So sánh phương án làm tường chắn sóng (TCS) hay không làm TCS

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT

8.1 THIẾT KẾ MẶT CẮT ĐẬP ĐẨT

8.1.2 So sánh phương án làm tường chắn sóng (TCS) hay không làm TCS

Phần đỉnh đập có hai phương án thiết kế là:

+ Phương án 1: Không làm tường chắn sóng,cao trình đỉnh đập là 357,69 m.

+ Phương án 2: Trên đỉnh đập làm tường chắn sóng cao 0,5m vật liệu làm tường là bê tông cốt thép M 150 có γb = 2.5 T/m3.

Kích thước hợp lý của tường có được thông qua việc kiểm tra ổn định trượt, lật của tường,ứng suất đáy nóng và kiểm tra nứt của kết cấu.

Với mặt cắt đập đã thiết kế ở trên để đơn giản cho việc tính toán ta tiến hành tính cho 1m dài đập.

Hình 9 – 1: Sơ đồ tính khối lượng kể đến tường chắn sóng * Xét phương án đỉnh đập không làm tường chắn sóng:

So sánh với phương án làm tường có thêm các khối lượng sau: theo (hình 9-1) + Khối lượng đất ( phần gạch chéo)

+ Khối lượng đất để gia cố mái thượng lưu trong đoạn gạch chéo.

+ Khối lượng tầng lọc ở dưới lớp gia cố trong phần gạch chéo

Dựa vào đơn giá nơi xây dựng công trình ta đưa ra được tổng số tiền đập thêm đất của phương án không có tường chắn song trên 1m chiều dài đập (T1)

* Xét phương án làm tường chắn sóng:

Tuy không phải làm thêm khối lượng đất đắp, đá lát và tầng lọc như phương án không làm tường nhưng lại phải thêm khối lượng bê tông cốt thép làm tường. Chi phí để xây 1m chiều dài tường là (T2)

So sánh giữa T1 và T2 chọn ra phương án nào có giá thành nhỏ hơn làm phương án thiết kế, trong thực tế thường T2 < T1. Do không có tài liệu về đơn giá nơi xây dựng công trình nên được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn em chọn phương án thiết kế là đập có tường chắn sóng.

Các thông số chọn như sau:

+ Cao trình đỉnh tường: +357.69 (m) + Cao trình đỉnh đập : + 356.99 (m) 8.1.2.1 Sơ bộ chọn mặt cắt:(Hình 9 -2) 8.1.2.2 Kiểm tra mặt cắt tường.

Ta kiểm tra mặt cắt tường cho trường hợp công trình mới thi công xong và trường hợp thượng lưu là MNDGC và có sóng tác dụng

Trường hợp 1: Công trình mới thi công xong

Hình 9 – 2: Sơ đồ mặt cắt ngang TCS

• Sơ đồ và lực tác dụng: (hình 9 -3)

• Các lực tác dụng:

 Trọng lượng bản thân của tường:

P = F. γb= 0,74.2,5 = 1,85(T)

 Áp lực đất ở hạ lưu đáy móng của tường:

Pđ = 2

1.γ .Hm2.tg2(450 - 2 ϕ) Trong đó :

+ Hm : Chiều cao móng tường Hm = 0,5 (m)

+ γ : Trọng lượng tự nhiên của đất đắp (γ = 1,79 T/m3) + ϕ : Góc nội ma sát tự nhiên của đất đáp (ϕ = 200)

→ Thay vào ta được Pđ = 0,1097 T

 Áp lực gió : (Pg)

Tải trọng gió phân bố tính toán thẳng góc với mặt tường tính theo công thức sau ( Sổ tay kỹ thuật thủy lợi tập 3 ) :

pg = nt.K. 2 ( / 2) 16

V kg m

Trong đó :

+ nt: Hệ số tăng tải,nt = 1

+ K: Hệ số động lực không khí.

+ V: Vận tốc lớn nhất đo trung bình trong 10 phút và ở độ cao 20m Theo kinh nghiệm qg = (25- 100 kg/m2), trong tính toán thường lấy:

qg = 45 kg/m2 = 0.045 T/m2

Tổng áp lực gió dụng vào tường: Pg = F.pg = 0,7.45 = 31,5kg = 0,0315 (T)

 Áp lực sóng:

Do ta tính toán cho trường hợp vừa mới thi công xong nên hồ chưa tích nước do vậy không xét tới áp lực sóng

• Kiểm tra lật:

Tính cho điểm A :

ΣMCL = P.0,65=1,85.0,65 =1,203

ΣML = 0,0315.0,85 0.046 3

5 . .0 1097 . 0 85 . 0 3 .

5 .

.0 + g = + =

d p

p

Theo QPVN 11-77,tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên công trình câp III sẽ là : [ KL] > 1,2

Hình 9 – 3: Sơ đồ tính áp lực lên TCS

Như vậy: KL = CL 1, 2030,046 26,15 [ ]L 1, 2

L

M K

M

Σ = = > >

Σ

→ Thoả mã điều kiện chống lật.

• Kiểm tra trượt.

Mặt trượt là mặt tiếp xúc giữa đáy móng tường với đập.

Tính theo công thức: Kt = f. d

n

P P Σ Σ

Bỏ qua lực dính giữa đáy móng tường với đập.

Trong đó :

+ f : Hệ số ma sát giữa bê tông và đất đắp đập, f = 0,25 (tra sổ tay KTTL) +∑ Pđ : Tổng áp lực thẳng đứng : Pđ = P = 1,85T

+∑ Pn : Tổng áp lực nằm ngang:

Pn = Pđ + Pg = 0,1097+0,0315 = 0,141T

Theo QPVN 11-77,tổ hợp tải trọng cơ bản tác dụng lên công trình câp III sẽ là : [ KL] >1,2

Như vây: Kt = 3,28 [ ] 1,2

141 , 0

85 , . 1 25 , 0

. = = > =

∑ ∑

t n

đ K

P f P

→ Thoả mã điều khiển chống trượt.

• Kiểm tra ứng suất móng:

Dựa vào bài toán phẳng có thể tính theo công thức sau: σmax.min = N(1 6.e) B ± B Trong đó:

+ N : Tổng tải trọng thẳng đứng. N = P = 1,85T + B : Chiều rộng đế móng tường: B = 1,3 m

+ e : Độ lệch tâm của tải trọng đối với trọng tâm đáy móng: e = −ξ 2 B

+ξ : Khoảng cách từ điểm đặt hợp lực đến mép lật phía trước tường ξ = MCLN−MGL =1,2031,−850,046 =0,625

Như vậy: e = 0.625 0,025 2

3 .

1 − =

σmax = 1.587 < [σn] σmin = 1.259 > 0

Kết luận:

Đáy móng không xuất hiện ứng suất âm và ứng suất lớn nhất nhỏ hơn ứng suất cho phép.

Do tường nằm trên nền đất nên còn có khả năng trượt sâu, nhưng do thời gian có hạn nên trong đồ án này ta không đề cập tới.

Trường hợp thượng lưu là MNDGC, và có sóng tác dụng

• Sơ đồ lực tác dụng: (hình 9 - 4)

Hình 9 -4: sơ đồ các lực tác dụng lên TCS trường hợp MNDGC và có sóng

• Các lực tác dụng:

Trường hợp này tường chắn sóng chịu các lực tác dụng là:

- Trọng lượng bản thân tường: P = 1,58T.

- Áp lực đất hạ lưu tường: Pđ = 0,1097T

- Áp lực sóng: Khi sóng dềnh cao nhất, áp lực sóng lên mái đập không phải là lớn nhất, do khi sóng dâng cao nhất thì một bộ phận phía trước công trình có thể sinh ra áp lực sóng âm. Áp lực của sóng lớn nhất khi có độ dềnh tính theo công thức sau: ηd = kηd. h

Trong đó:

kηd - hệ số phụ thuộc λ hs

= 0, 6884, 48 =0,153 và H

λ = 18,664, 48 =0, 24 Xác định theo hình 3-7c trang 65 GT Thủy công tập 1 được kηd = 0,18.

hs - chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1%. hs = 0.688m.

H - chiều sâu cột nước trước đập. H = 18,66m.

λ - chiều dài sóng. λ = 4,488m

⇒ ηd = kηd. hs = 0,18. 0,688 = 0,124(m)

* Trị số áp lực sóng lớn nhất lên mặt đập xác định theo công thức (3-10) GTTC tập 1 (tính cho 1m chiều rộng):



 

 + γ

= d. n. s. 2s

s

H h h K

P 0, 2.1.0,688. 0 0,688

2

 

=  + ÷ = 0,047(T) Trong đó:

Kđ = 0,2: Hệ số hiệu chỉnh của áp lực ngang lớn nhất, Kđ xác định theo đồ thị hình (3-7d), GT Thủy công 1, phụ thuộc vào

λ hs

và H λ .

H: cột nước so với đáy móng tường chắn sóng, H = 0 m.

* Mômen của áp lực sóng đối với chân tường chắn:





+ +

γ

= 2 2

. . 6

. .

2

2 h H H

h h K

Ms m n s s s 0, 2.1.0,688.0,6882

= 6 = 0,0108(T.m)

Trong đó:

Km = 0,2: hệ số hiệu chỉnh mômen của áp lực sóng, phụ thuộc vào λs h và

H λ , Km xác định theo đồ thị hình 3-7e, Giáo trình Thủy công 1.

- Áp lực gió: Trong trường hợp tính toán kết cấu tường chắn sóng để thiên về an toàn thì ta bỏ qua áp lực gió.

• Kiểm tra trượt:

Mặt trượt là mặt tiếp xúc giữa đáy móng tường với đập. Bỏ qua lực dính giữa đáy móng tường với đập, điều kiện chống trượt của tường được đảm bảo khi:

Kt = [ ]t

ng

dg K

P

f P ≥

∑ ∑

.

Với các hệ số như đã nêu ở trên.

∑Pđg: Tổng áp lực thẳng đứng, ∑Pđg = Pt = 1,58T.

∑Png: Tổng áp lực nằm ngang:

∑Png = Pđ – Ps = 0,1097 - 0,047 = 0,0627 (T).

⇒ = ∑ ∑

ng dg

t P

f P

K .

0627 , 0

58 , . 1 25 ,

0 = 6,3 > [Kt] = 1,3.

Vậy, trong trường hợp MNDGC, có sóng tác dụng, tường đảm bảo không bị trượt.

• Kiểm tra lật:

Kiểm tra cho điểm D:

Điều kiện chống lật của tường được đảm bảo khi:

∑ ∑

=

gl cl

l M

K M > [Kl] = 1,3 Mô men chống lật:

∑Mcl = P. 1,3/2 + Pđ. 0,5/3 = 1,58. 0,65 + 0,1097. 0,1667 = 1,045 (T.m) Mô men gây lật:

∑Mgl = Ms = 0,0108 (T.m)

⇒ = ∑ ∑

gl cl

l M

K M = 0, 01081,045 = 96,75 > [Kl] = 1,3

Vậy, trong trường hợp MNDGC, có sóng tác dụng, tường đảm bảo không bị lật.

• Kiểm tra ứng suất móng:

Theo bài toán phẳng trong SBVL, ứng suất móng tính theo công thức sau:

6 ) 1

min (

max, B

e B

N ±

σ = Trong đó:

N - tổng tải trọng thẳng đứng N = P = 1,58 T.

B - chiều rộng đáy móng B = 1,3 m.

e - độ lệch tâm của tải trọng so với trọng tâm đáy móng = −ξ 2

e B

ξ - khoảng cách từ điểm đặt hợp lực đến mép lật phía trước tường

N M Mcl − gl

ξ= = 1,045 0,0108 1,58

− = 0,65 (m).

⇒ = −ξ 2

e B = 1,3/2 – 0,654 = - 0,004 (m).

Vậy: max

1,58 6.0,004 1,3 1 1,3

σ =  + ÷

  = 1,238 (T/m2) < [σn] = 7,0 (T/m2) min

1,58 6.0,004

(1 )

1,3 1,3

σ = − = 1,19 (T/m2) > 0

Kết luận: Đáy móng không xuất hiện ứng suất âm và ứng suất lớn nhất nhỏ hơn ứng suất cho phép.