5. Kết quả kiến đạt đượ c
2.5. Kết luận chương 2
Qua những phõn tớch trờn tỏc giả nhận thấy, đối với mỗi loại cọc đều cú những ưu nhược điểm khỏc nhau:
* Cỏc loại cọc bờ tụng chế sẵn: - Ưu điểm:
+ Cụng tỏc chế tạo cọc đơn giản
+ Độ tin cậy và tuổi thọ cụng trỡnh cao
+ Nhiều phương phỏp thi cụng cọc đơn giản, hiệu quả + Dễ quản lý chất lượng
+ Giỏ thành thường khụng cao - Nhược điểm:
+ Tiết diện cọc thường nhỏ nờn khả năng chịu tải trọng khụng lớn + Chiều sõu thi cụng múng trung bỡnh, thường từ 5-30m
+ Chiều dài mỗi cọc nhỏ nờn khi thi cụng múng sõu thường phải nối nhiều cọc, dẫn đến chất lượng thi cụng cụng trỡnh kộm.
+ Khi thi cụng thường gõy ồn, rung chấn, trồi đất, ảnh hưởng đến cỏc cụng trỡnh xung quanh.
- Phạm vi ứng dụng: Cọc bờ tụng chế sẵn thường được ỏp dụng rộng rói cho những cụng trỡnh cú tải trọng khụng lớn như cỏc cụng trỡnh xõy dựng dõn dụng, cỏc cụng trỡnh thủy lợi (trạm bơm, cống, đập…), cỏc cụng trỡnh giao thụng (cỏc cầu cú tải trọng nhỏ, hầm đường bộ…),…
* Cọc khoan nhồi - Ưu điểm:
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
+ Rỳt bớt được cụng đoạn đỳc cọc
+ Thi cụng cọc khoan nhồi khụng gõy ồn, trồi đất, ảnh hưởng đến cỏc cụng trỡnh khỏc.
+ Dễ dàng thay đổi kớch thước hỡnh học như đường kớnh, chiều dài… để phự hợp với đất nền
+ Cú khả năng sử dụng trờn mọi địa hỡnh khỏc nhau
+ Cho phộp chế tạo cọc khoan nhồi đường kớnh lớn và độ sõu lơn - Nhược điểm:
+ Cọc khi thi cụng nằm trong lũng đất nờn khú trỏnh khỏi nhưng khuyết tật dễ xảy ra
+ Quản lý chất lượng cọc khú khăn
+ Thi cụng cọc phụ thuộc nhiều vào thời tiết + Chi phớ thớ nghiệm cọc tốn kộm
- Phạm vi ỏp dụng: Do những đặc điểm của mỡnh nờn cọc nhồi hiện nay chưa được ỏp dụng phổ biến. Chỉ những cụng trỡnh cú tải trọng lớn như: cầu đường bộ cú tải trọng lớn, cỏc nhà cao tầng (từ 10 tầng trở lờn),…mới ỏp dụng cụng nghệ này.
Nhỡn chung cựng với sự phỏt triển của khoa học cụng nghệ, nhiều phương phỏp xử lý nền bằng múng cọc khi xõy dựng cụng trỡnh trờn nờn đất yếu được nghiờn cứu và phỏt triển. Tuy theo mực độ quan trọng của cụng trỡnh, điều kiện địa hỡnh, địa chất, thiết bị mỏy múc… chỳng ta sẽ chọn lựa được phương phỏp hợp lý cho cụng trỡnh. Những phõn tớch trờn đõy là cơ sở lý thuyết để giải quyết nội dung trong chương 3: Áp dụng lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền cụng trỡnh trạm bơm Nghi Xuyờn – Tỉnh Hưng Yờn.
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
CHƯƠNG 3
ÁP DỤNG LỰA CHỌN KẾT CẤU CỌC HỢP Lí THI CễNG XỬ Lí NỀN CễNG TRèNH TRẠM BƠM NGHI XUYấN– TỈNH HƯNG YấN 3.1 Giới thiệu chung về trạm bơm Nghi Xuyờn
Vị trớ trạm bơm Nghi Xuyờn nằm ở xó Chớ Tõn, huyện Khoỏi Chõu, tỉnh Hưng Yờn. Vựng lưu vực tưới nằm ở phớa nam huyện Khoỏi Chõu cú diện tớch mặt bằng khoản 8274 ha, bao gồm cỏc xó Chớ Tõn, Thành Cụng, Thuần Hưng, Đại Hưng, Phựng Hưng, Liờn Khờ, Bỡnh Kiều, Đụng Kết, Hàm Tử, xó An Vĩ, ễng Đỡnh và thị trấn Khoỏi Chõu được giới hạn bởi:
- Phớa bắc: Giỏp Quốc lộ 399. - Phớa tõy: Giỏp QL 39A.
- Phớa nam : Giỏp huyện Kim Động. - Phớa đụng: Giỏp sụng Hồng.
Giao thụng thủy bộ trong khu vực trạm bơm khỏ thuận lợi. Về đường bộ từ thành phố Thỏi Bỡnh đi theo quốc lộ 10 , quốc lộ39A và cỏc đường liờn huyện, liờn xó rải nhựa. Về đường thủy đi theo đường sụng như sụng Hồng.
Nhiệm vụ của cụng trỡnh là: Trạm bơm Nghi Xuyờn cú nhiệm vụ chủ động tiờu ỳng cho 8.274 ha diện tớch thuộc (tiểu vựng Chõu Gianh) cỏc xó: Bỡnh Minh, Yờn Phỳ, Yờn Hoà, Dạ Trạch, Tõn Dõn, Hàm Tử, An Vĩ, Tứ Dõn, Đụng Kết, ễng Đỡnh, Bỡnh Kiều, Liờn Khờ, Phựng Hưng, Đại Hưng, Thuần Hưng, Chớ Tõn, Thành Cụng và thị trấn Khoỏi Chõu, huyện Chõu Giang tỉnh Hưng Yờn.
Cỏc thụng số thiết kế chủ yếu của cụng trỡnh: + Cấp cụng trỡnh: Cụng trỡnh cấp III;
+ Tần suất mưa thiết kế p = 10%;
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
+ Tần suất mực nước tiờu thiết kế p = 10%; + Tần suất mực nước tưới thiết kế p = 90%; + Hệ số tiờu thiết kế q= 6,13/s/ha;
+ Cụng suất trạm bơm QTK= 55 mP
3
P /s. Cỏc thụng số chủ yếu của nhà mỏy bơm:
Kiểu buồng ướt, chia làm 2 tầng: Nhà mỏy kiểu buồng ướt, múng nhà mỏy và múng bể hỳt liền khối. Kết cấu BTCT M250 gồm 13 gian: 11 tổ mỏy, 01 gian lắp rỏp sửa chữa, 01 gian tủ điện điều khiển trung tõm. Buồng hỳt kiểu hở, được chia làm 11 khoang cho 11 tổ mỏy, kết cấu bằng BTCT.
Cụng suất thiết kế trạm bơm 55 mP
3
P
/s, kiểu loại mỏy bơm liờn doanh trục đứng. Cao trỡnh mực nước thiết kế bể hỳt: +1,00m, cao trỡnh mực nước thiết kế bể xả: +5,10m, cao trỡnh đỏy buồng hỳt thiết kế: –4,50m, cao trỡnh đỉnh bể xả thiết kế: +11,50m, cao độ đỏy bể xả: +1,00m , cao trỡnh sàn động cơ: +0,9m, cao trỡnh trần nhà mỏy: +17,5m, kớch thước phần dưới 18x70x10 m, kớch thước phần trờn 12x70x14,5m , số tổ mỏy bơm: 11 tổ mỏy, lưu lượng bơm của 1 mỏy: 5,0m3/s, cụng suất động cơ: 650KW, cụng suất trạm biến ỏp: 2 mỏy 5600 KVA, 1 mỏy 100KVA.
3.2 Tớnh toỏn lựa chọn kết cấu cọc bờ tụng cốt thộp xử lý nền cho trạm bơm Nghi Xuyờn
3.2.1 Cỏc số liệu đầu vào dựng cho tớnh toỏn
3.2.1.1 Điều kiện địa chất khu đầu mối
Theo tài liệu địa chất, địa tầng khu vực trạm bơm, từ trờn xuống bao gồm cỏc lớp đất sau:
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
- Lớp 1b (lớp đất bựn ao): Đất sột pha màu xỏm nõu, xỏm đen. Đất rất ẩm, trạng thỏi chảy.
- Lớp 2: Đất sột pha màu xỏm vàng, xỏm xanh. Đất ẩm, trạng thỏi dẻo mềm. - Lớp 3: Đất sột pha màu xỏm đen, xỏm nõu chứa hữu cơ. Đất rất ẩm, trạng thỏi dẻo chảy - chảy.
- Lớp 4: Cỏt pha màu xỏm nõu, xỏm xanh, xỏm vàng. Đất rất ẩm, trạng thỏi dẻo chảy đến chảy.
- Lớp 5: Cỏt hạt nhỏ màu xỏm nõu, xỏm ghi, nõu hồng, rất ẩm, trạng thỏi rời.Chỉ số thớ nghiệm SPT dao động từ 4 đến 9 bỳa.
- Lớp 6: Sột pha màu xỏm xanh, xỏm đen chứa hữu cơ. Đất rất ẩm, trạng thỏi dẻo mềm.
- Lớp 7: Sột pha màu xỏm nõu, xỏm xanh, nõu vàng, nõu hồng, đụi chỗ kẹp cỏt hạt nhỏ. Đất ẩm, trạng thỏi dẻo cứng đến nửa cứng. Chỉ số thớ nghiệm SPT dao động từ 7 đến 16 bỳa.
- Lớp 8: Cỏt pha màu nõu, xỏm nõu, đụi chỗ kẹp sột pha. Đất ẩm, trạng thỏi dẻo.Chỉ số thớ nghiệm SPT dao động từ 8 đến 22 bỳa.
- Lớp 9: Cỏt hạt nhỏ màu xỏm nõu, xỏm vàng, xen kẹp sột pha, ẩm, kết cấu chặt vừa. Chỉ số thớ nghiệm SPT dao động từ 15 đến 40 bỳa.
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
2 1b 3 4 5 6 7 8
Hỡnh 3.1 Mụ phỏng cỏc lớp đất khu vực trạm bơm Nghi Xuyờn
3.2.1.2 Tớnh chất cơ lý của đất nền
Tớnh chất cơ lý của cỏc lớp đất nền được thể hiện trong Bảng 3.1, Bảng 3.2 phần phụ lục.
3.2.1.3 Điều kiện địa chất thủy văn
- Nguồn nước mặt:
Nguồn nước trờn mặt ở khu vực nhà trạm bơm phụ thuộc vào lưu lượng của sụng Cửu An, sụng Hồng và lượng mưa hàng năm. Nhỡn chung, về mựa cạn, Hồ cỏ tại vị trớ nhà trạm cũng khụng hết nước. Cỏc kết quả phõn tớch mẫu nước thu thập thuộc khu vực nhà trạm trong thỏng 4 năm 2011 thỡ cho thấy :
Nước thuộc loại Bicarbonat - Clo-Sunfua - Can xi - Magiờ - Natri .
Theo TCVN 3394: 85 mẫu nước trờn cú mức độ ăn mũn yếu lờn kết cấu bờ tụng và bờ tụng cốt thộp.
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Theo tiờu chuẩn ngành 14 TCN 72 - 2002 cỏc mẫu nước trờn thỏa món mục đớch dựng nước cho bờ tụng thủy cụng.
- Cỏc phức hệ chứa nước dưới đất
Nước dưới đất tại khu vực nhà trạm tồn tại chủ yếu trong cỏc trầm tớch Đệ tứ bở rời. Chỳng tụi đó lấy mẫu nước ngầm ở cỏc lỗ khoan thuộc nhà trạm để thớ nghiệm và cho kết quả như sau:
Nước thuộc loại Bicarbonat - Clo - Can xi - Magiờ - Natri .
Theo TCVN 3394: 85 cỏc mẫu nước trờn cú mức độ ăn mũn yếu lờn kết cấu bờ tụng và bờ tụng cốt thộp.
Theo tiờu chuẩn ngành 14 TCN 72 - 2002 cỏc nẫu nước trờn thỏa món mục đớch dựng nước cho bờ tụng thủy cụng.
Từ kết quả thớ nghiệm trờn cho thấy lớp nền đất tại vị trớ nhà trạm thấm nước mạnh, thiết kế cần cú giải phỏp thoỏt nước cho hố múng khi thi cụng xõy dựng nhà trạm.
3.2.1.4 Kết cấu khu nhà trạm
Nhà mỏy bơm gồm 13 gian trong đú cú 11 gian lắp mỏy, 1 gian sửa chữa, 1 gian điện. Chiều rộng mỗi gian B=5,3m, riờng gian điện rộng 7,3m. Kớch thước toàn bộ phần dưới nhà mỏy là 17,9x72,7 được chia thành hai đơn nguyờn.
Đơn nguyờn 1: đơn nguyờn 5 tổ mỏy cú kớch thước phần dưới LxBxH=17,9x34,7x10,6 m;
Đơn nguyờn 2: đơn nguyờn 6 tổ mỏy cú kớch thước phần dưới LxBxH=17,9x38,0x10,6 m;
Kớch thước toàn bộ phần trờn nhà mỏy LxBxH=11,9x72,2x14,5 m Chi tiết cỏc kớch thước của nhà trạm xem trong phụ lục Bảng 3.3
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
3.2.2 Tớnh toỏn ứng suất đỏy múng nhà trạm
3.2.2.1 Trường hợp tớnh toỏn
Tớnh toỏn ổn định cho trạm bơm trong hai trường hợp bấy lợi nhất: - TH1: Nhà trạm vừa thi cụng xong, bể hỳt, bể xả chưa cú nước
- TH2: Nhà trạm làm việc bỡnh thường, mực nước bể hỳt thiết kế ZRbhR=2,75m.
3.2.2.2 Tài liệu tớnh toỏn
Theo TCXDVN 285:2002- Cụng trỡnh thủy lợi-Cỏc quy định chủ yếu, Bảng 6.1 cỏc hệ số an toàn tải trọng được lấy như sau:
Bảng 3.5 Hệ số an toàn tải trọng dựng cho tớnh toỏn Tờn cỏc tải trọng và tỏc động Hệ số (n) Trọng lượng bản thõn cụng trỡnh 1,05(0,95) Áp lực nước trực tiếp lờn bề mặt cụng trỡnh 1,1 Áp lực đất đỏ đắp lờn bề mặt cụng trỡnh 1,20 Áp lực giú 1,3 Trọng lượng thiết bị 1,2 3.2.2.3 Phương phỏp tớnh toỏn
Múng nhà hỡnh chữ nhật, do đú ứng suất đỏy múng tại một điểm tớnh theo cụng thức:
Trong đú:
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
N- tổng cỏc lực tỏc dụng lờn cụng trỡnh MRxR- tổng moomen quay quanh trục X MRyR- tổng momoen quay quanh trục Y
JRxR- mụmen quỏn tớnh của kết cấu đối với trục X JRyR- mụmen quỏn tớnh của kết cõu đối với trục Y XRiR- hoành độ của điểm tớnh toỏn
YRiR- tung độ của điểm tớnh toỏn
F- diện tớch đỏy múng: F=17,9x34,7=621,13 m2 Chiều rộng múng tớnh toỏn B=17,9m
Chiều dài múng tớnh toỏn Lm=34,7m
3.2.2.4 Sơ đồ tớnh toỏn
Chọn đơn nguyờn 5 tổ mỏy để tớnh toỏn
Hỡnh 3.2 Mặt bằng đỏy múng nhà trạm
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
3.2.2.5 Lực và tải trọng tỏc dụng lờn đỏy múng
Tải trọng và lực tỏc dụng xem Bảng 3.6, Bảng 3.7phần phụ lục Kết quả tớnh toỏn như sau:
Bảng 3.8 Lực tỏc dụng lờn đỏy múng
Thụng số
Tổ hợp tải trọng tớnh toỏn Tổ hợp tải trọng tiờu chuẩn
T/hợp 1 T/hợp 2 T/hợp 1 T/hợp 2
ΣP= 7475,17 3952,68 7078,99 3876,72
ΣMRyR= 66462,12 35104,93 63664,53 35431,50
ΣMRxR= 127953,91 60611,68 122056,01 60734,06
Bảng 3.9 Tớnh toỏn độ lệch tõm
Thụng số Tổ hợp tải trọng tớnh toỏn Tổ hợp tải trọng tiờu chuẩn
E T/hợp 1 T/hợp 2 T/hợp 1 T/hợp 2
eX=∑MRyR/P-XRc -0,06 -0,07 0,04 0,19
eY=∑MRxR/P-YRc -0,23 -2,02 -0,11 -1,68
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
Bảng 3.10 Tớnh toỏn giỏ trị lực, mụ men tỏc dụng Thụng số Tổ hợp tải trọng tớnh toỏn Tổ hợp tải trọng tiờu chuẩn T/hợp 1 T/hợp 2 T/hợp 1 T/hợp 2 ΣP= 7475,17 3952,68 7078,99 3876,72 ΣMY=∑P.eX -440,66 -271,53 307,56 734,81 ΣMX=∑P.eY -1740,30 -7967,27 -764,48 -6527,11
3.2.2.6 Tớnh toỏn ứng suất đỏy múng
Ứng suất đỏy múng được tớnh theo cụng thức trong mục 3.2.2.3, kết quả tớnh toỏn tại cỏc điểm tớnh toỏn như sau:
Bảng 3.11 Kết quả tớnh toỏn ứng suất đỏy múng
Thụng số Tổ hợp tải trọng tớnh toỏn Tổ hợp tải trọng tiờu chuẩn
Điểm A B C D A B C D x -8, 95 -8,95 8,95 8,95 -8,95 -8,95 8,95 8,95 y 17,35 -17,35 -17,35 17,35 17,35 -17,35 -17,35 17,35 T/hợp 1 11,79 12,76 12,28 11,31 11,02 11,44 11,78 11,35 T/hợp 2 4,29 8,73 8,44 4,00 4,03 7,66 8,45 4,82 3.2.2.7 Tớnh toỏn ổn định
Theo tiờu chuẩn thiết kế nền cỏc cụng trỡnh thuỷ cụng TCVN 4253-1986 thỡ chỉ tớnh toỏn ổn định cụng trỡnh theo sơ đồ trượt phẳng khi thoả món đồng thời cả 3 điều kiện sau:
- Điều kiện về chỉ số mụ hỡnh
Trong đú:
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
- Chỉ số mụ hỡnh hoỏ
- ứng suất phỏp lớn nhất tại điểm gúc của đỏy múng cụng trỡnh
b - Kớch thước cạnh (chiều rộng) của đỏy múng chữ nhật, song song với lực trượt( khụng tớnh đến chiều dài sõn trước nộo vào múng cụng trỡnh)
- Trọng lượng thể tớch của đất nền( khi nền nằm dưới mực nước ngầm, cần xột đến sự đẩy nổi của nước)
- Chỉ số mụ hỡnh giới hạn, lấy =3 - Điều kiện về chỉ số khỏng cắt
Trong đú:
- Giỏ trị tớnh toỏn của hệ số trượt
; C1 – Giỏ trị tớnh toỏn cỏc đặc trưng của đất nền
- ứng suất phỏp trung bỡnh ở đỏy múng cụng trỡnh - Điều kiện về mức độ cố kết
Trong đú:
- hệ số mức độ cố kết KRtR - hệ số thấm
Nghiờn cứu lựa chọn kết cấu cọc hợp lý thi cụng xử lý nền,
- hệ số rỗng của đất ở trạng thỏi tự nhiờn to - thời gian thi cụng cụng trỡnh =1,5 năm a - hệ số nộn của đất
- trọng lượng riờng của nước = 1T/m3 hR0R - chiều dày tớnh toỏn của lớp cố kết
Nhận xột: Xột về điều kiện chỉ số khỏng cắt:
Thay số vào cụng thức với: ϕ = 4P
0
P
17’, c= 0,3 T/m2 ta được:
Như vậy điều kiện về chỉ số khỏng cắt khụng thoả món, nờn cụng trỡnh cú khả năng trượt sõu hoặc trượt hỗn hợp. Do nền khụng đồng nhất nờn cụng trỡnh chỉ cú khả năng trượt sõu do đú cần phải xử lý nền.
3.2.3 Tớnh toỏn lựa chọn kết cấu cọc cho múng cọc xử lý nền
Căn cứ vào tài liệu địa chất nền múng trạm bơm, tỏc giả nhận thấy nền múng