Nghiên cứu giải pháp sử lý xự cố chuyển vị tường cọc bản kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện phú mỹ 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ THANH HUY NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ TƯỜNG CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa-ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS TRẦN XUÂN THỌ Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG – Tp.HCM, ngày … tháng … năm … Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ THANH HUY MSHV: 11090312 Ngày, tháng, năm sinh: 27-04-1987 Nơi sinh: Chợ Mới-AG Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số: 60.58.60 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ TƯỜNG CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan cơng trình tường kè ven sơng kênh đào - Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định biến dạng tường kè - Nghiên cứu giải pháp xử lý cố tường cọc kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ (Huyện Tân Thành – Bà Rịa-Vũng Tàu) - Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN XUÂN THỌ Tp HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TS Trần Xuân Thọ CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) PGS.TS Võ Phán TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN - Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tơi suốt trình thực luận văn truyền cho tơi lịng đam mê nghiên cứu khoa học: TS Trần Xuân Thọ - Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô môn Địa Cơ Nền Móng, người truyền cho tơi kiến thức quý giá trình học tập trường cơng tác ngồi xã hội - Xin gửi lời cảm ơn đến học viên lớp Địa Kỹ thuật Xây dựng khóa 2011, người giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình thực luận văn - Tôi xin gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, ln động viên tinh thần tơi suốt q trình theo học thạc sĩ - Tuy vậy, với hạn chế số liệu thời gian thực hiện, chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến từ quý thầy cô, đồng nghiệp bạn bè để luận văn thêm hồn thiện có đóng góp vào thực tiễn Trân trọng! Học viên Võ Thanh Huy TÓM TẮT PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ TƯỜNG CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ Tóm tắt Nội dung đề tài phân tích nguyên nhân đề xuất giải pháp khắc phục cố phá hoại tường cọc bê tông cốt thép dự ứng lực bảo vệ kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ Ứng dụng phương pháp giải tích phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích so sánh với kết quan trắc trường Chuyển vị ngang lớn tường cọc làm ổn định cơng trình Giải pháp sử dụng hệ neo kết hợp cọc bê tông cốt thép khắc phục cố đảm bảo ổn định biến dạng tường cơng trình trình sử dụng ABSTRACT ANALYSING THE REASON AND SUGGESTING THE SOLUTION TO RECONSTRUCT THE BREAKDOWN OF SHEET PILE WALL IN THE OF PHU MY PLANT Abstract The thesis is to analyse the reason causing the breakdown and to suggest the solution to reconstruct the damage of sheet pile wall in the canal of Phu My Plant The analytic and Finite Element methods are used to analyse the problems and compared with the site measurements Large horizontal displacement of sheet pile wall is to cause the breakdown of the construction Using the anchors and concrete piles to restrict the sheet pile wall is suggested to overcome problem and this can be ensured the stability and deformation of the construction in operation LỜI CAM ĐOAN - Tôi xin cam đoan: luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, thu thập số liệu, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tế hướng dẫn khoa học TS.Trần Xuân Thọ - Các số liệu, mơ hình tính tốn kết luận văn trung thực xuất pháp từ kinh nghiệm thực tiễn, số liệu thực tế rõ nguồn trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo Một lần xin khẳng định trung thực lời cam kết MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nội dung nghiên cứu 3 Phương pháp nghiên cứu Tính khoa học thực tiễn đề tài Hạn chế đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH TƯỜNG KÈ VEN SƠNG VÀ KÊNH ĐÀO 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan đất yếu 1.3 Các dạng tường kè 1.3.1 Các dạng tường cọc bảo vệ cơng trình ven sơng, kênh đào 1.3.2 Các dạng neo tường kè 11 1.4 Các dạng ổn định phá hoại tường kè 12 1.5 Một số cố tường kè 14 1.6 Nhận xét 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG TƯỜNG KÈ 15 2.1 Sự làm việc tường 15 2.1.1 Phương pháp 1: Dựa vào lý thuyết áp lực đất tác dụng lên tường chắn Coulumb (lý thuyết cân giới hạn) 15 2.1.2 Phương pháp 2: Xem tường cọc dầm đàn hồi biến dạng cục theo phương ngang (lý thuyết tính dầm đàn hồi theo hệ số Winkler) 15 2.1.3 Phương pháp 3: Phương pháp phần tử hữu hạn 19 2.2 Một số dạng chuyển vị cọc không neo neo 25 2.3 Xác định áp lực ngang tác dụng lên tường kè: 26 2.3.1 2.3.2 Bài toán 1: Tường cọc khơng có neo 26 Bài tốn 2: Tường cọc đóng đất có neo 30 2.4 Kiểm tra ổn định tường kè 36 2.4.1 Kiểm tra ổn định trượt phẳng tường chắn 36 2.4.2 Kiểm tra ổn định trượt sâu (lật) 36 2.5 Nhận xét 36 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CHUYỂN VỊ TƯỜNG CỌC BẢN KÊNH DẪN NƯỚC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHÚ MỸ 38 3.1 Đặt vấn đề 38 3.2 3.3 3.4 Giới thiệu cơng trình 38 Đặc điểm địa chất cơng trình 42 Phân tích đánh giá nguyên nhân gây cố 45 3.4.1 Mô FEM: 45 3.4.2 Thông số đầu vào: 46 3.4.3 Mơ tính tốn 51 3.4.4 Phân tích kết tính tốn: 56 3.4.5 So sánh phân tích FEM quan trắc 56 3.4.6 Kết Luận 57 3.5 Giải pháp xử lý cố 57 3.6 3.7 Tính giải pháp xử lý cố phương pháp giải tích 57 Tính giải pháp xử lý cố phương pháp phần tử hữu hạn 66 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 78 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Từ ngàn xưa văn minh lớn nhân loại tập trung lưu vực dịng sơng như: Sơng Nile Ai Cập, Sơng Ấn Ấn Độ, Sơng Hồng Hà Trung Quốc… Để mở rộng khu vực sinh sống, phục vụ cho việc tưới tiêu, sinh hoạt, người biết dẫn nguồn nước thông qua việc đào kênh, rạch từ sớm Ngày với khoa học kỹ thuật tiến bộ, phương pháp thi công đại Con người tạo kênh đào có diện tích lớn với chiều dài hàng trăm km, nhằm phục vụ cho việc rút ngắn thời gian vận chuyển hàng hóa như: Kênh đào Suez (Ai Cập) dài 195km nối Địa trung hải với vịnh Suez, phần Biển Đỏ; Kênh đào panama (Panama) dài 77km nối Đại tây dương Thái bình dương Ở Việt Nam kênh đào dẫn nước vào khu vực canh tác nông nghiệp, sinh hoạt dân cư thi công nhiều Nhưng tượng sạt tường chắn kênh đào xảy liên tục nhiều nguyên nhân từ giải pháp thiết kế, đến biện pháp thi công không phù hợp Để đảm bảo ổn định cho công trình, chuyển vị giới hạn cho phép, tính hiệu kinh tế vẻ mỹ quan công trình, đặt cho người làm cơng tác xây dựng nghiên cứu tìm giải pháp tối ưu lựa chọn loại tường chắn phù hợp với điều kiện địa chất, thủy văn khu vực So sánh với nhiều giải pháp, tường cọc bê tông cốt thép ứng lực trước giải pháp khả thi sử dụng nhiều để đáp ứng yêu cầu có nhiều phương pháp tính tốn với độ tin cậy cao sử dụng giải pháp Bên cạnh đó, việc nghiên cứu để lựa chọn giải pháp thiết kế hợp lý cho tồn cơng trình so sánh phương pháp tính tốn để chọn kết tin cậy điều cần thiết Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu tìm giải pháp khắc phục cố chuyển vị tường cọc bê tông cốt thép dự ứng lực kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ Ứng dụng phương pháp giải tích phân tích phần tử hữu hạn làm việc đồng thời tường cọc hệ neo để tính tốn ổn định, biến dạng hệ tường cọc trước khắc phục cố, so sánh với kết quan trắc thực tế cơng trình Sau đề giải pháp thiết kế phù hợp để khắc phục cố Nhận xét, đánh giá kết thu nhằm kiến nghị giải pháp an toàn, kinh tế đầu tư Luận văn bao gồm nội dung sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan ổn định cơng trình tường kè ven sơng kênh đào Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định biến dạng tường kè Chương 3: Nghiên cứu giải pháp xử lý cố tường cọc kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ – ( Huyện Tân Thành, Bà Rịa – Vũng Tàu) Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu phương pháp phân tích ổn định tường cọc tác dụng tải cơng trình xung quanh theo tiêu chuẩn ngồi nước Mơ tính toán phương pháp phần tử hữu hạn: Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm tính tốn Plaxis để mơ phân tích ổn định biến dạng cho cơng trình tường cọc bảo vệ kênh dẫn nước nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1, Huyện Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Quan trắc trường: Quan trắc chuyển vị biến dạng cơng trình thực tế để so sánh với kết tính tốn Tính khoa học thực tiễn đề tài Tìm giải pháp khắc phục cố chuyển vị tường cọc bê tông cốt thép ứng lực trước kênh dẫn nước công trình Xác định giải pháp có lợi mặt kinh tế, ổn định vẻ mỹ quan cơng trình để bảo vệ kênh đào, góp phần xây dựng giải pháp xử lý bảo vệ bờ kè, nhằm có thêm nhiều lựa chọn, đánh giá, so sánh giải pháp khác để áp dụng cho nhiều loại cơng trình bờ kè ven sơng phổ biến tỉnh Đồng sông Cửu Long Hạn chế đề tài Kết tính tốn giải pháp xử lý cố chưa kiểm tra quan trắc, nên không đánh giá tối ưu giải pháp 64 Tại D: z = 6m Pp1 = = 26.89kN/m2 = 213 Tại E: z = 8.5m Pp2 = Kp22’L3 + = 1.069(15-10)2.5 + 213  Pp2 = 40.26kN/m2  Ep1 diện tích đoạn DE: Ep1 = (Pp1 + Pp2)L3/2 = (26.89+40.26)2.5/2 = 83.93kN/m  Đoạn EF (Lớp cát pha sét): Áp lực đất bị động tác dụng vào tường từ (z=8.5m  z=16m) Tại E: z = 8.5m Pp3 = Kp32’L3 + = 1.317(15-10)2.5 + 29.8  Pp3 = 35.98kN/m Tại F: z = 16m Pp4 = Kp3(2’L3+3’L4) + = 1.317((15-10)2.5+(20- 10)7.5)+ 29.8  Pp4 = 134.77kN/m2  Ep2 diện tích đoạn EF: Ep2 = (Pp3 + Pp4)L4/2 = (38.96+137.76)7.5/2 = 640.1Kn/m  Đoạn DF: Áp lực MNN tác dụng vào tường từ (z=6m  z=16m) Ppw = wD = 1010= 100kN/m2  Epw diện tích đoạn DF: Epw = PpwD/2 = 10010/2= 500kN/m Tổng áp lực đất bị động tác dụng lên tường: Ep = Ep1 + Ep2 + Epw = 83.93+640.1+500= 1224.24kN/m c.2 – Tính lực neo Rneo: Rneo = Ea – Ep = 1368.4 – 1224.2 = 144.2kN/m 65 c.3 – Xác định moment uốn lớn M max: Moment uốn lớn xảy vị trí có lực cắt * Tìm vị trí có lực cắt 0: Gọi z0 chiều sâu từ mặt đất đến điểm có lực cắt TH1: z0 < L1, ta có: R – Ea1 – (Pa3 + Paz)(z0-1)/2 = Với: R = 144.2kN/m Ea1 = 10.12kN/m Pa3 = 3.76kN/m2 Paz = Ka2(q+1h1+2(z0-1)) –  0.5Bz20 + (0.5Pa3+0.5A-0.5B)z0 – (R-Ea1+0.5Pa3+0.5A) = Đặt X = 0.5B = 4.63 Y = (0.5Pa3+0.5A-0.5B) = -5.49 Z = (R-Ea1+0.5Pa3+0.5A) = 133.21  4.63 z20 - 5.49z0 – 98 =  z10 = 5.23 > L1 (Loại); z20 = -4.05 (Loại) TH2: z0 > L1, ta có: R - Ea1 - (Pa3 + Paz)(z0-1)/2 - Eaw =  0.5Bz20 + (0.5Pa3+0.5A-0.5B+10)z0 – (R-Ea1+0.5Pa3+0.5A+10L1) = Đặt X = 0.5B = 4.63 Y = (0.5Pa3+0.5A-0.5B+10) = 4.51 Z = (R-Ea1+0.5Pa3+0.5A+10L1) = 163.21  4.63 z20 + 4.51z0 – 128 =  z10 = 5.5 > L1 (nhận); z20 = -5.76 (Loại) Vậy Mmax z0 = 5m: Mmax = R(z0-a) – Ea1(z0-h1+ya1) - Eazyaz – Eawyaw  Mmax = 301.91kN.m c.4 – Kiểm tra khả chịu uốn tường : Kiểm tra khả chịu uốn tường theo công thức : Mmax  Ru W Với W= d21m/6 = 0.05m3 Mmax/W=6038.2kN/m2