Nghiên cứu giải pháp và phân tích ứng suất của kết cấu đập bê tông trọng lực trên móng cọc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI - LÝ MINH DƯƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP VÀ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT CỦA KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC TRÊN MĨNG CỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI - LÝ MINH DƯƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP VÀ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT CỦA KẾT CẤU ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRÊN MÓNG CỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy lợi Mã số: 60-58-40 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN VĂN LỆ HÀ NỘI – 2011 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -1- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Kết cấu đập bê tông trọng lực xây dựng phổ biến nhiều cơng trình hồ chứa nước Thơng thường, đập bê tông trọng lực cần đặt đá tốt, song thực tế triển khai số cơng trình miền Trung Tây Nguyên Đá Hàn, Ngàn Trươi, Đak Glun… tầng đá gốc nằm sâu, tầng đất yếu xen kẹp tầng đất yếu Để đảm bảo an toàn cho đập nền, giải pháp suy nghĩ đến sử dụng cọc để truyền tải trọng tác dụng vào đập xuống đá gốc sâu Giải pháp móng cọc với cọc cọc đóng áp dụng nhiều cho kết cấu cống trạm bơm vùng đồng bằng, giải pháp cọc khoan nhồi áp dụng nhiều cho kết cấu nhà cao tầng cầu Với đập trọng lực, vấn đề đặt hình thức kết cấu đập móng cọc hợp lý cần phân tích ứng xử hệ kết cấu đập-móng-nền sát với thực tế để đảm bảo an tồn cho đập Nhằm đóng góp vào việc giải vấn đề trên, luận văn tác giả nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý cho kết cấu đập trọng lực móng cọc tìm hiểu việc phân tích ứng suất hệ kết cấu đập-cọc-nền phục vụ cho việc đánh giá an toàn độ bền thiết kế đập Mục đích đề tài Tìm hiểu ngun lý làm việc phương pháp tính tốn kết cấu đập bê tơng trọng lực móng cọc để lựa chọn giải pháp hợp lý cho kết cấu đập bê tông trọng lực móng cọc đánh giá mức độ an toàn đập thiết kế bảo đảm an toàn cho đập Ứng dụng cụ thể cho đập Đá Hàn (Hà Tĩnh) Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -2- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu - Tìm hiểu đập trọng lực, móng cọc, phương pháp tính tốn đập trọng lực, tính tốn móng cọc - Tìm hiểu nghiên cứu sử dụng phần mềm SAP 2000 áp dụng vào tính tốn hệ đập-cọc-nền - Áp dụng cụ thể cho cơng trình đập Đá Hàn (Hà Tĩnh) Kết dự kiến đạt - Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý - Nắm phương pháp phần mềm tính tốn - Ứng dụng cho cơng trình cụ thể triển khai xây dựng đập Đá Hàn (Hà Tĩnh) Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -3- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy PHẦN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1.1 Lịch sử phát triển đập bê tông trọng lực giới Đập trọng lực loại hình thức đập cổ xưa quan trọng, loại đập có khối lượng bê tơng lớn Đập trì ổn định nhờ trọng lượng khối bê tông này, mặt cắt đập thường hình tam giác, thơng thường mặt thượng lưu thẳng đứng nghiêng phía hạ lưu [15] Đập trọng lực có nhiều ưu điểm, độ an toàn đáng tin cậy, mặt cắt đập lớn, lượng nước thẩm thấu thấp, cho nước lũ tràn qua đỉnh xảy cố Tính thích ứng loại đập với điều kiện địa hình địa chất lớn, nên ngồi điều kiện xây dựng đập đá xây dựng đập đất với hình thức mặt cắt đập hợp lý kết hợp với việc xử lý móng phù hợp đập ổn định đảm bảo an toàn đập Các thống kê thể loại đập tổ chức đập cao giới cho thấy đập đất chiếm 78%, đập đá đổ chiếm 5%, đập bê tơng trọng lực chiếm 12%, đập vịm chiếm 4% Nhưng số đập có chiều cao H đ > 100 m tình hình lại khác: đập đất R R chiếm 30%, đập bê tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5% Tỷ lệ số lượng đập bê tông xây dựng số nước thê giới như: Mỹ chiếm 34,5%, Nhật 83%, Ý 51%, Tây Ban Nha 85%, Pháp 51%, Canada 60% [3] vv Với phát triển khoa học kỹ thuật, lý luận tính tốn đập ngày phát triển hồn thiện, kích thước hình dạng đập ngày hợp lý, độ an toàn đập ngày nâng cao Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -4- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Hiện Trung Quốc nước có nhiều đập bê tơng trọng lực giới, tính đến năm 2000 có 22 đập cao 70m xây dựng Phải kể đến đập Shuifeng cao 106m, đập Sanmen-xian cao 106m, đập Baozhusi Manwan cao 132m, Ankang cao 128m Mỹ nước đứng thứ số lượng đập đập bê tông trọng lực xây dựng đập Willow Creek cao 52m, đập Upper Stillwater cao 91m, đập Cuchillo Negro cao 50m, đập Hollow cao 74m, đập Oliverhain cao 97m vv… Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật thi công nghệ thi công đập bê tông trọng lực phát triển khơng ngừng Từ năm 1960 cơng trình nghiên cứu đập bê tông đầm lăn bắt đầu Thí nghiệm sử dụng cơng nghệ bê tông đầm lăn thực Đài Loan vào năm 1963 Đập AlpeGra (H=172m) xây dựng Ý Sau phương pháp sử dụng Mỹ, Canada, Anh, Pakistan, Nhật, Brazil [3]… Các nhóm nghiên cứu người Mỹ, Nhật tiến hành nghiên cứu xây dựng đập Simajagawa cao 89m, đập bê tông trọng lực Miyagase cao 156m (Nhật Bản) hình 1.1 hay đập Itaipu cao 190m Braxin hình 1.2 cơng trình tiêu biểu đập bê tơng trọng lực xây dựng công nghệ bê tông đầm lăn Công nghệ bê tông đầm lăn cho hiệu cao thời gian xây dựng cơng trình nhanh đơn giản Hình 1.1 Hình ảnh đập Miyagase (Nhật Bản) Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -5- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Hình 1.2 Hình ảnh đập Itaipu (Braxin) 1.1.2 Lịch sử phát triển đập bê tông trọng lực Việt Nam Thời kì trước năm 30 kỷ XX, nước ta xuất số đập bê tông trọng lực đập thấp có chiều cao khoảng 5m đến 10m, chưa có đập lớn Các đập có kết cấu đơn giản, thi công nhanh thủ công, kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam tỉnh Phú Yên đặc điểm thủy văn sông Đà Rằng Phần lớn công việc thiết kế, đạo thi công kỹ sư Pháp thực Xi măng nhập từ Châu Âu, cấp phối bê tông chủ yếu dựa vào kết nghiên cứu nước ngoài, chưa có giải pháp cơng nghệ phù hợp với Việt Nam Giai đoạn từ năm 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng nước ta số đập bê tông trọng lực đập Đô Lương (Nghệ An) hình 1.10, đập Bái Thượng (Thanh Hóa), đập Thác Huống (Thái Nguyên) làm nhiệm vụ dâng nước để cấp nước tưới, số đập dâng nhỏ khác đập An Trạch Quảng Nam, đập Cẩm Ly Quảng Bình… Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư xây dựng cơng trình thủy lợi bị hạn chế Trong thời kỳ chưa có đập bê tơng Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -6- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy trọng lực cao xây dựng số đập tràn thấp đập Thác Bà, Cấm Sơn, Đa Nhim… Kỹ thuật cơng nghệ xây dựng phía bắc chủ yếu Liên Xô (cũ) Trung Quốc, phía Nam Nhật [3]… Cho đến Việt Nam có khoảng 10.000 đập lớn nhỏ loại (phân bố 41/61 tỉnh thành tập trung chủ yếu miền Bắc miền Trung) có khoảng 460 đập lớn đứng hàng thứ 16 số nước có nhiều đập cao giới Tuy nhiên phân bổ loại hình đập lại khơng Trong số đập có chiều cao đập nhỏ 100 đập vật liệu địa phương chiếm tới 80%, nhiên đập có chiều cao lớn 100 m đập bê tơng nói chung đập bê tơng trọng lực nói riêng lại chiếm tỷ lệ đáng kể Hơn nữa, năm gần đây, với tình hình thiếu hụt sản lượng điện, Việt Nam tiến hành xây dựng hàng loạt cơng trình thủy điện với chiều cao đập tương đối lớn đa phần sử dụng hình thức đập bê tơng trọng lực Định Bình (Bình Định) cao 42m, Sê San (Gia Lai) cao 60 m, A Vương (Quảng Nam) cao 80m, Sơn La cao 130m vv Việt Nam áp dụng thành công công nghệ xây dựng đập bê tông đầm lăn Mặc dù đến với công nghệ tương đối muộn so với số nước giới, trước phát triển nhanh chóng đặc biệt nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự nhiên gần tương tự Việt Nam, nên có nhiều dự án thủy lợi thủy điện lớn chuẩn bị thi công với công nghệ Từ đến năm 2013 nước ta có số đập bê tông đầm lăn lên đến 24 đập Việt Nam trở thành nước xếp hàng thứ tốc độ phát triển bê tơng đầm lăn Các hình từ 1.3 ÷ 1.6 hình ảnh đập xây dựng nước Nhưng lãnh thổ Việt Nam, địa hình địa chất đá thuận lợi cho việc xây dựng đập bê tơng trọng lực khơng cịn nhiều nên đề tài luận văn tác giả nghiên cứu hướng việc thiết kế xây dựng đập bê tông trọng lực đất yếu Trên thực tế xây dựng số cơng trình Việt Nam đặc biệt miền Trung, Tây nguyên miền Đông Nam Bộ số nơi tầng đá gốc nằm sâu Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -7- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy đá lớp đất yếu xen kẹp Một giải pháp nghĩ tới xây dựng đập bê tông trọng lực móng cọc nhằm truyền tồn tải trọng đập xuống đá gốc đá sâu Hình 1.3 Đập Lịng Sơng- Tỉnh Bình Thuận Hình 1.4 Đập Định Bình-Tỉnh Bình Định Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -8- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Đập bê tông trọng lực đất yếu khác với đập bê tông trọng lực đá điểm sau: đập đất yếu thường có đáy rộng hơn, sức kháng trượt nhỏ tải trọng đơn vị cho phép bé Do đó, việc xây dựng đập cao đất yếu thường tốn nhiều thực (chiều cao đập thường khơng vượt q 40 ÷ 50m) Vì vậy, thiết kế loại đập cần xem xét kỹ đặc trưng địa kỹ thuật vật liệu Với giải pháp xây dựng đập hệ móng cọc số vấn đề khó khăn giải phần nào, làm giảm bớt khối lượng vật liệu xây đập cách sử dụng hình thức đập rỗng liên kết đập thơng qua hệ cọc đảm bảo an toàn cho đập mặt ổn định sức chịu tải Đập tràn hồ chứa nước Tả Trạch-Thừa Thiên Huế (hình 1.5) hồ chứa nước Ngàn Trươi-Hà Tĩnh (hình 1.6) cơng trình xây dựng đất yếu Hình 1.5 Hồ chứa nước Tả Trạch (Thừa Thiên Huế), tràn đập BTTL Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -120- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy 4.4.2.3 Kết tính tốn chuyển vị đập Hình 4.44 4.45 kết chuyển vị điểm mép chân đập phía thượng lưu với trường hợp tính tốn đập làm việc ứng với MNDBT MNLKT Hình 4.44 Kết chuyển vị mơ hình trường hợp MNDBT Hình 4.44: Kết chuyển vị mơ hình trường hợp MNLKT Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -121- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy 4.5 KẾT LUẬN VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHI XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRÊN MÓNG CỌC Với kết nội lực ứng suất tính thấy với số lượng vị trí cọc bố trí nội lực cọc nhỏ cường độ chịu lực bê tông cốt thép cọc ứng với trường hợp tính tốn Ứng suất tính tốn mặt tràn nằm giới hạn cho phép cường độ chịu lực bê tông xây dựng tràn Do cần đặt thép cấu tạo cho tràn để đảm bảo an toàn chung Đặc biệt ứng suất mặt đáy tràn nội lực đầu cọc tiếp xúc với đáy tràn đảm bảo điều kiện liên kết cọc cơng trình tràn Qua khơng xảy trượt cắt qua phần liên kết đầu cọc tràn, đảm bảo an tồn cho cơng trình Qua kết tính tốn thấy việc xây dựng cơng trình đập bê tơng trọng lực móng cọc giải pháp hợp lý Đây hướng việc xây dựng cơng trình đập bê tông trọng lực đất yếu Việc đặt cơng trình hệ cọc chơn giúp làm giảm mặt cắt đập, sử dụng vật liệu nhẹ để xây dựng cơng trình mà đảm bảo ổn định cho cơng trình Qua làm giảm chi phí xây dựng cơng trình Về mặt thi công, với điều kiện kỹ thuật nay, hầu hết công đoạn thi công cọc giới hóa, thời gian thi cơng rút ngắn, chất lượng đảm bảo Do vậy, giải pháp sử dụng cọc khoan nhồi cơng trình thủy lợi thủy điện ngày mở rộng Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -122- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nền đất yếu có lớp xen kẹp yếu yếu tố gây nhiều khó khăn cho việc xây dựng cơng trình bê tơng khối lớn có cơng trình thủy lợi, song loại lại phổ biến nước ta Hiện nay, thực tế xây dựng cơng trình, việc phải tiến hành xây dựng cơng trình lớn vị trí địa chất bất lợi trở thành vấn đề thách thức, yêu cầu cấp bách đạt cho kỹ sư nhà nghiên cứu phải tìm giải pháp thích hợp để xây dựng cơng trình điều kiện địa chất bất lợi Được bảo giúp đỡ thầy giáo GS.TS Nguyễn Văn Lệ bạn bè đồng nghiệp tác giả mạnh dạn vào hướng nghiên cứu “ Xây dựng đập bê tơng trọng lực móng cọc” thơng qua việc phân tích ứng suất kết cấu đập bê tơng trọng lực móng cọc Qua thời gian nghiên cứu, tìm tịi học hỏi tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật với mục tiêu đề có đóng góp sau: Giới thiệu lịch sử phát triển đập bê tông trọng lực giới tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực Việt Nam Luận văn phân tích cách tổng quát ưu nhược điểm số phương pháp phân tích ứng suất biến dạng đập bê tông trọng lực như: Phương pháp sức bền vật liệu, phương pháp lý thuyết đàn hồi, phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp thí nghiệm mơ hình, phương pháp thí nghiệm quang đàn hồi thấy việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn phù hợp Phương pháp phần tử hữu hạn giải tốn có điều kiện biên phức tạp, phản ánh sát thực tế làm việc đập Luận văn giới thiệu phương pháp tính tốn loại cọc để đảm bảo an toàn cho cọc Qua việc phân tích lựa chọn phương pháp Phần tử hữu hạn để giải toán, tác giả sử dụng phần mềm SAP 2000 V12 để tính tốn ứng suất đập bê tơng trọng lực móng cọc Phần mềm SAP 2000 phần mềm tính tốn kết cấu có tính ưu việt phân tích ứng suất biến dạng đập bê tơng trọng lực Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -123- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Việc tính tốn thực với mơ hình khơng gian, có xét tới làm việc đồng thời hệ đập-nền-cọc Do phản ánh sát thực làm việc thực tế đập Với kết đạt trên, luận văn thực đầy đủ yêu cầu mà đề cương đặt Do thời gian nghiên cứu trình độ cịn hạn chế nên bên cạnh kết đạt luận văn số vấn đề cần phải giải hướng mà tơi hy vọng có điều kiện tiếp tục nghiên cứu để phân tích đưa kết tổng hợp, xác như: + Xét thêm nhiều trường hợp tổ hợp tải trọng tĩnh tải trọng động + Xét tới tính phi tuyến vật liệu làm đập + Sử dụng số phần mềm khác để tính tốn so sánh kết với phần mềm SAP 2000 Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -124- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy TÀI LIỆU THAM KHẢO Đỗ Văn Đệ, Nguyễn Quốc Tới, Nguyễn Khắc Nam, Hoàng Văn Thắng, Hồng Thế Hịa, “Phần mềm SAP 2000- Ứng dụng vào tính tốn kết cấu cơng trình”, NXB Xây Dựng, Hà Nội Phạm Ngọc Khánh, Nguyễn Công Thắng (2007), “ Phương pháp số”, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội Nguyễn Văn Mạo (2010), giảng cao học “Đập bê tông bê tông cốt thép” Vũ Cơng Ngữ, Nguyễn Thái (2004),“ Móng cọc phân tích thiết kế”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội RALPH B.PECK- WALTER E.HANSON THOMAS H.THORNBURN, người dịch Trịnh Văn Cương, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Un, người hiệu đính Nguyễn Cơng Mẫn, Phan Trường Phiệt (1999), “ Kỹ thuật móng”, NXB Giáo dục, Hà Nội Tiêu chuẩn ngành 20 TCN 21-86, “Móng cọc”- Tiêu chuẩn thiết kế Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 56-88, “Thiết kế đập bê tông bê tông cốt thép”Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205:1998, “Móng cọc”-Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 206:1998, “Cọc khoan nhồi”- Yêu cầu chất lượng thi công 10 Lý Trường Thành (2010), “Phân tích ứng suất”, NXB Khoa học tự nhiên cơng nghệ, Hà Nội 11 Lê Đức Thắng (1998), “Tính tốn móng cọc”, NXB Giao thơng vận tải, Hà Nội 12 Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy Phương, Nguyễn Hồng, Nguyễn Văn Phóng (2009), “Nền móng cơng trình”, NXB Xây dựng, Hà Nội 13 Thuyết minh điều chỉnh dự án đầu tư 2010- Hệ thống thủy lợi Đá Hàn, Hà Tĩnh 14 Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Thành Trung (2008), “SAP 2000.V11.04 - Tính tốn cơng trình cảng cơng trình bờ biển”, NXB Xây dựng, Hà Nội 15 Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái (2004), “ Giáo trình thủy cơng - tập 1”, NXB Xây Dựng, Hà Nội Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -125- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 16 Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Phương Mậu, Phạm Ngọc Quý (2004), “Sổ tay kỹ thuật thủy lợi - tập 2”, NXB Xây Dựng, Hà Nội 17 Bùi Đức Vinh (2003), “ Phân tích thiết kế kết cấu phần mềm SAP 2000”, NXB Thống kê, Hà Nội Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy LỜI CẢM ƠN Sau thời gian công tác, học tập với giúp đỡ vô quý báu thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi, bạn bè đồng nghiệp gia đình với nỗ lực thân, tơi hồn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chun ngành Xây dựng cơng trình thủy đề tài: “Nghiên cứu giải pháp phân tích ứng suất kết cấu đập bê tơng trọng lực móng cọc”, với mong muốn đóng góp giá trị khoa học đem lại hiệu thực tiễn Hơm nay, luận văn hồn thành tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi, Phòng Đào tạo Đại học Sau đại học, khoa Cơng trình thầy cô môn Sức bền- Kết cấu thời gian qua tạo điều kiện thuận lợi để hồn thành tốt khóa học luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Nguyễn Văn Lệ trực tiếp hướng dẫn, bảo giúp đỡ tận tình cho tơi suốt q trình thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người khích lệ, động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu vừa qua Do thời gian trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận quan tâm bảo đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn bè đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Luận văn hoàn thành khoa Cơng trình, trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, tháng năm 2011 Tác giả luận văn LÝ MINH DƯƠNG Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến đạt PHẦN CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1.1 Lịch sử phát triển đập bê tông trọng lực giới 1.1.2 Lịch sử phát triển đập bê tông trọng lực Việt Nam 1.2 THIẾT KẾ MẶT CẮT ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC (BTTL) 1.2.1 Mặt cắt đập BTTL .10 1.2.2 Mặt cắt thực tế đập BTTL 10 1.3 THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 11 1.3.1 Các phận đập 11 1.3.2 Sự hình thành đường viền thấm đập 15 1.4 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC 17 1.4.1 Yêu cầu kiểm tra 17 1.4.2 Các phương pháp tính tốn 17 1.4.3 Một số quan điểm đánh giá ổn định đập bê tông trọng lực 17 Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 1.5 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC .18 1.5.1 Khái quát chung 18 1.5.2 Lựa chọn phương pháp tính ứng suất biến dạng cho cơng trình 19 1.6 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 22 CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP XÂY DỰNG ĐẬP TRÊN MÓNG CỌC 23 2.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CỦA MÓNG CỌC 23 2.1.1 Khái niệm .23 2.1.2 Phân loại cọc, móng cọc khả áp dụng 26 2.2 CẤU TẠO ĐÀI CỌC 34 2.3 SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐƠN VÀ NHÓM CỌC 35 2.3.1 Độ lún nhóm cọc .36 2.3.2 Khả chịu tải nhóm cọc 36 2.4 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN 37 2.4.1 Khái niệm chung 37 2.4.2 Xác định sức chịu tải cọc theo phương dọc trục 37 2.5 THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÀI THẤP 53 2.5.1 Các giả thiết tính tốn móng cọc đài thấp 53 2.5.2 Chọn vật liệu làm cọc đài cọc 54 2.5.3 Chọn kích thước cọc, đài cọc .55 2.5.4 Xác định số lượng cọc bố trí cọc móng 56 Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 2.5.5 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc .59 2.5.6 Kiểm tra cường độ đất mặt phẳng mũi cọc 63 2.5.7 Tính tốn độ lún móng cọc 66 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT CỦA KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC TRÊN MĨNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 69 3.1 NỘI DUNG VÀ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA CỦA PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) 69 3.1.1 Trình tự giải toán phương pháp PTHH 70 3.1.2 Các quan hệ phần tử 72 3.1.3 Thiết lập hệ phương trình tốn 76 3.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM SAP 2000 VERSION 12.0.0 ĐỂ TÍNH TỐN ỨNG SUẤT CỦA KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC TRÊN MĨNG CỌC 78 3.2.1 Xuất xứ phần mềm 78 3.2.2 Công phần mềm SAP 2000 78 3.2.3 Các bước tiến hành phân tích kết cấu phần mềm 80 3.2.4 Giao diện phần mềm 81 3.3 MƠ HÌNH TÍNH TỐN HỆ ĐẬP-CỌC-NỀN 85 CHƯƠNG : TÍNH TỐN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG ĐẬP ĐÁ HÀNHÀ TĨNH 86 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH .……………………… 86 4.1.1 Tên dự án……………………………………………………… 86 Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 4.1.2 Chủ đầu tư hình thức quản lý dự án 86 4.1.3 Tổ chức tư vấn lập dự án 86 4.1.4 Chủ nhiệm lập dự án 87 4.1.5 Mục tiêu đầu tư xây dựng 87 4.1.6 Hình thức đầu tư……………………………………… …… 87 4.1.7 Địa điểm xây dựng…………………………………… …… .87 4.1.8 Diện tích sử dụng đất………………………………………… 87 4.1.9 Tiêu chuẩn thiết kế chủ yếu…………………………………… 87 4.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU NỀN MĨNG CHO ĐẬP TRÀN…………………………………………………………………… 88 4.2.1 Tình trạng địa chất tràn xả lũ 88 4.2.2 Phương án xử lý 89 4.2.3 Quy mô xây dựng, thông số kỹ thuật kết cấu cơng trình tràn xả lũ theo phương lựa chọn (phương án 1)………………………… …… 90 4.2.4 Địa chất tuyến tràn……………………………………… 93 4.3 CÁC THƠNG SỐ VÀ CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TỐN- ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SAP 2000 V12 TÍNH TỐN CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP ĐÁ HÀN 4.3.1 Các thơng số để tính tốn 94 4.3.2 Các tiêu tính tốn vật liệu .97 4.3.3 Các trường hợp tính tốn .97 4.4 MƠ HÌNH TỐN VÀ CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CHO ĐẬP ĐÁ HÀN-HÀ TĨNH 98 Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 4.4.1 Mơ hình tính tốn 98 4.4.2 Kết tính tốn ứng suất – biến dạng cho cơng trình 99 4.5 KẾT LUẬN VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHI XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC TRÊN MĨNG CỌC 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .122 TÀI LIỆU THAM KHẢO .124 Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ -Hình 1.1 Hình ảnh đập Miyagase (Nhật Bản) -Hình 1.2 Hình ảnh đập Itaipu (Braxin) -Hình 1.3 Đập Lịng Sơng- Tỉnh Bình Thuận -Hình 1.4 Đập Định Bình-Tỉnh Bình Định -Hình 1.5 Hồ chứa nước Tả Trạch (Thừa Thiên Huế), tràn đập BTTL -Hình1.6 Hồ chứa nước Ngàn Trươi (Hà Tĩnh), tràn đập BTTL -Hình 1.7 Mặt cắt mặt cắt thực tế đập bê tơng trọng lực -Hình 1.8 Đập tràn đất yếu phận -Hình 1.9 Một số đập tràn mềm xây dựng Liên xơ ( 1929 đến 1954) -Hình 1.10 Đập Đơ Lương xây dựng tỉnh Nghệ An -Hình 1.11 Đường viền thấm đất đập tràn mềm -Hình 2.1 a) móng cọc đài thấp; b) móng cọc đài cao -Hình 2.2 Sơ đồ thi cơng cọc đóng BTCT -Hình 2.3 Các giai đoạn chủ yếu thi cơng cọc khoan nhồi -Hình 2.4.: Cọc mở rộng chân -Hình 2.5 Phân bố ứng suât cọc đơn cọc nhóm -Hình 2.6 Biểu đồ quan hệ N c , N q , N γ φ Meyerhof R R R R R R -Hình 2.7 Bảng tra Nq theo góc ma sát φ -Hình 2.8 Các quan hệ Z c D K s tg (ϕa ) với φ -Hình 2.9 Bố trí cọc mặt đứng -Hình 2.10 Bố trí cọc mặt -Hình 2.11 Bố trí cọc móng hình vành khun hình trịn -Hình 2.12 Tải trọng tác dụng lên móng cọc -Hình 2.13 Sơ đồ tính tốn tải trọng tác dụng lên cọc xiên -Hình 2.14 Móng khối quy ước -Hình 2.15a Xác định kích thước móng khối quy ước trường hợp nhiều lớp Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy -Hình 2.15b Móng khối quy ước trường hợp đồng -Hình 2.15c Trường hợp cọc xuyên qua lớp đất yếu tựa vào lớp đất cứng -Hình 3.1 Các phần tử phương pháp PTHH -Hình 3.2 Vật thể đàn hồi -Hình 3.3 Các bước phân tích tốn kết cấu theo phần mềm SAP 2000 -Hình 3.4 Giao diện phần mềm SAP 2000 V12 -Hình 3.5 Giao diện khai báo vật liệu -Hình 3.6 Giao diện khai báo đặc trưng hình học -Hình 3.7 Giao diện khai báo tải trọng -Hình 3.8 Giao diện khai báo tổ hợp tải trọng -Hình 3.9 Giao diện khai báo điều kiện biên chọn thơng số giải -Hình 3.10 Giao diện thực giải tốn -Hình 3.11 Giao diện xuất kết tính tốn nội lực -Hình 4.1 Mặt cắt dọc mặt tràn Đá Hàn-Hà Tĩnh -Hình 4.2 Mơ hình tính tốn tràn có cửa đập Đá Hàn-Hà Tĩnh -Hình 4.3 Hệ thống cọc nằm -Các hình từ 4.4 đến 4.8 biểu diễn phổ màu đẳng trị ứng suất S11, S22, S33, Smax, Smin đập làm việc MNDBT, cửa van đóng, hạ lưu khơng có nước -Các hình từ 4.9 đến 4.13 biểu diễn phổ màu đẳng trị ứng suất S11, S22, S33, Smax, Smin đập làm việc MNLKT, cửa van mở, hạ lưu có nước -Các hình từ 4.14 đến 4.18 biểu diễn phổ màu đẳng trị ứng suất S11, S22, S33, Smax, Smin mặt đáy tràn tiếp xúc với hệ cọc đập làm việc MNDBT, cửa van đóng, hạ lưu khơng có nước -Các hình từ 4.19 đến 4.23 biểu diễn phổ màu đẳng trị ứng suất S11, S22, S33, Smax, Smin mặt đáy tràn tiếp xúc với hệ cọc đập làm việc MNLKT, cửa van mở, hạ lưu có nước Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy -Các hình từ 4.24 đến 4.28 biểu diễn phổ màu đẳng trị ứng suất S11, S22, S33, Smax, Smin mặt tràn đập làm việc MNDBT, cửa van đóng, hạ lưu khơng có nước -Các hình từ 4.29 đến 4.33 biểu diễn phổ màu đẳng trị ứng suất S11, S22, S33, Smax, Smin mặt tràn đập làm việc MNLKT, cửa van mở, hạ lưu có nước -Các hình từ 4.34 đến 4.38 biểu diễn biểu đồ nội lực (mô men uốn, lực cắt, lực dọc theo trục tọa độ) cọc đập làm việc MNDBT, cửa van đóng, hạ lưu khơng có nước -Các hình từ 4.39 đến 4.43 biểu diễn biểu đồ nội lực (mô men uốn, lực cắt, lực dọc theo trục tọa độ) cọc đập làm việc MNLKT, cửa van mở, hạ lưu có nước -Hình 4.44 4.45 kết chuyển vị điểm mép chân đập phía thượng lưu với trường hợp tính tốn đập làm việc ứng với MNDBT MNLKT THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU -Bảng 2.1: Hệ số uốn dọc φ -Bảng 2.2 Bảng tra R (Theo 20TCN 21-86) -Bảng 2.3: Bảng tra fi (Theo 20TCN 21-86) -Bảng 2.4: Bảng hệ số điều kiện làm việc mr mf cọc đóng (Theo 20TCN 21-86) -Bảng 2.5:Bảng hệ số điều kiện làm việc mf theo công thức (2.12)(Theo 20TCN 21-86) -Bảng 2.6: Các hệ số β, Ak0 , Bk0 công thức (2.13) (2.14) -Bảng 2.7: Trị số R (T/m2) P P -Bảng 2.8: Hệ số Nq -Bảng 4.1: Chỉ tiêu lý đất đá tuyến tràn -Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật chủ yếu cơng trình đầu mối Học viên: Lý Minh Dương Cao học 17C1 ... cho đập Nhằm đóng góp vào việc giải vấn đề trên, luận văn tác giả nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý cho kết cấu đập trọng lực móng cọc tìm hiểu việc phân tích ứng suất hệ kết cấu đập- cọc- nền... thiết kế đập Mục đích đề tài Tìm hiểu ngun lý làm việc phương pháp tính tốn kết cấu đập bê tơng trọng lực móng cọc để lựa chọn giải pháp hợp lý cho kết cấu đập bê tông trọng lực móng cọc đánh... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI - LÝ MINH DƯƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP VÀ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT CỦA KẾT CẤU ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC TRÊN MĨNG CỌC