ đỡ áp dụng cho công trình đập ngăn mặn sông Hiếu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- co_so_khoa_hoc_lua_chon_tieu_chuan_chuyen_vi_ngang_dap_tru_d.pdf
