Nghiên Cứu Phương Pháp Tính Xói Cục Bộ Tại Trụ Cầu Trần Thị Lý, Thành Phố Đà Nẵng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật nghiên cứu đề xuất phương pháp tính xói cục bộ tại trụ cầu trần thị lý thành phố đà nẵng, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Đoàn Công Minh
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Việt Dũng
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Phương Pháp Tính Xói Cục Bộ Tại Trụ Cầu Trần Thị Lý, Đà Nẵng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU XÓI
• 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ XÓI TRỤ CẦU TẠI CÔNG TRÌNH
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỦ YẾU HIỆN NAY
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ TẢ VÀ PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỐ XÓI
• 3. CHƯƠNG 3: TỔ CHỨC ĐO XÓI TẠI HIỆN TRƯỜNG
• 4. CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG MÔ HÌNH RIVER 2D ĐỂ TÍNH XÓI CỤC BỘ CHO CẦU TRẦN THỊ LÝ VÀ SO SÁNH, ĐỀ XUẤT
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phương Pháp Tính Xói Cục Bộ Tại Trụ Cầu Trần Thị Lý

Phương pháp tính xói cục bộ tại trụ cầu Trần Thị Lý là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy. Xói cục bộ không chỉ ảnh hưởng đến độ bền của công trình mà còn liên quan đến an toàn giao thông. Việc nghiên cứu và áp dụng các công thức tính toán chính xác sẽ giúp giảm thiểu rủi ro xói lở, bảo vệ công trình và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

1.1. Khái Niệm Về Xói Cục Bộ Tại Trụ Cầu

Xói cục bộ tại trụ cầu là hiện tượng hạ thấp cục bộ đáy sông xung quanh mố trụ do tác động của dòng chảy. Hiện tượng này có thể gây ra sự mất ổn định cho công trình, làm giảm tuổi thọ và hiệu quả sử dụng.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Xói Cục Bộ

Nghiên cứu xói cục bộ giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển hố xói. Điều này không chỉ giúp bảo vệ công trình mà còn đảm bảo an toàn cho người dân và phương tiện giao thông.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Tính Toán Xói Cục Bộ

Tính toán xói cục bộ tại trụ cầu Trần Thị Lý gặp nhiều thách thức do sự đa dạng của các yếu tố ảnh hưởng như tốc độ dòng chảy, hình dạng trụ và điều kiện địa chất. Các công thức hiện tại thường thiếu độ chính xác và không phản ánh đúng thực tế.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Xói Cục Bộ

Các yếu tố như tốc độ dòng chảy, kích thước hạt vật liệu và hình dạng trụ cầu đều có ảnh hưởng lớn đến chiều sâu xói cục bộ. Việc đánh giá chính xác các yếu tố này là rất cần thiết để đưa ra công thức tính toán phù hợp.

2.2. Hạn Chế Của Các Công Thức Tính Hiện Tại

Nhiều công thức tính xói cục bộ hiện nay chưa được kiểm chứng bằng số liệu thực tế, dẫn đến độ tin cậy thấp. Điều này gây khó khăn trong việc lựa chọn công thức phù hợp cho từng điều kiện cụ thể.

III. Phương Pháp Tính Toán Xói Cục Bộ Tại Trụ Cầu Trần Thị Lý

Để tính toán xói cục bộ tại trụ cầu Trần Thị Lý, cần áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại kết hợp với thực nghiệm. Việc sử dụng mô hình River 2D giúp mô phỏng chính xác dòng chảy và ảnh hưởng của nó đến xói cục bộ.

3.1. Mô Hình River 2D Trong Tính Toán Xói

Mô hình River 2D cho phép mô phỏng dòng chảy hai chiều, giúp xác định chính xác vận tốc và chiều sâu xói cục bộ. Việc áp dụng mô hình này sẽ nâng cao độ chính xác trong tính toán.

3.2. So Sánh Các Công Thức Tính Xói

So sánh các công thức tính xói cục bộ hiện có với kết quả thực tế sẽ giúp xác định công thức nào phù hợp nhất với điều kiện tại trụ cầu Trần Thị Lý.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Phương Pháp Tính Xói Cục Bộ

Kết quả nghiên cứu về phương pháp tính xói cục bộ tại trụ cầu Trần Thị Lý có thể được áp dụng trong thực tiễn để cải thiện thiết kế và thi công các công trình cầu. Việc áp dụng các công thức tính toán chính xác sẽ giúp giảm thiểu rủi ro xói lở.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Tại Trụ Cầu Trần Thị Lý

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng mô hình River 2D đã giúp xác định chính xác chiều sâu xói cục bộ, từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống hiệu quả.

4.2. Đề Xuất Biện Pháp Phòng Chống Xói

Các biện pháp phòng chống xói như cải thiện hình dạng trụ, sử dụng vật liệu chống xói và thiết kế hệ thống thoát nước hợp lý sẽ giúp bảo vệ công trình và giảm thiểu thiệt hại.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu Xói Cục Bộ

Nghiên cứu về phương pháp tính xói cục bộ tại trụ cầu Trần Thị Lý đã chỉ ra tầm quan trọng của việc áp dụng các công thức tính toán chính xác. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục mở rộng để cải thiện độ chính xác và hiệu quả trong thiết kế công trình.

5.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Trong Tương Lai

Nghiên cứu xói cục bộ sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ công trình cầu và đảm bảo an toàn giao thông. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả nghiên cứu.

5.2. Định Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Định hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc phát triển các mô hình tính toán mới và cải thiện các công thức hiện có để đáp ứng tốt hơn với điều kiện thực tế tại các công trình cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU XÓI 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ XÓI TRỤ CẦU TẠI CÔNG TRÌNH Cầu là một công trình vượt sông trên đường ôtô, đường sắt và dễ mất ổn định dưới tác động của dòng lũ, đặc biệt là lũ lớn và lũ lịch sử. Do vậy, để giảm thiểu tối đa rủi ro, bài toán xói cầu phải được đặt ra đầu tiên trong quá trình thiết kế. Để đảm bảo các bộ phận công trình cầu làm việc bình thường trong mùa lũ thì khi thiết kế, các công trình này phải được tính xói và phòng xói đầy đủ.

+ Xói tại công trình cầu đường có thể chia làm 3 loại sau: - Xói do diễn biến tự nhiên của lòng sông hay biến dạng lòng sông tự nhiên là loại xói không liên quan đến công trình xây dựng trong sông thường được gọi là xói chung. - Xói thu hẹp là xói do công trình cầu làm thu hẹp dòng lũ tự nhiên tạo ra. - Xói cục bộ là xói ngay tại chân trụ, mố cầu hay kè…do chính mố trụ và mố cầu kè.tạo ra khi tác động tương hỗ với dòng chảy, làm thay đổi cấu trúc cục bộ dòng chảy; loại xói này phụ thuộc vào loại công trình và được chồng lên xói chung và xói thu hẹp. - Ngoài ra, xói còn được chia thành xói nước trong và xói nước đục liên quan trực tiếp đến điều kiện khác nhau của tải bùn cát.1: Sơ đồ mô tả các dạng xói lở tại công trình trụ cầu [8] 1.

Định nghĩa về xói thu hẹp Xói thu hẹp dưới cầu là xói hình thành do thắt hẹp dòng chảy bình thường, làm tăng tốc độ dòng chảy, tăng ứng xuất tiếp đáy dòng chảy dẫn đến tăng năng lượng đơn vị dòng chảy. Tại khu vực trước cầu nước sông bị dâng lên và độ dâng lớn nhất so với đường mặt nước tự nhiên cách cầu khá xa. Do mặt cắt bị thu hẹp nên tốc độ dòng nước tăng dần lên và khả năng vận chuyển phù sa cũng tăng lên. Đây chính là nguyên nhân gây xói tại khu vực cầu.

Định nghĩa về xói cục bộ Xói cục bộ tại chân trụ mố cầu là sự hạ thấp cục bộ cao độ đáy sông xung quanh mố trụ tính từ đường xói chung và do sự có mặt của trụ hay mố cầu làm thay đổi cấu trúc cục bộ dòng chảy ở xung quanh trụ hay mố trụ so với dòng chảy bình thường.2: Sơ đồ dòng chảy và xói, bồi tại trụ cầu [10] a - Giai đoạn chủ yếu, b - Giai đoạn xói ở hạ lưu 6 1. Phân loại xói cục bộ - Lượng bùn cát ra vào hố xói. - Vận tốc khởi động hạt a. Phân loại xói theo lượng bùn cát ra vào hố xói Xói cục bộ được phân thành hai dạng gồm xói nước trong và xói nước đục dựa vào : + Xói nước trong: Xói xảy ra khi vật liệu đáy ngay phía trước vùng xói chân trụ ở trạng thái nghỉ không chuyển động, ứng suất tiếp hay tốc độ của dòng chảy ở trước vùng xói đúng bằng ứng suất tiếp phân giới hay tốc độ khởi động của hạt.

Hạt bắt đầu khởi động song chưa chuyển động.[8] + Xói nước đục Xói nước đục xảy ra khi tốc độ sau xói chung lớn hơn tốc độ phân giới của hạt ở đáy sông, bùn cát ở thượng lưu luôn được dòng chảy cấp cho hố xói, xói cân bằng đạt đươc khi lưu lượng bùn cát từ thượng lưu cấp cho hố xói bằng lượng bùn cát bị xói chuyển đi từ hố xói. Xói này gắn liền với quá trình di chuyển của bùn cát đáy sông, độ sâu xói không tăng theo độ sâu dòng chảy, không phụ thuộc vào độ lớn của lượng bùn cát mà dao động theo thời gian phù hợp với hình dạng đáy cát di chuyển. Phân loại theo vận tốc khởi động hạt Gọi Vc là tốc độ phân giới của hạt đất đáy sông trước trụ, V là tốc độ dòng chảy dưới cầu sau xói thì: 7 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỦ YẾU HIỆN NAY Tính toán xói lở hiện nay là một tiêu chuẩn rất quan trọng và cần thiết khi phân tích hệ thống công trình vượt sông.

Trước đây việc tính xói được nghiên cứu bằng những nghiên cứu thực nghiệm, thiếu những căn cứ vững chắc. Hiện nay, có đã có nhiều mô hình tính xói cục bộ được sử dụng phổ biến hiện nay như: 1. Công thức tính chiều sâu xói cục bộ của TS. Đặng Việt Dũng [2] (1.1) Trong đó: hcbmax- Chiều sâu xói cục bộ lớn nhất tại trụ cầu,m.

y - Chiều sâu dòng chảy tại vị trí dự kiến bố trí trụ có kể đến ảnh hưởng của xói chung , m. KA - Hệ số thực nghiệm tổng hợp phụ thuộc đường kính hạt vật liệu.1: Hệ số thực nghiệm KA [2, tr.76] Đường kính hạt Hằng số thực nghiệm Vật liệu đáy Cỡ hạt (mm) A (KA) Nhỏ 0,05-0,25 0.015 Ky- Độ nông dòng chảy xác đinh theo công thức 8 (1-2) n: hệ số thực nghiệm Hoặc công thức: (1-3) Kh- Ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu xác đinh theo (1-4) l: hệ số thực nghiệm Hoặc công thức: Với b/d50≤ 25 thì (1-5) b/d50> 25 thì Kh=1 - Cường độ dòng chảy (1-6) - Vận tốc khởi động của hạt vật liệu (1-7) - Sức cản hình dạng lấy theo bảng 2-1 b - Bề rộng trụ trụ tính toán, m. Công thức tính xói cục bộ của trường Đại học Xây dựng Hà Nội [1] + Đối với các trụ cầu nằm trên dòng chủ của sông được xác định theo công thức tính như sau: (m) (1-8) + Đối với các trụ cầu nằm ở bãi sông được xác định theo công thức sau: (m) (1-9) Trong đó: hcbmax: Chiều sâu xói cục bộ lớn nhất tại trụ cầu, m. Kd: hệ số xét đến ảnh hưởng của hình dạng trụ cầu, được lấy bằng 0,1Kζ Kζ: hệ số hình dạng của Iaratslaxev; xác định theo Phụ lục 4-5 trang 152 – Sổ tay tình toán Thủy Văn, Thủy Lực Cầu Đường – Bộ Giao Thông Vận Tải.

[1] y: chiều sâu dòng nước chảy tại thượng lưu mũi trụ, m. VC: tốc độ dòng chảy tại trụ cầu trước khi có xói cục bộ, m/s. Vox: tốc độ cho phép không xói của lớp đất tại vị trí xói phát triển tới, m/s.Tra bảng 1 trang 135 – Sổ tay tính toán thủy Văn, Thủy Lực Cầu Đường – Bộ Giao Thông Vận Tải ứng với từng loại đất. [1] b: chiều rộng tính toán của trụ, m.

Khi hướng dòng chảy xiên góc với tim trụ cầu một góc thì chiều rộng trụ b được thay bằng btt tính toán xác định theo công thức : (m) (1-10) (: góc giữa hướng dòng chảy và tim cầu). So với công thức tính xói cục bộ hiện nay, công thức của trường Đại học xây dựng Hà Nội có độ chính xác khá cao. Giữa kết quả tính toán lý thuyết và số đo thực tế chỉ có 40  51% số trường hợp có sai số dưới 10% và 2  5%, 10 trường hợp có sai số lớn hơn 40%. Công thức tính xói cục bộ của M.

Công thức của Zuravlev Tiến sĩ khoa học kĩ thuật M. Zuravlev là người đầu tiên đã xây dựng công thức tính xói cục bộ theo các số liệu đo xói tại các cầu cũ có dạng : (m) (1-11) Trong đó: Kd - hệ số hình dạng trụ cầu, lấy bằng 1/10 trị số K ; Kζ: hệ số hình dạng của Iaratslaxev; xác định theo Phụ lục 4-5 trang 152 – Sổ tay tình toán Thủy Văn, Thủy Lực Cầu Đường – Bộ Giao Thông Vận Tải, [1] n - hệ số mũ, bằng 3/4 khi v/vB >1 và bằng 2/3 khi v/vB  1; VB - tốc độ dòng chảy khuấy đục cát,m/s. (m/s) (1-12) Với: y - Chiều sâu dòng nước chảy trước trụ cầu, m.  - đường kính thủy lực của hạt phù sa lòng sông trung bình (tốc độ rơi trong nước tĩnh, không chảy), m/s.

(m) (1-13) 1 đường kính thủy lực của các thành phần hạt, m. P1 - tỉ lệ thành phần hạt tính theo phần trăm của trọng lượng. Công thức của A. Latưsenkôv : - Khi V > 1,3 Vox: Xói nước đục (m) (1-14) - Khi V  1,3 Vox: Xói nước trong 11 (m) (1-15) Trong đó: Kd - hệ số hình dạng trụ cầu, lấy bằng 1/10 trị số K ; Kζ: hệ số hình dạng của Iaratslaxev; xác định theo Phụ lục 4-5 trang 152 – Sổ tay tình toán Thủy Văn, Thủy Lực Cầu Đường – Bộ Giao Thông Vận Tải.

[1] Vox- tốc độ cho phép không xói của lớp đất tại vị trí xói phát triển tới, m/s. Tra bảng 1 trang 135 – Sổ tay tính toán thủy Văn, Thủy Lực Cầu Đường – Bộ Giao Thông Vận Tải với từng loại đất. [1] b: chiều rộng tính toán của trụ, m. Tính xói cục bộ theo tiêu chuẩn BCH 62-69 của Liên Xô [10] a.

Đối với dòng nước đục: Xói cục bộ tại chân trụ cầu cho dòng chủ hay cho bãi sông được xác định theo công thức sau: (m) (1-16) Trong đó: V - tốc độ dòng chảy trung bình tại trụ cầu trước khi có xói cục bộ,m/s hcb- chiều sâu xói cục bộ tính từ mặt đất sau khi xói chung; m h0 - chiều sâu xói cục bộ giới hạn tại trụ hình tròn ứng với V = Vox; b - chiều rộng trụ tính toán, m Vox - tốc độ gây xói , m/s. (m/s) (1-17) Với d - đường kính hạt đất, mm. y - chiều sâu dòng chảy trước trụ, m. Kd - hệ số hình dạng trụ cầu, lấy bằng 1/10 trị số K =( 0,70  1,24).

12 Kζ - hệ số hình dạng của Iaratslaxev; xác định theo Phụ lục 4-5 trang 152 – Sổ tay tình toán Thủy Văn, Thủy Lực Cầu Đường – Bộ Giao Thông Vận Tải. [1] K - hệ số xét ảnh hưởng của hướng dòng nước, phụ thuộc vào góc làm thành giữa hướng chảy với tim của trụ dọc theo sông xác định theo công thức như sau: (1-18) Trong đó: Kα - hệ số lấy theo đồ thị , phụ thuộc vào tỉ số l/b (l và b chiều dài và chiều rộng trụ tính toán trên bình đồ, và góc xiên của dòng chảy đối với trụ . Trường hợp .3: Giá trị Kα(α, l/b) α là góc tính bằng độ (Laursen và Toch, 1956) V - tốc độ dòng chảy trung bình tại trụ cầu trước khi có xói cục bộ, m/s Công thức tổng quát tính chiều rộng trụ tính toán và móng có chiều 13 rộng trụ thay đổi theo chiều cao được xác định theo công thức: (m) (1-19) Trong đó: b1, b2 - các chiều rộng bộ phận, m. t1, t2 - chiều cao tương ứng của các bộ phận trụ có chiều rộng thay đổi b 1, b2 được tính từ mực nước tới đường xói chung.