8. Bố cục của luận ỏn
3.5 Kết luận chương III
(1) Thử tải neo xoắn với đất nghiờn cứu của đờ biển Nam Định và đất nền khu vực Đại học Thuỷ lợi, kiểm chứng biểu thức (2.26) cho thấy kết quả tương
đối sỏt với thực nghiệm và rỳt ra điều kiện ứng dụng của biểu thức. Khả năng neo giữ của neo là hiệu quả, thi cụng xoỏy neo vào khối đất tương đối dễ
(2) Thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý tỷ lệ nhỏ xỏc định khoảng cỏch neo gia cố cho viờn gia cố kiểu hai chiều hiện đang dựng cho đờ biển Nam Định. Tỡm ra
được khoảng cỏch bố trớ neo tối ưu cho kiểu gia cố này.
(3) Thớ nghiệm xỏc định hàm lượng phụ gia CONSOLID cho đất ỏ cỏt, cỏt và ỏ sột là 3 loại đất điển hỡnh trong xõy dựng đờ biển. Đỏnh giỏ hiệu quả của phụ gia với đất cần gia cường. Kết quả nghiờn cứu phự hợp với cỏc khuyến cỏo của nhà sản xuất [31], tin cậy để ứng dụng trong thực tế. Một số kết quả
rỳt ra từ thớ nghiệm:
- Khụng cần thiết phải gia tăng lượng phụ gia nhiều hơn 2% vỡ cú cỏc ảnh hưởng phụ như giảm cường độ đất và nứt nẻ. Nhưng nếu cho lượng phụ gia nhỏ hơn 1% thỡ sẽ cú vấn đề về sự trộn đều của phụ gia trong đất. Lượng phụ
gia quỏ ớt rất dễ bị phõn bổ khụng đều, hiệu quả sẽ giảm đi nhiều. Nờn dựng 2% phụ gia là hợp lý.
- Phụ gia CONSOLID đó làm giảm tớnh thấm nước của đất và đảm bảo được
độ bền của đất khi nước tràn qua.
- Đất ỏ cỏt cú phụ gia chịu được vận tốc dũng nước chảy Vmax =1,53 m/s, lớn hơn vận tốc khụng xúi của đất sột đầm chặt tốt.
Tham khảo tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất [31], một số lưu ý bổ
xung thờm khi ứng dụng:
- Nếu mẫu xuất hiện cỏc vết rạn trong quỏ trỡnh làm khụ trong vũng 48 giờ thỡ mẫu chứa quỏ nhiều sột hoặc bụi. Cần phải thờm cỏt hoặc vật liệu hạt thụ, như
vậy sẽ hạn chế quỏ trỡnh co ngút của đất. Nếu mẫu cú biểu hiện chảy, xệ thỡ mẫu cũng chứa quỏ nhiều sột hoặc bụi. Cần phải thờm cỏt hoặc vật liệu hạt thụ, như vậy sẽ hạn chế quỏ trỡnh nở của đất [31].
- Nếu mẫu cú biểu hiện tơi rời, tức là mẫu khụng đủ hàm lượng sột. Nếu thấy hàm lượng sột trong đất lớn hơn 10% thỡ đạt yờu cầu. Nếu nhỏ hơn 10% hàm lượng sột thỡ phải bổ xung thờm ớt nhất là bằng hoặc lớn hơn. Nhưng nếu đất
lớn hơn 30% sột thỡ cần phải bổ xung cỏt, hoặc vật liệu thụ hơn. Việc này giỳp cho vấn đề sử dụng phụ gia hiệu quả hơn, đất sẽ cú cường độ tốt [31].
(4) Điều kiện ỏp dụng
- Cụng thức (2.26) được sử dụng xỏc định sức chịu tải của neo xoắn ỏp dụng cho tấm gia cố mỏi đờ. Gúc α=0,5φ ỏp dụng trong cụng thức chỉđỳng với đất
đắp được đầm chặt tốt theo quy định của tiờu chuẩn thiết kếđờ biển-2012 [6], hoặc đỳng với đất đắp thõn đờ đó ổn định của đờ biển hiện cú.
- Đất đắp đờ cú phụ gia 2% chỉ tương đương đất sột làm vỏ bọc đờ biển từ
trước đến nay, vỡ vậy khi ỏp dụng cần tuõn thủ theo quy định lưu lượng tràn của tiờu chuẩn thiết kếđờ biển-2012 [6].
CHƯƠNG IV
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIấN CỨU TÍNH TOÁN CHO Đấ BIỂN NAM ĐỊNH 4.1 Giới thiệu về cụng trỡnh
Đoạn đờ biển từ K27+074 đến K28+800 cú chiều dài 1726 m thuộc đờ biển Giao Thuỷ-Tỉnh Nam Định. Đõy là đoạn đờ kố nằm trong dự ỏn đầu tư
nõng cấp khẩn cấp cỏc đoạn đờ kố xung yếu thuộc tuyến đờ biển Nam Định. Cụng trỡnh được lập dự ỏn thiết kế nõng cấp do Cụng ty Cổ phần Tư vấn Xõy dựng Nụng nghiệp và PTNT Nam Định thực hiện năm 2009. Tài liệu thiết kế
của tư vấn lập được túm tắt dưới đõy.
4.2 Tài liệu dựng trong thiết kế 4.2.1 Tài liệu địa hỡnh 4.2.1 Tài liệu địa hỡnh
Tài liệu khảo sỏt địa hỡnh khu vực dự ỏn thực hiện thỏng 03/2008 bao gồm bản vẽ bỡnh đồ toàn tuyến tỷ lệ 1/500; mặt cắt dọc tỷ lệ dài 1/2000, tỷ lệ
cao 1/100; mặt cắt ngang tỷ lệ 1/200.
4.2.2 Tài liệu địa chất
Kết quả khảo sỏt địa chất cho biết địa tầng khu vực nghiờn cứu trong phạm vi chiều sõu khoan khảo sỏt từ trờn xuống dưới như sau:
(1) Lớp 1: Đất đắp thõn đờ thành phần là cỏt, cỏt pha màu xỏm đen, xỏm sỏng, kết cấu chặt, đụi chỗ chứa chất hữu cơ, vỏ sũ, vỏ hến. Đõy là lớp cú hệ số
thấm khỏ lớn, nờn khụng cú khả năng chống thấm cho đờ. Lớp cú bề dày trung bỡnh (4,0-4,5)m. Lớp này gặp ở tất cả cỏc hố khoan ởđỉnh đờ.
(2) Lớp 1b: Đất sột pha màu xỏm nõu, xỏm đen, kết cấu kộm chặt, trạng thỏi dẻo mềm đến dẻo chảy. Lớp cú chiều dày từ 0,3 m đến 2,0m.
(3) Lớp 2: Đõy là lớp cỏt pha màu xỏm đen, xỏm hồng, kết cấu chặt, trạng thỏi bóo hũa nước. Lớp này chỉ gặp ở cỏc hố khoan HK1 đến HK9, lớp cú bề dày
trung bỡnh từ 5,0m đến 6,6m. Cỏc chỉ tiờu cơ lý của lớp 2 được trỡnh bày trong bảng 4.1.
(4) Lớp 3: Lớp này nằm dưới lớp 2 cú bề dày tương đối lớn, lớp cú thành phần là cỏt hạt mịn màu xỏm xanh, xỏm đen, xỏm sỏng, kết cấu chặt, trạng thỏi bóo hũa nước chứa hữu cơ. Cỏc chỉ tiờu cơ lý của lớp 3 được trỡnh bày trong bảng 4.1. Bảng 4.1: Chỉ tiờu cơ lý của cỏc lớp đất TT Tờn chỉ tiờu Lớp 1 Lớp 1b Lớp 2 Lớp 3 1 Thành phần hạt (%) Sột <0.005 10,28 26,0 6,50 - Bụi 0.005- 0.01 1,28 14,3 5,50 - 0.01-0.05 4,00 22,7 15,0 6,50 Cỏt 0.05-0.1 17,71 13,3 25,0 22,8 0.1-0.25 61,95 22,7 31,5 41,8 0.25-0.5 4,10 1,0 16,0 26,5 0.5-2.0 0,67 - 1,0 2,0 Sạn sỏi 2.0-5.0 0,00 - - 1,0 5.0-10.0 0,00 - - - 2 Giới hạn chảy, % 23,00 39,7 - - 3 Giới hạn dẻo, % 17,49 24,1 - - 4 Chỉ số dẻo, % 5,51 15,8 - - 5 Độ sệt -0,21 0,53 - - 6 Độẩm tự nhiờn, % 16,30 32,5 20,4 - 7 Khối lượng thể tớch, g/cm3 1,78 1,86 1,84 - 8 Khối lượng thể tớch khụ, g/cm3 1,53 1,41 1,52 - 9 Tỷ trọng 2,68 2,71 2,67 2,65 10 Hệ số rỗng 0,53 0,93 0,75 0,993 11 Độ rỗng, % 35,0 48,1 42,9 12 Độ bóo hoà,% 82 94,8 72,3 13 Lực dớnh đơn vị, kG/cm2 0,06 0,16 0,06 14 Gúc ma sỏt trong, độ 16048’ 13022’ 20012’ 25015’ 15 Hệ số nộn lỳn, cm2/kG 0,092 0,123 0,095 16 Hệ số thấm, (cm/s) 2,4x10-4 4,1x10-6 1,69x10-4
4.3 Giải phỏp kỹ thuật nõng cấp đờ
4.3.1 Cỏc thụng số cơ bản của đờ biển Giao Thuỷ-Nam Định
Đoạn đờ biển từ K27+074 đến K28+800 cú chiều dài 1726 m đó được lập dự ỏn thiết kế nõng cấp [10] năm 2009 với tiờu chớ thiết kế chống được giú bóo cấp 10, cỏc thụng số thiết kếđiển hỡnh tại mặt cắt K28+600 như sau:
- Cao trỡnh đỉnh đờ: +4,5 m;
- Cao trỡnh đỉnh tường chắn súng: +5,2 m; - Mỏi ngoài m = 4; mỏi trong m = 2; - Cao trỡnh chõn đờ phớa biển: +0,0m; - Cao trỡnh chõn kố: -2,0m;
- Cấu kiện gia cố mỏi ngoài kiểu õm dương cú kớch thước (m): 0,4 x 0,4 x 0,28;
- Mỏi trong gia cố trồng cỏ thường trong khung đỏ xõy.
Như vậy mặc dự được nõng cấp nhưng đờ biển Nam Định cũng chỉ được thiết kế với giú bóo cấp 10 và khụng tràn. Để gia tăng độ an toàn của đờ biển Nam Định với cấp giú bóo lớn hơn tỏc giả luận ỏn kiểm tra lại thụng số thiết kế tấm gia cố bảo vệ mỏi theo cỏch tớnh của tiờu chuẩn thiết kế đờ biển 2012 và phương phỏp do tỏc giả luận ỏn đề xuất bằng cỏch tớnh trực tiếp ỏp lực nước đẩy ngược lờn đỏy viờn gia cố khi súng rỳt.
4.3.2 Tăng cường ổn định bảo vệ mỏi đờ phớa biển theo tiờu chuẩn kỹ thuật thiết kế đờ biển-2012 kết hợp neo gia cố tấm lỏt mỏi
Tớnh toỏn với số liệu do cụng ty cổ phần xõy dựng nụng nghiệp và phỏt triển nụng thụn Nam Định cung cấp. Cỏc thụng số thiết kế được tỏc giả luận ỏn kiểm tra lại với thụng số súng giú cấp 10 và cấp 12. Kết quả tớnh toỏn kớch thước viờn gia cố và lưu lượng súng tràn theo tiờu chuẩn thiết kếđờ biển 2012
Bảng 4.2: Kết quả tớnh toỏn kớch thước tấm lỏt mỏi
TT Thụng số tớnh toỏn Đơn vị vớTớnh toỏn i giú cấp10 vớTớnh toỏn i giú cấp12 I Số liệu tớnh toỏn
Trọng lượng riờng bờ tụng: t/m3 2,50 2,50
Trọng lượng riờng nước biển: t/m3 1,03 1,03
Hệ số mỏi m = cotg α - 4,00 4,00 Chiều cao súng Hs m 1,45 1,69 Chu kỳ súng Ts s 5,21 5,65 Chiều dài súng Ls m 26,81 29,49 Hệ sốΦ - 4,00 4,00 Hệ sốξ - 1,23 1,20 Mực nước thiết kế m 2,30 Cao trỡnh đỉnh tường chắn súng m 5,20 II Kết quả tớnh toỏn Trọng lượng tấm lỏt Kg 109,0 138,0 Chiều dày tấm lỏt d cm 24,00 26,40 Lưu lượng tràn l/s/m 0,10 8,38
Hiện tại đang dựng là viờn gia cố kiểu hai chiều cú kớch thước 0,4x0,4x0,28 (m) với khối lượng 112 kg, so sỏnh với kết quả tớnh ở bảng 4.2 cho thấy viờn gia cố chỉ ổn định được ở súng với giú cấp 10, khụng đủ khối lượng để ổn định khi giú bóo ở cấp 12. Khối lượng cũn thiếu của viờn gia cố
là 26 kg. Vậy cần bổ xung neo gia cốđể gia tăng độ an toàn cho đờ. Nếu bố trớ cỏch n viờn/neo, lực gia tăng cho một viờn gia cố sẽ là
2
n P M = gh
∆ (4.1)
Chọn khoảng cỏch cỏc neo bố trớ trong khoảng tối ưu: 4d < c < 10d. Chọn c = 5d hay n = 5, ∆M =26 kg, vậy cần neo cú sức chịu tải Pgh =
650 kg thay giỏ trị Pgh này vào cụng thức (2.26) tớnh được kớch thước neo yờu cầu cú đường kớnh D = 0,14 (m). Bảng 4.3 tổng hợp cỏc thụng số cần thiết của neo xoắn ứng dụng cho đờ biển hiện tại.
Bảng 4.3: Cỏc thụng số thiết kế của mũi neo xoắn TT Đại lượng Đơn vị Trị số 1 Đường kớnh mũi neo m 0,138 2 Độ sõu cắm neo H m 1,104 3 Gúc ma sỏt trong Độ 16,0 4 Lực dớnh đơn vị C kN/m2 6,00
5 Chiều dài mũi neo L m 0,35
6 Trọng lượng riờng đẩy nổi của đờ kN/m3 11,9 7 Gúc an pha độ 8,00 8 Hệ số Nd - 3,247 9 Hệ số Nc - 0,970 10 Hệ số Nγ - 1,624 11 Pgh kN 6,96 Vậy với đờ biển hiện cú, chọn giải phỏp tăng cường ổn định cho tấm lỏt bảo vệ mỏi đờ phớa biển như sau:
Giữ nguyờn kớch thước viờn gia cố hiện tại kớch thước 0,4 x 0,4 x 0,28 (m) cú khối lượng 112 kg. Bổ xung neo gia cố với kớch thước như tổng hợp ở
bảng 4.3. Khoảng cỏch neo là 5 viờn/neo hay c = 5d = 5 x 0,4 = 2,0 m/neo. Kết quả tớnh nờu trờn được tớnh theo tiờu chuẩn thiết kếđờ biển 2012, sau
đõy tỏc giả luận ỏn đề xuất cỏch kiểm tra ổn định tấm gia cố mỏi đờ bằng cỏch tớnh trực tiếp ỏp lực nước đẩy ngược lờn đỏy viờn gia cố khi súng rỳt.
4.3.3 Đề xuất tớnh toỏn gia cố mỏi đờ kết hợp neo khi xột cõn bằng ỏp lực đẩy ngược do súng đẩy ngược do súng
Nhiệm vụ của neo gia cố là giữ cho viờn gia cố ổn định hơn dưới tỏc dụng của ỏp lực đẩy ngược do súng rỳt. Vỡ vậy việc tớnh toỏn cú thể theo cỏc bước [3] sau đõy:
- Tớnh ỏp lực nước đẩy ngược vào bản gia cố theo phương phỏp của M.I.Buriacốp và A.V.Kunchixki.
- Cõn bằng ỏp lực đẩy ngược với trọng lượng mảng gia cố kết hợp với neo để
kết luận mức độổn định của mảng gia cố. Chi tiết cỏc bước tớnh toỏn xem phụ
lục 3. Hợp lực đẩy nổi tỏc dụng lờn viờn gia cố Pdn = + = )0,4.0,4 2 547 , 0 577 , 0 ( dn P 0,0899 tấn hay 89,9 kg.
Theo quy phạm SN- 92-60 khi xột cỏc yếu tố bất lợi về súng, ỏp lực đẩy nổi tớnh toỏn được lấy tt =
dn
P 1,5.89,9 = 135 kg.
Bảng 4.4 tổng hợp kết quả tớnh toỏn khối lượng viờn gia cố mỏi theo cỏc phương phỏp. Kết quả tớnh cho thấy khối lượng cũn thiếu của viờn gia cố, như
vậy để giữ nguyờn mảng gia cố hiện tại, cần bố trớ thờm neo để gia tăng ổn
định.
Bảng 4.4: Khối lượng viờn gia cố tớnh theo cỏc phương phỏp
Khối lượng viờn gia cố Theo TCTK-2012 [6] Theo lngượực c đẩy Hiện tdựng ại đang
Tớnh với súng giú cấp 10 109 kg 119 kg 112 kg
Tớnh với súng giú cấp 12 138 kg 135 kg -
Lựa chọn loại neo và khoảng cỏch neo
Khối lượng cũn thiếu của viờn gia cố khi chịu súng giú cấp 12 là 23 kg tớnh trực tiếp theo ỏp lực đẩy ngược (bằng 135 kg trừ 112 kg). Khoảng cỏch cỏc neo bố trớ trong khoảng tối ưu 4d < c < 10d
Nếu bố trớ cỏch n viờn/neo, lực gia tăng cho một viờn gia cố sẽ là:
2
n P M = gh ∆
Sức chịu tải của neo xoắn được thiết kế với độ sõu cắm neo H/D=8. Khoảng cỏch neo là 5d, lực gia tăng cho mỗi viờn gia cố:
2 2 5 706 = = ∆ n P M gh = 28,2 kg
Khối lượng tổng cộng của viờn gia cố (kể cả neo) là 140,2 kg. Với viờn gia cố kiểu hai chiều với kớch thước 0,4x0,4x0,28 (m) và bố trớ neo xoắn với khoảng cỏch 5 viờn gia cố một neo hay c = 5x0,4 = 2 (m)/neo. Thụng số thiết kế của neo tổng hợp ở bảng 4.5. Bảng 4.5: Sức chịu tải kộo của neo xoắn TT Đại lượng Đơn vị Trị số 1 Đường kớnh mũi neo m 0,14 2 Độ sõu cắm neo H m 1,12 3 Gúc ma sỏt trong Độ 16,0 4 Lực dớnh đơn vị C kN/m2 6,0
5 Chiều dài mũi neo L m 0,35
6 Trọng lượng riờng đẩy nổi của đờ kN/m3 11,9 7 Gúc an pha độ 8,0 8 Hệ số Nd - 3,247 9 Hệ số Nc - 0,970 10 Hệ số Nγ - 1,624 11 Pgh kN 7,06 Như vậy, với 2 cỏch tớnh toỏn đó trỡnh bày đều thấy cần phải bố trớ thờm neo gia cố để gia tăng độ an toàn của mảng gia cố bảo vệ mỏi đờ. Thụng số
neo tớnh theo cả hai phương ỏn đều gần nhau. Chọn thụng số thiết kế neo trỡnh bày ở bảng 4.5.
4.3.4 Xử lý đất đắp vỏ bọc đờ biển phớa đồng bằng phụ gia CONSOLID
Kết quả thớ nghiệm hàm lượng phụ gia 2% với đất thường dựng đắp đờ cho thấy rừ sự gia tăng về cường độ, giảm tớnh thấm nước, chịu được sự xúi mũn do dũng chảy. Đất ỏ cỏt dựng trong thớ nghiệm chớnh là đất được dựng cho giải phỏp này.
Vậy với mỏi phớa đồng, sử dụng đất tại chỗ kết hợp phụ gia để gia cường làm vỏ bọc đờ biển với cỏc thụng số sau:
- Sản phẩm phụ gia: CONSOLID-AG-CH-9467-FRϋSEN- Thuỵ Sỹ. - Chiều dày lớp đất cú phụ gia: 50 cm.
- Tỷ lệ pha trộn phụ gia: 2%.
- Đất đầm nện theo tiờu chuẩn thiết kếđờ biển 2012 [6] với K=0,95.
4.4 Xõy dựng phần mềm tớnh toỏn viờn gia cố mỏi đờ biển kết hợp neo 4.4.1 Mục đớch 4.4.1 Mục đớch
Để thực hiện được cỏc bước tớnh toỏn như vớ dụ đó nờu ở trờn, người thiết kế mất khỏ nhiều thời gian. Vỡ vậy nhằm giảm khối lượng tớnh toỏn khi lựa chọn phương ỏn tối ưu, việc tớnh toỏn neo gia cố cho tấm lỏt mỏi được số
hoỏ trờn cơ sở lý thuyết tớnh toỏn [3] trực tiếp ỏp lực đẩy ngược lờn đỏy viờn