IV. Kết quả đạt được của luận văn: 5
3.4.2. Tớnh toỏn kiểm tra ổn định thấm: 62
a. Mục đớch của việc tớnh thấm:
Mục đớch là để tớnh toỏn, kiểm tra chiều dài đường viền thấm cú đảm bảo hay khụng, để từ đú đưa ra biện phỏp chống thấm hợp lý dựa trờn cỏc phương phỏp tớnh toỏn phự hợp, đảm bảo khả năng chống trượt của cụng trỡnh. Ngoài ra khụng xảy ra biến dạng nền cụng trỡnh, đảm bảo khả năng chịu tải do kết cấu phần trờn truyền xuống nền cụng trỡnh.
b. Trường hợp tớnh toỏn:
Khi cụng trỡnh đi vào làm việc sẽ xuất hiện chờnh lệch cột nước trước và sau cụng trỡnh. Để tớnh toỏn ổn định thấm cụng trỡnh, cần chọn cỏc tổ hợp làm việc sao cho với cỏc tổ hợp mực nước này thỡ cụng trỡnh đảm bảo được tần suất thiết kế.
Do nhiệm vụ của cụng trỡnh là giữ nước mụi trường trong nội thành, giữ nước đún mưa khi cú mưa và triều đang lờn. Với nhiệm vụ này thỡ cụng trỡnh vừa cú nhiệm vụ ngăn triều và nhiệm vụ giữ ngọt (giữ nước mụi trường nội đụ).
Bảng 3.4: Tổ hợp mực nước tớnh toỏn và kiểm tra thấm
Tổ hợp TT1 (m) Tổ hợp TT2 (m) Tổ hợp KT2 (m) TT Thụng số Đơn vị Vận hành
đún mưa Giữ nước mụi trường Vận hành đún mưa + Bóo
4 Zbiển m + 1,53 - 2,00 + 3,78
5 Zhồ m + 0,00 + 0,00 + 0,65
Chia tim cụng trỡnh thành cỏc đoạn khỏc nhau dựa trờn mặt cắt dọc, mỗi đoạn cú cỏc mặt cắt tớnh toỏn đặc trưng.
Tổ hợp tớnh toỏn 1: - Mực nước phớa hồ : MNTL = + 0,00m. - Mực nước phớa biển : MNHL = - 2,00m. Tổ hợp tớnh toỏn 2: - Mực nước phớa hồ: MNTL = + 0,00m. - Mực nước phớa biển: MNHL = + 1,53m. Tổ hợp kiểm tra: - Mực nước phớa hồ: MNTL = + 0,65m. - Mực nước phớa biển MNHL = + 3,78m. So sỏnh giữa cỏc trường hợp tớnh toỏn, chọn tổ hợp mực nước giữ ngọt (chờnh lệch cột nước thấm lớn) làm trường hợp cơ bản, sau khi cần đỏnh giỏ lại khả năng ổn định thấm cho trường hợp kiểm tra.
c. Điều kiện đảm bảo ổn định thấm:
Để hạ lưu cụng trỡnh khụng bị xúi lở cục bộ phải thỏa món điều kiện sau:
[ ]
ra cp
J ≤ J
Trong đú:
Jra – Gradient lớn nhất tại điểm ra của dũng thấm ở hạ lưu cụng trỡnh.
[J]nền – Gradient tới hạn cục bộ của cột nước đối với đất nền (đối với vựng dũng thấm hạ lưu). Theo điều 2.4.5 TCXDVN 4253 – 86 đối với
+ Đất cỏt hạt vừa và mịn : [J]nền = 0,2 ữ 0,4; + Đất sột mềm yếu : [J]nền = 0,5 ữ 0,6.
[J]cp – Gradient cho phộp của đất nền tương ứng với cấp cụng trỡnh và điều kiện làm việc: [J]cp = m.[J]nền/kn
Trong đú: m – Hệ số điều kiện làm việc, m =1;
kn – Hệ số phụ thuộc cấp cụng trỡnh, kn = 1,25 – cấp I; Như vậy: [J]cp = m.[J]nền/kn = 1.0,40/1,25 = 0,32.
d. Phương phỏp tớnh thấm:
Hiện nay cú nhiều phương phỏp tớnh thấm cho cụng trỡnh, vỡ thế ta cú thể tớnh thấm bằng cỏc phương phỏp khỏc nhau sau đú đỏnh giỏ, phõn tớch để lựa chọn kết quả chớnh xỏc nhất. Một số phương phỏp tớnh thấm hay dựng đú là:
Phương phỏp hệ số sức cản:
Phương phỏp này xỏc định biểu đồ ỏp lực, gradient ra hạ lưu và lưu lượng thấm, theo phương phỏp hệ số cản, đường viền thấm được chia thành từng phõn đoạn và căn cứ vào đặc tớnh của từng phõn đoạn, tổn thất cột nước thấm hi:
i i i i q h H K ξ ξ ξ = = ∑ Trong đú: ' " i v n c n r ξ ξ ξ= + +ξ ξ+ +ξ ∑ ; 1 2 3 .... n q i H h h h h K ξ = + + + + = ∑
q- lưu lượng thấm đơn vị;
K – hệ số thấm của tầng thấm dưới nền cụng trỡnh; ξi – hệ số cản của phõn đoạn thứ i;
ξv; ξr; ξc- hệ số cản ở phõn đoạn vào, phõn đoạn ra và qua cỏc bản cừ. Nếu hỡnh dạng và kớch thước của cỏc phõn đoạn vào và phõn đoạn ra bằng nhau thỡ ξv= ξr= ξc + 0,44. Ở đõy: 2 1 2 2 0,5 1,5 1 0,75 c S a S T S T T T ξ = + + − Trong đú:
S - chiều dài bản cừ ở phõn đoạn tớnh;
T1 và T2 - chiều sõu tầng thấm dưới nền phớa trước và sau bản cừ tớnh toỏn. Nếu khụng cú bản cừ nhưng bản đỏy cụng trỡnh cú dạng bậc thụt thỡ hệ số cản ở đoạn bật thụt độ dày a là ξb = a/T1.
Nếu khụng cú cả bản cừ và bậc thụt thỡ ξv= ξr= 0,44.
ξn - hệ số cản ở đoạn nằm ngang. Với chiều dài đoạn nằm ngang li ≥ 0,5(S1+S2) 2 2 2 0,5( ) i n l S S T ξ = − +
Trong đú S1 và S2 - chiều dài của bản ở bờn trỏi và bờn phải phõn đoạn nằm ngang xem xột tớnh toỏn.
Khụng nờn đặt bản cừ quỏ gần nhau vỡ nếu li ≤ 0,5(S1+S2) thỡ ξn= 0 nghĩa là giảm ỏp lực thấm của đoạn nằm ngang bằng khụng.
Lưu lượng thấm đơn vị bằng: q H k
ξ
= ∑
Gradient thấm lớn nhất ở vị trớ dũng thấm từ dưới nền ra hạ lưu:
1 1 ra H J T α ξ = ∑ Trong đú 2 1 1 sin 1 2 S T T T π α β= ⎡⎢ ⎛⎜ − + ⎞⎟⎤⎥ ⎝ ⎠
⎣ ⎦ với β =1,1 khi nền được xỏc định theo Ttt, S-
chiều dài cừ tại cửa ra, lấy T1 tầng thấm dày cũn T2 tầng thấm mỏng.
Kiểm tra tại cửa ra của Jra cú thỏa món Jra≤ [J]. Nếu khụng thỏa món cần tăng chiều dài đường viền thấm.
Phương phỏp phần tử hữu hạn:
Theo phương phỏp này miền thấm được chia thành cỏc phần tử tam giỏc hoặc chữ nhật khỏc nhau phự hợp với biờn và tớnh chất dũng thấm. Việc rời rạc hoỏ được tiến hành bằng cỏch phủ lờn miền xột cỏc miền nhỏ đơn giản cú hỡnh dạng tuỳ ý, sau đú chuyển cỏc phương trỡnh của bài toỏn thành cỏc phương trỡnh ma trận liờn hệ giữa cỏc số liệu tại cỏc điểm định sẵn trong cỏc phần tử (cỏc điểm nỳt) với số liệu ra tại chớnh cỏc điểm này. Để thiết lập những phương trỡnh ma trận tổng thể (cỏc phương trỡnh ma trận đối với khắp miền nghiờn cứu), ta cộng từ nỳt này tới nỳt khỏc cỏc phương trỡnh ma trận đối với cỏc miền con nhỏ hơn. Xuất phỏt từ phương trỡnh Laplace viết cho dũng chảy đơn giản, ta cú dạng phương trỡnh Laplace viết cho địa kỹ thuật.
Với phương phỏp này, tớnh toỏn cho bài toỏn cú biờn và dũng thấm phức tạp trong nền cú nhiều lớp thấm dị hướng được giải quyết rất dễ dàng. Hiện nay cú nhiều phần mềm tớnh toỏn rất hiệu quả, mụ phỏng rất tốt dũng thấm dưới nền cụng trỡnh, trong đú cú bộ phần mềm Geo-Slope của Cụng ty quốc tế Geo-Slope, Canada.
Bộ phần mềm Geo-Slope gồm nhiều modul hợp thành trong đú modul SEEP/W dựng để tớnh toỏn và kiểm tra ổn định về thấm của cụng trỡnh.
Với bài toỏn Gũ Cụng - Vũng Tàu cú tớnh chất phức tạp về địa chất nền, quy mụ cụng trỡnh v.v…do đú tỏc giả đề xuất sử dụng phương phỏp phần tử hữu hạn trờn cơ sở phần mềm Geo-Slope với modul Seep/W để tớnh toỏn và kiểm tra ổn định thấm của cụng trỡnh.
e. Tớnh thấm cho bài toỏn Gũ Cụng – Vũng Tàu: * Tổ hợp tớnh toỏn: + Tổ hợp tớnh toỏn (THTT): - Mực nước biển: -2,00 - Mực nước hồ: +0,00 + Tổ hợp kiểm tra (THKT): - Mực nước biển: +3,78 - Mực nước hồ: +0,65 * Cỏc thụng số vềđịa chất:
Cỏc thụng số về địa chất cụng trỡnh được lấy theo giỏ trị của hố khoan HK5, trong Bảng 3.3; mục 3.4.1 thuộc luận văn này.
* Điều kiện bài toỏn:
- Cọc chốn chống thấm được đúng xuyờn vào lớp 1, kớch thước sơ bộ chọn để tớnh toỏn của cọc chốn 45x45x2400cm;
- Giả thiết lớp 4 sõu vụ tận và cỏc lớp đất hai bờn dài vụ tận (đủ đảm bảo dũng thấm bị tắt dần).
* Mụ hỡnh húa:
Từ cấu tạo địa chất của tuyến cụng trỡnh, để kiểm tra khả năng chống thấm cho cụng trỡnh, thỡ chỉ cần kiểm tra đặc trưng tại một số mặt cắt đại diện và mụ hỡnh húa trờn phần mềm Geo-Slope với modul Seep/W như sau:
Hỡnh 3.16. Mụ hỡnh tớnh toỏn - THTT.
Hỡnh 3.17. Mụ hỡnh tớnh toỏn - THKT. * Một số kết quả tớnh toỏn:
Trờn cơ sở sử dụng phần mềm Geo-Slope tớnh toỏn thấm cho cụng trỡnh đờ biển Gũ Cụng - Vũng Tàu được kết quả tớnh toỏn như sau:
+ Dũng thấm qua cụng trỡnh:
Hỡnh 3.19. Dũng thấm qua cụng trỡnh - THKT
+ Gradient XY dưới chõn cọc:
Hỡnh 3.20. GradientXY dưới chõn cọc, cửa ra - THTT
+ GradienXY tại chõn cọc:
Hỡnh 3.22. Gradien cửa ra - THTT Hỡnh 3.23. Gradien cửa ra - THKT
+ Kết quả tớnh toỏn được thể hiện trong Bảng 3.5:
Bảng 3.5: Kết quả tớnh toỏn thấm
Gradient max tại cửa ra Jmax
Gradient max tại mũi cừ Jmax
TT Mặt cắt
THTT THKT THTT THKT
1 Qua cụng trỡnh 0,078 0,120 0,242 0,315
* Kết luận:
Kết quả tớnh toỏn mụ hỡnh thấm dưới nền cụng trỡnh với chờnh lệch cột nước thượng hạ lưu theo tổ hợp tớnh toỏn và tổ hợp kiểm tra cho thấy ỏp lực và gradient thấm tương đối nhỏ. Gradient XY tại cửa ra THKT là Jmax = 0,315 < [J]cp = 0,32
=> Cụng trỡnh đảm bảo điều kiện ổn định thấm. Chiều dài cọc chốn khe 45x45cm sơ bộ chọn theo tớnh toỏn là phự hợp.