Khi tính toán thiết kế hệ thống giếng hạ mực nước ngầm để bảo vệ hố móng công trình chúng ta thường sử dụng các công thức tính toán theo dòng thấm ổn định và mô hình 2D, việc tính toán này không được chính xác lắm. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo bài viết Ứng dụng phần mềm Visual Modflow 4.2.0.151 khi tính toán hệ thống giếng hạ mực nước ngầm bảo vệ hố móng khi xây dựng công trình trên nền cát chảy dưới đây.
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM VISUAL MODFLOW 4.2.0.151 KHI TÍNH TỐN HỆ THỐNG GIẾNG HẠ MỰC NƯỚC NGẦM BẢO VỆ HỐ MĨNG KHI XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH TRÊN NỀN CÁT CHẢY KS TRẦN VĂN TOẢN Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Khi tính tốn thiết kế hệ thống giếng hạ mực nước ngầm để bảo vệ hố móng cơng trình thường sử dụng cơng thức tính tốn theo dòng thấm ổn định mơ hình 2D, việc tính tốn khơng xác Để nhanh chóng xác cần ứng dụng phần mềm để tính tốn theo dòng thấm khơng ổn định mơ hình 3D mơ sát với thực tế Ứng dụng phần mềm Visual Modflow 4.2.0.151 giúp ta giải nội dung hiệu nhằm tăng mức độ xác, giảm thời gian cơng sức tính tốn ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam nước phát triển nên cơng trình thủy lợi, thủy điện, giao thông, dân dụng đã, xây dựng nhiều Phần lớn cơng trình xây dựng khu vực ven sông lớn, ven biển nước ta đặc biệt đồng Bắc Bộ, ven sơng Hồng đất thường lớp cát mịn dày, mực nước ngầm thường cao nên q trình thi cơng khơng tránh khỏi ảnh hưởng bất lợi dòng nước ngầm người ta thường dùng hệ thống giếng để hạ mực nước ngầm (HMNN) bảo vệ đáy mái hố móng đảm bảo thi công bê tông điều kiện khô Chúng ta áp dụng cơng thức tính tốn dựa lý thuyết dòng thấm ổn định mơ hình 2D để thiết kế hệ thống giếng HMNN cho nhiều cơng trình Âu thuyền Cầu Đất (Hải Dương), trạm bơm Kim Đôi (Hà Bắc), trạm bơm Như Trác, Hữu Bị II (Hà Nam), cống Liên Mạc (Hà Tây), trạm bơm Tràm (Hải Dương), cống Vân Cốc, cống Hiệp Thuận, hệ thống kênh dẫn cụm cơng trình đầu mối Hát Môn - Đập Đáy (Hà Tây), … nhiều cơng trình dân dụng, giao thơng, cơng nghiệp khác Rất nhiều cơng trình thi cơng phải điều chỉnh thiết kế bổ sung số lượng giếng, độ sâu hạ giếng kết hợp phương pháp HMNN khác thiết kế khơng xác Vì vậy, việc tính tốn thiết kế xác hệ thống giếng HMNN góp phần đảm bảo điều kiện kỹ thuật, chất lượng góp phần giảm giá thành cơng trình PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN Khi thiết kế hệ thống giếng HMNN bố trí nhiều hàng giếng làm việc đồng thời ảnh hưởng chúng với yếu tố cần xét đến Mặt khác hệ thống giếng gồm nhiều loại giếng khác nhau, có lưu lượng bơm khác nhau, đặt độ sâu khác nhau, địa chất xung quanh giếng khác nguồn bổ sung nước ngầm khác nên lưu lượng thấm vào giếng khác Do đó, yếu tố đầu vào việc tính tốn phức tạp đặc biệt thiết kế cần đưa nhiều phương án so sánh việc tính tốn theo truyền thống gặp nhiều khó khăn thường có sai số lớn Việc ứng dụng cơng nghệ tin học phần mềm chạy môi trường Windows để tính tốn thiết kế HMNN giảm công sức, thời gian tăng độ tin cậy Nổi trội phần mềm đại phần mềm Visual Modflow Canada Phiên 4.2.0.151 sản xuất năm 2006 chạy môi trường Windows XP VisualModflow phần mềm mạnh, có đủ tính cần cho mơ hình dòng chảy ngầm chiều hỗ trợ lớn đồ họa THU THẬP SỐ LIỆU ĐẦU VÀO Để tính tốn thiết kế hệ thống giếng HMNN phần mềm Visual modflow cần thu thập tài liệu hệ số thấm theo phương dọc Kd, phương ngang Kn phương đứng Kđ lớp đất nền, kích thước chiều sâu hố móng, độ sâu cần HMNN, chiều sâu hạ giếng, vị trí, số lượng khoảng cách giếng, thí nghiệm trường để xác định lưu lượng hút nước đơn vị giếng, thời gian cần thiết để HMNN đến độ sâu thiết kế CƠ SỞ TÍNH TỐN CỦA PHẦN MỀM VISUAL MODFLOW 4.1 Phương trình tốn học Phương trình tổng quát biểu diễn chuyển động nước ngầm có dạng sau: h h h h K xx K yy K zz W S s x x y y z z t (4.1) Trong đó: Kxx, Kyy, Kzz - Hệ số thấm theo hướng x, y z (z chiều thẳng đứng) h - Mực nước đất vị trí (x, y, z) thời điểm t W - Mơdul dòng ngầm hay giá trị bổ sung giá trị nước ngầm tính vị trí (x, y, z) thời điểm t Ss - Hệ số nhả nước đơn vị (1/m) Với Ss = Ss(x,y,z); Kxx = Kxx(x,y,z); Kyy = Kyy(x,y,z); Kzz = Kzz(x,y,z) – Các hàm phụ thuộc vào vị trí khơng gian x, y, z Phương trình (4.1) mơ tả dòng ngầm điều kiện không ổn định cho môi trường không đồng dị hướng 4.2 Phương pháp giải Để giải phương trình (4.1), ta phải tìm hàm số h(x,y,z,t), thoả mãn (4.1) thoả mãn điều kiện biên Việc tìm lời giải giải tích h(x,y,z,t) cho phương trình (4.1) thường khó Do người ta buộc phải giải phương pháp giải gần áp dụng toán phương pháp sai phân hữu hạn hay phân chia không gian liên tục thành khơng gian hay gọi q trình rời rạc hố Trên sở cân lưới (i, j, k) nguồn theo bước thời gian tm-1 đến tm, có hệ phương trình sai phân tổng quát sau: CRi,j-1/2,k( him, j 1,k him, j ,k ) + CRi,j+1/2,k( him, j 1,k him, j ,k ) + CCi-1/2,j,k( him1, j ,k him, j ,k ) + CCi+1/2,j,k( him1, j ,k him, j ,k ) + CVi,j,k-1/2( him, j ,k 1 him, j ,k ) + CVi,j,k+1/2( him, j ,k 1 him, j ,k ) + Pi,j,k him, j ,k + Qi,j,k = Ssi,j,k(rjcivk)( him, j ,k him, j,1k )/(tm - tm-1) Với: CR, CC, CV - Độ dẫn nước lớp chứa nước ô (i, j, k) P - Lưu lượng trao đổi đơn vị hệ thống Q -Tổng lượng trao đổi hệ thống với bên rjcivk - Khoảng sai phân theo phương x, y, z (4.2) Ss - Hệ số nhả nước tm, tm-1 hai bước thời gian kế cận Hệ phương trình (4.2) giải phương pháp lặp, người ta tiến hành chia nhỏ khoảng thời gian (tm-1,tm), kết nhận lời giải gần hệ phương trình Khi t tăng lên h thay đổi Khi h đạt ổn định (ht