Nghiên cứu kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền cho các công trình ngăn sông vùng ven biển đồng bằng sông cửu long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI  NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ÂU THUYỀN CHO CÁC CƠNG TRÌNH NGĂN SƠNG VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Chun ngành : Xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60.58.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học ; GS.TS Nguyễn Chiến PGS.TS Trần Đình Hịa HÀ NỘI -2013 i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Chiến, PGS.TS Trần Đình Hịa - người hướng dẫn, vạch định hướng khoa học để tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn ThS Trần Văn Thái anh, chị em Trung tâm cơng trình đồng ven biển đê điều - Viện Thủy Công - Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam người giúp đỡtác giả công việc nghiên cứu khoa học Xin cảm ơn thầy cô giáo Trường đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình động viên suốt trình viết luận văn Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2013 Tác giả Nguyễn Việt Anh ii BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu phương pháp tính tốn âu thuyền cho cơng trình ngăn sơng vùng ven biển Đồng sông Cửu Long” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu không chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Học viên Nguyễn Việt Anh iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i T T BẢN CAM KẾT ii T T MỤC LỤC iii T T DANH MỤC HÌNH ẢNH vi T T DANH MỤC BẢNG BIỂU x T T MỞ ĐẦU T T Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU T T 1.1 Tính cấp thiết phải xây dựng cơng trình ngăn sơng T T 1.2 Tổng quan âu thuyền T T 1.2.1 Cấu tạo chung âu thuyền T T 1.2.2 Phân loại âu thuyền T T 1.2.3 Cửa van dùng âu thuyền 10 T T 1.3 Tổng quan công trình âu thuyền nước giới 14 T T 1.3.1 Âu thuyền giới 14 T T 1.3.2 Âu thuyền nước 21 T T 1.4 Âu thuyền vùng đồng sông Cửu Long vấn đề nghiên cứu T luận văn 22 T 1.5 Kết luận chương 23 T T Chương LỰA CHỌN KẾT CẤU ÂU THUYỀN TRONG XÂY DỰNG CÁC T CƠNG TRÌNH NGĂN SƠNG VÙNG ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG 25 2.1 Phân tích, lựa chọn kết cấu âu thuyền 25 T T 2.1.1 Những vấn đề cần xem xét thiết kế âu thuyền cơng trình ngăn T sơng điều tiết nước khu vực đồng Sông Cửu Long 25 T 2.1.2 Đề xuất số giải pháp kết cấu âu thuyền phù hợp với địa hình, địa chất T khu vực đồng sông Cửu Long 26 T 2.1.3 Phân tích lựa chọn kết cấu 30 T T 2.2 Bố trí kết cấu âu thuyền 30 T T 2.2.1 Bố trí tổng thể 30 T T iv 2.2.2 Bố trí kết cấu âu thuyền 33 T T Chương TÍNH TỐN KẾT CẤU BUỒNG ÂU CÓ MẶT CẮT CHỮ NHẬT T TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 37 T 3.1 Kết cấu buồng âu đất yếu (bao gồm phần móng cọc phía T phần buồng âu phía trên) 37 T 3.1.1 Nền đất yếu phân loại đất yếu 37 T T 3.1.2 Biện pháp xử lý cơng trình đất yếu 38 T T 3.1.3 Kết cấu buồng âu mặt cắt chữ nhật đất yếu 40 T T 3.2 Tính tốn kết cấu buồng âu đất yếu theo phương pháp truyền thống41 T T 3.2.1 Thiết kế móng cọc theo phương pháp truyền thống 41 T T 3.2.2 Thiết kế phần kết cấu buồng âu phía móng cọc 54 T T 3.3 Tính kết cấu buồng âu cọc theo phương pháp đại 54 T T 3.3.1 Nội dung tính tốn theo phương pháp đại 54 T T 3.3.2 Các mơ hình phần tủ hữu hạn nghiên cứu hệ đài - cọc 55 T T 3.3.3 Lựa chọn phần mềm tính tốn 60 T T 3.4 Kết luận chương 62 T T Chương ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO ÂU THUYỀN TẠI CỐNG TÂN T THUẬN – TP HỒ CHÍ MINH 63 T 4.1 Giới thiệu chung cơng trình: 63 T T 4.1.1 Vùng dự án 63 T T 4.1.2 Mục tiêu, quy mô dự án 65 T T 4.1.3 Chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật chủ yếu dự án: 65 T T 4.1.4 Điều kiện tự nhiên dự án 66 T T 4.1.5 Cấp cơng trình tiêu thiết kế 70 T T 4.2 Bố trí chung âu thuyền cống Tân Thuận 70 T T 4.2.1 Giải pháp xây dựng chung dự án 70 T T 4.2.2 Biện pháp cơng trình 70 T T 4.2.3 Quy mơ bố trí cơng trình 70 T T 4.3 Các trường hợp tính tốn kết cấu 75 T T v 4.3.1 Trường hợp thi công 1: 75 T T 4.3.2 Trường hợp thi công 2: 75 T T 4.3.3 Trường hợp vận hành 1: 75 T T 4.3.4 Trường hợp vận hành 2: 76 T T 4.3.5 Trường hợp đặc biệt: 76 T T 4.4 Tính tốn kết cấu buồng âu theo phương pháp truyền thống 76 T T 4.4.1 Tính kết cấu buồng âu (mặt cắt chữ nhật) 76 T T 4.4.2 Kiểm tra khả chịu tải 81 T T 4.4.3 Thiết kế móng cọc 83 T T 4.4.4 Tính tốn kết cấu tường bên buồng âu 92 T T 4.5 Tính tốn kết cấu buồng âu làm việc đồng thời với hệ cọc (Phương pháp T đại) 96 T 4.5.1 Trường hợp tính tốn 96 T T 4.5.2 Chọn mơ hình tốn 96 T T 4.5.3 Các kết tính toán 98 T T 4.5.4 Tổng hợp kết tính tốn 110 T T 4.6 Phân tích kết tính tốn 114 T T 4.7 Kết luận chương 115 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 T T Các kết đạt 116 T T Một số điểm tồn 117 T T Hướng tiếp tục nghiên cứu 117 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 T T PHỤ LỤC TÍNH TỐN 119 T T vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1:Bản vẽ âu thuyền cổ cửa van chữ nhân, Trung quốc-1497 T T Hình 1-2:Cấu tạo chung âu thuyền T T Hình 1-3:Âu thuyền đơn cấp T T Hình 1-4:Âu thuyền đa cấp T T Hình 1-5:Cửa van bố trí ngập T T Hình 1-6:Cửa van khơng ngập T T Hình 1-7:Âu thuyền đơn tuyến T T Hình 1-8:Âu thuyền đa tuyến T T Hình 1-9:Hình ảnh cho âu thuyền đa tuyến T T Hình 1-10:Một số dạng cấp nước trực tiếp T T Hình 1-11:Cấp nước tập trung đường ống ngắn T T Hình 1-12:Cấp nước phân tán đường ống dài 10 T T Hình 1-13:Các loại cửa thường dùng âu thuyền 10 T T Hình 1-14:Cửa van chữ nhân 11 T T Hình 1-15:Cửa van phẳng kéo lên 12 T T Hình 1-16:Cửa van cung trục đứng 12 T T Hình 1-17:Tổng thể âu thuyền Zandvilied Bezendrecht – Bỉ 13 T T Hình 1-18:Cửa van trụ xoay 14 T T Hình 1-19:Hệ thống âu thuyền kênh đào Panama 15 T T Hình 1-20:Âu thuyền Gatun, kênh đào Panama 15 T T Hình 1-21:Âu thuyền Pedro Miguel, kênh đào Panama 16 T T Hình 1-22:Âu thuyền Miraflores, kênh đào Panama 16 T T Hình 1-23:Âu thuyền Yangtze đập Tam hiệp – Trung Quốc 17 T T Hình 1-24:Âu thuyền Eisenhower, Massena – Mỹ 18 T T Hình 1-25:Âu thuyền Uelzen I – Đức 18 T T Hình 1-26:Âu thuyền Sault, Machigan – Mỹ 19 T T Hình 1-27:Âu thuyền Hiram M Chittenden, Washington – Mỹ 20 T T Hình 1-28:Âu thuyền Thảo Long – Thừa Thiên Huế 21 T T vii Hình 1-29:Âu thuyền Tắc Thủ – Cà mau 22 T T Hình 2-1: Âu thuyền có tường âu đáy liền khối 26 T T Hình 2-2: Phối cảnh âu thuyền có đáy tường liên khối 27 T T Hình 2-3: Âu thuyền có tường âu dạng cơng xơn 28 T T Hình 2-4: Âu thuyền xây dựng cọc cừ BTCT 29 T T Hình 2-5: Cắt ngang buồng âu thuyền dạng hộp phao 29 T T Hình 2-6: Phối cảnh âu thuyền buồng âu dạng hộp phao 30 T T Hình 2-7: Bố trí âu thuyền lùi phía hạ lưu (trái) nhơ thượng lưu (phải) 32 T T Hình 2-8: Một ví dụ bố trí tổng thể cơng trình điều tiết âu thuyền 33 T T Hình 2-9: Cắt ngang buồng âu dạng mặt cắt chữ nhật đáy liền khối 35 T T Hình 3-1: Hình thức móng cơng trình đất 38 T T Hình 3-2: Phương pháp xử lý móng cọc 40 T T Hình 3-3: Kết cấu buồng âu mặt cắt chữ nhật 40 T T Hình 3-4: Sơ đồ bố trí cọc điển hình 43 T T Hình 3-5: Sơ họa khối móng quy ước 44 T T Hình 3-6: Mặt móng cọc quy ước 44 T T Hình 3-7: Phân bố ứng suất cọc đơn nhóm cọc 45 T T Hình 3-8: Sức chịu tải kéo cọc mở rộng chân 47 T T Hình 3-9: Sự huy động sức kháng 48 T T Hình 3-10: Sự làm việc hệ đài - cọc, cọc đất 53 T T Hình 3-11: Sơ đồ tính tốn kết cấu xem đầu cọc gối đàn hồi 56 T T Hình 3-12: Mơ tả phương pháp tính lún Gambin 56 T T Hình 3-13: Mơ hình tính toán phương pháp 58 T T Hình 3-14: Mơ hình tính tốn, phương pháp sử dụng lị xo thay tương tác cọc-đất59 T T Hình 4-1:Vị trí vùng dự án đồ Việt Nam 63 T T Hình 4-2:Vị trí vùng dự án đồ hành Quận 7- Tp.Hồ Chí Minh 64 T T Hình 4-3:Vùng tuyến dự kiến xây dựng cơng trình (Google Earth) 66 T T Hình 4-4:Bình đồ vị trí tuyến 1- tuyến chọn 67 T T Hình 4-5:Bình đồ bố trí tổng thể cơng trình 72 T T viii Hình 4-6:Chính diện cơng trình (nhìn từ phía sơng Sài Gịn) 73 T T Hình 4-7:Mặt bằng, cắt dọc âu thuyền 74 T T Hình 4-8:Cắt ngang âu thuyền (mặt cắt điển hình) 77 T T Hình 4-9:Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên âu trường hợp thi công 78 T T Hình 4-10:Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên âu trường hợp thi công 78 T T Hình 4-11:Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên âu trường hợp vận hành 79 T T Hình 4-12:Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên âu trường hợp vận hành 79 T T Hình 4-13:Mặt bố trí cọc âu thuyền 92 T T Hình 4-14:Mơ hình hóa tường âu phía sơng(trái) phía bờ (phải) 93 T T Hình 4-15:Sơ đồ ngoại lực biểu đồ nội lực tường âu phía sơng-TH thi cơng2 93 T T Hình 4-16:Sơ đồ ngoại lực biểu đồ nội lực tường âu phía bờ-TH thi công2 94 T T Hình 4-17:Sơ đồ ngoại lực biểu đồ nội lực tường âu phía sơng-TH vận hành 94 T T Hình 4-18:Sơ đồ ngoại lực biểu đồ nội lực tường âu phía bờ-TH vận hành 94 T T Hình 4-19:Sơ đồ ngoại lực biểu đồ nội lực tường âu phía sơng-TH vận hành 95 T T Hình 4-20:Sơ đồ ngoại lực biểu đồ nội lực tường âu phía bờ-TH vận hành 95 T T Hình 4-21:Mơ kết cấu âu thuyền 97 T T Hình 4-22:Biểu đồ ứng suất S11, S22- TH Thi công 98 T T Hình 4-23:Biểu đồ ứng suất S12, Smax- TH Thi công 98 T T Hình 4-24:Biểu đồ ứng suất Smin, Svm- TH Thi cơng 99 T T Hình 4-25:Biểu đồ moomen M11,M22 - TH Thi công 99 T T Hình 4-26:Biểu đồ moomen Mmax, Mmin- TH Thi công 100 T T Hình 4-27:Biểu đồ lực dọc mômen M33 cọc đáy âu-TH thi công 100 T T Hình 4-28:Biểu đồ ứng suất S11, S22- TH Thi cơng 101 T T Hình 4-29:Biểu đồ ứng suất S12, Smax- TH Thi công 101 T T Hình 4-30:Biểu đồ ứng suất Smin, Svm- TH Thi công 102 T T Hình 4-31:Biểu đồ moomen M11,M22 - TH Thi cơng 102 T T Hình 4-32:Biểu đồ moomen Mmax, Mmin- TH Thi công 103 T T Hình 4-33:Biểu đồ lực dọc mơmen M33 cọc đáy âu-TH thi công 103 T T Hình 4-34:Biểu đồ ứng suất S11, S22- TH vận hành 104 T T ix Hình 4-35:Biểu đồ ứng suất S12, Smax- TH vận hành 104 T T Hình 4-36:Biểu đồ ứng suất Smin, Svm- TH vận hành 105 T T Hình 4-37:Biểu đồ moomen M11,M22 - TH vận hành 105 T T Hình 4-38:Biểu đồ moomen Mmax, Mmin- TH vận hành 106 T T Hình 4-39:Biểu đồ lực dọc mômen M33 cọc đáy âu-TH vận hành 1106 T T Hình 4-40:Biểu đồ ứng suất S11, S22- TH vận hành 107 T T Hình 4-41:Biểu đồ ứng suất S12, Smax- TH vận hành 107 T T Hình 4-42:Biểu đồ ứng suất Smin, Svm- TH vận hành 108 T T Hình 4-43:Biểu đồ moomen M11,M22 - TH vận hành 108 T T Hình 4-44:Biểu đồ moomen Mmax, Mmin- TH vận hành 109 T T Hình 4-45:Biểu đồ lực dọc mơmen M33 cọc đáy âu-TH vận hành 2109 T T A TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Chiều dài cọc L Cao trình đỉnh cọc =-7,0 m = 32,0m Đường kính cọc D =0,80 m Chiều dày thành cọc t= 0,12 Chu vi cọc U Cao trình mũi cọc m = 2,51 m =-39,00 m Diện tích mũi cọc Ap Diện tích cọc Ac =0,50 m2 P =0,26 m2 P 1.1 TÍNH THEO SNIP 2.02.03.85 (TCXD 205: 1998): THEO CƠ LÝ ĐẤT NỀN U Lớ p Cao Bùn sét màu xám xanh, xám đen, chỗ chứa cát mịn, độ sệt 2,09 Sét, sét pha, màu nâu 3a Li f si m m m T/m2 Đỉnh lớp -6,0 8,50 12,0 0,00 0,00 Đáy lớp -24,10 Đỉnh lớp -24,10 15,50 2,00 5,02 10,04 -26,10 17,00 1,00 5,16 5,16 vàng, xám trắng trạng thái dẻo mềm - dẻo cứng, R trình R R f i *l i R R R Đáy lớp -27,10 Đỉnh lớp -27,10 18,50 2,00 6,57 13,14 Cát hạt mịn - trung thô, -29,10 20,50 2,00 6,81 13,62 lẫn sạn, màu nâu vàng, -31,10 22,50 2,00 7,05 14,10 nâu đỏ, xám xanh, xám -33,10 24,50 2,00 7,29 14,58 ghi, kết cấu chặt vừa, chặt -35,10 25,75 0,50 7,44 3,72 27,00 2,00 8,88 17,76 độ sệt 0,31 Zi Mô tả mặt cắt địa chất Đáy lớp -35,60 Sét pha màu nâu đỏ, xám Đỉnh lớp -35,60 xanh, trạng thái dẻo cứng Đáy lớp -37,60 Cát hạt mịn - trung thô, Đỉnh lớp -37,60 28,75 1,50 10,14 15,21 lẫn sạn, màu nâu vàng, Đáy lớp -39,10 30,00 1,00 10,34 10,34 nâu đỏ, xám xanh, xám ghi, kết cấu chặt vừa, chặt Cộng 127,1 Sức chịu tải tiêu chuẩn: Q tc =m*(m r *R*Ac + m f *U*Σf i *l i ) = 536,66 Tấn R R R Sức chịu tải tính toán: R R R R R R R Q a = Q tc /F s = 381,9 Tấn với F s = 1,40 R R R R R R R R Fs: Hệ số an toàn theo Snip m, m r ,m f : Hệ số điều kiện làm việc R R R R m r = 1,0;m f = 1,0; m = 1,0; R R R R f i : Ma sát thành bên R R l i : Chiều sâu lớp đất thứ i R R A c : Diện tích mặt cắt ngang cọc R R R: Sức chống mũi đầu cọc đất cátR= 510,00 T/m2; 1.2 TÍNH THEO THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH TIÊU CHUẨN U Theo Meyerhof(1956) Q ult = (K N.A p + K N tb A s ) U R R Tải trọng đề nghị sử dụng: R R R R R R R R R R Q all = Q ult /F s R R R R R Hệ số an toàn = 456,55 Tấn = 3,00 N = 28,33 1d 0d -1d -2d -3d -4d 30 29 28 29 28 26 N tb : Chỉ số SPT dọc thân cọc đất rời Tấn Fs R N: Chỉ số SPT 1d 4d mũi cọc = 1369,64 N tb = 19,25 As = 29,91 m2 L r : Chiều sâu cắm cọc đất rời Lr = 11,90 m K : Hệ số lấy 400 cho cọc đóng K1 = 400,00 Cọc đóng K : Hệ số lấy cho cọc đóng K2 = 2,00 Cọc đóng R R R L r1 N L r2 N 0,00 0,00 11,90 19,25 R R A s : Diện tích mặt bên cọc phạm vi lớp R R R đất rời R R R R R R R R Theo Bộ xây dựng Nhật Bản: R = U Tấn 391,84 Q all = 1/3[α.N 30 Ap + (0.2.N tb Lr + C.Lc).U] R R R R R R Fs = 3,00 α = 30,00 N 30 = 29,00 R α: Hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công N 30 : Số SPT mũi cọc R R R Cọc đóng N tb : Chỉ số SPT trung bình đất rời N tb = 19,25 C:Lực dính đất dính, (T/m2) C = 5,41 L c : Chiều dài đoạn cọc đất dính, (m) Lc = 17,00 m L r : Chiều dài đoạn cọc đất không Lr = 11,90 m R R R R R R R R R T/m2 dính,(m) 1.3 TÍNH THEO CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ ĐẤT NỀN: TCVN 205-1998 U 1.3.1 Cách tính B1 cho ứng dụng:Cọc Đóng U U Cọc Đóng: f si =C a + σ hi '.tanϕ a '= C a + σ vi '.K o tanϕ a ' Ma sát bên Lớp R γ đn ϕ' R R R R R R R Ca R R T/m2 R R R R R f si Li f i *l i T/m3 m T/m R R R R R R T/m2 MĐTK R R R T/m2 R =γ đn '.h i Ko T/m2 R σ vi ' R C R 0,54 3,15 1,32 0,56 0,56 7,83 0,85 12,00 10,14 0,977 13,15 1,08 2,08 2,08 10,76 4,43 3,00 13,29 1,060 28,42 0,73 0,37 0,37 19,77 6,43 8,50 54,66 3a 1,045 19,62 0,93 0,76 0,76 21,86 7,66 2,00 15,32 1,060 28,42 0,73 0,37 0,37 25,47 9,76 3,40 33,20 28,90 126,61 Cộng Cường độ chịu tải mũi cọc: Lớp Loại Z mũi cọc đất m Cát -41,00 ϕ R Cu R σ' h T/m2 29,9 0,37 Nc R qp Np R T/m2 T/m2 25,47 34 865,81 Sức chịu tải tiêu chuẩn Q tc = q p A p + uΣf i l i = 753,41 Tấn Sức chịu tải tính tốn: Qa = q p A p /FS p + uΣf i l i /FS s = 399,43Tấn R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R FSp: Hệ số an toàn cho sức chống mũi cọc FS p FSp: Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên FS s 1.4.THEO 22TCN 272 - 05 U Dựa theo thí nghiệm trường SPT: Cọc đóng R R R R R = 2,00 = 1,75 Loại cọc đóng: Lớp Đóng dịch chuyển đất Cao độ γi Li -6.0 -6.0 -24,10 -24,10 -27,10 -27,10 -35,60 -35,60 -37,60 -37,60 -39,10 T/m3 m 0,540 12,00 0,977 3a σ' v qs Qs T/m2 Hệ số λ T/m2 T/m2 T/m2 1,5 0,3 7,83 0,83 9,52 3,00 4,7 0,25 10,76 6,99 24,64 1,060 8,50 15,8 0,2 19,77 3,03 24,79 1,045 2,00 19 0,16 21,86 15,28 35,90 Su R 12,7 R R R 0,14 25,47 5,57 28,90 113,04 Tổng ΦQs ('1' = Cát ,'2' = Sét; 2.1 = Sét yếu) 1,060 Sức kháng mũi cọc N R R 1,50 29,0 qp = 1573 Tấn ql = 784 Tấn R R Φ qp •Q p R R R N corr = [ Chỉ số SPT thay đổi : R 18,20 Tấn = 302,38 R 0,77•log10(192/σ' v )]•N R = 19,59 R Chỉ số SPT mũi cọc : N = 29,00 λ : Hệ số thực nghiệm D b : Chiều sâu xuyên cọc tầng chịu lực = 16,90 m q l : Sức kháng điểm giới hạn = 40•N corr đất cát = 30•N corr bùn khơng dẻo R R R R R R Hệ số sức kháng sức kháng mũi cọc Φ qp hệ số sức kháng thân cọc Φ qs tính: R R R Trong đó: λ v lấy theo bảng 10.5.5.2 R λv R R = 0,85 Loại đất a1 Đất cát 0,45 0,3825 0,45 0,3825 Đất sét 0,70 0,60 0,55 0,4675 R Φ R qp R = λ v •a R R a2 R R Trọng lượng cọc BTCT W = 12,30 Hệ số nhóm cọc η = 1,00 Φ qs = λ v •a R R R R Tấn Q R = η•(Φ qp •Q p + Φ qs •Q s - W) = 403,11Tấn R R R R R R R R R R R R 1.5 Tính ma sát âm U L yếu : Chiều dài lớp đất yếu, đất đắp L yếu = 12,00 m L N : Chiều dài cọc bị ảnh hưởng ma sát âm LN = 8,48 R R R R R R Q N = αUS u L N = 6,40 Theo Bowles R R R R R α: Hệ số kết hợp dính α = 0,25 S u : Sức kháng cắt khơng nước trung bình Su = 1,20 R R R TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỌC ĐĨNG + Mơ đun đàn hồi bê tông Eb + Mô đun chống uốn cọc J J cọc + Chiều dày lớp đất mặt L mặt R R R R R R =3000000 T/m2 = 0,0153 m4 = 12,00 m + Hằng số phản lực theo phương ngang lớp trênn h = 969,50 T/m3 R R + Độ sâu tính tốn lớp đất x + Hệ số độ cứng lớp đất KT KT = 20359,50 T/m2 + Lực kháng cắt lớp đất Su = 1,50 T/m2 + Hệ số độ cứng lớp đất KD KD = 100,50 T/m + Tỷ số KT/KD KT/KD= 202,58 = 21,00 R R R R R R + Độ cứng cọc so với đất T = (EJ/nh)0,2 ; R = 2,16 + Xét tỷ số Z = L/T Z = 14,80 + Độ dày lớp mặt so với R A = L mặt /T A = 5,55 + Phương trình cho dạng y x = C yc H g T3/(EJ + Mô men vị trí đầu cọc cố định M x = C yc H g T + Hệ số ảnh hưởng đầu cọc α= 1,00 R R R R R R R R yx + Thay vào phương trình ta có + Hệ số an toàn cọc R Ge R R R R R R = 1,35 Hg = 33,58 Tấn F = 2,00 R H ngang = 16,79 R R Ảnh hưởng nhóm cọc đến sức chịu tải trọng ngang + Hệ số ảnh hưởng nhóm Ge m m R R R R = 0,01 R R R C yc + Chuyển vị ngang đầu cọc R R R + Hệ số chuyển vị đầu cọc Cyc= Ayc - 0,93αByc + Sức kháng ngang cọc H ngang = H g /F R m = 0,40 Tấn m Tấn + Sức kháng cọc theo nhóm cọc Tấn H ngang = 6,00 R R B TÍNH TOÁN NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN ÂU THUYỀN I Các trường hợp tính tốn: Tiến hành tính tốn cho trường hợp : TH thi công 1, Th thi công 2, TH vận hành 1, TH vận hành (xem mục 4.3) II Tính tốn tổ hợp tải trọng * Thơng số âu thuyền: + Cao trình mực nước hạ lưu: MNHL =2.70 (m) + Cao trình mực nước thượng lưu: MNTL =0.60 (m) + Cao trình mực nước thi cơng: MNTC =1.00 (m) + Cao trình mặt đất sau tường âu: MĐTK =2.00 (m) + Cao trình mặt đường hành lang dẫn nước: CTDN =-1.50 (m) + Cao trình đỉnh âu thuyền: CTĐi =3.50 (m) + Cao trình đáy âu thuyền: CT đáy âu =-6.00 (m) + Bề rộng thông nước âu thuyền: B âu =16.00(m) + Bề dày tường âu thuyền: b tường =1.50 (m) + Bề dày đáy âu thuyền: b đáy =1.50 (m) + Bề dày bê tông bịt đáy âu thuyền: h bd =3.00 (m) + Tổng bề rộng đáy âu: B =23.50(m) + Bề rộng trần hành lang cấp nước b thl + Bề rộng lòng hành lang cấp nước bh =3.00 (m) + Chiều dài đoạn âu thuyền tính tốn: Lâu =60.00(m) + Chiều cao cột đất đắp tường bên âu : H dÂu + Chiều cao cột đất đến mặt hành lang dẫn nước : H dDH + Chiều cao cột đất từ mặt hành lang đến chân âu: H dTAu + Chiều cao cột nước max âu : H max.âu =8.70 (m) + Chiều cao cột nước âu : H min.âu =6.60 (m) + Trọng lượng riêng bê tông: γ bt =2.50 (T/m3) + Trọng lượng riêng bê tông bịt đáy: γ bd R R R R R R R R R R R R =4.00 (m) R R R =12.50(m) R R R R =9.00 (m) R R R R R R R R R =3.50 (m) =2.40 (T/m3) + Trọng lượng riêng nước: γn R =1.00 (T/m3) R Trường hợp thi công 1: + Thành phần thẳng đứng: - Tải trọng thân âu thuyền: · Tải trọng thân âu: · Âu thuyền P bt =n bt ∑Pi =23024.93 R R R R ∑Pi =21928.50 ex =0.00 (m) ey =0.31 (m) P âu R =21928.50 R (T) (T) (T) Phần kết cấu =10912.50 Bịt đáy e xbđ R e ybđ R =11016.00 =0.00 (m) R =0.00 (m) R - Áp lực đẩy nổi: · Tải trọng đẩy nổi: P đn · Cột nước đẩy H đn R =-17595.00 (T) R R =11.50(m) R e xđn =0.00 (m) e yđn =0.00 (m) γ tk1 =1.85 (T/m3) R R R R Trường hợp thi cơng + Tính chất lý đất đắp sau tường R R γ bh1 R φ bh1 R + Tính chất lý đất phía sơng γ bh2 R R R =25.00(độ) =1.54 (T/m3) R φ bh2 + Thành phần thẳng đứng: =2.00 (T/m3) R R =3.00 (độ) N = ∑n i P R R =7266.84 · Tải trọng thẳng đứng: ∑P =4333.50 · Điểm đặt tải cách 0: e'x =0.00 (m) e'y =-1.57 (m) - Tải trọng thân âu thuyền: · Tải trọng thân: (T) ∑bt =n bt ∑Pi =23024.93 R ∑Pi R =21928.50 (T) (T) (T) · Hệ số lệch tải: n bt · Điểm đặt tải ex =0.00 (m) ey =0.31 (m) R - Áp lực đẩy đáy âu =1.05 R P đn R =-17595.00 (T) R e xđn =0.00 (m) e yđn =0.00 (m) h n3 =11.50 R R R Cột nước đẩy R R - Tải trọng đất đắp hành lang: R P đ3 =n đ ∑Pđất=1836.91 R · Tải trọng đất đắp: R R P đất R R =1669.92 R (T) (T) e xpđ3 =0.00 (m) R R e ypđ3 =9.75 (m) R · Hệ số lệch tải: R n đất R =1.10 R + Thành phần nằm ngang: * Áp lực đất lên tường âu phía bờ P đ2 = n đ E cđ =-4538.51 R R R R R R ∑E cđ =-3782.09 R · Điểm đặt tải cách 0: R (T) (T) e xpđ2 =0.00 (m) R R e ypđ2 =4.17 (m) R · Hệ số lệch tải: R nđ R =1.20 R · Áp lực chủ động đất lên tường âu phía bờ Ecđ1= -0,5.γ td L.(H dDH +H d.TA )2.Ka=-3782.09 (T) R R R R R R e xpđ2 =0.00 (m) R R e ypđ2 =4.17 (m) R R Trọng lượng đất tương đương: γ td =(γ tk h +γ đn h )/(h +h ) =1.99 (T/m3) R R R R R R R R R R R R R R γtk =1.85 (T/m3) h = MĐTK - MNTL =1.00(m) R R γbh =2.00 (T/m3) h2 = MNHL -CTCaHL =11.50(m) Hệ số Cu lông: Ka= tg2(45-φ/2)=0.41 Góc ma sát đất đắp sau tường φ=25.00 (độ) * Áp lực đất lên tường âu phía sơng P đ1 = n đ E bđ =1246.66 R R R R R R ∑Ebđ =1038.88 · Điểm đặt tải cách 0: (T) (T) e xpđ1 =0.00 (m) R R e ypđ1 =1.50 (m) R · Hệ số lệch tải: R nđ R =1.20 R · Áp lực bị động đất lên tường âu E bđ = La.0,5.γ đn h dbd 2.K b R R R R R R R =1038.88 R (T) e xpđ1 =0.00 (m) R R e ypđ =1.50 (m) R R · Chiều cao cột đất: h đấtbd =4.50 (m) Hệ số Cu lông: K b = tg2(45+ φ /2) =1.11 R R R R Góc ma sát đất đắp sau tường φ=3.00(độ) + Thành phần áp lực nước nằm ngang - Áp lực từ hạ lưu: Hy =1470.00 ex =0.00 (m) ez =6.83 (m) P n1 R =1470.00 R H n1 R (T) (T) =7.00 (m) R e xpn1 =0.00 (m) R R e ypn1 =6.83 (m) R R Trường hợp vận hành 1: + Tính chất lý đất đắp sau tường γ tk1 R =1.85 (T/m3) R γ bh1 R φ bh1 R + Tính chất lý đất phía sơng γ bh2 R + Thành phần thẳng đứng: · Tải trọng thẳng đứng: R =25.00(độ) =1.54 (T/m3) R φ bh2 R =2.00 (T/m3) R R =3.00 (độ) N = ∑n i P R ∑P R =16226.40 =13297.50 (T) (T) · Điểm đặt tải cách 0: - Tải trọng thân âu thuyền: e'x =0.00 (m) e'y =0.59 (m) ∑bt =n bt ∑Pi =23024.93 R R · Tải trọng thân: ∑Pi =21928.50 · Hệ số lệch tải: n bt =1.05 · Điểm đặt tải ex =0.00 (m) ey =0.31 (m) - Trọng lượng nước âu: R R P n3 R =8352.00 R (T) (T) (T) e xpn3 =0.00 (m) R R e ypn3 =-1.75 (m) R · Hệ số lệch tải: - Trọng lượng nước hành lang R nn R =1.00 R P n6 R =540.00 R (T) e xpn6 =0.00 (m) R R e ypn6 =9.25 (m) R · Hệ số lệch tải: - Áp lực đẩy đáy âu R nn R =1.00 R P đn R =-16983.00 (T) R e xđn =0.00 (m) e yđn =0.00 (m) h n3 =11.10 R Cột nước đẩy R R R R - Tải trọng đất đắp hành lang: · Tải trọng đất đắp: R P đ3 =n đ ∑Pđất=1832.48 R R R P đất R R =1665.89 R (T) e xpđ3 =0.00 (m) R R e ypđ3 =9.75 (m) R · Hệ số lệch tải: - Áp lực nước trần hành lang R n đất R P n7 R =-312.00 R H n7 R =1.10 R e xn7 R e yn7 R + Thành phần nằm ngang: =5.20 (m) R R R =0.00 (m) =9.25 (m) (T) (T) · Áp lực đất lên tường âu phía bờ P đ2 = n đ E cđ =-4527.55 R R R R R R ∑E cđ =-3772.96 R · Điểm đặt tải cách 0: R (T) (T) e xpđ2 =0.00 (m) R R e ypđ2 =4.17 (m) R · Hệ số lệch tải: R nđ R =1.20 R · Áp lực chủ động đất lên tường âu phía bờ Ecđ1= -0,5.γ td L.(H dDH +H d.TA )2.Ka R R R R R =-3772.96 R (T) e xpđ2 =0.00 (m) R R e ypđ2 =4.17 (m) R R Trọng lượng đất tương đương: γ td =(γ tk h +γ đn h )/(h +h ) =1.98 (T/m3 R R R R R R R R R R R R R R γtk =1.85 (T/m3) h = MĐTK - MNTL =1.40(m) R R γbh =2.00 (T/m3) h = MNHL -CTCaHL =11.10(m) R R Hệ số Cu lơng: Ka= tg2(45-φ/2) Góc ma sát đất đắp sau tường φ=25.00(độ) =0.41 · Áp lực đất lên tường âu phía sơng P đ1 = n đ E bđ =1246.66 R R R R R R ∑E bđ =1038.88 R · Điểm đặt tải cách 0: R (T) e xpđ1 =0.00 (m) R R e ypđ1 =1.50 (m) R · Hệ số lệch tải: R nđ R =1.20 R · Áp lực bị động đất lên tường âu E bđ = La.0,5.γ đn h dbd 2.K b R R R R R R R =1038.88 R e xpđ1 =0.00 (m) R R e ypđ1 =1.50 (m) R · Chiều cao cột đất: Hệ số Cu lông: R h đấtbd =4.50 (m) R K b = tg2(45+φ/2) R R R =1.11 (T) (T) Góc ma sát đất đắp sau tường φ =3.00 (độ) Hy =1306.80 ex =0.00 (m) ez =6.70 (m) R R R R - Áp lực âu lên tường âu phía sơng R R -P n2 R =-2270.70 R · Chiều cao cột nước: Hn · Điểm đặt tải cách 0: e xpn2 =0.00 (m) R (T) (T) =8.70 (m) R R R e ypn2 =7.40 (m) R - Áp lực âu lên tường âu phía bờ R P n2 R =2270.70 R · Chiều cao cột nước: H n2 · Điểm đặt tải cách 0: e xpn2 =0.00 (m) R (T) =8.70 (m) R R R e ypn2 =7.40 (m) R - Áp lực từ hạ lưu: R P n1 R =1306.80 R H n1 R (T) =6.60 (m) R e xpn1 =0.00 (m) R R e ypn1 =6.70 (m) R R - Áp lực hành lang phía sơng -P n5 · Chiều cao cột nước: H n5 · Điểm đặt tải cách 0: e xpn5 =0.00 (m) R R =-1206.00 R (T) =8.20 (m) R R R e ypn5 =6.00 (m) R - Áp lực hành lang phía bờ R P n5 R =1206.00 R · Chiều cao cột nước: H n5 · Điểm đặt tải cách 0: e xpn5 =0.00 (m) R (T) =8.20 (m) R R R e ypn5 =6.00 (m) R R Trường hợp vận hành + Tính chất lý đất đắp sau tường γ tk1 R =1.85 (T/m3) R γ bh1 R φ bh1 R + Tính chất lý đất phía sơng γ bh2 R =2.00 (T/m3) R R R =25.00(độ) =1.54 (T/m3) φ bh2 R + Thành phần thẳng đứng: =3.00 (độ) R N = ∑n i P R R =14210.40 · Tải trọng thẳng đứng: ∑P =11281.50 · Điểm đặt tải cách 0: e'x =0.00 (m) e'y =0.38 (m) - Tải trọng thân âu thuyền: R · Tải trọng thân: ∑Pi =21928.50 · Hệ số lệch tải: n bt =1.05 · Điểm đặt tải ex =0.00 (m) ey =0.31 (m) - Trọng lượng nước âu: (T) ∑bt =n bt ∑Pi =23024.93 R R R P n3 R =6336.00 R (T) (T) (T) (T) e xpn3 =0.00 (m) R R e ypn3 =-1.75 (m) R · Hệ số lệch tải: R nn R =1.00 R - Trọng lượng nước hành lang cấp nước P n6 R R =540.00 (T) e xpn6 =0.00 (m) R R e ypn6 =9.25 (m) R · Hệ số lệch tải: - Áp lực đẩy đáy âu R nn R =1.00 R P đn R =-16983.00 (T) R e xđn =0.00 (m) e yđn =0.00 (m) h n3 =11.10 R Cột nước đẩy R R R R - Tải trọng đất đắp hành lang: · Tải trọng đất đắp: R P đ3 =n đ ∑Pđất=1832.48 R R R P đất R R =1665.89 R (T) e xpđ3 =0.00 (m) R R e ypđ3 =9.75 (m) R · Hệ số lệch tải: - Áp lực nước trần hành lang R n đất R P n7 R =-180.00 R H n7 R =1.10 R R =3.00 (m) (T) (T) e xn7 R =0.00 (m) R eyn7 =9.25 (m) + Thành phần nằm ngang: * Áp lực đất lên tường âu phía bờ P đ2 = n đ E cđ =-4527.55 R R R R R R ∑Ecđ =-3772.96 · Điểm đặt tải cách 0: (T) (T) e xpđ2 =0.00 (m) R R e ypđ2 =4.17 (m) R · Hệ số lệch tải: R nđ R =1.20 R · Áp lực chủ động đất lên tường âu phía bờ Ecđ1= -0,5.γ td L.(H dDH +H d.TA )2.Ka=-3772.96 (T) R R R R R R e xpđ2 =0.00 (m) R R e ypđ2 =4.17 (m) R R Trọng lượng đất tương đương: γ td =(γ tk h +γ đn h )/(h +h ) =1.98 (T/m3 R R R R R R R R R R R R R R γtk =1.85 (T/m3) h = MĐTK - MNTL =1.40(m) R R γbh =2.00 (T/m3) h2 = MNHL -CTCaHL =11.10(m) Hệ số Cu lông: Ka= tg2(45-φ/2)0.41 Góc ma sát đất đắp sau tường φ=25.00 (độ) * Áp lực đất lên tường âu phía sông P đ1 = n đ E bđ =1246.66 R R R R R R ∑E bđ =1038.88 R · Điểm đặt tải cách 0: R (T) e xpđ1 =0.00 (m) R R e ypđ1 =1.50 (m) R · Hệ số lệch tải: R nđ =1.20 · Áp lực bị động đất lên tường âu E bđ = La.0,5.γ đn h dbd 2.K b R R R R R R R =1038.88 R e xpđ1 =0.00 (m) R R (T) (T) e ypđ1 =1.50 (m) R · Chiều cao cột đất: Hệ số Cu lông: R h đấtbd =4.50 (m) R R K b = tg2(45+φ/2) R R Góc ma sát đất đắp sau tường φ + Thành phần áp lực nước nằm ngang =1.11 =3.00 (độ) Hy =1306.80 ex =0.00 (m) ez =6.70 (m) - Áp lực âu lên tường âu phía sơng P n2 R =-1306.80 R · Chiều cao cột nước: Hn · Điểm đặt tải cách 0: e xpn2 =0.00 (m) R (T) (T) =6.60 (m) R R R e ypn2 =6.70 (m) R - Áp lực âu lên tường âu phía bờ R P n2 R =1306.80 R · Chiều cao cột nước: H n2 · Điểm đặt tải cách 0: e xpn2 =0.00 (m) R =6.60 (m) R R (T) R e ypn2 =6.70 (m) R - Áp lực từ hạ lưu: R P n1 R =1306.80 R H n1 R (T) =6.60 (m) R e xpn1 =0.00 (m) R R e ypn1 =6.70 (m) R R - Áp lực hành lang phía sơng P n5 R R =-828.00 · Chiều cao cột nước: H n5 · Điểm đặt tải cách 0: e xpn5 =0.00 (m) R =6.10 (m) R R R e ypn5 =6.00 (m) R - Áp lực hành lang phía bờ R P n5 R =828.00 R · Chiều cao cột nước: H n5 · Điểm đặt tải cách 0: e xpn5 =0.00 (m) R R =6.10 (m) R R e ypn5 =6.00 (m) R R (T) (T)