L IC M

N

Qua m t th i gian nghiên c u và th c hi n d
c a giáo viên h

i s giúp đ ch b o nhi t tình

ng d n và các th y cô giáo tác gi

đã hoàn thành lu n v n t t

nghi p v i đ tài:
“Nghiên c u tr ng thái ng su t – bi n d ng và n đ nh c a tr m b m
chìm trên n n đ t y u theo mô hình bài toán ph ng”
Tác gi đ c bi t xin bày t lòng c m n t i th y giáo Giáo s , Ti n s Ph m
Ng c Khánh đã t n tình h

ng d n, ch b o cho tác gi nhi u v n đ quý báu trong

nghiên c u khoa h c nói chung c ng nh trong b n thân lu n v n này.
Tác gi xin chân thành c m n các th y giáo, cô giáo trong khoa Công trình,
b môn S c b n - K t c u, phòng

ào t o

i h c và Sau đ i h c tr

ng


và ch a đ

c ai công b trong b t k công trình nghiên c u nào.
Hà N i, tháng 11 n m 2013
Tác gi

Nguy n Qu c Tr ng


M CL C

M

U ....................................................................................................................1

CH

NG I: T NG QUAN .....................................................................................3

1.1. T ng quan v tr m b m .......................................................................................3
1.2. S phát tri n c a tr m b m chìm trên th gi i và trong n

c .............................5

1.2.1. S phát tri n c a tr m b m chìm trên th gi i .................................................5
1.2.2. S phát tri n c a tr m b m chìm trong n
1.3. Nh ng v n đ th

c ...................................................9


N

NG

NH C A TR M B M CHÌM TRÊN N N

T Y U .................................................................................................................21
2.1. i u ki n làm vi c c a công trình trên n n đ t y u ...........................................21
1.2.1. N n đ t y u và phân lo i n n đ t y u ............................................................21
1.2.2.

c đi m làm vi c c a công trình bê tông trên n n đ t .................................22

1.2.3. M t s ph
2.2. Các ph

ng pháp nghiên c u tr ng thái ng su t – bi n d ng và n đ nh ........25

2.2.1. Các ph
2.2.2. Ph

ng pháp x lý công trình khi g p n n đ t y u ..........................23

ng pháp nghiên c u.........................................................................25

ng pháp ph n t h u h n .......................................................................26

2.3. Phân tích ng su t – bi n d ng c a công trình b ng ph

ng pháp ph n t h u

3.1.2. Quy mô và nhi m v c a d án ......................................................................44
3.1.3. Các ch tiêu và thông s k thu t ch y u.......................................................44
3.1.4.

c đi m đ a hình vùng d án ........................................................................46

3.1.5.

c đi m đ a ch t vùng d án .........................................................................47

3.2. S d ng ph n m m SAP2000 đ tính toán tr ng thái ng su t – bi n d ng c a
tr m b m ào Xá trên n n đ t y u ...........................................................................49
3.2.1. Tính toán tr ng thái ng su t - bi n d ng theo ph

ng d c nhà tr m ............49

3.2.2. Tính toán tr ng thái ng su t - bi n d ng theo ph

ng ngang nhà tr m ........56

3.2.3. T ng h p k t qu tính toán .............................................................................63
3.2.4. Phân tích và nh n xét k t qu tính toán ..........................................................63
3.3. S d ng ph n m m Plaxis đ tính toán n đ nh c a tr m b m ào Xá trên n n
đ t y u .......................................................................................................................65
3.3.1. Gi i quy t bài toán ..........................................................................................65
3.3.2. Phân tích và nh n xét k t qu tính toán ..........................................................76
K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................77
1. K t lu n .................................................................................................................77
2. Ki n ngh ...............................................................................................................77
TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................78

c .................18

ng M .....................................19

Hình 1.13: Hình nh khoang đ t máy b m chìm c a tr m b m Ph ng Châu ..........19
Hình 1.14: Hình nh ph i c nh tr m b m H D c – Ch

ng M ............................20

Hình 1.15: B n v c t d c thi t k tr m b m H D c – Ch

ng M .......................20

Hình 2.1: Hình th c móng công trình trên n n đ t ...................................................22
Hình 2.2: S đ m t n đ nh công trình bê tông ch u t i tr ng ph c t p..................23
Hình 2.3: Ph

ng pháp x lý v móng .....................................................................24

Hình 2.4: Ph

ng pháp x lý v n n ........................................................................24

Hình 2.5: Ph

ng pháp x lý v n n b ng móng c c ...............................................25

Hình 2.12: S đ gi i bài toán k t c u theo ph
Hình 2.13: S đ các b



ng su t Smin=-1,32.103 T/m2 ...................................................52

Hình 3.10: Bi u đ

ng su t SVM=1,16.103 T/m2 ..................................................52

Hình 3.11: M t c t tính toán (TH2) .........................................................................52
Hình 3.12: Chuy n v c a nhà tr m TH2, U1 = 0,78cm, U3=-7,47cm ....................53
Hình 3.13: Bi u đ

ng su t S11=-1,00.103 T/m2 ...................................................53

Hình 3.14: Bi u đ

ng su t S22 =-1,35.103 T/m2 ..................................................53

Hình 3.15: Bi u đ

ng su t S12 =-0,33.103 T/m2 ..................................................54

Hình 3.16: Bi u đ

ng su t Smax =0,95.103 T/m2 ................................................54

Hình 3.17: Bi u đ

ng su t Smin =-1,50.103 T/m2 ................................................54

Hình 3.18: Bi u đ


Hình 3.29: M t c t tính toán (TH2) ..........................................................................59
Hình 3.30: S đ tính toán ng su t - bi n d ng ......................................................60


Hình 3.31: Chuy n v c a nhà tr m TH2, U1 = 0,001cm, U3=-2,88cm ..................60
Hình 3.32: Bi u đ

ng su t S11=1,02.103 T/m2 ....................................................61

Hình 3.33: Bi u đ

ng su t S22=2,01.103 T/m2 ....................................................61

Hình 3.34: Bi u đ

ng su t S12=2,84.103 T/m2 ....................................................61

Hình 3.35: Bi u đ

ng su t Smax=3,35.103 T/m2 .................................................62

Hình 3.36: Bi u đ

ng su t Smin=-5,42.103 T/m2 .................................................62

Hình 3.37: Bi u đ

ng su t SVM=6,45.103 T/m2 ..................................................62



i chia ph n t .............................................................................72

Hình 3.50: Khai báo m c n

c .................................................................................72

Hình 3.51: Tính toán h s an toàn cho công trình ...................................................73
Hình 3.52: H s an toàn c a tr m b m khi làm vi c v i MNTK, K= 1,653 .........73
Hình 3.53: Hình d ng c a cung tr

t v i h s an toàn K= 1,653 ...........................74

Hình 3.54: Chuy n v c a nhà tr m theo ph

ng ngang Ux max = 0,017 ( m) .......74

Hình 3.55: Chuy n v c a nhà tr m theo ph

ng đ ng Uy max = 0,04714 ( m) .....75

Hình 3.56: Chuy n v th ng đ ng c a b n đáy nhà tr m Uy max = 0,018 (m) ........75
Hình 3.57: Chuy n v ngang t

ng ch n đ t c a nhà tr m Ux max = 0,011 m .......76


DANH M C B NG BI U

B ng 2.1: M t s ch tiêu phân lo i n n đ t m m y u ..............................................22

c quan tâm và phát

c xây d ng ngày càng nhi u v i m c đ t

gi n đ n đ n ph c t p.
Ngày nay đ xây d ng đ

c nh ng công trình thu l i có quy mô l n chúng ta

c n nghiên c u đ y đ các y u t

nh h

ng đ n s b n v ng và n đ nh c a công

trình đ có nh ng c s lý lu n v ng ch c, t đó giúp cho con ng
d ng đ

i thi t k , xây

c nh ng công trình an toàn, hi u qu .

Ngoài ra, song song v i m c tiêu đ m b o an toàn và hi u qu thì v n đ th m
m c a công trình th y l i c ng ngày càng đ

c quan tâm nhi u h n đ c bi t là các

công trình đ u m i nh h đ p, th y đi n, tr m b m, c u c ng, ....
b ng sông H ng thì công trình đ u m i tr m b m t
m nh, nhi u công trình đ

ng pháp nghiên c u

Ti p c n thông qua các t ch c, cá nhân khoa h c hay các ph
tin đ i chúng đ n m đ

ng ti n thông

c t ng quan v tr m b m chìm và các ph

ng pháp tính

toán. T đó nh n th y nh ng u đi m c a tr m b m chìm và nh ng h n ch trong
vi c tìm ph

ng pháp tính toán, các ph

gi n. Các b ph n thi t k th

ng pháp tính hi n nay còn t

ng thiên l n nên gây lãng phí v

ng đ i đ n

m t kinh t . Vì

v y v i đ tài “Nguyên c u tr ng thái ng su t - bi n d ng và n đ nh c a tr m b m
chìm trên n n đ t y u theo mô hình bài toán ph ng” tác gi s gi i quy t đ
nh


tr m b m chìm trên n n đ t y u.


3
CH

NG I

T NG QUAN
1.1. T ng quan v tr m b m
Ngay t th i c x a, do đi u ki n s n xu t và đ i s ng đòi h i, con ng
bi t dùng nh ng công c thô s nh co ng quay, xe đ p n

i đã

c ..v.v.. đ đ a n

c

lên các th a ru ng có đ cao chênh l ch. Nh ng công c này v n chuy n ch t l ng
d

i áp su t khí quy n. Sau đó ng

i ta đã bi t dùng nh ng pitông đ n gi n nh

ng th t làm b ng tre g đ chuy n n
ho t đ ng d

i tác đ ng c a s c ng

V lý lu n, đ n th k XVIII có th k đ n nh ng c ng hi n vô cùng l n lao

c a nhà khoa h c le, ng

i đã đ xu t nh ng v n đ lý lu n có liên quan đ n máy

th y l c và Zucôpsky trong lý lu n v c h c ch t l ng. K t đó vi c nghiên c u
và ch t o máy b m m i có c s v ng ch c. Th i k này máy h i n
thêm kh n ng kéo máy b m.

c ra đ i t ng

u th k XX các đ ng c có s vòng quay nhanh ra

đ i thì máy b m li tâm càng đ

c ph bi n r ng rãi và có hi u su t cao, n ng l c

b m l n.
Ngày nay máy b m đ

c dùng r t r ng rãi trong đ i s ng và các ngành kinh

t qu c dân. Trong công nghi p, máy b m đ

c dùng đ cung c p n

c cho các lò

cao, h m m , nhà máy... b m d u trong công nghi p khai thác d u m ... Trong k

Hình 1.1: S đ b trí h th ng các công trình tr m b m
- Công trình c a l y n
- Công trình d n n
trung n

c tr

c 1, l y n

c t ngu n (l y t sông, h , kênh d n...);

c 2, có nhi m v đ a n

c nhà máy b m. Công trình d n n

ct c al yn

cv b t p

c có th là kênh d n, đ

ng ng

d n ho c xi phông. Trên công trình d n có th có b l ng cát 3, n u có lu n ch ng
th a đáng;
- B t p trung n
đ

c 4 n m tr


c cho kênh d n 8 ho c công trình nh n n

c,

c.

1.2. S phát tri n c a tr m b m chìm trên th gi i và trong n

c

1.2.1. S phát tri n c a tr m b m chìm trên th gi i
Ngành công nghi p ch t o máy b m trên th gi i đã đ t đ

c nhi u thành

t u trong nghiên c u lý thuy t c b n, thi t k ch t o và áp d ng vào s n xu t
kho ng 1500 lo i máy b m. Máy b m chìm đã đ

c nghiên c u sâu và đ t đ n

trình đ cao v c s lý thuy t tính toán, thi t k , ch t o, đ t bi t là các b m chìm
ph c v nông nghi p và thoát n

c th i.

Hi n nay, các máy b m cánh d n tr c đ t ngang th

ng làm vi c v i chi u

cao hút đ a hình HSđh ≤ (5-7)m, đ i v i b m cánh d n tr c đ ng c ng b h n ch


b m chìm l p v i các đ ng c chìm ki u khô, ki u n a

t và ki u

t. Các đ ng c

đi n chìm phân thành đ ng c đi n chìm lo i m t pha hay lo i ba pha ki u l ng sóc
và qu n dây. Ph bi n nh t là các máy b m chìm ki u gi ng sâu tr c đ ng hay tr c
ngang m t t ng hay nhi u t ng cánh ph c v cho c p n

c trong công nghi p, nông

nghi p, sinh ho t đ i s ng dân sinh. Các máy b m chìm tr c đ ng ki u ly tâm, ki u


6
h n l u (dòng chéo) hay b m h

ng tr c chìm đ

c nghiên c u, thi t k , ch t o và

áp d ng r ng rãi trong nông nghi p và các m c đích khác. H u nh các hãng s n
xu t b m có uy tín c a các n

c công nghi p phát tri n đ u quan tâm nghiên c u và

phát tri n máy b m chìm các lo i. Các hãng n i ti ng v i các s n ph m máy b m
chìm - đ ng c đi n chìm nh : Flygt (Th y

Hãng ABS c a C ng hòa liên bang

cđ

c thành l p t cu i th k 19 và

b t đ u ch t o máy b m chìm t nh ng n m 1950. ABS có doanh thu hàng n m
nhi u t đô la do cung c p s l

ng l n máy b m chìm cho h n 100 n

c trên th

gi i. ABS s n xu t hàng tr m lo i b m chìm (c đ ng c và b m chìm) v i công
su t N = 0,16 - 15.000 KW, l u l
220 m. ABS luôn đ

ng đ t t i Qmax = 25.000 m3/h và c t áp Hmax =

c x p trong hàng ng nh ng Hãng đ ng đ u th gi i v ch

t o máy b m chìm.
Hãng Flygt c a Th y

i n là m t trong nh ng t h p công nghi p đ ng v

trí hàng đ u trong nghiên c u, thi t k , ch t o máy b m chìm. Xu t phát t nhu
c u th c t c a ngành khai thác m c n lo i b m mà đ ng c không b
do ng p l t m , ch u đ


Hình 1.4: Máy b m h n l u (dòng chéo)
chìm tr c đ ng

Hình 1.3: Máy b m ly t m chìm tr c đ ng

Hình 1.5: Máy b m h
chìm tr c đ ng

ng tr c


8
Nhi u hãng trên th gi i đã đ u t nghiên c u sâu v nâng cao tu i th , đ
b n, kh n ng làm vi c theo nguyên lý t đ ng hóa c a thi t b c ng nh nâng cao
ch t l

ng th y l c ph n d n dòng c a b m chìm, nghiên c u các k t c u m i

nh m t ng công su t c a m i t máy b m N = 10.000KW, c t áp H = 600-800 m,
l ul

ng Q = 40.000m3/h. Lý thuy t tính toán thi t k máy b m chìm đã đ t đ

c

nhi u thành t u l n, đ c bi t, v ph n tính toán k t c u các lo i tr m b m chìm ki u
ly tâm, dòng chéo và h

ng tr c (k c tr c ngang và tr c đ ng) v i c u t o g i đ


(đ xít th p, kích th

c các v t c ng trong n

c th i lo i bình th

ng

c th i không quá l n...) s cho phép

s d ng lo i b m chìm ki u cánh d n truy n th ng và ph n tính toán lý thuy t s
đ n gi n h n nhi u so v i b m chìm ph c v các m c đích đ c bi t đã nêu.
Các n

c ASEAN và Châu Á đã có nhi u liên doanh, liên k t v i các Hãng

b m l n trên th gi i trong nghiên c u, thi t k và ch t o các ki u b m chìm v i
các lo i công su t khác nhau và đ t k t qu t t. Rút kinh nghi m
nghi p phát tri n, các n

các n

c công

c ASEAN và Châu Á c ng s d ng r t r ng rãi các máy

b m chìm, đ u t cho nghiên c u, thi t k và ch t o các lo i b m chìm ph c v
n i tiêu và su t kh u đ t hi u qu cao. Nguyên nhân d n đ n tình hình trên là do
tính u vi t c a tr m b m chìm: công trình tr m đ n gi n, r t phù h p v i các vùng
có s thay đ i m c n


b m này nh m đ t hi u qu cao. B Nông nghi p và Phát tri n nông thôn đã b t đ u
chú ý nh p các b m chìm ki u ly tâm, dòng chéo và h
l n Nmax = 320KW, l u l
nghi p t các n

c: Th y

ng tr c m t c p công su t

ng l n Qmax = 16.000 m3/h ph c v t
i n,

c,

n

i tiêu trong nông

, Hàn Qu c, .... Sau m t s n m đ a

vào s d ng trong th c t , có th rút ra m t s k t lu n v máy b m chìm: các máy
b m chìn làm vi c t t, n đ nh; công trình tr m r t đ n gi n, đ c bi t phù h p và
hi u qu đ i v i vùng sông h có s thay đ i m c n
Kinh nghi m c ng ch rõ ch t l

ng máy c a m i n

c nhi u và nhanh đ t ng t.
c có khác nhau.

nông nhi p và th y l i nghiên c u và ch u trách nhi m l p đ t h u h t các t máy
b m chìm có công su t l n (Nmax=320 KW, Qmax = 16.000 m3/h) do B nh p kh u


10
c an

c ngoài ph c v t

i tiêu trong nông nghi p. T ng công ty đã hoàn thành t t

nhi m v nghiên c u tài li u v b m chìm, đ ng c chìm và các thi t b đi u khi n
kèm theo; đã nghiên c u các quy trình công ngh l p đ t máy b m chìm c l n và
tr c ti p ti n hành l p đ t b m chìm đ t k t qu t t. T ng công ty c ng nghiên c u,
thi t k , ch t o các ph tùng nh m b o d

ng, s a ch a, thay th các chi ti t b m

chìm nh p ngo i b h h ng nh m đ m b o cho t t c các máy b m ho t đ ng bình
th

ng không c n s can thi o c a chuyên gia n

c ngoài.

Hi n nay, trong nông nghi p đang s d ng các máy b m h

ng tr c, ly tâm và

dòng chéo ki u tr c ngang, tr c đ ng và tr c đ t nghiêng v i các thông s công su t

đ

c B Khoa h c và Công ngh giao cho th c hi n 02 đ tài nghiên c u khoa h c

c p Nhà n

c theo Ngh đ nh th v i n

máy b m chìm công su t l n ph c v t

c ngoài v "H p tác nghiên c u ch t o
i tiêu trong nông nghi p" (n m 2001-

2002) và "H p tác nghiên c u ch t o đ ng c đi n chìm N = 37 KW l p v i máy


11
b m chìm cho nông nghi p" (n m 2003-2004), 02 d án s n xu t th nghi m c p
Nhà n

c v thi t k , ch t o các máy b m chìm ki u ly tâm, h n l u và h

ng tr c

k c ch t o đ ng c đi n chìm công su t N ≤ 75 KW c ng nh thi t k , xây d ng
các tr m l p máy b m chìm. Hàng lo t máy b m chìm đã đ

c ch t o và áp d ng

vào s n xu t đ t k t qu t t.


tr m b m Qu

i tiêu r t hi u qu , đ

c

i s d ng đánh giá cao.
Các máy b m chìm ki u ly tâm LTC 470 - 16 l p v i đ ng c chìm 1KC37/6

N=37 KW, n = 980 v/ph) do T ng công ty thi t k và ch t o (c đ ng c chìm và
máy b m chìm) đã làm vi c t t và đang đ

c áp d ng r ng rãi vào th c t s n xu t.

Hi n nay, Trung tâm REMECO đang cho ra đ i nhi u lo i máy b m chìm và
k t h p v i Công ty ch t o đi n c Hà N i, Công ty đi n c Vi t Nam - Hungary
ch t o s l

ng l n các đ ng c đi n chìm công su t N = 10 - 75 KW ph c v t

i

tiêu trong nông nghi p
Tóm l i, máy b m chìm là thi t b c đi n thu c lo i công ngh cao đã đ
s d ng v i s l

c

ng không nh và đang có nhu c u r t l n đ i v i nhi u ngành,


c b b i th

ng g p

tr m b m l y n

c ven sông.

- Tr m b m đ t xa sông l y n

c gây t n kém kinh phí đ n o vét kênh d n.

-C al yn

c b hút quá th p).

c b treo (m c n

- Tr m b m b xói l , b treo.
- Nh ng nguyên nhân gây ra:
+ i u tra, thu th p thi u tài li u v th y v n công trình.
+ Tính toán sai ch đ th y l c dòng ch y.
+ Thiên nhiên di n bi n ngày càng ph c t p không theo quy lu t, lu ng l ch
d nn

c thay đ i theo th i gian.

1.3.1.2. S c do n n móng công trình
Nh ng nguyên nhân gây ra:


i v i máy b m và các thi t b đi n

1.3.2.1. Nh ng h h ng th
Các máy b m th

ng đ

ng g p đ i v i các tr m b m
c ch t o t nh ng n m 60 c a th k tr

c. Các

máy b m nhi u l n đ i tu s a ch a, thay th t i ch bánh xe công tác, các b c đ ,
tr c b m và các thi t b đóng c t đi n. Các thi t b và chi ti t máy đ
không đ ng b , s n xu t trong n

c d n đ n th

ng xuyên có các s c v các chi

ti t ho t đ ng nh bánh xe công tác, g i đ , tr c b m, cánh h
t

c thay th

ng g m rú máy và đ r gi a các chi ti t l n. T i các

ng... gây ra hi n


và l c h u. Các thi t b h u h t không an toàn v đi n, các s li u đo l
chính xác và không còn s d ng đ

ng không

c n a.

- Tính n ng b o v c a h th ng kém, không an toàn cho thi t b và con ng

i

trong quá trình làm vi c và thao tác.
- H th ng t đi u khi n: Các thi t b đã c , c ng k nh, không an toàn v đi n.
Ng

i s d ng khó giám sát và v n hành.
- H th ng t đi n: H th ng t đi n đ

c thi t k theo các kích th

thi t b c không còn phù h p v i các thi t b đi n đ i m i. T đi n đ
c ng k nh không đ m b o m quan và ti n l i cho ng

c c a các
c thi t k

i v n hành. C n thay m i l i

toàn b h th ng t đi n cho phù h p v i các tiêu chu n c a thi t b đi n đ i m i.
1.4. M t s

+

c bi t, không gian ki n trúc khu đ u m i ch t h p, xây d ng tr m

b m m i đ s bên c nh tr m b m c và gi ng nhau v ki n trúc là không
phù h p c nh quan;


15
1.4.2. Các tr m b m chìm
-

u đi m:
+ Thi t b c đi n có tính n ng u vi t: đ b n cao, đ an toàn cao nh các
thi t b b o v nh ch ng đ o pha, m t pha, l ch pha, ch ng rò r , quá
nhi t, quá t i, c m bi n đ

m;

+ V n hành máy b m hi n đ i, đ n gi n;
+ Ti t ki m đi n n ng h n;
+ K t c u nhà tr m ch có 01 t ng b m nên g n nh và có tính n đ nh cao
h n trên n n đ a ch t y u.

c bi t t o đ

c m t b ng không gian ki n trúc

cho khu v c đ u m i và Chi phí xây d ng th p.
- Nh



17
- Tr m b m Tân Chi 2: Thu c huy n Tiên Du, t nh B c Ninh hoàn thành vào
n m 1999 t ngu n v n tài tr c a Nh t B n. Tr m b m g m 4 t máy b m h n l u
tr c đ ng ký hi u 1350VZM do T p đoàn EBARA s n xu t. L u l
là 14.400 m3/h, c t n

ng m i t máy

c b m 7,3m, t c đ vòng quay 245v/p, đ ng c công su t

400kw. ây là tr m b m tiêu l n nh t c a t nh B c Ninh.

Hình 1.8: Hình nh tr m b m Tân Chi 2

Hình 1.9: Máy đ

c l p đ t t i tr m Tân Chi 2