III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.3.4 Bài toán dịch chuyển phương tiện theo chiều ngang thân của phao
- Xét trường hợp phương tiện có trọng lượng P dịch chuyển từ vị trí (x1, y1, z1) đến vị trí mới (x1, y2, z1) (hình 3.13). Khoảng cách dịch chuyển là:
Iy = y2 – y1
Dấu của tọa độ ypilấy theo dấu của trục tọa độ. Trọng tâm phao nổ dịch chuyển một lượng là:
1 y G PI y GG D δ = =
Xét tam giác ∆mGG1 có: δyG =h tg0 θ =GG1 Suy ra tgθ = 0 0 y y PI pI Dh = K
Dấu tgθ phụ thuộc dấu Ii. Mớn nước ở hai mạn của phao nổi trong trường hợp này là: Mạn phải: Tph = T - 2 B tgθ Mạn trái: Ttr = T + 2 B tgθ
Hình 3.13. Dịch chuyển phương tiện theo chiều ngang của phao nổi 3.3.5. Bài toán dịch chuyển theo phương ngang theo chiều dọc thân phao nổi.
Xét trường hợp thiết bị dịch chuyển trong mặt phẳng ngang từ phía đuôi phao nổi phía phía mũi phao nổi từ vị trí (x1, y1, z1) đến vị trí mới (x2, y1, z1) (hình 19).
Khoảng cách dịch chuyển là : Ix = x2 – x1
Góc nghiêng dọc sau khi dịch chuyển thiết bị:
0 x x pI pI tg DH Kψ ψ = =
H0lấy ngay trước khi dịch chuyển. Mớn nước ở mũi và đuôi phao nổi:
Tm = T + ( 2 m L T T δ = + - xf )tgψ T1 = T - 1 ( 2 L T T δ = − + xf )tgψ θ y2 y1 h o dyG θ
Hình 3.14. Dịch chuyển phương tiện theo chiều dọc của phao nổi
3.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ.
- Dùng phao nổi trong thi công nạo vét bùn hiện nay rất cần thiết, cần trục hay máy xúc được liên kết với phao tạo nên một hệ liên kết cứng.
- Việc gia công và lắp đặt hệ phao được thực hiện một cách dễ dàng ở bất kỳ trong xưởng cơ khí hay trực tiếp trên công trường.
- Giá thành vận chuyển và thi công phù hợp, hiệu quả trong các điều kiện công trình.
- Thợ máy có thể điều khiển hệ một cách chính xác theo mọi hướng để thi công đạt hiệu quả.
- Có thể thi công được với bất cứ loại bùn nào, kể cả có lẫn đá hay cây cối.
- Thi công được ở những nơi thủy triều lên xuống hay các khu vực đầm lầy.
- Kết hợp thi công nạo vét với các phương pháp khác khi gặp điều kiện địa hình, địa chất phức tạp.
- Thợ máy có thể di chuyển và đắp bờ ngăn thủy triều lên để thuận lợi cho việc thi công nạo vét bùn ở khu vực cần nạo vét.
- Những loại máy lớn hơn có thể chế tạo phao có kích thước lớn để đảm bảo an toàn khi làm việc.
- Hệ làm việc phao nổi di chuyển được dễ dàng để thi công ở những nơi có độ sâu nước lớn hay bùn loãng đáy công trình nạo vét.
2 x 1 x L/2 L/2 L H L k x f K T δ TK TH H T δ Ψ
- Kết cấu hệ phao đơn giản, dễ gia công, chi phi lắp đặt không lớn lắm. - Thi công được với các loại địa hình, địa chất phức tạp, di chuyển máy và làm việc trên hệ phao một cách ổn định.
- Thuận lợi trong việc đắp bờ bao đối với mọi trường hợp nước lên xuống của thủy triều hay kênh rạch cũng như các con sông cần nạo vét.
- Thi công được trong mọi điều kiện thời tiết nắng hay mưa.
- Đặc biệt trong các vùng đầm lầy, hệ máy xúc – phao nổi luôn là thế mạnh trong việc đắp bờ bao, thu dọn các loại sú, vẹt, lau , sậy hay các loại cây cối để thuận tiện cho việc kết hợp dùng phương pháp khác nạo vét bùn một cách hiệu quả và nhanh chóng, cụ thể nghiên cứu với công trình thực tế ở chương tiếp theo.
3.5. BÀI TOÁN CỤ THỂ ÁP DỤNG CHO THIẾT BỊ BÈ NỔI
3.5.1. Tính áp lực đáy móng
- Tính toán với bè ở đây là tôn chống lầy dày 18mm, kích thước 3,6m x 6,0m. Trọng lượng = 3,6*6,0*7,85*0,018 = 3,05 tấn
- Khi chất tải (bùn) thì trọng lực ô tô nén nén xuống tấm tôn được xem như đều ở 4 bánh, trọng lượng tổng (người + xe ) = 7,5 tấn. Kích thước ô tô DxRxC = 6,8x2,8x3,2m.
- Vật liệu bùn = 6 * 1,3 = 7,8 tấn; (thể tích ép thùng xe 6 m3
).
- Diện tích tấm tôn: 6,0 x 7,2 = 43,2 m2
.
Ix - Mô men quán tính quanh trục x
Iy - Mô men quán tính quanh trục y
Ix = 3 12 BL =6.7, 23 12 = 186,62 m4 Iy = 3 12 B L=6 .7, 23 12 = 129,60 m4 ; x y
e e - độ lệch tâm theo phương x và phương y của tổng hợp lực.
ex = 1 1 2 2 .... 2 n n Q x Q x Q x L Q + + + − ey = 1 1 2 2 .... 2 n n Q y Q y Q y B Q + + + −
Khi chưa có trọng lượng bùn, thì trọng lượng của xe + tôn chống lầy G1 = 3,05 + 7,5 = 10,55 ≈ 105,5 KN
4,8 2.4 1,0 1,4 2 .8 1 .6 1.2 1 .6 1.2 1 1 2 2 4.8
Hình 3.15: Các lực tác dụng lên đất dưới tôn chống lầy
Phương trình cần bằng mô men :
Mv1 = G1.2,4 + G2.3,4 - V2.4,8 = 0 Mv2 = - G1.2,4 - G2.1,4 + V1.4,8 = 0 => V1 = 75,5 KN; V2 = 108,0KN. Trong đó : Q = V1 + V2 = 75,5 + 108,0 = 183,5 KN ex = 75, 5.1, 2 108* (4,8 1, 2) 6 183, 5 2 + + − = 1,02 ey = 75, 5 108 75, 5 108 ( ) * 2,8 ( ) *1, 6 7, 2 2 2 2 2 183, 5 2 + + + − = -1,4
khoảng cách từ bánh xe đến phía góc của tấm tôn là 1,2 và 1,6.
Do vậy mô men Mx = 183,5.(-1,4)= -256,9KN/m, My = 183,5.1,02 = 187,17 KN/m. Lực móng tác dụng lên nền là: y x y x M x M y Q P F I I = ± ± = 183, 5 187,17.2, 4 256, 9.1, 4 5, 79 43, 2 + 129, 6 − 186, 62 = KN/m2
3.5.2. Tính sức chịu tải của nền
- Đất nền để đặt tôn chống lầy có các chỉ tiêu cơ lý sau: + Tỷ trọng hạt ∆ = 2,70
+ Góc ma sát trong 0 0
4
ϕ =
+ Hệ số rỗng ε =1, 671
+ Lực dính đơn vị C = 4,2 KN/m2
+ Trọng lượng riêng ướt γ =ω 16KN/m3 + (2, 7 1).10 1 1, 671 dn γ = − + = 6,36 KN/m 3 + γbh =γdn+γn=6,36 + 10 = 16,36 KN/m3 - Sử dụng công thức Tezaghi : Pgh = Nc.c + Nq.γωhm + ' 2 dn B Nγ γ
Nc; Nq; Nγ tra bảng (7.3) trang 259 cơ học đất nhờ 0 0
4 ϕ = Nc = 6,17; Nq = 1,43; Nγ = 0,05 B’ = B – 2e = 6,0 -2 x1,02 = 3,96 m Vậy Pgh = 6,17x4,2 + 1,43x16x0 + 0,05x3, 96 2 x6,36 = 26,54 KN/m2 Lấy hệ số an toàn F = 2,5 Nên [ ]P = 2, 5 gh P = 26, 54 10, 6 2, 5 = KN/m2
- Kết luận: Nhận thấy sức chịu tải của nền > tải trọng truyền xuống móng bè, vậy máy làm việc an toàn trên tôn chống lầy.
- Nhận xét:
Phương án dùng tôn chống lầy chỉ thực hiện trong thời tiết khô ráo, địa hình thi công bằng phẳng thì hiệu quả cao, cần lượng đất khô trộn lẫn với bùn trong trường hợp bùn có độ sệt B < 0,5.
Tôn chống lầy được sử dùng và vận chuyển nhờ máy xúc nên dễ dàng.
Chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài, vận chuyền bằng ô tô đưa đến chân công trình nhanh chóng, tiện lợi.
3.5.3. Tính năng suất của thiết bị phao nổi và tôn chống lầy
Năng suất thực tế của máy đào trong 1 giờ của thời gian ca được tính theo công thức: 60 B Wm K T ∋ Π = (m3/h)
Trong đó: W là dung tích của một đơn vị của một thành phần vận chuyển, (m3
).
m- số đơn vị trong một thành phần KB – hệ số sử dụng thời gian , ca.
T- thời gian đổ vào một thành phần, phút, được xác định theo công thức:
T = 60 1 2 3 W T M Wm m t mt t K + + + aω Π
lấy đất, phút;
t2- thời gian chờ đưa một đơn vị tiếp theo của một thành phần vận chuyển vào vị trí cạnh máy xúc, phút;
t3 – thời gian một lần vận chuyển của máy đào, phút; a- đoạn đường dịch chuyển của một lần máy đào, phút;
ω- diện tích mặt cắt ngang của khoang đào, m2
.
KM – hệ số xét đến tay nghề của thợ lái máy (0,86 0, 98÷ ) Khi đó: 3 1 2 60 60 W W B T K t t t m aω ∋ Π = + + + Π
- Từ công thức trên khi tiến hành dùng phao sẽ khác với tôn chống lầy đó là thời gian t1di chuyển trên phao chậm hơn trên tôn chống lầy, dịch chuyển tôn chống lầy sang tuyến khác nhanh hơn phao nổi, lấy đất khi diện tích khô sẽ nhanh chóng hơn khi ngập nước. Vì vậy năng suất làm việc khi sử dung tôn chống lầy có phần hiệu quả hơn phao nổi trong trường hợp địa hình phẳng và khô ráo.
CHƯƠNG 4
ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH “NÂNG CẤP HỒ CHỨA NƯỚC CÀNH
CHẼ”.
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH.
“Nâng cấp hồ chứa nước Cành Chẽ” tại xã Hoàng Tân – huyện Yên Hưng – Tỉnh Quảng Ninh. Do sở NN&PTNT tỉnh Quảng Ninh làm chủ đầu tư, với tổng diện tích nạo vét 120.886m2, khối lượng nạo vét 362.65m3
.
4.1.1. Tình hình dân sinh kinh tế trong vùng
Hoàng Tân trước kia là một xã đảo với diện tích tự nhiên 4.011ha trong đó diện tích đất canh tác nông nghiệp rất ít (chỉ có 121 ha). Dân số: 990 hộ dân với 3.510 người. Là khu khai hoang hình thành được trên 40 năm, cơ cấu kinh tế nông nghiệp là chủ yếu. Nguồn nước ngọt cung cấp cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt chủ yếu phụ thuộc vào thiên nhiên. Do không chủ động được nguồn nước nên sản xuất nông nghiệp của người dân ở đây rất bấp bênh, mất mùa thường xuyên, đời sống nhân dân gặp rất nhiều khó khăn. Người dân trồng lúa và đi biển.
4.1.2. Tên, vị trí, phạm vi và nhiệm vụ của dự án
- Tên công trình : Nâng cấp hồ chứa nước Cành Chẽ .
-Vị trí : xã Hoàng Tân, huyện Yên Hưng, tỉnh Quảng Ninh. - Nhiệm vụ công trình :
Việc đầu tư xây dựng công trình “Nâng cấp hồ chứa nước Cành Chẽ” để khai thác triệt để và phát huy hết hiệu quả của công trình đảm bảo khả năng dự trữ nước để cấp đủ nước tưới cho 121ha đất sản xuất nông nghiệp và tạo nguồn nước thô sinh hoạt cho 900 hộ dân với 3.150 nhân khẩu của xả đảo Hoàng Tân, huyện Yên Hưng. Nhằm góp phần phát triển kinh tế xã hội và nâng cao chất lượng cuộc sống của nhân dân trong khu vực .
4.1.3. Vị trí địa lý - Diện tích lưu vực – Khối lượng nạo vét.
Hồ chứa nước Cành Chẽ thuộc xã Hoàng Tân, huyện Yên Hưng có toạ độ từ 210
00’ đến 21o10’ vĩ độ bắc và từ 106o40’ đến 106o52’ kinh độ đông, là hồ chứa nước được xây dựng trên lưu vực nhỏ, có diện tích lưu vực F = 0,2Km2, khối lượng nạo vét 362.65m3
.
4.1.4. Điều kiện địa hình khu vực dự án
Hoàn Tân là một xã đảo của huyện Yên Hưng, cơ cấu kinh tế nông nghiệp là chủ yếu. Địa hình thấp,không bằng phẳng,trong khu vực có một số vùng địa hình trũng, nhân dân đã lợi dụng địa hình này đắp bờ bao tạo thành các hồ chứa nước ngọt để phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Các lạch sông ngắn chịu ảnh hưởng của thủy triều. Mỗi trận mưa lớn nếu các cống tiêu không đóng mở kịp thời là bị ngập úng. Khi nước mặn tràn vào thì việc rửa mặn vô cùng phức tạp vì nguồn nước ngọt phải dẫn từ hồ Yên Lập về và chỉ tận dụng được ít nhờ kênh N17 đi qua xã Tân An.
4.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN CỦA VỊ TRÍ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH.
4.2.1. Địa hình địa chất thổ nhưỡng lưu vực - Đập đất và lòng hồ - Đập đất và lòng hồ
Trong quá trình khảo sát thăm dò kết hợp công tác trắc hội thu thập tài liệu cho thấy địa tầng phân bố từ trên xuống xung quanh bờ hồ cụ thể như sau:
- Đập đất phía nam hồ chứa (phía quốc lộ đường liên xã):
+ Lớp bùn sét màu xám đen, lẫn hữu cơ, đất trạng thái dẻo mềm đến chảy nhão.
+ Lớp á sét màu xám xanh, xám đen, dẻo mềm, kém chặt.
+ Lớp đất sét đốm nâu, phớt trắng, vàng, dẻo mềm đến nửa cứng, chặt. - Đập đất phía tây hồ chứa:
+ Lớp bùn sét xám đen lẫn hữu cơ, chiều dầy lớp từ 1,2m đến 2,0m mét, đất có trạng thái dẻo mềm đến chảy nhão phủ khắp khu vực công trình (thể hiện trên mặt cắt địa chất).
+ Lớp á sét màu xám đen, xám xanh, đất lẫn hữu cơ, vỏ sò và các loại thực vật đã và đang bị phân huỷ. Chiều dầy lớp bình quân từ 2.2m đến 3.5m, đất mềm yếu, trạng thái dẻo mềm đến chảy nhão, kém chặt.
+ Lớp đất sét, màu vàng nâu, phớt trắng, đốm đỏ, đất lẫn dăm sạn, đất trạng thái dẻo mềm đến nửa cứng kết cấu chặt, càng xuống sâu đất có kết cấu chặt hơn.
- Đập đất phía bắc hồ chứa:
Là dẫy núi đá vôi, đá nứt nẻ, có hang Kaxtơ, phủ ngoài chân núi là đất á sét, màu xám đen, đất lẫn hữu cơ, thực vật phân huỷ lẫn đá lăn, đá tảng. cuối cùng là lớp đất sét màu đốm nâu, phớt trắng dẻo mềm, kết cấu chặt.
- Đập cũ phía Đông hồ chứa:
+ Lớp đất nhân công (đất đắp thủ công) đất á sét, màu xám xanh, xám đen, lẫn hữu cơ, kém chặt.
+ Lớp đất á sét (đất mềm yếu) màu xám đen, xám xanh, phớt vàng, lẫn hữu cơ và các loài thực vật đã và đang bị phân huỷ, dẻo mềm, kém chặt. Hiện tượng thấm và rò rỉ ở lớp đất này rất dễ xây ra.
+ Lớp đất sét, màu đốm nâu, phớt trắng, vàng, đất trạng thái dẻo mềm đến nửa cứng, kết cấu chặt.
- Lòng hồ:
+ Lớp bùn sét xám đen lẫn hữu cơ, chảy nhão, chiều dầy từ 1,0m đến 1,7m.
+ Lớp đất á sét, á cát màu xám xanh, xám đen lẫn hữu cơ, kém chặt (đất mềm yếu) chiều dầy lớp từ 2,20m đến 3,60m.
+ Lớp đất sét màu đốm nâu phớt vàng, phớt trắng, dẻo mềm đến nửa cứng, kết cấu chặt vừa.
4.2.2. Thực vật
- Rừng nguyên sinh đã bị khai thác cạn kiệt, chỉ còn lại các loại cây tái sinh là các loại cây nhỏ và thấp. Trên bề mặt thảm phủ thưa, khi có mưa lũ thường gây lũ lớn, mùa kiệt gần như không có dòng chảy.
- Khu vực lòng hồ có một lớp phủ thực vật dày, cùng với các loại sú, vẹt, lăn, sậy khá dày đặc.
4.2.3. Đặc điểm khí hậu
- Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình năm 22,2oC, nhiệt độ thấp nhất 10÷12oC, nhiệt độ cao nhất 34÷36oC. Biến trình nhiệt độ có dạng một đỉnh: Lớn nhất vào tháng VII nhỏ nhất vào tháng II, biên độ nhiệt 13,2oC. Nhiệt độ và biên độ nhiệt có xu hướng giảm dần từ ngoài khơi vào trong đất liền
- Bức xạ nắng: Hàng năm có từ 1600 đến 1800 giờ nắng, biến trình nắng có dạng hai đỉnh : Đỉnh lớn nhất vào tháng VII trong tháng này chiếm 224 giờ nắng, đỉnh lớn thứ hai vào tháng IX trong tháng chiếm 205 giờ. Điểm cực tiểu thứ nhất vào tháng II chiếm 50 giờ, điểm cực tiểu thứ 2 vào tháng VIII chiếm 180 giờ.
- Chế độ ẩm: Độ ẩm trên lưu vực nghiên cứu đạt từ 82% đến 84%, tháng có độ ẩm lớn nhất vào tháng XII, tháng có độ ẩm lớn thứ 2 vào tháng VI, tháng có độ ẩm nhỏ nhất vào tháng IX tháng có độ ẩm nhỏ thứ 2 vào tháng VII, như vậy biến trình độ ẩm cũng có dạng hai đỉnh.
- Chế độ gió: Trên lưu vực nghiên cứu chịu sự chi phối của hai chế độ gió: Gió mùa mùa hạ và gió mùa mùa đông.
Chế độ gió mùa mùa đông: Gió thịnh hành là bắc và đông bắc, hàng