Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, nước ta có nhiều hồ chứa lớn và vừa, với các đập chủ yếu được xây dựng bằng đất hoặc vật liệu địa phương Tuy nhiên, nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều công trình bê tông và bê tông cốt thép quy mô lớn đã được xây dựng Đập bê tông trọng lực giữ ổn định nhờ trọng lượng của chính nó, thường được xây trên nền đá với góc nghiêng bằng 0 Trong quá trình khảo sát thiết kế, có thể không phát hiện được các đứt gãy kiến tạo dưới nền đập, cùng với tác động của động đất và tích nước có thể gây ra nghiêng đập Nếu đập nghiêng về phía thượng lưu, tác hại không lớn, nhưng nếu nghiêng về phía hạ lưu, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến ổn định Do đó, cần nghiên cứu để xác định góc nghiêng cho phép và giải pháp an toàn cho đập khi bị nghiêng quá mức cho phép.
Đối với các đập bê tông cao, việc đảm bảo an toàn và ổn định là cực kỳ quan trọng, bởi vì khi xảy ra sự cố, hậu quả sẽ nghiêm trọng hơn so với đập đất hay đập vật liệu địa phương Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng đến ổn định của đập bê tông trọng lực trên nền đá trong điều kiện động đất là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao.
Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng đến ổn định của đập bêtông trọng lực trong điều kiện có động đất.
- Vận dụng những kết quả nghiên cứu đó để kiểm tra ổn định cho đập Sông Tranh 2.
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Cách tiếp cận
- Từ thực tế: Các nguyên nhân tiềm ẩn làm chomặt nền bị nghiêng sau khi đập đi vào sử dụng
- Tiếp cận từ các điều kiện kỹ thuật: Côngtrình phải đảm bảo điều kiện bền, ổn định
- Tiếp cận hiện đại: Ứng dụng các phương pháp tính toán tiên tiến, phần mềm hiện đại để kiểm tra ổn định cho đập.
Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập thông tin, kế thừa các nghiên cứu đã có.
- Phân tích lý luận về quan hệ giữa ổn định của đập với độ nghiêng mặt nền.
- Sử dụng mô hình toán.
- Ứng dụng cho công trình thực tế.
Kết quả đạt được
- Khảo sát quan hệ giữa ổn định của đập và độ nghiêng mặt nền phụ thuộc vào các thông số khác nhau.
- Thiết bị quan trắc cần thiết để kiểm soát độ nghiêng của mặt nền.
- Giải pháp an toàn cho đập BTTL khi bị nghiêng.
- Kết quả tính cho đập Sông Tranh 2.
TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ VẤN ĐỀ AN TOÀN ĐẬP
Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam
Đập bê tông trọng lực là đập có khối lượng bê tông lớn Đập duy trì ổn định nhờ trọng lượng của khối bê tông
Đập bê tông trọng lực nổi bật với kết cấu đơn giản và độ ổn định cao, có khả năng sử dụng cho cả tràn nước và không tràn nước, giúp nó nhanh chóng được áp dụng toàn cầu Xuất hiện từ thế kỷ thứ hai sau công nguyên tại Ponte di San Mauro, đập đầu tiên cao 15m được xây dựng mà không có lý luận khoa học Đến năm 853, lý thuyết thiết kế và xây dựng đập bê tông trọng lực bắt đầu được hình thành dựa trên hai tiêu chí chính: cường độ và ổn định trượt Từ thập niên 70 đến 80 của thế kỷ XX, loại đập này phát triển mạnh mẽ, với việc xây dựng một đập mới cứ sau vài ba ngày.
Theo thống kê của Hội đập lớn thế giới (ICOLD), tỷ lệ đập bê tông trọng lực ở một số quốc gia là rất cao: Mỹ 34,5%, Nhật Bản 83%, Ý 51%, Tây Ban Nha 85%, Pháp 51% và Canada 60%.
Mặc dù đập bê tông trọng lực có nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm như khối lượng bê tông lớn và chi phí cao do sử dụng nhiều xi măng Đặc biệt, các đập không cao (H 0 khi mặt trượt nghiêng về thượng lưu, β < 0 khi mặt trượt nghiêng về hạ lưu)
+ ϕ ( 0 ), C (KN/m 2 ): chỉ tiêu cơ lý trên mặt tiếp giáp giữa bê tông và lớp đá sát đáy đập.
+ [K C ]: hệ số an toàn chống trượt cho phép, xác định theo cấp công trình và tổ hợp lực tính toán b) Ổn định chống lật
* Công thức chung: Đập sẽ không bị lật [13] khi thoả mãn điều kiện sau đây:
+ ΣM CL (KN.m): tổng mômen chống lật tính với trục nằm ngang qua mép hạ lưu đập.
+ ΣMGL (KN.m): tổng mômen gây lật tính với trục nằm ngang qua mép hạ lưu đập.
+ [K C ]: hệ số an toàn chống lật cho phép xác định như ổn định trượt.
* Thành lập công thức tính hệ số ổn định chống lật cho trường hợp nền đập bị nghiêng về hạ lưu:
Trong trường hợp đáy đập nằm ngang, để tính toán hệ số ổn định lật, ta cần xem xét bài toán như hình 2.5 Cụ thể, ta phân tích khả năng lật quanh trục nằm ngang tại điểm I, vị trí mép biên hạ lưu của đáy đập.
GL BC TL HL HL dn th 3 h H h m h B
BC TL HL HL dn th 3 b 2
Hình 2.5 - Sơ đồ các lực tác dụng lên đập khi chưa bị nghiêng
- Trường hợp đáy đập bị nghiêng về hạ lưu:
Khi đáy đập nghiêng về hạ lưu, các lực như áp lực nước, áp lực bùn cát, áp lực thấm, áp lực đẩy nổi và áp lực tăng thêm do động đất không thay đổi về trị số và khoảng cách đến tâm lật (I) so với trường hợp đáy đập nằm ngang Mômen do các lực này gây ra quanh điểm chân đập (I) cũng không thay đổi Tuy nhiên, trọng lượng bản thân (G) của đập không thay đổi, nhưng khoảng cách đến tâm lật (I) giảm, dẫn đến mômen trọng lượng bản thân giảm khi lật quanh chân đập (I) Kết quả là mômen chống lật giảm và hệ số ổn định lật cũng bị giảm xuống.
Chia mặt cắt ngang của đập thành hai hình đơn giản là hình chữ nhật và hình tam giác, với trọng tâm O1 và O2 được xác định như trong hình 2.6 Trọng lượng và cánh tay đòn tương ứng của các hình này cũng được tính toán để phục vụ cho việc phân tích kết cấu.
Bài toán đặt ra là xác định công thức tính cánh tay đòn r1’ và r2’ của trọng tâm G1 và G2 khi bị nghiêng về hạ lưu một góc β.
Hình 2.6 - Sơ đồ tính r 1 ’ và r 2 ’ khi đập bị nghiêng góc β về hạ lưu
- Xét tam giác vuông IB 1 C 1 (hình 2.6a): r 1 ’ = IB 1 = IC 1 cos β, với IC1 = AI – AC 1 = b H đ
- Xét tam giác vuông IB 2 C 2 (hình 2.6b): r 2 ’ = IB 2 = IC 2 cos β, với IC2 = AI – AA 2 – A 2 C 2 = B b H đ d '
Hệ số an toàn chống lật khi đáy đập nghiêng góc β về hạ lưu sẽ là:
BC TL HL HL dn t đ đ h 3
(2.7) c) Công thức tính hệ số an toàn ổn định cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam
Theo Quy chuẩn Việt Nam hiện hành, việc tính toán hệ số an toàn ổn định cho các công trình, bao gồm trượt và lật, cũng như độ bền của công trình, phải tuân theo trạng thái giới hạn thứ nhất.
+ n C : hệ số tổ hợp tải trọng.
Trong tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất, các hệ số tải trọng được xác định như sau: n C = 1,00 cho tổ hợp tải trọng cơ bản, n c = 0,90 cho tổ hợp tải trọng đặc biệt, và n c = 0,95 cho tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa.
+ N tt : trị số tính toán của tải trọng tổng hợp.
+ m: hệ số điều kiện làm việc.
+ R: trị số tính toán của sức chịu tải tổng hợp của công trình hay nền.
+ K n : hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình Kn được xác định theo cấp công trình
Công trình cấp đặc biệtlấy: K n = 1,25;
Công trình cấp I lấy: Kn = 1,20;
Công trình cấp II, III, IV lấy: Kn = 1,15
+ [K C ]: hệ số an toàn chống trượt, lật cho phép
Hệ số ổn định trượt và lật trong tính toán đập là yếu tố quan trọng Ứng suất trong thân đập và nền được xác định theo công thức nén lệch tâm, với ứng suất tối đa và tối thiểu được tính toán cho bài toán phẳng.
+ ΣP (KN): tổng các lực thẳng đứng.
Tổng mômen của các lực đối với trọng tâm mặt đáy tính toán, ký hiệu là ΣM o (KN.m), được xác định với mômen mang dấu dương khi lực có xu thế làm đập quay quanh điểm O theo chiều ngược của kim đồng hồ, và ngược lại.
Quy ước dấu của ứng suấtkhi áp dụng công thức (2.9):
+ Ứng suất nén mang dấu dương (+)
+ Ứng suất kéo mang dấu âm (-)
Kiểm tra điều kiện bền của thân đập và nền theo điều kiện sau đây:
+ [K C ]: hệ số an toàn cường độ (tính như trường hợp ổn định).
+ R n (KN/m 2 ): cường độ kháng nén cho phép của nền đá, bê tông.
+ R k (KN/m 2 ): cường độ kháng kéo cho phép của nền đá, bê tông.
Nghiên cứu quan hệ giữa độ nghiêng mặt nền với ổn định của đập
2.2.2.4 Giới thiệu phần mềm CADAM
Hiện nay, có nhiều phần mềm hỗ trợ tính toán ổn định và ứng suất đập bê tông trọng lực trên nền đá theo tiêu chuẩn Mỹ Trong luận văn này, phần mềm CADAM đã được lựa chọn làm công cụ tính toán chính.
Phần mềm CADAM, được nghiên cứu và phát triển bởi Martin Leclerc, M.Eng từ trường tổng hợp Montreal, Canada vào năm 2003, nhằm mục tiêu tính toán phân tích ổn định và ứng suất theo các tiêu chuẩn.
Phương pháp tính toán ứng suất trong bài toán kỹ thuật được thực hiện dựa trên sức bền vật liệu, hay còn gọi là phương pháp phân tích trọng lực Phương pháp này dựa trên nguyên lý cân bằng trọng lực và lý thuyết dầm Để thực hiện tính toán cho bài toán 2 chiều, chương trình CADAM được sử dụng.
2.3 Nghiên cứu quan hệ giữa độ nghiêng mặt nền với ổn định của đập
2.3.1 Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu khả năng ổn định của đập bê tông trọng lực trên nền đá ở Việt Nam được giới hạn trong phạm vi quy mô và điều kiện xây dựng cụ thể Trong nghiên cứu điển hình, các thông số sẽ được lựa chọn với phạm vi biến đổi nhất định.
Theo QCVN 04-05: 2012 thì cấp công trình và hệ số an toàn ổn định (tổ hợp lực cơ bản) tương ứng như sau:
Tính với trường hợp MNLTK.
Quan hệ giữa mực nước thấp nhất của kênh (MNLTK) và cao trình đỉnh đập được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông, với công thức Z đ = MNLTK + d Trong đó, d được tính bằng ∆h’ (độ dềnh mực nước trước đập do sóng), ηs’ (chiều cao sóng đứng) và a’ (độ cao an toàn tương ứng với MNLTK).
Trong nghiên cứu điển hình, lấy bình quân theo các số liệu tổng hợp từ các đập đã xây dựng như sau:
- Đập có Hđ = 60 m (cấp II): d = 4 m
- Đập có Hđ = 120, 140 m (cấp đặc biệt): d = 8 m.
3) Các thông số của mặt cắt đập a) Hệ số mái thượng lưu: m1 = 0 b) Bề rộng đỉnh đập:
Theo số liệu tổng hợp từ các đập thực tế đã xây dựng:
- Đập có Hđ = 60 m (cấp II): b = 6 m.
- Đập có Hđ = 120, 140 m (cấp đặc biệt): b = 10 m. c) Hệ số mái hạ lưu: m 2
Xác định theo điều kiện ổn định của mặt cắt thực tế với tổ hợp lực cơ bản, khống chế K = Kc
4) Chỉ tiêu mặt tiếp xúc giữa bê tông và đá nền
Lấy theo số liệu tổng hợp từ các đập bê tông trên nền đá đã xây dựng. a) Theo tiêu chuẩn Việt Nam: f = 0,70; C = 0,35 MPa b) Theo tiêu chuẩn Mỹ: tgϕ = 1,0; C = 1,0 MPa
5) Các lực tác dụng đưa vào tính toán
Trong tính toán chỉ xét đến các lực sau:
- Trọng lượng bản thân đập (trọng lượng riêng của vật liệu bê tông lấy trung bình: γ b = 24 KN/m 3 )
- Áp lực nước (lấy với γ n = 10 KN/m 3 )
+ Độ sâu nước thượng lưu: H = H đ – d
+ Độ sâu nước hạ lưu: lấy h = 0,2.H đ
- Áp lực bùn cát: lấy với γ b = 7 KN/m 3 ; h b = 0,15.H đ ; ϕ = 12 o
- Áp lực thấm: lấy theoquy định của [8]
- Lực động đất (tổ hợp đặc biệt): tính với động đất cấp 8 (thang MSK 64)
6) Độ nghiêng của đáy đập
Là độ nghiêng phát sinh sau khi đập được xây dựng, xét hướng bất lợi là nghiêng về hạ lưu, trị số góc nghiêng β = 1 o , 2 o , 4 o , 6º, 8º, 10 o
2.3.2 Xác định mặt cắt hợp lý của đập không tràn
2.3.2.1 Tiêu chí của mặt cắt hợp lý
Là mặt cắt có hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất (K min ) không vượt quá 10% so với
K c tương ứng với từng tổ hợp lực tính toán, xác định với tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ.
Tổ hợp lực tính toán:
- Tổ hợp lực cơ bản: MNLTK, các điều kiện khai thác bình thường;
- Tổ hợp lực đặc biệt: MNLTK, có động đất cấp 8
2.3.2.2 Trình tự xác định mặt cắt hợp lý
1) Sơ bộ xác định chiều rộng đáy đập theo [1] => m 2
Theo điều kiện ổn định, chiều rộng đáy đập được xác định từ công thức:
- f: hệ số ma sát giữa đập bê tông và nền đá, f = 0,70
- γ b : trọng lượng riêng của vật liệu làm đập, γ b = 24 KN/m 3
- γ n : trọng lượng riêng của nước, γ n = 10 KN/m 3
Hệ số cột nước còn lại sau khi thực hiện màn chống thấm được ký hiệu là α’, với trị số α’ được xác định dựa trên mức độ xử lý nền, thường nằm trong khoảng từ 0,4 đến 0,6 Đối với các đập cao được xây dựng trên nền đá tốt, có thể sơ bộ chọn giá trị α’ là 0,5.
- K c : hệ số an toàn ổn định cho phép Hệ số ổn định cho phép được xác định theo [6]
Hình 2.13 - Mặt cắt cơ bản của đập
2) Xác định mặt cắt thực dụng đập không tràn
Từ mặt cắt cơ bản xác định được như hình 2.13 và các thông số trong mục 2.3.1 ta có mặt cắt thực dụng của đập không tràn như sau:
Hình 2.14 - Mặt cắt thực dụng đập không tràn Định vịmàn chống thấm và lỗ khoan thoát nước:
= J ; l 2 = 4m, trong đó: H 1 : cột nước lớn nhất tính đến đáy hành lang;
J cp : gradien thấm cho phép của bê tông, Jcp = 20
3) Kiểm tra độ ổn định theo QCVN 04-05: 2012
Kiểm tra cho 2 tổ hợp sau ứng với cácchiều cao đập khác nhau:
- Tổ hợp lực cơ bản(trường hợp 1): MNTL = MNLTK, các điều kiện khai thác bình thường.
Hình 2.15 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 1 (TCVN)
- Tổ hợp lực đặc biệt(trường hợp 3): MNTL = MNLTK, có động đất cấp 8
Hình 2.16 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 3 (TCVN)
4) Kiểm tra ổn định theo TC Mỹ
Kiểm tra cho các tổ hợpsau ứng với các chiều cao đập khác nhau:
- Tổ hợp lực bình thường (trường hợp 2): vận hành bình thường, MNLTK, MNHL thấp nhất.
- Tổ hợp lực bất thường(trường hợp 5): MNLTK, có động đất OBE
Hình 2.17 - Sơ đồ tính toán cho trường hợp 2 và 5 (TC Mỹ)
Nếu các điều kiện ổn định chưa đạt yêu cầu, ta sẽ điều chỉnh các giá trị m2 theo hướng tăng dần, cụ thể là tăng bề rộng đáy đập B Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi tất cả các điều kiện ổn định được thỏa mãn, sau đó dừng lại và chọn giá trị m2 này làm giá trị thiết kế.
2.3.2.3 Kết quả tính toán mặt cắt hợp lý
Bảng 2.7 - Bảng tổng hợp kết quả kiểm tra ổn định đập theo TCVN
Hệ số m 2 B (m) Trường hợp K t K L [K c ] Kiểm tra bền
Bảng 2.8 - Bảng tổng hợp kết quả kiểm tra ổn định đập theo TC Mỹ
K trượt (min) [K c ] Điểm đặt hợp lực (%B) Ưs chính bê tông (Mpa) Ưs pháp bê tông (Mpa) Ưs cp (Mpa)
Cho phép TL HL TL HL Nén Kéo
Bảng 2.9 - Kết quả tính toán mặt cắt hợp lý
2.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nghiêng mặt nền đến ổn định của đập 2.3.3.1 Trình tự tính toán
1) Giả thiết các giá trị β tăng dần (β = 1 o , 2 o , 4 o , 6º, 8º, 10 o )
2) Tính toán ổn định theo TCVN, với các trường hợp sau:
- Trường hợp 1 (tổ hợp lực cơ bản).
- Trường hợp 3 (tổ hợp lực đặc biệt).
- Trường hợp 5 (tổ hợp lực đặc biệt).
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của hệ số ổn định vào góc nghiêng β cho các đập có chiều cao khác nhau thể hiện như sau:
1) Đập có chiều cao Hđ = 60m
Bảng 2.10 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K= f (β) cho đập cao 60m
TT β o TH1 (CB) TH3 (ĐB) TH5 (ĐB) [K c ] Điều kiện bền
Hình 2.18 - Quan hệ K = f (β) của đập có H đ = 60m
2) Đập có chiều cao Hđ = 80m
Bảng 2.11 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 80m
TH1 (CB) TH3 (ĐB) TH5 (ĐB) [K c ] Điều kiện bền
Hình 2.19 - Quan hệ K = f (β) của đập có H đ = 80m
3) Đập có chiều cao Hđ = 100m
Bảng 2.12 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 100m
TT β o TH1 (CB) TH3 (ĐB) TH5 (ĐB) [K c ] Điều kiện bền
Hình 2.20 - Quan hệ K = f(β) của đập có H đ = 100m
4) Đập có chiều cao Hđ = 120m
Bảng 2.13 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 120m
TT β o TH1 (CB) TH3 (ĐB) TH5 (ĐB) [K c ] Điều kiện bền
Hình 2.21 - Quan hệ K = f (β) của đập có H đ = 120m
5) Đập có chiều cao Hđ = 140m
Bảng 2.14 - Bảng tổng hợp kết quả khảo sát K = f (β) cho đập cao 140m
TT β o TH1 (CB) TH3 (ĐB) TH5 (ĐB) [K c ] Điều kiện bền
Hình 2.22 - Quan hệ K = f (β) của đập có H đ = 140m
6) Các kết quả khác a) Góc nghiêng cho phép ứng với các chiều cao đập khác nhau:
Bảng 2.15 - Góc [β] ứng với các chiều cao đập khác nhau
Hình 2.23 - Quan hệ [β] = f (H đ ) b) Quan hệ Kmin = f (H đ ) khi β = 2 o , 4 o
Bảng 2.16 - Tổng hợp kết quả tính ổn định khi β = 2 o
Tổ hợp cơ bản Tổ hợp đặc biệt
Hình 2.24 - Quan hệ K min = f (H đ ) khi β = 2 o
Bảng 2.17 - Tổng hợp kết quả tính ổn định khi β = 4 o
Tổ hợp cơ bản Tổ hợp đặc biệt
Hình 2.25 - Quan hệ K min = f (H đ ) khi β = 4 o 2.3.3.3 Nhận xét kết quả
Từ các kết quả tính toán ở mục 2.3.3.2 ta có thể thấy được rằng:
Đập được thiết kế hợp lý với mặt nền nằm ngang cho phép khi chiều cao đập tăng lên, góc nghiêng của mặt nền trong quá trình khai thác ([β]) sẽ giảm đi.
Đập có chiều cao Hđ = 60m vẫn duy trì được sự ổn định khi mặt nền nghiêng góc β = 11 độ về phía hạ lưu, trong khi đập cao Hđ = 140m chỉ cho phép mặt nền nghiêng tối đa 1,8 độ về phía hạ lưu.
- Cùng với một góc nghiêng mặt nền β, đập có chiều cao càng lớn thì hệ số ổn định trượt càng giảm (hình 2.24, 2.25)
Mức độ nguy hiểm về trượt của đập trong trường hợp xảy ra động đất cấp 8 sẽ cao hơn nếu thiết bị chống thấm và thoát nước không hoạt động bình thường.
Giải pháp kiểm soát độ nghiêng của đập
Trong các công trình xây dựng cao như nhà cao tầng và đập lớn, cần quan trắc chuyển vị ngang do tác động của tải trọng như áp lực nước, gió và động đất Chuyển vị này xảy ra trong thời gian ngắn và tương ứng với giá trị tải trọng động tác dụng lên kết cấu Những thông số này rất quan trọng để đánh giá ổn định của công trình trong quá trình sử dụng Để thực hiện quan trắc, người ta thường sử dụng thiết bị con lắc.
Thiết bị con lắc được sử dụng để đo dịch chuyển ngang động của công trình, giúp xác định sự thay đổi vị trí của đỉnh công trình so với đáy Có hai loại con lắc: con lắc thuận và con lắc nghịch.
2.4.1 Con lắc thuận a) Thiết bị
Hình 2.26 minh họa nguyên lý hoạt động của thiết bị con lắc thuận, được sử dụng để đo dao động của các công trình cao Trong quá trình đo, phần đáy của công trình được xem là cố định.
Thiết bị bao gồm một quả dọi treo bằng dây thép, được cố định từ đỉnh công trình và nằm dưới mặt phẳng của thiết bị đọc Con lắc hoạt động trong một chất lỏng có khả năng làm chậm dịch chuyển, giúp quả dọi giữ vị trí ổn định trước khi dao động Thiết bị đọc, như mô tả trong hình 2.27, có dạng hộp với ô trống hình vuông cho phép dây dọi dao động Kích thước ô trống tương ứng với khoảng dịch chuyển cho phép ghi đo, trong đó dây dọi thường được định vị ở giữa ô trống, tạo ra khoảng dịch chuyển bằng một nửa kích thước cạnh ô trống Thiết bị còn có bộ phận ghi đo vị trí theo nguyên lý được trình bày trong hình.
2.28 Theo mô tả trong hình 2.26, khi đỉnh công trình dịch chuyển ngang về một phía trong một khoảng thời gian nhỏ, dây dọi bị lệch cùng công trình tuy nhiên quả dọi vẫn ở vị trí trước dao động, quả dọi được coi là cố định.Như vậy, sự thay đổi vị trí của dây dọi tại vị trí có thiết bị đo sẽ được ghi chép lại Hai cảm biến ghi đo được lắp đặt để đo dịch chuyển theo hai phương trong mặt phẳng.
Thùng chứa dung dịch Quả dọi
Trạng thái ban đầu Trạng thái dịch chuyển
Hình 2.26 - Nguyên lý làm việc của con lắc thuận
Hình 2.27 - Thiết bị ghi đo dịch chuyển ngang
Dây dọi Bóng của dây
Cảm biến ghi vị trí của bóng dây dọi Tia sáng song song
Hình 2.28 - Cảm biến ghi đo vị trí của dây dọi b) Lắp đặt
Trong quá trình thi công đập bê tông, thiết bị được đặt trong hố khoan hoặc trong ống đã chuẩn bị sẵn Đường kính của ống cần xem xét đến độ nghiêng có thể xảy ra trong quá trình thi công Phương pháp khoan chỉ phù hợp cho các đập có chiều cao không lớn, và cần kiểm tra thường xuyên độ thẳng đứng của ống trong quá trình thi công Đầu trên của dây thép con lắc được cố định ở đỉnh công trình, trong khi thiết bị đo được lắp cố định ở đáy công trình trên một giá đỡ, với khoảng cách dành cho quả nặng treo dưới dây dọi Quả nặng phải có trọng lượng đủ lớn để giữ dây dọi ở vị trí cố định và được đưa vào ô trống của máy đọc qua khe sẵn có.
2.4 2 Con lắc nghịch a) Thiết bị
Con lắc nghịch hoạt động ngược lại với con lắc thuận, với dây thép được cố định dưới đáy công trình và kéo căng thẳng đứng lên đỉnh thông qua hệ thống đặc biệt Dây thép kết nối với phao trong thùng chứa chất lỏng, giúp ngăn chặn dịch chuyển của phao khi công trình bị dịch chuyển Bình chứa được thiết kế đặc biệt cho phép dây dọi đi qua đáy và nối với phao, đồng thời cho phép thùng chứa dịch chuyển mà không ảnh hưởng đến phao Thiết bị đo cũng tương tự như thiết bị sử dụng cho con lắc thuận, được cố định vào giá đỡ ở đỉnh công trình Nguyên lý hoạt động của con lắc nghịch cho thấy rằng chất lỏng trong thùng chứa giúp làm chậm chuyển động và giữ dây dọi cố định, trong khi thiết bị đọc ghi lại vị trí của dây dọi.
Neo cố định vào nền
Hình 2.29 - Nguyên lý làm việc của con lắc nghịch b) Lắp đặt
Lắp đặt con lắc nghịch phức tạp hơn con lắc thuận, chủ yếu do việc điều chỉnh chiều dài dây dọi để đảm bảo con lắc luôn ở trạng thái căng Thiết bị này cũng cần được lắp đặt trong một ống đã được chuẩn bị sẵn trong công trình.
Dây dọi được cố định dưới đáy ống bằng cách neo chắc chắn, với một giá hai tầng: tầng trên chứa dung dịch và tầng dưới gắn thiết bị đo Sau khi đưa dây dọi qua thiết bị và đáy bình, một ít chất lỏng được đổ vào thùng chứa Dây dọi được nối với phao và tiếp tục đổ dung dịch vào thùng cho đến khi dây thép căng ở giá trị ứng suất kéo khoảng 60 kG/cm², đảm bảo dây dọi ở trạng thái thẳng đứng.
Lắp thiết bị đo bằng cách đưa dây vào ô trống qua khe có sẵn Điều chỉnh dây dọi sao cho nằm chính giữa ô trống và cố định thiết bị vào giá đỡ Hình 2.30 minh họa thiết bị sau khi lắp đặt.
Hình 2.30 - Thiết bị con lắc ngược của RST sau lắp đặt
1 Theo các nhà sản xuất, chiều dài của con lắc không nên dài quá 60m, do với chiều dài lớn, sẽ làm cho con lắc bị dao động quá mức do việc lưu thông của không khí và gió trong hệ thống thiết bị Trong trường hợp đập cao hơn 60m nên đặt nhiều con lắc nối tiếp theo chiều thẳng đứng, trong đó giá trịđo của con lắc dưới cùng là con lắc chuẩn để kết hợp với giá trị đo của các con lắc bên trên.
2 Mặt trong của ống lắp dây dọi được khuyến cáo sơn đen để giảm tác động làm xuất hiệncác luồng không khí ảnh hưởng đến kết quả đo của thiết bị.
3 Với mục đích đo độ nghiêng của mặt nền thì sử dụng con lắc ngược với điểm gắn neo ở hành lang dưới cùng của đập là hiệu quả nhất Khi đó, việc đo độ nghiêng mặt nền ít chịu ảnh hưởng của chuyển vị ngang của phần bên trên của đập khi chịu uốn.
2.4.3 Ghi kết quả đo Đây là thiết bị đo dao động của công trình, nên việc ghi đo được tiến hành tự động.Các tín hiệu đo chuyển vào một Dataloggervà lưu giữ tuỳ độ lớn của bộ nhớ Thông qua các phần mềm chuyên dụng để biểu hiện hay in ra số liệu.
Số liệu thường được trình bày qua biểu đồ để dễ dàng phân tích Kết quả bao gồm hai biểu đồ thể hiện sự dịch chuyển theo hai trục X (phương dòng chảy) và Y (phương trục đập) theo thời gian.
Kết luận chương 2
Trong chương 2, luận văn trình bày các trường hợp tính toán và công thức tính toán ổn định trượt, lật của đập bê tông trọng lực, bao gồm cả trường hợp mặt đáy đập nằm ngang và nghiêng Đối với mặt cắt đập cụ thể với mái thượng lưu thẳng đứng, luận văn đã phát triển công thức tính toán ổn định lật cho bài toán phẳng, khi mặt nền nghiêng về hạ lưu (công thức 2.7).
Tác giả đã nghiên cứu mối quan hệ giữa ổn định của đập và độ nghiêng của mặt nền trong quá trình khai thác, từ đó xác định được góc nghiêng cho phép ([β]) tương ứng với các chiều cao đập khác nhau, cụ thể là 60, 80, 100 và 120 mét.
Trong chương này, chúng tôi đã lựa chọn thiết bị quan trắc phù hợp để theo dõi độ nghiêng của đập BTTL Đồng thời, chúng tôi cũng đề xuất các giải pháp xử lý nhằm đảm bảo an toàn cho đập khi xảy ra hiện tượng nghiêng.
Trong chương 3, tác giả sẽ tính toán cho một công trình cụ thể là đập Sông Tranh 2.
