CHƯƠNG 3. KẾT CẤU HỒ NƯỚC
3.3 THIẾT KẾ BỂ CHỨA NGẦM HÌNH CHỮ NHẬT
Khác với bể chứa trên mái thường được đỡ bằng các cột hồ nước, bể nước ngầm đặt trực tiếp trên mặt đất thông thường sẽ được thiết kế để có thể truyền toàn bộ áp lực đứng lên nền đất thông qua bản đáy. Bên cạnh đó, khi bể nước đặt trên nền đất, ngoài các tải trọng thông thường khác, sẽ phải chịu thêm áp lực đất, vì vậy việc tính toán và cấu tạo có một vài khác biệt so với bể nước trên mái.
Theo vị trí tương đối của bể so với nền đất, có thể phân loại các bể ngầm theo các loại bể nổi, bể nửa chìm, và bể chìm nhƣ hình sau đây:
MẶT ĐẤT TỰ NHIÊN
BEÅ CHÌM BỂ NỬA CHÌM
BEÅ NOÅI
Hình 3.14 Vị trí tương đối của bể so với mặt đất
3.3.1 TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG Các loại tải trọng tác dụng :
- Trọng lƣợng bản thân và các lớp cấu tạo.
- Hoạt tải sửa chữa
- Áp lực chất lỏng chứa trong bể (hoạt tải ngắn hạn).
- Áp lực đất (chủ động) tác dụng xung quanh thành bể.
- Áp lực nước ngầm tác dụng lên thành bể và đáy bể (hoạt tải dài hạn).
- Trọng lượng các lớp đất đắp trên bể (hoạt tải dài hạn) và người sử dụng (hoạt tải ngắn hạn).
3.3.2 TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN BỂ a) BẢN NẮP
Bản nắp bể nước ngầm làm việc giống ô bản sàn chịu lực phân bố gồm :
- Trường hợp bể nổi và bể nửa chìm: Tải trọng bản thân bản nắp và các lớp cấu tạo, hoạt tải sửa chữa.
- Trường hợp bể chìm: Tải trọng bản thân bản nắp và các lớp cấu tạo, tải trọng lớp đất đắp trên bản nắp và các tải trọng phụ đặt lên lớp đất nếu có.
Việc tính toán bản nắp tương tự tính toán ô sàn phân bố đều.
b) BẢN THÀNH
Đối với bể nổi, bản thành không tiếp xúc trực tiếp với đất nên tính toán tương tự bản thành bể nước trên mái. Thông thường, với chiều cao so với mặt đất không nhiều, có thể bỏ qua tải trọng gió do giá trị không đáng kể.
MẶT ĐẤT TỰ NHIÊN
CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BỂ NỔI
Pn (Áp lực nước)
Hình 3.15
Tính toán giá trị tải trọng nhƣ sau:
n n p
p . .H n ( 3.14)
: Chiều cao bản thành
: Trọng lượng riêng nước
: Hệ số vƣợt tải , np ≥ 1.1
Đối với bể nửa chìm và bể chìm, khi này, bản thành sẽ chịu tác động của áp lực đất quanh bản thành và áp lực nước bên trong bể.
2
2 (45 )
2
o
d d p
p H n tg ( 3.15)
2
1 (45 )
2
o
d d c p
p H n tg ( 3.16)
2
2 ( ) (45 )
2
o
d d c p
p H H n tg ( 3.17)
Với :
d : Trọng lƣợng riêng đất
: Trọng lượng riêng nước
: Góc ma sát trong của đất
: Chiều cao bản thành
MẶT ĐẤT TỰ NHIÊN
CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BỂ NỬA CHÌM
H2
MẶT ĐẤT TỰ NHIÊN
Pn (Áp lực nước)
Pd2 (Áp lực đất)
Pd1 (Áp lực đất)
Pn (Áp lực nước)
Pd (Áp lực đất)
CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BỂ CHÌM
HcH
H1
Hình 3.16 Hình 3.17
: Hệ số vƣợt tải , np ≥ 1.1
Trong quá trình tính toán , cần tính toán riêng cho từng trường hợp tải rồi tổ hợp lại.
Sơ đồ tính và bố trí cốt thép tương tự bản thành hồ nước trên mái.
c) BẢN ĐÁY
Bản đáy hồ nước chịu tác dụng của áp lực nước , đồng thời cũng được xem như bản móng để truyền toàn bộ tải trọng của hồ nước xuống nền đất. Vì vậy , bản đáy trong bể nước ngầm được tính toán với hai trường hợp chịu tải như sau:
Khi bể đầy nước : Bản đáy được tính như bản móng nằm trên nền đàn hồi và chịu các loại tải trọng :
- Tải trọng phân bố đều trên bản đáy gồm trọng lƣợng bản thân các lớp cấu tạo bản đáy và nước :
i i i n p
q n Hn (Lực/diện tích) ( 3.18)
i: Chiều dày mỗi lớp cấu tạo bản đáy
i: Trọng lƣợng riêng mỗi lớp cấu tạo bản đáy
ni: Hệ số độ tin cậy
n: Trọng lƣợng riêng chất lỏng chứa trong bể
H: chiều cao bể
np: Hệ số độ tin cậy chất lỏng chứa trong bể
- Tải trọng phân bố đều quanh chu vi bản đáy gồm trọng lƣợng bản thân các lớp cấu tạp bản thành, tải trọng phân bố bản nắp của bản nắp truyền vào dầm nắp và trọng lƣợng bản thân dầm nắp.
d bt dn dn
q g g q ( lực/chiều dài) ( 3.19)
gbt : Tải trọng bản thân bản thành qui về phân bố đều trên chiều dài
gdn :Tải trọng bản thân dầm nắp (nếu có) qui về phân bố đều trên chiều dài
qdn : Tải trọng hình thang, tam giác do tải trọng bản thân và hoạt tải dầm nắp truyền vào dầm nắp
Để tính toán nội lực bản đáy, cần xác định hệ số nền, (tham khảo tài liệu nền móng) từ đó tính toán các giá trị nội lực và thiết kế thép bản đáy.
Khi bể không có nước, bản đáy được tính như bản sàn, kê 4 cạnh vào bản thành và chịu các loại tải trọng sau :
- Trọng lƣợng bản thân bản đáy – Tải trọng này có thể bỏ qua để thiên về an toàn.
Phản lực đất nền dưới bản đáy :
1 2
p G
L L ( 3.20)
Với G là tổng tải trọng của bể nước tính cả phần đất đắp bên trên.
-
SƠ ĐỒ TÍNH BẢN ĐÁY TRONG TRƯỜNG HỢP BỂ ĐẦY NƯỚC
q qd
Hình 3.18
p
Cốt thép trong bản đáy được tính toán và bố trí để thỏa mãn cả hai trường hợp trên.
3.3.3 KIỂM TRA ĐẨY NỔI BỂ NGẦM
Khi có mực nước ngầm cao hơn đáy bể, bể cần được kiểm tra đẩy nổi để tránh trường hợp bể bị đẩy trồi lên khi không chứa nước
Điều kiện kiểm tra: G L L h1 2 nn d n ( 3.21) Với
G là tổng tải trọng của bể nước tính cả phần đất đắp bên trên.
d n: Dung trọng đẩy nổi