Qua nghiờn cứu, phõn tớch và so sỏnh cỏc giải phỏp khung võy thấy rằng, việc lựa chọn giải phỏp kết cấu khung võy nào cho Đập trụ đỡ trường hợp cột nước sõu cần được xem xột trờn tất cả cỏc yếu tố như hệ số an toàn, khả năng đỏp ứng thiết bị
cũng như kĩ thuật, kinh nghiệm của nhà thầu thi cụng nhằm rỳt ngắn thời gian thi cụng, giảm giỏ thành đầu tư xõy dựng cụng trỡnh.
Giải phỏp sử dụng cọc ống thộp cú nhiều ưu điểm như : mức độ an toàn cao do cọc ống thộp cú chiều dài lớn, khả năng chịu lực ngang tốt, giảm thiểu ảnh hưởng đến
32
mụi trường xung quanh...
Tuy nhiờn thi cụng khung võy sử dụng hoàn toàn cọc ống thộp lại rất phức tạp, thời gian thi cụng lõu, kinh nghiệm của cỏc nhà thầu trong nước hiện nay cũn rất hạn chế, mỏy múc hầu hết phải thuờ ở nước ngoàị.Do đú việc ỏp dụng hỡnh thức khung võy này làm cho giỏ thành xõy dựng cụng trỡnh tăng lờn.
Giải phỏp khung võy sử dụng cừ larsen cú ưu điểm là thi cụng nhanh, nhà thầu cú nhiều kinh nghiệm, trang thiết bị mỏy múc hầu hết đỏp ứng được trong nước.
Mặt khỏc, khung võy cừ larsen đó được ngành giao thụng thực hiện thành cụng thi cụng được cỏc trụ cầu cú chờnh lệch cột nước lớn như cầu Tuyờn Sơn, cầu Sụng Mó, cầu Phỳ Long, Hàm Luụng..Do vậy lựa chọn khung võy dạng này kết hợp nghiờn cứu giải phỏp tăng cường ổn định cho khung võy là một biện phỏp mang tớnh khả thi cao
đối với cụng trỡnh ngăn sụng sõu và nền địa chất yếụ
2.4. Nghiờn cứu giải phỏp tăng cường ổn định kết cấu khung võy
Đối với cụng trỡnh cầu giao thụng, do chỉ chịu tải trọng đứng là chớnh nờn giải phỏp khung võy cọc ống thộp dạng giếng làm vũng võy ngăn nước kết hợp làm cọc chịu lực sau này tương đối phự hợp dự giỏ thành cũn cao và thi cụng chưa thành thạọ
Đối với cụng trỡnh ngăn sụng cột nước sõu thỡ tải trọng ngang lớn hơn rất nhiều lần so với tải trọng đứng, do đú ỏp dụng múng cọc ống thộp dạng giếng (SPSP) là chưa thực sự phự hợp là vỡ chưa tận dụng hết được sức chịu tải ngang của cọc ống thộp do loại múng này khụng thểđúng được cọc xiờn.
Trong nghiờn cứu cỏc giải phỏp tăng cường ổn định cho khung võy phục vụ thi cụng múng Đập trụ đỡở cỏc sụng rộng, sõu và cú nền địa chất yếu, chỳng tụi đó kết hợp vận dụng tớnh hợp lý về chịu lực đối xứng của khung võy cừ larsen truyền thống với việc sử dụng cọc múng để tăng cường ổn định tổng thể khung võy theo sơ đồ
múng cọc ống thộp dạng giếng (SPSP) của Nhật Bản để đề xuất ra một kết cấu khung võy mới tạm gọi là kết cấu khung võy truyền thống cải tiến.
Cỏc ưu điểm cơ bản của khung võy cải tiến:
+ Sử dụng được kết cấu tối ưu của khung võy truyền thống đú là dựng khung chống phớa trong để chịu lực đối xứng vỡ hệ khung chống cú khả năng chịu lực nộn
33
rất lớn.. Thi cụng cừ võy khung chống cũng dễ dàng, đơn giản.
+ Thờm cọc chịu lực ở biờn làm tăng độ cứng của khung võy để tăng ổn định tổng thể, sau đú lại kết hợp làm cọc chịu lực cho cụng trỡnh.
+ Ưu điểm nổi bật của khung võy cải tiến là trong khung võy đúng được cọc xiờn
để chịu lực ngang nờn giảm được số cọc, cũn trong khung võy SPSP thỡ ngược lạị
2.4.1. Sơ đồ kết cấu khung võy cải tiến
Hỡnh 2-2.Mặt bằng khung võy truyền thống Hỡnh 2-3. Cắt ngang khung võy truyền thống
Hỡnh 2-4.Mặt bằng khung võy cải tiến Hỡnh 2-5.Cắt ngang khung võy cải tiến
2.4.2. Nguyờn tắc làm việc của cỏc bộ phận kết cấu
- Để giải quyết vấn đềổn định do chờnh lệch cột nước lớn trong và ngoài khung võy, sử dụng sơđồ cừ võy khung chống :
34
+ Cừ võy larsen để võy kớn và để nhận ỏp lực truyền vào khung chống bằng thộp hỡnh bờn trong, vỡ vậy khụng đũi hỏi làm cừ võy cú khả năng chống uốn lớn gõy lóng phớ khụng cần thiết.
+ Khung chống bờn trong nhận ỏp lực nước chờnh lệch trong và ngoài của 2 mặt khung võy đối xứng.Vỡ vậy khung võy làm việc theo sơ đồ kết cấu chịu nộn đối xứng do ỏp lực nước bốn phớạ Việc tăng độ cứng, số lượng hay lắp đặt khung chống khụng cú gỡ phức tạp.
- Để giải quyết vấn đề ổn định tổng thể của khung võy do dũng triều hay dũng lũ gõy ra trờn nền đất yếu và sõu, ta bố trớ hệ cọc định vị là cỏc hàng cọc ống thộp
đứng ở phớa ngoài của mộp múng liờn kết với cỏc khung chống để ngàm cả hệ thống khung võy vào lớp đất chịu lực đểđảm bảo độổn định tổng thể của khung võỵ
2.5. Phương phỏp tớnh toỏn kết cấu khung võy cừ vỏn thộp [5];[7];[11]
Để cú cơ sở thiết kế vũng võy cọc vỏn thộp phải căn cứ vào cỏc yếu tố: - Kớch thước bệ trụ, cao trỡnh đặt bệ trụ
-Tỡnh hỡnh địa chất lũng sụng
- Điều kiện thủy văn: mực nước thi cụng, mực nước cao nhất, mực nước thấp nhất, vận tốc nước, mức xúi chung và mức xúi cục bộ.
-Tỡnh trạng, đặc trưng kỹ thuật của cọc vỏn thộp sử dụng làm vũng võỵ
-Điều kiện thụng thuyền trờn sụng, điều kiện cung ứng vật tư, thiết bị thi cụng..
min 2m >0,7m
0,7-1m
Hỡnh 2-6.Sơđồ khung võy cọc vỏn thộp [11]
- Kớch thước của khung võy trờn mặt bằng được xỏc định chủ yếu từ kớch thước thiết kế của bệ trụ, đồng thời để xột đến điều kiện thi cụng (lắp dựng vỏn khuụn, cốt thộp bệ…)
35
phải đảm bảo khoảng cỏch từ mộp bệ múng đến chõn khung võy là 0,75 đến 1m. Trường hợp múng cú bố trớ cọc xiờn thỡ chõn vũng võy khụng được chạm vào cọc xiờn.
- Chiều cao của khung võy được xỏc định dựa vào mực nước thi cụng và chiều cao bệ trụ. Cao độđỉnh khung võy phải phải cao hơn mực nước thi cụng tối thiểu 0,7m. Khoảng cỏch giữa cỏc tầng khung chống được xỏc định căn cứ vào khả năng chịu lực của cọc vỏn thộp. Cao độ chõn khung võy quyết định tuỳ thuộc vào mức xúi cục bộ,
điều kiện địa chất lũng sụng và tối thiểu phải thấp dưới đường xúi cục bộ là 2m.
2.5.1. Tải trọng tớnh toỏn
Tải trọng tỏc dụng vào khung võy chủ yếu là lực ngang. Trường hợp trờn sàn cụng tỏc cú đặt cỏc mỏy múc, thiết bị thi cụng thi phải tớnh thờm lực đứng do trọng lượng bản thõn của cỏc mỏy múc thiết bị đú gõy rạ
Việc tớnh toỏn khung võy cọc vỏn thộp thường xột theo hai giai đoạn thi cụng:
Giai đoạn 1: Khung võy đó hạđến cao trỡnh thiết kế nhưng chưa đổ bờ tụng bịt
đỏỵ Ở giai đoạn này chờnh lệch cột nước trong và ngoài khụng lớn, sự ổn định của khung võy chủ yếu dựa vào hệ cột chống. Nơi cú ảnh hưởng của thủy triều thỡ sẽ cú biện phỏp cho nước trong và ngoài khung võy bằng nhaụ
Giai đoạn 2: Khung võy đó hạđến cao trỡnh thiết kế, đổ xong bờ tụng bịt đỏy và tiến hành hỳt nước để thi cụng bệ trụ. Đõy là giai đoạn khung võy chịu lực lớn nhất.
Tuỳ theo điều kiện cụ thể của từng giai đoạn thi cụng mà chọn tổ hợp lực tớnh toỏn bất lợi nhất từ những lực sau: + Áp lực thủy tĩnh. + Áp lực thủy động. + Áp lực ngang của đất. + Lực súng và giú. + Lực va tàụ
2.5.2. Tớnh chiều dày lớp bờ tụng bịt đỏy
Xột toàn bộ khung võy chịu tỏc dụng của lực đẩy nổị Lực đẩy nổi khung võy:
36
H: chiều sõu cột nước tớnh từđỏy lớp bờ tụng bịt đỏy đến mực nước thi cụng (m) F: diện tớch khung võy (m2)
γn: dung trọng của nước (1T/m3)
Lực cản chống đẩy nổi (Pg):
Pg = P1 + P2 + P3 (2-2)
Trong đú gồm:
+ Trọng lượng bản thõn của cỏc bộ phận khung võy (P1): cọc vỏn thộp, vành
đai, khung chống, bờ tụng bịt đỏy,… Để đơn giản và thiờn về an toàn chỉ xột đến trọng lượng của khối bờ tụng bịt đỏy: P1 = F.hb.γb γb: trọng lượng riờng của bờ tụng vữa dõng (2,3T/m3) + Lực ma sỏt giữa cọc chớnh của cụng trỡnh với bờ tụng bịt đỏy (P2) P2 = n.Ftx.f1 n - số cọc Ftx - diện tớch tiếp xỳc giữa mặt bờn của một cọc với bờ tụng bịt đỏy f1 - lực ma sỏt đơn vị giữa cọc và bờ tụng bịt đỏy + Lực ma sỏt giữa chõn cọc vỏn thộp và đất (P3) P3 = C.h.f2
C - Chu vi khung võy, tớnh theo đường tim cọc vỏn thộp
f2 - lực ma sỏt đơn vị của đất trong phạm vi cắm cọc vỏn thộp (T/m2)
Điều kiện an toàn của khung võy:
Pg ≥ k.Pđn (2-3)
K - hệ số an toàn, lấy bằng 1,3 ữ 1,5.
Từ cỏc cụng thức trờn, sau khi thay đầy đủ cỏc đại lượng ta tỡm được chiều dày lớp bờ tụng bịt đỏy (hb) như sau: b 2 1 tx n b F. C.h.f - .f n.F . H . F . k h γ γ − ≥ (2-4) 2.5.3. Tớnh ổn định chống lật của tường cọc vỏn thộp [5];[7];[11]
- Xột ở giai đoạn trước khi đổ bờ tụng bịt đỏy với cỏc giả thiết sau: + Lũng sụng bị xúi đến đường xúi cục bộ.
37
+ Khung võy đó khộp kớn bằng cọc vỏn thộp và cọc vỏn thộp đó hạ đến cao ttrỡnh thiết kế dưới đỏy sụng.
- Xỏc định ỏp lực ngang tỏc dụng lờn tường cọc vỏn từ tổ hợp lực bất lợi nhất do cỏc lực ngang. Điều kiện ổn định chống lật của tường cọc vỏn xỏc định theo cụng thức:
Ml ≤ m.Mg (2-5)
Trong đú:
Ml - Mụ men của cỏc lực lật đối với trục quay (lật) của cừ vỏn thộp; Mg - Mụ men của cỏc lực giữổn định, cũng lấy với trục trờn;
m - hệ sốđiều kiện làm việc;
2.5.4. Tớnh toỏn độ bền cỏc bộ phận của khung võy [5];[7];[11]
2.5.4.1.Kiểm tra độ bền của cọc vỏn thộp
Xột ở giai đoạn sau khi đổ bờtụng bịt đỏy, hỳt cạn nước bờn trong khung võy; + Sơđồ tớnh:
Tỏch 1 dải tường cọc vỏn thộp theo phương đứng với bề rộng 1m theo chu vi vũng võy và coi nú là 1 dầm liờn tục nhiều nhịp, bị ngàm 1 đầu tại đường xúi cục bộ
và kờ lờn cỏc gối tựa là cỏc điểm tỳ của cọc vỏn thộp vào vành đai và một gối tựa vào lớp bờ tụng bịt đỏy tại điểm cỏch mặt bờ tụng 0,5m.
+ Tải trọng tỏc dụng lờn tường cọc vỏn thộp là tổ hợp lực bất lợi nhất của cỏc lực ngang.
Từ sơ đồ kết cấu và sơ đồ tải trọng xỏc định được cỏc mụmen gối Mi và cỏc phản lực gối tựa Ri. Đối chiếu nội lực phỏt sinh trong cọc vỏn thộp với khả năng chịu lực của nú để xem cú đảm bảo chịu lực hay khụng. Nếu khụng cần thay đổi loại cọc vỏn thộp hay tăng thờm cỏc tầng vành đaị
2.5.4.2.Tớnh toỏn vành đai (khung chống)
Sau khi xỏc định được cỏc phản lực gối tựa Ri sẽ xỏc định được tải trọng tỏc dụng vào vành đai và từđú tớnh được nội lực phỏt sinh trong vành đaị
Thụng thường cú 3 dạng vành đai: vành đai trũn, vành đai chữ nhật và vành đai hỡnh elớp. Với cụng nghệ Đập trụ đỡ, dạng vành đai được ỏp dụng là vành đai hỡnh chữ nhật, sơđồ chịu lực như hỡnh dưới đõy :
38 L2/2 L2/2 L2 L1 L1/3 L1/3 L1/3 Hỡnh 2-7.Sơđồ tải trọng tỏc dụng vào vành đai [11]
Thanh vành đai được tớnh toỏn như 1 dầm liờn tục cú cỏc gối tựa là cỏc thanh chống, hai gối biờn là điểm tựa của nú trờn 2 thanh chống vuụng gúc. Sơ đồ tớnh thanh vành đai như hỡnh dưới đõy :
L1/3 L1/3
L1/3 L2/2 L2/2
Hỡnh 2-8.Sơđồ tớnh toỏn vành đai [11]
Thanh vành đai được tớnh toỏn như 1 dầm liờn tục chịu nộn uốn. N1, N3 là phản lực tại cỏc gối biờn của dầm. Để xỏc định nội lực trong thanh vành đai (mụmen gối Mi và cỏc phản lực gối tựa Ri) ta lập phương trỡnh 3 mụ men hoặc ỏp dụng cỏc cụng thức tớnh dầm liờn tục đó trỡnh bày trong cỏc sổ tay tớnh toỏn. Sau đú kiểm tra khả
năng chịu lực của thanh vành đai vềđiều kiện cường độ và điều kiện ổn định theo cỏc cụng thức của sức bền vật liệụ
2.5.4.3.Tớnh toỏn thanh chống
Thanh chống được tớnh với sơ đồ một thanh chịu nộn. Lực tỏc dụng vào thanh chống bằng phản lực gối của vành đaị
2.5.4.4.Tớnh toỏn cọc định vị (cột chống)
Trường hợp do điều kiện thực tế, khung võy phải cú cọc định vị để chịu lực ngang từ vành đai truyền vào và chịu lực đứng do đỡ sàn cụng tỏc bờn trờn thỡ hệ cọc
39
chống được tớnh toỏn như sau:
Hợp lực của cỏc lực ngang tỏc dụng vào hệ khung chống xem như phõn phối
đều cho cỏc cột chống với hệ số phõn phối khụng đều k = 1,15 -:- 1,25. Như vậy lực tỏc dụng lờn mỗi cột chống bằng: n R . k P= (2-6) Trong đú:
R - Hợp lực của cỏc lực ngang tỏc dụng vào hệ khung chống (ở đõy hợp lực ngang chủ yếu là do lưu tốc dũng chảy và lực va tàu gõy nờn, ỏp lực thủy tĩnh và ỏp lực nước đó được cõn bằng)
n - số lượng cột chống
k - hệ số phõn phối khụng đều k = 1,15-:-1,25
Cột chống được tớnh toỏn theo sơ đồ cọc chịu lực ngang. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất của nền đất mà cột chống xuyờn qua phõn ra hai trường hợp tớnh toỏn:
+ Trường hợp nền đất tốt (trạng thỏi cứng hoặc nửa cứng) thỡ cột chống được tớnh theo sơđồ 1 thanh chịu lực tập trung với đầu trờn tự do, cũn đầu dưới được ngàm
ở điểm cỏch đường xúi lở cục bộ 1 đoạn bằng (5-7)d, trong đú d là đường kớnh hoặc cạnh của cột chống P H t t = (5-7)d H P h Hỡnh 2-9.Sơđồ tớnh toỏn cột chống [11]
Mụ men lớn nhất phỏt sinh trong cột bằng:
40
Trong đú:
P - Lực ngang tỏc dụng vào cột chống
H - khoảng cỏch từđiểm đặt của lực ngang đến đường xúi lở cục bộ
t - khoảng cỏch từđường xúi lở cục bộđến điểm ngàm cột chống: t = (5-7)d + Trường hợp đất nền ở trạng thỏi dẻo mềm thỡ mụ men phỏt sinh trong cột chống được xỏc định theo cụng thức: ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + = d . m P 3 2 H . P M ' max (2-8) trong đú : ) h 3 H 4 ( 3 h . d . m P 3 ' + = (2-9) ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = 2 45 tg 2 45 tg . m 2 o 2 o dn ϕ ϕ γ (2-10) ϕ : gúc ma sỏt trong của đất
h - chiều sõu cọc chịu ảnh hưởng của lực ngang, xỏc định được từ biểu thức:
) h 3 H 4 ( 6 h . m P 3 ' + =
41
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU KHUNG VÂY CẢI TIẾN CHO CễNG TRèNH CỐNG MƯƠNG CHUỐI
3.1. Tổng quan về cụng trỡnh cống Mương Chuối [8]
3.1.1. Vị trớ cụng trỡnh
Cống Mương Chuối nằm trờn rạch Mương Chuối (gần cầu Mương Chuối), cỏch trung tõm Thành phố 12.5km). Cống nằm trờn địa bàn hai xó Phỳ Xuõn và Long Thới, huyện Nhà Bố, TP. Hồ Chớ Minh.
42
Tại vị trớ tuyến cụng trỡnh thỡ cao trỡnh tự nhiờn trung bỡnh nằm trờn hai bờ
+1.70 ; cũn cao trỡnh tại đỏy sụng là -18.00ữ-20.00 ; độ dốc lũng sụng nhỏ.
3.1.2. Túm tắt nội dung quyết định đầu tư
Theo quyết định 2905a/QĐ – BNN ngày 29 thỏng 10 năm 2010 của Bộ Nụng nghiệp và Phỏt triển nụng thụn về việc “ Phờ duyệt dự ỏn đầu tư xõy dựng cụng trỡnh cống Mương Chuối thuộc quy hoạch thủy lợi chống ngập ỳng khu vực Tp. Hồ Chớ Minh” với nội dung chủ yếu:
Mục tiờu đầu tư xõy dựng:
- Cựng với cỏc cụng trỡnh khỏc trong hệ thống cụng trỡnh thủy lợi thuộc vựng I Quy hoạch Thủy lợi chống ngập ỳng khu vực Thành phố Hồ Chớ Minh, Cống Mương Chuối cú nhiệm vụ kiểm soỏt triều và lũ, chủđộng điều tiết mực nước trờn kờnh rạch làm tăng khả năng tiờu thoỏt cho hệ thống tiờu thoỏt nước đụ thị, đảm bảo mục tiờu khụng cho ngập do triều và cải thiện điều kiện mụi trường cho vựng Ị
- Đảm bảo giao thụng thủy qua cống và qua õu thuyền trong thời gian khụng