Xử lý nền cống 3m bằng cọc tràm

Thuyết minh xử lý cống cọc tràm THUYẾT MINH XỬ LÝ NỀN CỐNG B=3,5M BẰNG CỌC TRÀM QUY MƠ CƠNG TRÌNH 1.1 Các tiêu kỹ thuật cuả dự án a Cấp cơng trình Cơng trình cấp III b Loại cơng trình: Cơng trình thủy lợi c Các tần suất bảo đảm thiết kế - Mức bảo đảm cấp nước: P = 85% - Mức bảo đảm tiêu nước: P = 80% ÷ 90% - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất: P = 1,5% - Tần suất triều tiêu ngồi sơng: P = 10% - Tần suất mưa tưới thiết kế: P = 85% - Tần suất mưa tiêu thiết kế: P = 10% - Tần suất tính tốn lưu lượng, mức nước lớn để thiết kế cơng trình tạm: P = 10% - Mực nước tính tốn ổn định cơng trình mảng: Hmin: P = 95% 1.2 Thông số cống hở a Cao độ đáy dầm cầu Do cống có yêu cầu giao thông thủy, cao độ đáy dầm cầu giao thông cống xác định chủ yếu dựa vào điều kiện tĩnh không cho giao thông thủy theo TCVN 5664-2009 Cao độ đáy dầm cầu chọn không thấp giá trị xác định theo công thức sau: Zđáydc = Zctk + [H] Trong đó: - Zđáydc : Cao trình đáy dầm cầu giao thơng (cầu cơng tác), m; Zctk: Mực nước cao thiết kế chọn cao trình mực nước lũ đầu vụ , m; Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm - [H] : Chiều cao tĩnh không cầu xác định TCVN 5664-2009 - Bảng 2: Cấp kỹ thuật đường thủy nội địa quy định đường thủy cấp VI khu vực phía Nam [H]=2,5m b Xác định chiều rộng cống Chiều rộng cống lựa chọn sở tính tốn thủy văn, thủy lực đảm bảo mục tiêu cấp nước thoát nước Do cống có u cầu giao thơng thủy, độ cống đảm bảo theo tiêu chuẩn TCVN 5664- 2009 tương ứng với cấp đường thủy cấp VI Bề rộng cống xác định theo công thức: Bcống = Btàu90% + ΔB Trong đó: - Bcống: chiều rộng cống thiết kế (m) Btàu 90%: Chiều rộng tàu quy định TCVN 5664-2009 - phụ lục: - Kích thước đội tàu theo cấp kỹ thuật đường thủy nội địa Việt Nam B tàu 90%=3,10m ΔB: Dự phòng chiều rộng họat động ghe, tàu với thân cống.Chọn ΔB=0,4m Bcống =3,1+ 0,4 =3,50m 1.3 Quy mô kết cấu cống Kết cấu cống hở BTCT, cửa cống dạng cửa phẳng tầng thép (1 cửa + cửa dưới), cống có bố trí cầu giao thơng, có kết hợp giao thơng thủy Cống có quy mơ chung sau: - Kết cấu cống: Cống hở BTCT M250 - Chiều rộng thông nước: B = 3,50 m - Cao trình ngưỡng cống: -1,50 m - Chiều dài thân cống: từ 10,0m -13,50m - Cao trình đáy sân tiêu trước sau cống: -2,00m - Chiều dài sân tiêu năng: Thượng lưu: 10,00m, hạ lưu L = 10,00m - Cửa cống thép phủ kẽm - Cao trình đỉnh cửa van: thay đổi theo cống - Trên cống có cầu giao thơng tải trọng H13, kết cấu BTCT M300 - Thượng & hạ lưu cống có sân tiêu BTCT M250, sân sau BTCT Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm M250, kết hợp rọ đá & thảm đá - Để tăng ổn định cho mái phía sơng phía đồng, cần gia cố bê tông neo Geocell M250 dày 10cm - Gia cố thân cống cừ tràm đường kính D8-10cm dài 4.7m đóng 36 cây/m2 - Gia cố sân tiêu phía sơng phía đồng cừ tràm đường kính D8-10cm dài 4.7m đóng 16 cây/m2 Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Cắt dọc cống Cắt ngang cống Hình 1: Kết cấu cống B = 3,50m Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Hình 2: Phối cảnh cống B= 3,50m 1.4 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CỐNG HỞ B=3,5m 1.4.1 Các tài liệu tính tốn a Tiêu chuẩn tài liệu thiết kế - QCVN 04 - 05: 2012/BNNPTNT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia - Cơng trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu thiết kế Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8421:2010 Cơng trình Thủy lợi – Tải trọng lực tác dụng lên cơng trình sóng tàu Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8422:2010 Cơng trình Thủy lợi – Thiết kế tầng lọc ngược cơng trình thủy cơng b Các số liệu địa chất phục vụ tính tốn Các tiêu lý đất : Ta tính tốn với số liệu địa chất vị trí hố khoan khảo sát, vị trí khác gần hố khoan xử lý tương tự (cống Thơng Đường) + Lớp 1: Bùn sét pha, màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm + Lớp 2: Cát hạt nhỏ, màu nâu vàng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Hình 3: Hình trụ hố khoan cống B=3,5m c Sơ đồ tải trọng tác động  Tải trọng đứng - Trọng lượng thân cơng trình - Oto H8 ( tạm thời ) - Người lại ( tạm thời ) - Trọng lượng nước - Áp lực đẩy - Áp lực thấm  Tải trọng ngang - Áp lực nước tác động lên van van đóng Pvan = H.Avan (kN) Trong đó: H: áp lực cột nước tính tốn, kN/m2 Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Avan: diện tích tiết diện van , m2 Hình 4: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống trường hợp cống vừa thi công xong (không có nước cống) Hình 5: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm d Các trường hợp tính - Trường hợp vừa thi cơng xong: Chưa có nước cống - Trường hợp đóng van với chênh lệch mực nước lớn e Tính ứng suất max σ = N  6e  1 ± ÷ F B Trong σmax : ứng suất max đáy móng, T/m2 σmin : ứng suất đáy móng, T/m2 N : tổng lực thẳng đứng, T F : diện tích đáy móng, m2 B : Bề rộng cống, m e : Độ lệch tâm , m 1.4.2 Tính khả chịu tải Khả chịu tải đất tính theo cơng thức : Rtc = m(A.b.γ’ + B.Df.γ’ + D.c) Trong đó: Góc ma sát ϕ = 4017 → A = 0,071; B = 1,32; D = 3,61 B : bề rộng móng, B = 4,9m; Df : độ sâu đặt móng, Df = 2,0m C = 0,42T/m2; γ‘ : trọng lượng riêng đất (dung trọng đẩy nổi) = 0,88T/m3 m : hệ số điều kiện làm việc m = 0,8 Thay vào ta : Rtc = 3,78 T/m2; 1.4.3 Ứng suất đáy móng 1.4.3.1 Trường hợp thi cơng xong (chưa có nước cống) Bảng 1: Ứng suất đáy móng trường hợp thi công xong Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Lực tác dụng (T) TT Hạng mục Ký hiệu Lực đứng G Lực ngang P Li (m) M+ (T.m) M_ (T.m) Bản đáy cống G1 101,48 - - Thân cống G2 204,28 -0,1 20,43 Trụ cống, cầu giao thông G3 30,45 -2,5 76,13 Tải trọng xe G4 13,00 -2,5 32,50 Dàn kéo van G5 36,57 2,0 73,13 Cửa van G6 1,58 2,0 3,15 Tổng cộng 387,35 - 129,05 76,28 Độ lệch tâm : e = M/N = 0,14m σmax = 9,22T/m2 ; σmin = 6,59T/m2 ; σtb = 7,91T/m2 Ta thấy: Rtc = 3,78T/m2 < σtb = 7,91T/m2 : Không thỏa mãn 1,2Rtc = 4,54T/m2 < σmax = 9,22T/m2 : Không thỏa mãn 1.4.3.2 Trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn Bảng 2: Ứng suất đáy móng TH chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn TT 10 11 12 Hạng mục Bản đáy cống Thân cống Trụ cống, cầu giao thông Tải trọng xe Dàn kéo van Cửa van Áp lực nước thượng lưu Áp lực nước hạ lưu Trọng lượng nước TL Trọng lượng nước HL Áp lực thấm Áp lực đẩy Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Ký hiệu G1 G2 G3 G4 G5 G6 W1 W2 W3 W4 Wth Wdn Lực tác dụng (T) Lực Lực ngang đứng G P 101,48 204,28 30,45 13,00 37,01 1,58 103,51 -30,01 117,25 21,00 -73,50 -147,00 Li (m) 0,00 -0,10 -2,50 -2,50 2,00 2,00 2,17 1,17 -3,00 1,50 1,67 1,00 M+ (T.m) M_ (T.m) 0,00 20,43 76,13 32,50 74,03 3,15 224,28 35,01 351,75 31,50 122,50 147,00 10 Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Tổng cộng 305,55 73,50 662,82 455,45 Độ lệch tâm : e = M/N = 0,68m σmax = 11,42T/m2 ; σmin = 1,05T/m2 ; σtb = 6,24T/m2 Ta thấy: Rtc = 3,78T/m2 > σtb =6,24T/m2 : Không thỏa mãn 1,2Rtc = 4,54T/m2 > σmax = 11,42T/m2 : Không thỏa mãn Kết luận : Trong hai trường hợp ứng suất đáy móng khơng thỏa mãn Do cần có biện pháp xử lý cơng trình 1.4.4 Tính tốn xử lý thân cống cừ tràm a Xác định mật độ đóng cừ tràm Hệ số rỗng tự nhiên lớp đất e0=1,092 Hệ số rỗng lớp đất sau gia cố cừ tràm e0=0,085 Diện tích nén chặt Fnc = 1.4b(a+0.4b) = 82,05m2 Trong : Fnc diện tích nén chặt (m2) a : Chiều dài móng (m) a= 10,0m b : Bề rộng móng (m) ; n= 4,90m Tỷ lệ diện tích tiết diện cừ tràm tiết diện nén chặt Ω = (eo - enc) / (1+eo)= 0,077 Đường kính trung bình cừ tràm d= 0,08m Diện tích ngang cừ tràm fc= πd2/4=0,0052m2 Số lượng cừ tràm n = ΩFnc/fc= 1.250 cừ = 25 cây/1m2 b Bố trí cừ tràm Bố trí cừ tràm theo đỉnh lưới hình tam giác đều, khoảng cách tim cọc L=0,952*d*sqrt((1+eo)/(eo-enc))= 0,27m c Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Xác định sức chịu tải cừ tràm theo đất 11 Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Sức chịu tải cừ tràm tính theo cọc ma sát ( Qc =km R tc F+u*sum ( f itc *li ) ) Trong đó: K= 0,7; Hệ số điều kiện làm việc m=1; F= 0,00502m2: diện tích mặt cắt ngang cừ tràm Rtc =0,5T/m2 Chu vi cừ tràm u= 2π*r =0,2512m f itc : lực dính lớp đất (T/m2) Li: Chiều dài lớp đất cắt qua cừ tràm (m) Thông số lớp đất cắt qua cọc STT f itc (T/m2) 0,46 0,42 Tên lớp đất Lớp Lớp li (m) 1,3 3,2 Thay số vào công thức (*) ta có Q= 0,343 T Sức chịu tải 1m2 đất có gia cố cừ tràm [R]=Qc*n = 0,343* 25 =8,60 T/m2 d Kiểm tra điều kiện ứng suất + Kiểm tra ứng suất mặt tiếp xúc với cừ tràm Tổng lực thẳng đứng tác dụng lên khối đất gia cố cừ tràm N= 387,4T Ứng suất đáy móng σ=Ν/F= 387,4/ (10*4,9) = 7,91 T/m2 Kiểm tra : ta có σ=7,91 T/m2< [R]=8,60 T/m2 Kết luận : Cừ tràm gia cố 25 cây/m2 đảm bảo điều kiện ứng suất + Kiểm tra ứng suất lớp móng quy ước Kích thước móng quy ước Lớp đất li (m) ϕi li*ϕi ϕtb Lớp 1,3 4,52 5,87 21,48 Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 12 Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Lớp 3,2 28,37 90,77 Tổng 4,5 96,6 Các thơng số móng quy ước aqd=a+2Ltgα = 10,85m bqd=b+2Ltgα =5,75m Trong α = ϕtb/4 =5,37 độ Lớp đất hi (m) γi (T/m2) hi*γi Lớp 1,3 0,79 1,03 Trọng lượng (T) 64,03 Lớp 3,2 0,95 3,04 189,53 Tổng 4,5 4,07 253,55 Trọng lượng thân hệ cọc tràm – đất Nc= 253,55T Trọng lượng khối móng quy ước Nqu = N +Nc= 387,35+ 253,55 =640,90T Áp lực trung bình khối móng quy ước σqu=Ν/F= 640,9/62,34= 10,28T/m2 Cường độ tiêu chuẩn đáy móng quy ước Trong đó: m1=1; m2=1,1; ktc=1; A, B, D: hệ số phụ thuộc vào ϕtb=21,48 A=0,584; B=3,336; D=5,936 Các thông số lớp móng quy ước Bmq=5,75m; γmq=0,95T/m2; Cmq=0,42T/m2 Thay vào cơng thức ta có Rtc= 21,17T/m2 Kiểm tra điều kiện ta có Rtc> 1,2 σqu => Đảm bảo điều kiện ứng suất e Độ lún cừ tràm Mơ hình tính tốn độ lún nửa khơng gian biến dạng tuyến tính với hạn chế quy ước có chiều dày từ đế móng đến độ sâu ứng suất gây lún 20% ứng suất trọng lượng thân đất gây Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 13 Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Cơng thức tính độ lún: S= β gl åσi h i E0 Ứng suất gây lún: An toàn lấy σgl = σtb – γh σtb = 10,28 (T/m2) ∑(hi γ i ) = 4,07 (T/m2) Bmq = 5,75 (m) - Bề rộng khối móng quy ước Lmq = 10,85 (m) - Chiều dài đáy khối móng quy ước γmq = 0,95 (T/m3) - Dung trọng đất đáy móng khối quy ước (có kể đến đẩy lớp đất nằm mực nước ngầm) Vậy σgl = 6,21 (T/m2) Bảng tính chiều sâu tính lún Ha Từ bảng ta có chiều sâu chịu lún Ha = 7,33m Bảng : Kết tính lún khối móng quy ước Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 14 Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Độ lún thân cống S= 0,04m = 4cm < Sgh=8cm=> Đảm bảo điều kiện lún 1.4.5 Kiểm tra ổn định cống Kiểm tra ổn định chống trượt, lật với trường hợp nguy hiểm chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn (thời điểm cửa van chuẩn bị mở để xả lũ cuối tháng 7) Bảng 3: Bảng tính ổn định trượt lật thân cống TT 10 Hạng mục Bản đáy cống Thân cống Trụ cống, cầu giao thông Tải trọng xe Dàn kéo van Cửa van Áp lực nước thượng lưu Áp lực nước hạ lưu Áp lực thấm Áp lực đẩy Tổng cộng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Ký hiệu G1 G2 G3 G4 G5 G6 W1 W2 Wth Wdn Lực tác dụng (T) Lực Lực đứng G ngang P 101,48 204,28 30,45 13,00 37,01 1,58 103,51 -30,01 -73,50 -147,00 167,30 73,50 Li (m) 5,20 5,30 8,20 8,20 2,80 2,80 2,17 1,17 6,10 6,20 MCL (T.m) ML (T.m) 527,71 1082,67 249,69 106,60 103,64 4,41 224,28 16,33 2.091,05 448,35 911,40 1.584,03 15 Thuyết minh xử lý cống cọc tràm 1.4.5.1 Kiểm tra ổn định chống trượt: Theo QCVN 04-05 - Các quy định chủ yếu thiết kế ta có: KT = f*∑ G ≥ [KT] ∑P Trong đó: KT : Hệ số an tồn chống trượt ΣG: Tổng lực thẳng đứng tác dụng lên thân cống ΣP: Tổng lực nằm ngang tác dụng lên thân cống f: Hệ số ma sát đáy cống nền.Bảng 4-2 (165) H.D.T.L-C-4-76 [KT]: Hệ số an toàn cho phép KT = 0,65*167,30/73,5= 1,48 > [KT]=1,15 1.4.5.2 Kiểm tra ổn định chống lật: Theo QCVN 04-05 - Các quy định chủ yếu thiết kế ta có: KL = ∑M ∑M CL ≥ [KL] GL Trong : KL : Hệ số an toàn ổn định chống lật ΣMCL: Tổng mô men chống lật ΣMGL: Tổng mô men gây lật [KL] : Hệ số an toàn cho phép Ta tiến hành kiểm tra lật cho điểm A mép hạ lưu: KL = 2091,05/1584,03 = 1,99 > [KL] =1,15 [KL] = =1,15 Vậy thân cống ổn định không bị lật 1.5 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CỐNG BỌNG QUA ĐÊ Tính toán kiểm tra xử lý cho cống bọng D1000 ; cống D800 D600 tính tốn tương tự 1.5.1 Sơ đồ tính tốn Tính tốn xử lý cống với trường hợp nguy hiểm : Trường hợp cống vừa thi cơng xong cống khơng có nước Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 16 Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Hình 6: Sơ đồ tải trọng tác dụng trường hợp vừa thi cơng xong 1.5.2 Tính tốn sức chịu tải cống Khả chịu tải đất tính theo công thức : Rtc = m(A.b.γ’ + B.Df.γ’ + D.c) Trong đó: Góc ma sát ϕ = 4,17 → A = 0,071; B = 1,32; D = 3,61 B : bề rộng móng, B = 4,9m; Df : độ sâu đặt móng, Df = 2,0m C = 0,42T/m2; γ‘ : trọng lượng riêng đất (dung trọng đẩy nổi) = 0,88T/m3 m : hệ số điều kiện làm việc m = 0,8 Thay vào ta : 1.5.3 Rtc = 3,78 T/m2; Tính tốn ứng suất thân cống Bảng 4: Bảng tính ổn định trượt lật thân cống D100 Lực tác dụng (T) TT Hạng mục Tải trọng xe Đường giao thông Trọng lượng đất đắp Trọng lượng ống cống Tường phía giàn van Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Ký hiệu G1 G2 G3 G4 G5 Lực đứng G 32,50 0,63 67,56 10,89 4,07 Lực ngang P Li (m) M+ (T.m) 0,0 0,0 0,0 0,0 -3,0 12,21 M_ (T.m) 17 Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Tường phía đồng Geocel phía đồng Geocel phía sơng Tổng cộng G6 G7 G8 1,34 1,58 1,58 120,13 3,0 -3,0 3,0 - 4,02 4,73 4,73 16,93 8,74 Độ lệch tâm : e = M/N = 0,07m σmax = 8,87T/m2 ; σmin = 4,86T/m2 ; σtb = 6,86T/m2 Ta thấy: Rtc = 3,78T/m2 < σtb = 6,86T/m2 : Không thỏa mãn 1,2Rtc = 4,54T/m2 < σmax = 8,87T/m2 : Không thỏa mãn Do đê không thỏa mãn điều kiện ứng suất cần phải có biện pháp xử lý Tính tốn xử lý cống D100 cừ tràm tương tự phần tính tốn xử lý thân cống B=3,5m Kết tính tốn xử lý cống cừ tràm đường kính 810cm, L=4,7m đóng 16 cây/m2 Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 18 ... Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Cắt dọc cống Cắt ngang cống Hình 1: Kết cấu cống B = 3,50m Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Hình 2: Phối cảnh cống B= 3,50m 1.4... điều kiện ứng suất cần phải có biện pháp xử lý Tính tốn xử lý cống D100 cừ tràm tương tự phần tính tốn xử lý thân cống B=3,5m Kết tính tốn xử lý cống cừ tràm đường kính 810cm, L=4,7m đóng 16 cây/m2... lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm + Lớp 2: Cát hạt nhỏ, màu nâu vàng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Thuyết minh xử lý cống cọc tràm Hình 3: Hình trụ hố khoan cống B=3,5m c Sơ đồ tải