6 Đánh giá khả thi dự án đề xuất
6.1.9 Các yếu tố địa kỹ thuật vàcông trình
Để tính toán địa kỹ thuật và công trình, cần có thông tin về nền đất vùng dự án. Do số liệu ở phần phía tây của hồ rất hạn chế, nên các tham số thổ nhưỡng đặc trưng được lấy từ bản tóm tắt đề xuất dự án. Các giá trị trình bày trong Hình 41, 43 và 44 của bản tóm tắt được sử dụng để tính toán các thông số của nền đất bên dưới các đoạn đê bao cần nâng cấp. Bảng 6 tổng hợp các thông số đã được đánh giá.
Bảng 6: Tham số của các lớp đất vùng dự án
Đất γ
[kN/m³]
γ’
[kN/m³] [°]ϕ [kN/m²]c [MN/m²]Es Lớp đất
14.00 4.00 15.00 0.00 0.50 1a (sét pha hữu cơ)
14.00 4.00 15.00 0.00 1.00 1 (sét dẻo)
20.00 10.50 22.50 15.00 2.50 2 (sét)
18.00 10.00 25.00 5.00 20.00 2a (cát pha sét)
Chú giải: γ trọng lượng đơn vị; γ’ trọng lượng đơn vị nổi; ϕ góc ma sát trong; c độ kết dính ES mô-đun đàn hồi Cần áp dụng một số biện pháp địa kỹ thuật cho hệ thống đê bao. Nếu đê bao chịu tải, ứng suất thẳng đứng sẽ tăng. Ứng suất này làm tăng sức căng dọc khiến nền đất dịch chuyển xuống phía dưới. Đây chính là quá trình sụt lún nền đất dẫn đến giảm cao trình tổng thể của công trình. Quá trình sụt lún này có thể được bù bằng việc nâng cao trình đỉnh của công trình.
Để kiểm tra độ an toàn của mái đê bao, đã tiến hành tính toán để xác định ứng suất trượt phát sinh dọc theo bề mặt có khả năng nứt gãy nhất và so sánh với khả năng chịu trượt của đất. Quá trình này được gọi là phân tích tính ổn định dốc của mái đê bao. Bề mặt có khả năng nứt gãy nhất là bề mặt tới hạn có hệ số an toàn tối thiểu. Quá trình thấm và việc lựa chọn bề mặt trượt làm gia tăng độ phức tạp của vấn đề. Nếu áp lực gây bởi tải trọng tĩnh của đê bao và tải trọng động trên mặt đê bao là quá lớn, thì móng hoặc mái đê bao có thể bị sụp đổ.
Phần mềm GGU-Footing được sử dụng để tính toán độ lún, độ dốc và sụt lở chân đê bao. Phần mềm này sử dụng các tiêu chuẩn Eurocode 7 (EC 7) – là phần về địa kỹ thuật trong bộ tiêu chuẩn của Châu Âu (EN), cung cấp cách tiếp cận chung cho các công trình xây dựng dân dụng. EC 7 cung cấp khái niệm về các yếu tố an toàn riêng tùy thuộc vào tình trạng của hệ thống. Tính toán này dựa trên nguyên tắc là các tác động phải nhỏ hơn hoặc ngang bằng với sức chống chịu của thiết kế. Để đảm bảo độ tin cậy của thiết kế, các yếu tố riêng lẻ được áp dụng cho tác động (A), khả năng chống chịu (R) hoặc thuộc tính vật liệu (M). Các tác động có thể là tải trọng hoặc trọng lượng riêng của nền, trong trường hợp này là trọng lượng của đê bao, và khả năng chống chịu là của nền đất. Các yếu tố an toàn được thể hiện trong các bảng sau.
Bảng 7: Các yếu tố riêng về tác động hoặc ảnh hưởng của tác động
Tác động Ký hiệu Tập hợp
A2 A2
Cố định Không thích hợpThích hợp YG 1.351 11
Biến đổi Không thích hợp YQ 1.5 1.3
Bảng 8: Các yếu tố chống chịu riêng đối với nền đất
Dạng chống chịu Ký hiệu Tập hợp
R1 R2 R3
Tải YRv 1 1.4 1
Trượt YRh 1 1.1 1
Bảng 9: Các yếu tố riêng đối với tham số đất
Tham số đất Ký hiệu Giá trị
M1 M2
Sức kháng cắt Yϕ1 1 1.25
Độ kết dính hiệu nghiệm Yc 1 1.25
Cường độ trong điều kiện ngậm nước Ycu 1 1.4
Cường độ kết dính Yqu 1 1.4
Độ kết dính hiệu nghiệm Yc 1 1.4
Mật độ tỷ trọng Yy 1 1
1 Tham số này áp dụng cho tang ϕ
Ví dụ, đoạn đê bao #2 của kênh Trà Sư được sử dụng để tính toán (Hình 21). Đoạn này ở phía tây của hồ và sẽ được xây dựng mới.
Hình 21: Mặt cắt điển hình của đê bao phía tây
Tải trọng của đê bao được tính toán bằng cách áp dụng trọng lượng cụ thể của hỗn hợp sét hữu cơ (lớp 1 a) được xem xét sử dụng làm nguyên vật liệu xây dựng đê bao. Việc tính toán này dựa vào hình thái thiết kế đê bao với diện tích mặt cắt là 52,65 m2 với mỗi mét dài. Sau khi nhân diện tích mặt cắt với trọng lượng cụ thể là 14 kN/m3, sẽ có tải trọng mỗi mét chiều dài là 737,10 kN. Với trọng lượng tĩnh của đê bao, có thể bỏ qua trọng lượng của cấu trúc đường bộ hay vải địa kỹ thuật. Hình 22 cho thấy biểu đồ ứng suất và sự phân lớp giả định dưới đê bao.
Hình 22: Biểu đồ ứng suất dưới đê bao
Bước đầu tiên là tính toán biên độ lún của đê bao, kết quả cho thấy biên độ lún này là 57 cm. Trong trường hợp này, không cho thấy mối liên hệ với sự sụt lở nền móng. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng dưới đây.
The load of the embankment is calculated applying the specific weight of organic clay mix (layer 1 a) that is considered to be used as construction material for the embankment. This is done based on the geometry of the embankment with a cross sectional area of 52.65 m² per running
meter.After multiplication of the cross sectional area with the specific weight of 14 kN/m3, a
load of 737.10 kN per running meter length are obtained. Regarding the large dead weight of the embankment, the weight of the structure of the road and the geotextiles can be neglected. Figure 22 shows the stress curve and the presumed layering below the embankment.
Figure 22: Stress curve below the embankment.
In a first step a calculation of the settlement of the embankment is performed, which is found to be 57 cm. In this case, base failure is not relevant. The following table shows the results of the calculation.
Bảng 10: Tính toán địa kỹ thuật về sụt lún và sụp đổ nền móng An toàn một phần (sụp đổ nền) γGr = 1.40 σ0f,k / σ0f,d = 157.37 / 112.41 kN/m² Rn,k = 2485620.21 kN Rn,d = 1775443.01 kN Vd = 1.35 · 995085.00 + 1.50 · 0.00 kN Vd = 1343364.75 kN
μ (song song với trục x) = 0.757 cal ϕy= 20.0 °
ϕygiảm, do điều kiện 5° cal c = 5.98 kN/m² cal γ2 = 6.18 kN/m³
cal σ0 = 0.00 kN/m²
cal β = 10.00 °
Cạnh dưới của đường xoắn ốc lôgarit = 13,60 m dưới bề mặt nền
Chiều dài của đường xoắn ốc lôgarit = 47.03 m Diện tích của đường xoắn ốc lôgarit = 310.51 m² Các yếu tố chịu tải (x):
Nc0 = 14.82; Nd0 = 6.38; Nb0 = 1.96λ Hệ số hình dạng (x): νc = 1.004; νd = 1.003; νb = 0.997 Hệ số dốc địa hình (x): λ c = 0.859; λ d = 0.692; λ b = 0.575 Lún do tổng tải trọng:
Độ sâu giới hạn tg = 16,36 m dưới mặt đất Độ lún (trung bình của tất cả các điểm góc) Độ lún của các điểm góc
Trên cùng bên trái = 56,95 cm Trên cùng bên phải = 56,95 cm Dưới cùng bên trái = 56,5 cm Dưới cùng bên phải = 56,95 cm Độ xoắn (x) (điểm góc) = 0.0 Độ xoắn (y) (điểm góc) = 0.0
Chỉ số kháng EQU (trạng thái cân bằng): Quan trọng: bề rộng của móng:
Mstb = 995085.0 · 11,70 · 0,5 · 0,90 = 5239122,5 Mdst = 0.0
μEQU = 0.0 / 5239122.5 = 0.000
Cơ sở tính toán: Tiêu chuẩn: Eurocode 7
Công thức tính sụp đổ nền DIN 4017:2016 Khái niệm an toàn bộ phận (EC 7)
γGr = 1.40
γG = 1.35
γQ = 1.50
Trạng thái giới hạn EQU (trạng thái cân bằng)
γG,dst = 1.10 γG,stb = 0.90 γQ,dst = 1.50 Bề mặt nền = 1.00 m Mặt móng = 1.00 m Nước ngầm = 1.00 m
Độ sâu giới hạn với p = 20.0 % Kết quả với móng riêng biệt: Tải trọng = ổn định / nhất thời
Tải trọng đứng Fv,k = 995085.00 / 0.00 kN
Tải trọng ngang Fh,x,k = 0.00 / 0.00 kN
Tải trọng ngang Fh,y,k = 0.00 / 0.00 kN
Động lượng Mx,k = 0.00 / 0.00 kN·m
Động lượng Mx,k = 0.00 / 0.00 kN·m
Độ sâu a = 1350.00 m Độ rộng b = 11.70 m Dưới tải trọng không đối Độ lệch tâm ex = 0.000 m
Độ lệch tâm ex = 0.000 m
Kết quả chính 1.
Chiều dài a’ = 1350.00 m Chiều rộng b’ = 11.70 m Dưới tổng tải trọng: Độ lệch tâm ex = 0.000 m
Độ lệch tâm ey = 0.000 m
Kết quả chính 1.
Chiều dài a’ = 1350.00 m Chiều rộng b’ = 11.70 m Sụp đổ nền:
33 Nhân chiều cao đê bao (4,5m) với mật độ riêng (14kN/m3) sẽ cho giá trị ứng suất tương ứng là 63 kN/m2, và 88.2 kN/m2 (nếu áp dụng hệ số an toàn một phần γGr = 1,4). Nếu vượt quá trạng thái giới hạn, sẽ xảy ra tình trạng sụt lở nền móng như trình bày trong Hình 23. Ví dụ, giả định độ dốc trung bình của đáy hồ là 10°.
Hình 23: Trượt cung tròn khi vượt quá trạng thái giới hạn
Để tính chiều cao tối đa của đê bao, cần xác định trạng thái tới hạn khi xảy ra sụt lở nền móng. Giá trị ứng suất
σR,d = 112,4 kN/m2 được cho là phù hợp.
Bảng 11: Kết quả tính toán xác định trạng thái giới hạn
Nếu tải trọng giới hạn 112,4 kN/m2 được chia cho hệ số an toàn là 1,4 thì ứng suất sẽ là 80,29 kN/m2. Nếu chia cho trọng lượng riêng là 14 kN/m3 thì chiều cao tối đa của đê bao sẽ là 5,70 m.
Trong quá trình lặp, độ dốc tối đa của đáy hồ hoặc của kênh bên cạnh đê bao là 19,9° được cho là phù hợp. Hình 24 minh họa sự cố sụt lở khi vượt quá độ dốc.
UNIQUE | Nghiên cứu Khả thi Hồ trữ lũ và cấp nước ngọt Trà Sư – Tri Tôn 40
Cạnh dưới của đường xoắn ốc lôgarit = 13,60 m dưới bề mặt nền
Chiều dài của đường xoắn ốc lôgarit = 47.03 m Diện tích của đường xoắn ốc lôgarit = 310.51 m² Các yếu tố chịu tải (x):
Nc0 = 14.82; Nd0 = 6.38; Nb0 = 1.96λ Hệ số hình dạng (x): c = 1.004; d = 1.003; b = 0.997 Hệ số dốc địa hình (x): λ c = 0.859; λ d = 0.692; λ b = 0.575 Lún do tổng tải trọng:
Độ sâu giới hạn tg = 16,36 m dưới mặt đất
Độ lún (trung bình của tất cả các điểm góc) Độ lún của các điểm góc
Trên cùng bên trái = 56,95 cm Trên cùng bên phải = 56,95 cm Dưới cùng bên trái = 56.,5 cm Dưới cùng bên phải = 56,95 cm Độ xoắn (x) (điểm góc) = 0.0 Độ xoắn (y) (điểm góc) = 0.0
Chỉ số kháng EQU (trạng thái cân bằng): Quan trọng: bề rộng của móng:
Mstb = 995085.0 · 11,70 · 0,5 · 0,90 = 5239122,5
Mdst = 0.0
μEQU = 0.0 / 5239122.5 = 0.000
Nhân chiều cao đê bao (4,5m) với mật độ riêng (14kN/m3) sẽ cho giá trị ứng suất tương ứng là 63 kN/m2, và 88.2 kN/m2 (nếu áp dụng hệ số an toàn một phần γGr = 1,4). Nếu vượt quá trạng thái giới hạn, sẽ xảy ra �nh trạng sụt lở nền móng như trình bày trong Hình 23. Ví dụ, giả định độ dốc trung bình của đáy hồ là 10°.
Hình 23: Trượt cung tròn khi vượt quá trạng thái giới hạn
Hệ thống
Figure 23: View of the circular slip, when the limit state is exceeded.
To assess the maximum possible height of the embankment, a calculation is done to reveal the critical state when base failure is going to occur. A stress of 𝑅𝑅,𝑑𝑑 = 112.4 kN/m2 is found to be relevant.
Table 11: Results of the calculation to find the limited state
If the limit load of 112.4 kN/m2 is divided by the safety factor of 1.4, the resulting pressure is 80.29 kN/m2. Divided by the specific weight 14 kN/m3, a maximum height of the embankment of 5.70 m is obtained.
In an iterative process, a maximum slope of the bottom of the reservoir or the canal of 19.9° next to the embankment has been found to be relevant. Figure 24 shows the mode of failure if the slope is exceeded.
Hình 24: Khả năng trượt dốc với độ dốc tối đa 19,9°
Các kết quả tính toán địa kỹ thuật có thể được tóm tắt với 4 điểm chính như sau:
y
y Biên độ lún đê bao dự kiến là 0,56 m
y
y Sự cố sụt đê bao dự kiến không xảy ra
y
y Cao trình đê bao tối đa là 5,7 m
y
y Nếu độ dốc nền đất quanh đê bao vượt quá 19.9° sẽ xảy ra sạt trượt
Một số thông số được đánh giá dựa trên thông tin có sẵn. Đặc biệt, thiếu thông tin về nền đất đê bao phía tây là vấn đề đáng lo ngại. Thiết kế có thể được tối ưu hóa nếu có nghiên cứu chi tiết hơn về nền đất, với các thông số đất cụ thể hơn. Với bộ tham số đầu vào đã được sử dụng, các giá trị tính toán có thể được dung để thiết kế sơ bộ các hạng mục công trình.
Các công trình lớn và nặng hơn như cống và trạm bơm cần được xây dựng trên nền móng sâu như cọc bê- tông hoặc khoan nhồi.