Tính toán ổn định tường tràn

4 Trường hợp 2 : Công trình vận hành bình thường, hồ ở MNDBT, áp lực đất tác dụng với tổ hợp lực cơ bản hoặc có lực động đất tác dụng tổ hợp lực đặc biệt.. Từ những yêu cầu trên, cần tín

Trường Đại học thuỷ lợi Khoa công trình



CHUYÊN Đề TíNH TOáN ổN ĐịNH tường TRàN

Hà nội 02-20

Mục Lục

I TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRÀN 3

I.1 Mục đích 3

I.2 Tính toán ổn định tường cánh thượng lưu 3

I.2.1 Tài liệu tính toán 3

I.2.2 Yêu cầu tính toán : 4

I.2.3 Trường hợp tính toán : 4

Trường hợp 1 : Thi công đất đắp ở ngang cao trình đỉnh tường 4

Trường hợp 2 : Công trình vận hành bình thường, hồ ở MNDBT, áp lực đất tác dụng với tổ hợp lực cơ bản hoặc có lực động đất tác dụng (tổ hợp lực đặc biệt) 4

Trường hợp 3 : Trường hợp sửa chữa (hoặc trường hợp nước rút nhanh ở mái thượng lưu) 5

I.2.4 Tính toán ổn định trường hợp mới thi công xong 5

a) Sơ đồ tính toán: 5

b.Các lực tác dụng lên tường 5

c) Kiểm tra ổn định của tường: 7

I.2.5 Tính toán ổn định trường hợp MNTL rút xuống đột ngột: 9

a) Sơ đồ tính toán: 9

b)Các lực tác dụng lên tường: 10

c) Kiểm tra ổn định của tường: 13

I TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRÀN

I.1 Mục đích

Công trình tràn xả lũ là một trong những hạng mục chủ yếu trong hệ thống công trình đầu mối Đây là loại công trình vừa làm nhiệm vụ ngăn nước, vừa làm nhiệm vụ tháo nước từ hồ chứa Do đó, sự ổn định của công trình tràn có ý nghĩa hết sức to lớn đối với

sự làm việc và an toàn của hệ thống công trình nói chung

Từ những yêu cầu trên, cần tính toán ổn định tràn nhằm đảm bảo cho các bộ phận của tràn: tường cánh thượng lưu, ngưỡng tràn, tường bên dốc nước, dốc nước, v.v làm việc bình thường trong mọi trường hợp Từ đó, xác định được kết cấu và kích thước các bộ phận của tràn hợp lý cả về kĩ thuật và kinh tế

Trong phạm vi đồ án này do thời gian có hạn và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn, nên chỉ kiểm tra ổn định cho tường cánh thượng lưu

I.2 Tính toán ổn định tường cánh thượng lưu

I.2.1 Tài liệu tính toán

Tại vị trí tường có chiều cao lớn nhất thì khả năng mất ổn định là lớn nhất Do đó, tiến hành tính toán kiểm tra ổn định về trượt , lật và ứng suất nền cho mặt cắt tại đầu ngưỡng tràn

Kích thước sơ bộ của tường cánh tại mặt cắt đầu tràn là tường sườn có bản chống như sau:

Cao trình đỉnh tường : Zđỉnhtường = 58 m

Chiều rộng bản đáy trước tường : b1 = 2m

Chiều rộng bản đáy tường : b2 =6,5m

Chiều dày bản chống : tbản chống = 0,5m Khoảng 5m thì bố trí một bản chống Chiều dày tấm đáy tường : tđáy tường = 0.6m

Vật liệu tường bằng bê tông cốt thép M200, bt = 2.5 T/m3

Lưng tường phía đất đắp nghiêng góc

10

1





Mặt tường trơn nhẵn  0

Tài liệu về địa chất nền: Toàn bộ tường cánh đặt trên nền đá.Hệ số ma sát giữa đáy tường và nền đá f = 0,7 (Sổ tay KTTL 3)

Tài liệu đất đắp sau lưng tường: Đất đắp đập có các chỉ tiêu cơ lý như sau:

Lực dính đơn vị : Ctn = 2.4T/m2 ; Cbh = 2T/m2

Góc nội ma sát : tn = 23o ; bh = 20o

Dung trọng tự nhiên : tn = 1,995T/m3

Dung trọng bão hoà : bh = 2,31T/m3

Các chỉ tiêu về hệ số an toàn : Với công trình cấp III theo bảng (4-6) trang 39 14TCN 157-2005, hệ số an toàn ổn định như sau :

K = 1,3 : Tổ hợp tải trọng và lực tác dụng chủ yếu

K = 1,0: Tổ hợp tải trọng và lực tác dụng đặc biệt

I.2.2 Yêu cầu tính toán :

Tính toán ổn định tường chắn đất được dựa trên bài toán phẳng (tính cho 1m chiều dài tường)

Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn nên chỉ tính toán dựa trên hai điều kiện sau :

Điều kiện ổn định trượt theo mặt đáy móng tường

Điều kiện ổn định lật quanh gờ phía trước

I.2.3 Trường hợp tính toán :

Tường cánh cần phải được kiểm tra ổn định trong các trường hợp sau :

Trường hợp 1 : Thi công đất đắp ở ngang cao trình đỉnh tường

Trường hợp 2 : Công trình vận hành bình thường, hồ ở MNDBT, áp lực đất tác dụng với tổ hợp lực cơ bản hoặc có lực động đất tác dụng (tổ hợp lực đặc biệt)

Trường hợp 3 : Trường hợp sửa chữa (hoặc trường hợp nước rút nhanh ở mái thượng lưu)

Thông thường, đối với tường cánh thượng lưu thì chỉ có trường hợp 1 và trường hợp 3

là gây nguy hiểm cho công trình

I.2.4 Tính toán ổn định trường hợp mới thi công xong

a) Sơ đồ tính toán:

Để dễ dàng trong tính toán, sử dụng sơ đồ tính toán như hình (10-13), xét cho 1m chiều dài của tường

Hình 10.13 Sơ đồ các lực tác dụng lên tường

b.Các lực tác dụng lên tường

Các lực tác dụng thẳng đứng:

- Trọng lượng bản thân tường

+ Bản mặt tường :

Giá trị: P1=F1.1 bt với F1 :Diện tích bản mặt tường đứng,F1=0,5 1, 25.9,5 8,31

2



 m2

Điểm đặt: Cách A (A ở mép dưới cùng bên trái tường) một đoạn x1=2,62

1.25

9.50

0.60

2.00

6.50

0.50

Z dinh =58m

P1

P2

P3

γ tn H.K cđ -2.C tn

E cd

Z 0 = .

.

hc

P hp

q

2.62

4.78

1.25

9.50

0.60

2.00

6.50

0.50

Z dinh =58m

P1

P2

P3

P

= 3T/m

2.62

4.78

+ Bản đáy tường :

Giá trị: P2=F2.1 bt với F2 :Diện tích bản đáy tường ngang,F2=0, 6.6, 5  3, 9 m2 Điểm đặt: Cách A (A ở mép dưới cùng bên trái tường) một đoạn x2=3,25m

- Trọng lượng đất đắp sau lưng tường

Giá trị : P3=F3.1 tn với F3 :Diện tích khối đất đắp sau lưng tường,

F3=3, 63 3, 25.9,5 32, 68

2



Điểm đặt: Cách A (A ở mép dưới cùng bên trái tường) một đoạn x3=4,73m

Các lực tác dụng nằm ngang:

-Biểu đồ áp lực đất chủ động được vẽ ở sơ đồ tính toán:

Kcđ=tg2(450

-2

tn

 )=tg2(450

-0

23

2 )=0,438

0

2

tn

cd

C

Z

K



1,995 0, 438 =3,64m Tổng áp lực đất chủ động tác dụng lên tường chắn đất:

Ecđ=( . 2. . ).( 0)

2

=(1, 995.10,1.0, 438 2.2, 4 0, 438)(10,1 3, 64)

2

=18,23T

Điểm đặt:cách đáy 1 đoạn hc= 0 10,1 3, 64

2,15

H Z

m

-Trọng lượng phân bố của của người và máy thi công q=3T/m

Giá trị:P=q.H.Kcđ=3.10,1.0,438=65,2T

Bảng 10.17 Bảng tính toán tải trọng tác dụng lên tường bên

tt Lực tác dụng

kí hiệu

hệ số tải trọng

Trị số lực

Trị số lực tính toán

Tay

Đứng(T) ngang(T)

Đứng (T) ngang(T) m

M Cl

(T.m)

M GL

(T.m)

1

Trọng lượng

2

Trọng lượng

3

Trọng lượng

đất đắp mang

4

Tải trọng do

người,máy thi

5

Áp lực đất

Chú ý: Các giá trị mômen đều tính với điểm góc A phía trước của tường

c) Kiểm tra ổn định của tường:

Ổn định về lật: CL  

GL

M

M



Trong đó:

MCL: Tổng momen chống lật lấy đối với điểm A,

MGL: Tổng momen gây lật lấy đối với điểm A

[KL] : Hệ số an toàn cho phép về lật

Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản : [KL] = 1.3

Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt : [KL] = 1.1

Thay vào công thức:   1.3 362,3 3, 26.

111, 25

CL

GL

M

M



→Vậy tường đảm bảo ổn định về lật

Ổn định về trượt:

C

Q

C B f

P



Trong đó:

P : Tổng các lực tác dụng theo phương đứng, P = 87,68T

Q : Tổng các lực tác dụng theo phương ngang, Q = 30,49T

f : Hệ số ma sát giữa tường và nền, f = 0,7

B : Chiều rộng đáy tường, B = 6,5 m

C : Lực dính đơn vị của nền (hệ số kháng cắt), Ctn=2.4T/m2

Kc : Hệ số an toàn ổn định cho phép, 1 15

1

15 1 1











m

K n

K c n c

nc : hệ số tổ hợp tải trọng

Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản : nc = 1.0

Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt : nc = 0.9

Kn : Hệ số tin cậy phụ thuộc vào cấp công trình và tổ hợp tải trọng Công trình cấp III, Kn = 1.15

m : Hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc vào loại công trình và loại nền Đối với công trình bêtông và bêtông cốt thép trên nền đá, m = 1

Thay vào công thức, ta được: 87, 68 6,5.2, 4 2.52 1.15

30, 49

→Vậy tường đảm bảo ổn định về trượt

Kiểm tra ứng suất nền:

Vì tường được xây dựng trên nền đá tương đối vững chắc nên ở đây không cần kiểm tra điều kiện ứng suất nền

I.2.5 Tính toán ổn định trường hợp MNTL rút xuống đột ngột:

Đây là trường hợp đặc biệt thường xuất hiện khi có yêu cầu sửa chữa tràn, nước trong

hồ được tháo tới mực nước yêu cầu Khi đó phía thượng lưu tường (tức phía ngưỡng tràn) nước rút đến cao trình ngưỡng tràn(+51,5), phía hạ lưu tường thì mực nước ngầm (MNN) chưa rút hết Trường hợp này là rất nguy hiểm gây mất ổn định lớn nhất

MNN xác định từ việc tính toán đường bão hòa cho mặt cắt tính toán, để thiên về an toàn ta chọn trương hợp bất lợi nhất MNN = MNLTK = 56,37m

Khi đó,Đoạn trên MNN: h1 =58-546,37=1,63m

Cột nước hạ lưu tường là:h2=56,37-(48,5-0,6)=8,47m Cột nước thượng lưu tường là :h3=51,5-(48,5-0,6)=3,6m

a) Sơ đồ tính toán:

Để dễ dàng trong tính toán, sử dụng sơ đồ tính toán như hình (10-14), xét cho 1m chiều dài của tường

Hình 10.14 Sơ đồ các lực tác dụng lên tường khi MNTL rút đột ngột

b)Các lực tác dụng lên tường:

Các lực tác dụng thẳng đứng:

- Trọng lượng bản thân tường:P1,P2 tương tự như mục 10.5.2.4 khi không có mực nước ngầm

- Trọng lượng đất đắp sau lưng tường

+Đoạn trên mực nước ngầm :

Giá trị : P3=F3.1 tn với F3 :Diện tích khối đất đắp sau lưng tường trên mức nước ngầm,F3=6,64 m2

Điểm đặt : Cách A (A ở mép dưới cùng bên trái tường) một đoạn x3=4,7m

+Đoạn dưới mực nước ngầm :

1.25 9.50

0.60

2.00 6.50

0.50

Z dinh =58m

P1

P2

P4

1.25 9.50

0.60

2.00 6.50

0.50

Z dinh =58m

P1

P2

h3

P3 4.70

4.80

3.73

MNLTK=56.37

Z nguong =51.5

T 2

T 3

T 1

h 2

h1

y 1

y 2

y 3

Z day =48.5m

W dn

γ n h 2

γ n h3

Giá trị : P4=F4.1 bh với F4 :Diện tích khối đất đắp sau lưng tường trên mức nước ngầm,F4=29,05 m2

Điểm đặt : Cách A (A ở mép dưới cùng bên trái tường) một đoạn x4=4,8m

-Áp lực đẩy nổi :Wđn=( 2 ) 3

2

 

=(1.8, 47 1.3, 6).6,5

2



=39,23T

Điểm đặt : A (A ở mép dưới cùng bên trái tường) một đoạn x5=3,37m

Các lực tác dụng theo phương ngang:

Xác định áp lực chủ động của đất Ecđ lên tường chắn với trường hợp lưng tường nghiêng và mặt đất đắp nằm ngang theo phương pháp Rankine Để đảm bảo an toàn, tính gần đúng bằng cách tính áp lực đất lên mặt phẳng thẳng đứng (  0) đi qua góc chân tường chắn, đồng thời trọng lượng khối đất phía trên bản đáy tường là thành phần thẳng đứng của áp lực đất (  0) và bỏ qua phần do lực dính gây ra áp lực âm (– 2.Ctn K c )

có tác dụng níu tường, tức là làm giảm áp lực đất lên tường

- Biểu đồ áp lực đất chủ động được vẽ ở sơ đồ tính toán

- Áp lực đất chủ động tác dụng lên tường chắn: T1, T2, T3

+ Áp lực đất chủ động trên đường bão hòa:

Giá trị T1:

0

2 2 0 2 2 0

1 1

tn tn

Điểm đặt: 1 1 1 8, 47 1, 63 8, 47 9, 01

y  h     m

+ Áp lực đất chủ động do trọng lượng lớp đất trên đường bão hòa phân bố đều liên tục trên mặt lớp đất dưới đường bão hòa :

Giá trị :

0

23

tn tn

Điểm đặt : 2

2

8, 47

4, 235

h

y    m

+ Áp lực đất chủ động do lớp đất dưới đường bão hòa gây ra :

Giá trị :

0

2 2 0 2 2 0

3 2

bh dn

Điểm đặt : y3 = 2

3

8, 47

2,82

h

y    m

Trong đó:

tn : Dung trọng tự nhiên của đất đắp sau tường, tn = 1,995T/m3

bh : Dung trọng bão hòa của đất đắp sau tường, bh = 2,31T/m3

dn : Dung trọng bão hòa của đất đắp sau tường, dn =bh -n=1,31 T/m3

tn : Góc ma sát trong của đất nền trên MNN , tn= 230

bh

 : Góc ma sát trong của đất nền dưới MNN , bh= 200

- Áp lực thủy tĩnh :

+Phía thượng lưu tường :W2

Giá trị : W2= 2

3

1

2n h =0,5.1.3,62=6,48 T

Điểm đặt :Cách đáy 1 đoạn y4=h3/3=1,2m

+Phía hạ lưu tường :W1

Giá trị : W1= 2

2

1

2n h =0,5.1.8,472=35,87 T

Điểm đặt :Cách đáy 1 đoạn y5=h3/3=1,2m

Bảng 10.18: Kết quả tính ngoại lực tác dụng lên tường chắn, TH nước rút đột ngột

tt Lực tác dụng

kí hiệu

hệ số tải trọng

Trị số lực

Trị số lực tính toán

Tay

Đứng(T) ngang(T)

Đứng (T) ngang(T) m

M Cl

(T.m)

M GL

(T.m)

1

Trọng lượng BT

2

Trọng lượng BT

3

Trọng lượng đất

đắp mang tràn

trên đường MNN P3 0.9 13.25 11.92 4.7 56.03

4

Trọng lượng đất

đắp mang tràn

dưới đường MNN P4 0.9 67.11 60.39 4.8 289.90

5

Áp lực thủy tĩnh

phía thượng lưu W1 1 35.87 35.87 2.823 101.3

6

Áp lực thủy tĩnh

8

Áp lực đất ngang

c) Kiểm tra ổn định của tường:

Ổn định về lật: CL  

GL

M

M



Trong đó:

Các đại lượng giải thích tương tự mục trên 10.5.2.4

Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt : [KL] = 1.1

387

CL

GL

M

M

Ổn định về trượt: T K C

Q

C B f P



Trong đó:

Các đại lượng giải thích tương tự mục trên 10.5.2.4

Kc : Hệ số an toàn ổn định cho phép, 0,9 1,15 1, 035

1

c

n K K

m

nc : hệ số tổ hợp tải trọng

Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản : nc = 1.0

Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt : nc = 0.9

Thay vào công thức, ta được: 140,55.0, 7 6, 5.2 1.34 1.035

83,17

→Vậy tường đảm bảo ổn định về trượt

Kiểm tra ứng suất nền:

Vì tường được xây dựng trên nền đá tương đối vững chắc nên ở đây không cần kiểm tra điều kiện ứng suất nền