Đang tải... (xem toàn văn)
Giải pháp neo xoắn gia cố các tấm lát mái kiểu hai chiều bảo vệ đê biển đã được nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và hoàn thiện công nghệ thi công tại hiện trường. Nguyên lý tính toán cơ bản của giải pháp này là xác định áp lực đẩy ngược khi sóng rút để tính ổn định mảng kè gia cố theo lý thuyết đã có.
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MẢNG KÈ MÁI ĐÊ BIỂN KẾT HỢP GIA CƯỜNG BẰNG NEO XOẮN HOÀNG VIỆT HÙNG* Research on build-up software for caculation of seadike overlap revetment with screw anchor Abstract: This paper shows to make of software for caculation of seadike overlap revetment with screw anchor-NTM-01 This software was to built for many purposes such as faster calculations, flexible analysis, advantage of output in order to apply advanced tecnology in practice of existing seadike The solution of screw anchor for overlap blocks is a new technology The screw anchor is installed in to soil dike body and connect with overlap blocks that make more stable of seadike revetment under uplift and limited horizoltal movement of blocks This solution is suitable for new construction of sedike and existing seadike Keywords: software, screw anchor, overslap block, uplift, NTM-01 I MỞ ĐẦU * Giải pháp neo xoắn gia cố lát mái kiểu hai chiều bảo vệ đê biển đƣợc nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm hồn thiện cơng nghệ thi cơng trƣờng Ngun lý tính tốn giải pháp xác định áp lực đẩy ngƣợc sóng rút để tính ổn định mảng kè gia cố theo lý thuyết có Áp lực đẩy ngƣợc đƣợc xem xét cân với trọng lƣợng viên gia cố lực neo giữ neo xoắn đƣợc phân bố lên viên gia cố Để thực đƣợc bƣớc tính tốn nhƣ ví dụ nêu trên, ngƣời thiết kế nhiều thời gian Vì vậy, nhằm giảm khối lƣợng tính tốn lựa chọn phƣơng án tối ƣu, việc tính toán neo gia cố cho lát mái đƣợc số hố sở lý thuyết tính trực tiếp áp lực đẩy ngƣợc lên đáy viên gia cố, lực kéo nhổ neo trọng lƣợng viên gia cố * Trường Đại học Thủy lợi 175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội ĐT: 30 II NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH VÀ CẤU TRƯC CHƢƠNG TRÌNH Bài tốn “Neo gia cố lát mái bảo vệ đê biển” V1 (NTM-01) viết ngôn ngữ Visual Basic 2005, ngôn ngữ lập trình đƣợc dùng để phát triển ứng dụng Windows Bài toán giới hạn ứng dụng cho viên gia cố liên kết kiểu hai chiều, phục vụ trực tiếp cho công tác thiết kế, nâng cấp đê biển Trong tƣơng lai mở rộng ứng dụng cho loại gia cố neo kênh mƣơng, cơng trình thuỷ Chƣơng trình đƣợc thiết lập với tuỳ chọn sau Với cấp độ sóng yêu cầu tính đƣợc áp lực đẩy ngƣợc lên mảng cân với lực trọng lƣợng thân mảng gia cố neo từ tính đƣợc mật độ neo gia cố tính lực gia tải neo đơn vị diện tích Với cấp độ sóng u cầu, lực gia tải neo tính đƣợc trọng lƣợng viên gia cố Với cấp độ sóng yêu cầu, kích thƣớc viên gia cố có, tính đƣợc khối lƣợng yêu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 cầu ổn định, chọn đƣợc kích thƣớc neo mật độ neo cần dùng gia cƣờng thêm Sơ đồ tính tốn đƣợc trình bày hình dƣới MENU CHÝNH CđA CHƯƠNG TRìNH Lựa chọn Nhập điều kiện biên thuỷ lực ỳng Nhập điều kiện kỹ thuật viên gia cố So sánh Pđn Wgia cố Lựa chọn Nhập điều kiện biên thuỷ lực Nhập điều kiện biên địa kỹ thuật thông số neo Tính: Wgia cố = Pđn - Fneo Lựa chọn Nhập điều kiện biên thuỷ lực Nhập điều kiện kỹ thuật viên gia cè TÝnh: Fneo = P®n - Wgia cè lấy H pg Điểm B vị trí áp lực lên mái lớn chiều sâu H pg - y B Giả thiết hạt nƣớc đỉnh sóng đổ xuống có vận tốc xốy tịnh tiến Do hạt nƣớc đỉnh sóng có vận tốc ban đầu Quỹ đạo truyền động chúng lấy theo đƣờng cong parabol gặp mặt phẳng mái Tồn dòng nƣớc gây áp lực động lên mái Để giải tốn, lấy thơng số làm số liệu ban đầu là: Vận tốc ban đầu lúc sóng đổ xuống tung độ y B Tung độ y B xác định độ vƣợt cao đỉnh sóng mái chỗ sóng vỡ Sơ đồ sóng vỡ vào mái biểu thị hỡnh v sau: Sai Nhập điều kiện biên địa kỹ thuật thông số neo y Kích th-ớc viên gia cố Nhập biên địa ki thuật VA A Hp Mực n-ớc tĩnh 90 Pđn So sánh Sai Wgia cè + Fneo Th«ng sè neo y B y o B H pg Đúng L-u File m O xB x Hình 1: Cấu trúc sơ đồ tính tốn III CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH ỔN ĐỊNH MẢNG GIA CỐ CĨ NEO GIA CƢỜNG 3.1 Tính áp lực nƣớc đẩy ngƣợc vào gia cố theo phƣơng pháp M.I.Buriacốp A.V.Kunchixki [1] 3.1.1 Tác động sóng vào gia cố Sóng bị phá hoại lớp gia cố không thấm nƣớc thấm nƣớc gây tác dụng có mức độ khác Điều kiện nƣớc chảy vào chảy khỏi khe nối khác Nƣớc chảy vào va mạnh sóng vỡ Nghĩa ảnh hƣởng áp lực thủy động Còn nƣớc chảy tác động áp lực thủy tĩnh 3.1.2.Áp lực sóng lên mái Áp lực sóng lớn lên mái xác định theo công thức Djuncốpxki, đƣợc áp dụng góc nghiêng mái với mặt nằm ngang nhỏ 45 Chiều sâu chỗ sóng đổ vào mái ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 Hình 2: Sơ đồ sóng vỡ vào mái Thơng số tính tốn chủ yếu xác định áp lực dòng nƣớc lên mái là: Vận tốc hạt nƣớc đỉnh sóng lúc đổ: g 2H g 2H VA n th h cth 2 2 (1) Với n- Là hệ số thực nghiệm tính theo cơng thức: m h n 4,7 3,4 0,85 1 m (2) Tung độ điểm cao đỉnh sóng lúc bị phá hoại yo H pg hp (3) m2 H pg h(0,47 0,23 ) h m2 (4) 31 h h p 0,95 0,84m 0,25 h (5) Hoành độ điểm gặp dòng nƣớc với mái V2 V A2 A VA gy m m2 xB g lăn xuống Biểu đồ áp lực thủy tĩnh lên mái biểu thị hình sau Các giá trị H max 0,1m 0,2h ; a 0,055mh PBmax P a 0,4 Bm 0,1 xB m (7) Tốc độ lớn dòng nƣớc va vào mái điểm B gx VB V A2 B V A (8) Ở – Hệ số có xét tới giảm tốc độ khuếch tán dòng nƣớc lúc lăn xuống, xác định theo công thức 0,017m 0,02h (9) Áp lực lớn dòng nƣớc lên mái V2 PB max 1,7 B cos 2g (10) Góc pháp tuyến mái với phƣơng dòng chảy (tiếp tuyến dòng chảy 90 (11) tg gx B V A2 (12) Biểu đồ áp lực sóng lên mái đƣợc lập điểm có áp lực 0,4 PB max 0,1PB max Các điểm cách điểm B phía theo mái khoảng cách 1 0,025S 0,065S , phía dƣới theo mái 0,053S 0,0135S Giá trị S bằng: m S m2 1 (13) Tổng áp lực P lên mái lúc sóng va bằng: P PB PC (14) Trong đó: PC - Áp lực tĩnh dòng nƣớc 32 PBmax (6) Tung độ điểm sóng va vào mái yB x 0,4 0,1 P Bmax 1 PBmax 2 a) Biểu đồ áp lực sóng lên mái lóc sãng va Y C 0,5a Mùc n-íc tÜnh a H gh H max X b) Biểu đồ áp lực tĩnh dòng nứơc lăn xuống mái Hỡnh 3: p lực sóng lên mái theo N.N.Djuncốpxki 3.1.3 Áp lực đẩy Áp lực đẩy dƣới lớp gia cố mái phát sinh tác dụng khối nƣớc thấm qua khe nối lỗ khác sóng leo lên rút xuống Giá trị áp lực đẩy lớp gia cố đá có kích thƣớc nhỏ đƣợc B.A.Puskin xác định thí nghiệm phòng dƣới dạng quan hệ Pm f h Trị số áp lực đẩy chiều cao hH chiều sâu h Với khe nối thấm nƣớc đặt sát biểu đồ áp lực đẩy có dạng t giác mà đỉnh cao mực nƣớc tĩnh 0,75h (h chiều cao sóng) Theo M.I.Buriacốp A.V.Kunchixki đề nghị sơ đồ để lập biểu đồ áp lực đẩy lên gia cố phủ bê tơng có dạng nhƣ sau: ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 Điểm khơng phía chiều cao hH (chiều cao sóng leo) xác định theo công thức quy phạm SN 92-60 Nga: hH 2K n h m (15) h Trong đó: K n – Hệ số nhám-tra bảng 1) Bảng 1: Hệ số Kn tính sóng leo theo SN 92-60 Loại gia cố mái dốc Gia cố phẳng, không thấm nƣớc Bê tông Đá lát Đá đổ-viên tƣơng đối tròn Đá đổ -viên góc cạnh Đá khối lớn Kn 1,00 0,90 0,75-0,80 0,60-0,65 0,55 0,50 m - Hệ số mái; h - Chiều cao sóng - Bƣớc sóng z1 - đƣợc xác định theo cơng thức thực nghiệm z1 0,9h tan P‟max : Thƣờng lấy 8-12% áp lực sóng lớn Y C hH Mùc n-íc tÜnh Z1 H gh P'max L3 L1 Hình 4: Sơ đồ áp lực đẩy lên mảng gia cố Sau xác định đƣợc áp lực đẩy ngƣợc sóng rút, cân với lực trọng lƣợng thân mảng gia cố neo xác định đƣợc mức độ ổn định mảng gia cố 3.2 Sức chịu tải kéo nhổ neo xoắn Theo phƣơng pháp phân tích giới hạn, tác giả ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 [7] thiết lập biểu thức (16) xác định sức chịu tải neo xoắn D Pgh N D ( H L) cN C DN (16) Với : H N D (1 tg ) D cos NC cos H N ( tg ) D Góc biểu thức (16) góc hợp đƣờng sinh hình nón phá hoại với phƣơng thẳng đứng, thay đổi phụ thuộc vào loại đất Các kết nghiên cứu [7];[8] cho thấy, để thiên an toàn chọn 0,5 nón phá hoại điều kiện đất đầm chặt tốt bão hoà nƣớc PHẦN MỀM NTM-01 VÀ BÀI TOÁN ỨNG DỤNG Ứng dụng kết nghiên cứu, tính cụ thể cho đoạn đê biển Giao Thuỷ-tỉnh Nam Định Các thơng số tính tốn kết tính tốn đƣợc trình bày bảng từ mục I đến III Để kiểm định chất lƣợng mã code chƣơng trình, tác giả tính thử cho nhiều trƣờng hợp có nội dung so sánh đối chiếu với tiêu chuẩn thiết kế đê biển hành Nội dung sử dụng tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển [3] kết hợp với giải pháp neo giữ lát mái Kết tính tốn khẳng định mức độ gia tăng an tồn đáng tin cậy Nội dung đề xuất tính toán trực tiếp áp lực đẩy ngƣợc lên viên gia cố, so sánh áp lực với trọng lƣợng viên gia cố để định gia cƣờng neo Đây đề xuất để so sánh đối chứng với cách tính tiêu chuẩn ngành, kết tính cho thấy phù hợp Đề xuất mở rộng để tính tốn với nhiều dạng gia cố khác chẳng hạn gia cố bê tông, dạng cấu kiện bê tơng lắp ghép Kết tính toán thể sở khoa học mức độ tin cậy nghiên cứu thực nghiệm Việc tính toán phần mềm NTM-01 đơn giản, tiện dụng, giảm đƣợc khối lƣợng tính tốn 33 đáng kể cho ngƣời thiết kế Cho phép lựa chọn phƣơng án neo, mật độ neo theo yêu cầu tiêu chuẩn kinh tế, kỹ thuật Hình 7: Giao diện chương trình tính với lựa chọn Hình 5: Giao diện chương trình Hình 6: Giao diện chương trình tính với lựa chọn Kết tính tốn đƣợc thể giao diện chƣơng trình lƣu File liệu dƣới dạng bảng Bảng kết tính tốn chƣơng trình sau chuyển kết sang Excel Vậy với viên gia cố tại, kích thƣớc 0,4x0,4x0,28 (m) có khối lƣợng 112 kg, cần gia cƣờng thêm neo với thơng số sau: Đƣờng kính mũi neo: 0,14 m; Chiều dài mũi neo: 0,35 m; Độ sâu cắm neo H: 1,12 m; Khoảng cách bố trí neo n: viên gia cố/neo hay m/neo Bảng 1: Kết tính tốn phần mềm NTM-01 I Điều kiện biên thuỷ lực Trị số Chiều cao sóng H s (m) 1,69 Chiều dài sóng (m) 29,49 Chiều cao nƣớc trƣớc cơng trình (m) 3,45 Hệ số mái đê m 4,0 Hệ số k n 0,8 Ghi II Thơng số viên gia cố Kích thƣớc viên gia cố (m) 34 0,4x0,4 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 Chiều dày viên gia cố (m) Trọng lƣợng riêng (t/m ) 0,28 2,50 III Điều kiện biên Địa KT Góc ma sát (độ) 16,00 Lực dính đơn vị c (kN/m ) 6,00 Trọng lƣợng riêng đẩy (kN/m3) 11,90 Khoảng cách neo (tính theo số viên gia cố) 5,00 Đƣờng kính mũi neo (m) 0,14 Chiều dài mũi neo (m) 0,35 IV Kết tính tốn Hợp lực đẩy lên viên gia cố (kg) 135,0 Trọng lƣợng viên gia cố (kg) 112,0 Lực cần gia tăng cho viên gia cố (kg) 23,00 Tải trọng giới hạn neo (kg) 706 Tải trọng neo phân bố cho viên gia cố (kg) 28 Tổng trọng lƣợng viên gia cố + neo (kg) 140 Kết luận ổn định B>A KÊT LUẬN Đề xuất phƣơng án tính tốn ổn định viên gia cố cách tính trực tiếp áp lực đẩy ngƣợc lên đáy viên gia cố đƣợc ứng dụng phần mềm NTM-01 Đề xuất có ý nghĩa để mở rộng tính tốn cho nhiều kiểu gia cố mái đê biển, mái cơng trình thuỷ lợi Bộ phần mềm „Neo gia cố lát mái bảo vệ đê biển-NTM-01‟ tiện dụng, đơn giản giúp cho ngƣời tính tốn có nhiều lựa chọn xác định tham số thiết kế neo gia cố cho lát mái đê biển Giảm khối lƣợng tính tốn thơng số sóng điều kiện biên địa kỹ thuật nhiều Công thức (16) đƣợc sử dụng xác định sức chịu tải neo xoắn (dạng tác giả đề xuất) đƣợc áp dụng cho gia cố mái đê biển Góc 0,5 áp dụng công thức (16) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 A B với đất đắp thân đê đƣợc đầm chặt tốt theo quy định tiêu chuẩn thiết kế đê biển-2012 [3], với đất đắp thân đê ổn định đê biển có Các loại đất dính trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đất đắp chƣa đƣợc đầm chặt tốt có k < 1,4 (t/m3) chƣa đƣợc kiểm chứng nghiên cứu Với neo xoắn gia cố lát mái cần lƣu ý, neo tƣơng đối nhỏ xốy vào đất độ sâu không lớn nên để phát huy hiệu neo phải ý neo đƣợc xoắn vng góc với mái đê độ sâu cho tỷ số (H/D)= (7†8) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.D SABANOP (1976), Gia cố mái đất chịu áp lực, Nhà xuất Nông thôn- Bản dịch 35 tác giả Đồng Mạnh Quỳnh-Hiệu đính Nguyễn Xuân Thi [2] BSi-BS 8081:1989, Neo đất, Nhà xuất xây dựng-2008, Bản dịch TS Nguyễn Hữu Đẩu [3] Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2012), Tiêu chuẩn thiết kế đê biển, Ban hành kèm theo định 1613/QĐ-BNN-KHCN ngày 9/7/2012 Bộ trƣởng Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn [4] Công ty Cổ phần tƣ vấn Xây dựng Nông nghiệp PTNT Nam Định (2009), Thiết kế sở đoạn đê kè từ K27+0074 đến K28+800 đê biển huyện Giao Thuỷ-Nam Định [5] Hoàng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngơ Trí Viềng (2012), Bản mơ tả sáng chế: “Neo gia cố lát mái bảo vệ đê biển” theo độc quyền sáng chế số 10096 cấp theo định 9903/QĐ-SHTT ngày 29.02.2012 Cục Sở hữu trí tuệ-Bộ Khoa học Cơng nghệ [6] Hồng Việt Hùng-Trịnh Minh Thụ-Ngơ Trí Viềng (2011), Nghiên cứu ứng dụng neo gia cố lát mái bảo vệ đê biển, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi mơi trƣờng số 32-2011 [7] Hoàng Việt Hùng (2012), Nghiên cứu giải pháp tăng cường bảo vệ mái đê biển tràn nước, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật-Đại học Thủy lợi-2012 [8] Nguyễn Công Mẫn (1983), Xác định sức chống nhổ thẳng đứng giới hạn cọc mở rộng đáy phương pháp phân tích giới hạn, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật số 5+6 năm 1983 [9] Ngơ Trí Viềng (2011) nnk, Nghiên cứu sở khoa học đề xuất giải pháp khoa học công nghệ, đảm bảo độ bền đê biển có trường hợp sóng triều cường tràn đê, Đề tài NCKH cấp nhà nƣớc-KC08-15/06-10 [10] David Muir Wood (1996), Soil Behaviour and Critical State Soil Mechanics, Cambridge University Press [11] Hsai-Yang Fang (1991), Foundation Engineering Handbook, Second Edition Van Nostrand Reinhold, New York [12] Hai-Sui Yu (2006), Plasticcity and Geotechnics, Library of Congress Control Number: 2006928849- e-ISBN: 0-387-33599-4 [13] Wai-Fah Chen (1975), Limit Analysis and Soil Plasticity –ISBN 0-444-41249-2Ensevier Scientific Publishing Company Amsterdam [14] Krystian W, Pilarczyk (1998), Dikes and Revestments A.A.Balkema/ Rotterdam/ Brookfield [15] Krystian W, Pilarczyk (2000), Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and Coastal Engineering, A.A.Balkema/ Rotterdam/ Brookfield / [16] Krystian W, Pilarczyk (2006), Wave loading on Coastal Structure, Lecture Notes, IHE-Netherlands Phản biện: GS NGUYỄN CÔNG MẪN 36 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 ... Bộ phần mềm Neo gia cố lát mái bảo vệ đê biển- NTM-01‟ tiện dụng, đơn giản giúp cho ngƣời tính tốn có nhiều lựa chọn xác định tham số thiết kế neo gia cố cho lát mái đê biển Giảm khối lƣợng tính. .. kế đê biển hành Nội dung sử dụng tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển [3] kết hợp với giải pháp neo giữ lát mái Kết tính tốn khẳng định mức độ gia tăng an toàn đáng tin cậy Nội dung đề xuất tính. .. tính tốn ổn định viên gia cố cách tính trực tiếp áp lực đẩy ngƣợc lên đáy viên gia cố đƣợc ứng dụng phần mềm NTM-01 Đề xuất có ý nghĩa để mở rộng tính tốn cho nhiều kiểu gia cố mái đê biển, mái cơng