Tính toán và thiết kế bể nước ngầm

CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
1.1 ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH.
1.1.1 Vị trí địa chất khu vực
- Mã số hồ sơ địa chất: 089
- Báo cáo khảo sát địa chất được lấy từ cơng trình: Cao ốc văn phịng DDM Office –
Quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh.
- Địa điểm: Phường 25, quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh
- Cấu trúc địa chất: Địa tầng khu vực khảo sát có cấu trúc tương đối đơn giản, bao gồm
3 lớp có khả năng chịu tải khác nhau.
1.1.2 Phân loại và mô tả các lớp đất
- Lớp 1: Bùn sét, xám xanh đen: Trạng thái chảy. Bề dày thay đổi từ 22.0 m 23.7
m, trung bình 22.85 m.
- Lớp 2: Sét, sét pha, vàng- xám xanh, nâu. Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng. Bề
dày thay đổi từ 11.8 m 12.4 m, trung bình 12.1 m.
- Lớp 3: Cát pha, nâu, vàng, nâu đốm xám xanh. Trạng thái dẻo. Bề dày thay đổi từ
hơn từ 12.8m 14.6m, trung bình 13.7 m (giả thuyết lớp 3 sâu vô tận).

Trang 1 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM

Hình 6-1: Trụ địa chất cơng trình.
1.2 SƠ BỘ KÍCH THƯỚC BỂ
Bể nước ngầm được đặt cơ lập trong khn viên của cơng trình; chỉ cung cấp nước
phục vụ cho cho sinh hoạt và chữa cháy tức thời trong 10 phút.
Để thuận tiện cho việc bảo trì và sửa chữa chọn cao trình mặt trên của nắp bể bằng với
cao trình mặt đất tự nhiên.
Sơ bợ tính nhu cầu sử dụng nước như sau: cơng trình có 16 tầng trong đó tầng khu vực

bn bán và văn phịng, diện tích sinh hoạt đối với khu thương mại lấy 10m 2/người,
diện tích sinh hoạt là 864 m2, vậy số người tối đa của 1 tầng là
N* = 864/10 = 86 người

Trang 2 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
Có 1 tầng thương mại (tầng 1) và 13 tầng văn phòng (tầng 2 đến tầng 14). Vậy số
người tối đa cho chung cư là N = N*n = 86*14= 1204 người. Theo bảng 3.1 TCXD
33-2006 Tiêu chuẩn cấp nước – mạng lưới đường ống và cơng trình quy định:
Tiêu chuẩn dùng nước trung bình cho nhân viên cửa hàng thương mại và văn phòng
lấy: qsh =50 lit/người.ngày.đêm
Hệ số điều hịa Kngày = 1.2÷1.5
Dung lượng nước sinh hoạt trong 1 ngày đêm tính bằng cơng thức:

Q max .ngaydem 

q sh NK ngay
1000



50 1204 1.35
81.27 (m 3 / ngay.dem)
1000

Dung lượng nước chữa cháy trong thời gian 10 phút, qcc = 10l/s

10 10 60

Qcc 
6m 3
1000
Dung lượng nước cần cung cấp cho cơng trình:

Q Q max .ngaydem  Qcc 81.27  6 87.27 (m 3 / ngay.dem)
Từ lượng nước cần cung cấp như trên, ta chọn bể nước có kích thước:
V=b×h=6×6×2.5 =90 m3 > Q=87.27 m3
Bể nước được đổ tồn khối có nắp đậy, lỗ thăm dị nằm ở góc có kích thước
800mm 800mm

Hình 6-2: Mặt cắt đứng bể nước ngầm.

Trang 3 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM

Hình 6-3: Mặt bằng bể nước ngầm.
1.3 THÔNG SỐ THIẾT KẾ
1.3.1 Sơ bộ tiết diện các cấu kiện.
Bể nước ngầm (gồm đáy bể, thành bể, nắp bể) được đúc bêtơng cốt thép tồn khối.
Sơ bợ sàn theo cơng thức:

hs 

D
l1
m

Trong đó:
+ m = 30  35 sàn 1 phương, l1 là cạnh của phương chịu lực
+ m = 40  45 sàn 2 phương, l1 là cạnh ngắn.
+ m = 10  15 bản công xôn
+ D= 0.8  1.4 phụ thuộc vào tải trọng
Bản nắp chịu trọng lượng bản thân và hoạt tải sửa chửa. Xem như bản nắp là ô bản 2
phương, chọn hệ số tải trọng D=0.8, m=45.
hn 

D
1 
 1
l1 
  1 6000  133.3 150 
m
 45 40 

Chọn chiều dày bản nắp: hn = 150(mm).
Bản thành đổ bêtông theo phương đứng và làm việc như 1 tường chắn, chọn chiều dày
bản thành ht = 250mm.
Trang 4 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
Bản đáy, do bản đáy vừa phải chịu tải trọng bản thân, vừa phải chịu cột nước cao
2.5m, đặt trực tiếp trên nền đất và yêu cầu chống nứt, chống thấm cho nên chiều dày
bản đáy thông thường dày hơn chiều dày bản thành thường từ (1.2 ÷ 1.5) lần.
Chọn chiều dày bản đáy hd = 350 (mm). Bản đáy mở rợng về 2 phía với chiều dài
800mm mỗi bên.
1.3.2 Vật liệu sử dụng.

Sử dụng bê tông B30, cốt thép CB-240T và CB-400V. Các thông số của vật liệu được
trình bày ở mục Error: Reference source not found.
1.4 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG CHO BỂ NƯỚC NGẦM.
Trọng lượng bản thân của bể nước:
Bảng 6-1: Tĩnh tải bản nắp.
γ
kN/m3
18
25

Cấu tạo

Vữa láng thành + lớp chống thấm
Bản BTCT
Tổng
Bảng 6-2: Tĩnh tải bản thành.
Cấu tạo

gtc
kN/m2
0.54
3.75
4.29

γ
kN/m3
18
25

h

mm
30
250

gtc
kN/m2
0.54
6.25
6.79

γ
kN/m3
18
25

h
mm
30
350

gtc
kN/m2
0.54
8.75
9.29

Vữa láng thành + lớp chống thấm
Bản BTCT
Tổng
Bảng 6-3: Tĩnh tải bản đáy.

Cấu tạo

h
mm
30
150

Vữa láng thành + lớp chống thấm
Bản BTCT
Tổng
Bảng 6-4: Trọng lượng bản thân bể nước.
gtc
a
b
2
kN/m
m
m
Bản nắp
4.29
6.5
6.5
Bản thành (4 mặt)
6.79
4 6.5
4 2.5
Bản đáy
9.29
6.5
6.5

Bản cánh
8.75
0.8
37.2
Trọng lượng bản thân bể Gb kN
Tĩnh tải

Trang 5 / 41

Lỗ thăm
mxm
0.8 0.8

G
kN
178.51
441.35
392.5
260.4
1273


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
Trọng lượng nước khi chứa đầy bể:

G nuoc 6 6 2.5 10 900  kN 

Phần đất phía trên đáy bể mở rợng trong trường hợp MNN ổn định.
G s  B L  b bn l bn   h A dsn  h1 '1 
 8.18.1  6.5 6.5   0.5 14.6  2 4.8  394.78  kN 

Trọng lượng bản thân bể, nước chứa trong bể và phần đất mở rộng:

 G 1273  900  394.78 2567.78 kN
Theo mục 4.6.9, TCVN 9362–2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và cơng trình quy
định áp lực trung bình tác dụng dưới đáy móng khơng được vượt q áp lực R (kN/m 2)
tính theo cơng thức:
R II 

m1m 2
AbII  Bh'II  Dc II  II h 0 

k tc

Trong đó:
+ m1 và m2 lần lượt là hệ số điều kiện làm việc của nền đất và hệ số điều kiện làm
việc của nhà hoặc cơng trình có tác dụng qua lại với nền, lấy theo mục 4.6.10,
m1=1.2, m2=1.0
+ ktc là hệ số tin cậy lấy theo mục 4.6.11, k tc = 1 (Các kết quả thí nghiệm lấy trực
tiếp các mẫu đất tại nơi xây dựng)
+ A, B, D: hệ số phụ tḥc vào góc ma sát trong nền được lấy theo bảng 14 phụ
tḥc vào góc ma sát trong được xác định theo điều 4.3.1 đến 4.3.7 TCXD 93622012. Với φ=3o24’  A=0.0525 , B=1.2175, D=3.4625.
+ b là cạnh bé (bề rộng) của bể, b = 8.1 (m)
+ ’II là trị trung bình (theo từng lớp) của trọng lượng thể tích đất nằm phía trên
đợ sâu đặt đáy bể nước, ’II = 6.4 (kN/m3).
+ II: dung trọng lớp đất từ đáy đáy bể trở xuống, II = 14.6 (kN/m3).
+ cII là giá trị lực dính đơn vị của đất nằm trực tiếp dưới đáy bể, tính bằng kN/m 2.
cII = 5.6(kN/m2).
+ h là chiều sâu đặt đáy bể so với cốt quy định đắp thêm, h = 2.97 (m)
+ h0 là chiều sâu đến nền tầng hầm, h0=0

R II tc =

1.2 1
 0.0525 8.1 14.6 +1.2175 2.97 6.4 + 3.4625 5.6  58.49 kN / m 2
1

Ứng suất dưới đáy móng quy ước:

p tc =

 N = 2567.78 = 39.14 kN / m
A db

8.18.1

2

 R tc 58.49 kN / m 2

 Có thể đặt trực tiếp bể nước ngầm lên nền tự nhiên mà không cần gia cố.

Trang 6 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
1.5 KIỂM TRA ĐẨY NỔI CHO BỂ NƯỚC NGẦM
Kiểm tra bể khi không chứa nước để xem xét bể có bị đẩy nổi dưới áp lực nước dưới
đất. Giả sử mực nước ngầm nằm ngay mặt đất tự nhiên (điều kiện nguy hiểm nhất của
áp lực nước).
Điều kiện để bể không bị đầy nổi: kG ≥ Gdn

Trong đó:
+ G là tổng tải trọng chống đẩy nổi của bể khi không chứa nước.
+ k: Hệ số an toàn đẩy nổi k = 0.9 ( mục 3 trang 9 TCVN 2737:1995).
+ Gdn = γwV : Lực gây đẩy nổi.
+ γw dung trọng của nước.
+ V thể tích của bể:
V  8.18.10.35    6.5 6.5 2.5    6.5 6.5 0.15  134.93  m 3 

Lực gây đẩy nổi:

G dn =γ w V=10×134.93=1349.3  kN 

Trọng lượng bản thân bể và trọng lượng phần đất phía trên đáy móng mở rợng:
+ Trọng lượng bể:

G be =1273  kN 

+ Phần đất phía trên đáy bể mở rộng (giả thiết MNN lên đến nắp bể để có trường
hợp nguy hiểm nhất)

G soil  8.18.1  6.5 6.5  2.65 4.8 297.14  kN 
G=G be +G soil =1273+297.14=1570.14  kN 
G dn
1349.3

0.95  1 
Tỷ số: 0.9 G 0.9 1570.14
Bể thỏa điều kiện đẩy nổi.
1.6 XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D BỂ NƯỚC NGẦM.

Trang 7 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
Hình 6-4: Mơ hình 3D bể nước trong Sap2000
1.6.1 Các trường hợp tải trọng
Tĩnh tải (trọng lượng các lớp cấu tạo)
Hoạt tải (bản nắp)
Áp lực nước
+ Tác dụng lên bản đáy
+ Tác dụng lên bản thành
Áp lực đất (xét khi bể không chứa nước)
+ Tác dụng lên bản thành
+ Phản lực đất nền tác dụng lên bản đáy
1.6.2 Xác định hệ số nền ks
Theo công thức của Bowles:
Cz = As + Bs.Z. n
Trong đó:
As - Hằng số phụ tḥc chiều sâu móng
Bs - Hệ số phụ thuộc độ sâu
Z - Độ sâu đang khảo sát
n - Hệ số hiệu chỉnh để k có giá trị gần với đường cong thực nghiệm, trường hợp
khơng có kết quả thí nghiệm lấy n =1.
 As và Bs tính như sau:





As = C (cNcSc + 0.5  BNgSg)

Bs = C(  Nq)
Trong đó







: C là hệ số chuyển đổi đơn vị, với hệ SI, C = 40
c: Lực dính (kN/m2)
 : Trọng lượng riêng tự nhiên của đất kN/m3
B: Bề rợng của móng (m)
Sc = Sg = 1 (Hệ số-không đơn vị)
Nc; Nq; Ng: Hệ số tra bảng từ góc ma sát của đất, khơng đơn vị

 với tc =3o24’ ta được các hệ số sức chịu tải Nc= 6.7616; Nq= 1.403;
 Xác định hệ số nền theo công thức Bowles.
Cz = As + Bs.Z. n (*)

Trang 8 / 41

N  0.2924


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
C z C  cN cSc  0.5BN Sg   CN q Zn
40  5.6 6.7616 1  0.5 14.6 8.1 0.2924 1  40 14.6 1.403 3 1
4664.24(kN / m3 )
Ks,3 = Cz =4664.24(kN/m/m2);

Ks,2=Ks,1=Ks.3/3= 1554.7 (kN/m/m2).

Hình 6-5: Gán lị xo cho mơ hình.
1.6.3 Xác định tải trọng cho bể nước ngầm.
1.6.3.1 Áp lực ngang và đứng của đất.
1. Trường hợp đất 1.
Theo mặt cắt địa chất, lớp đất đầu tiên là bùn sét, xám, xanh đen, trạng thái chảy dày
22.85m có γ=14.6 kN/m3, γII’=7.02 kN/m3, lực dính c = 5.6 (kN/m2); góc ma sát trong
 3 24' . Mực nước ngầm là -2m so với cao độ mặt đất tự nhiên.

Trang 9 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
Hình 6-6: Sơ đồ áp lực ngang của đất.
Hệ số áp lực đất tĩnh.

K 0 1  sin  1  sin 3o 24' 0.94
Áp lực đất tác dụng lên thành ở cao độ cách MDTN 0.5m

p 0 K 0 z1 0.94 14.6 0.5 6.862 kN/m 2
Áp lực đất tĩnh tác dụng lên bản thành ở đáy bể.

p 0 K 0 
' z ' K 0 z1 0.94 4.8 2.15  6.862 kN/m 2 16.563 kN/m 2
Áp lực đất tĩnh tác dụng lên cánh bể ở đáy bể:

p0 z1  
' z 2 14.6 0.5  4.8 2.15 17.62 kN/m 2

Hình 6-7: Áp lực tĩnh đất tác dụng lên thành bể (DAT1).

Trang 10 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
Hình 6-8: Áp lực tĩnh đất tác dụng lên cánh bể (DAT1).
2. Trường hợp đất 2.
Giả thiết MNN dâng lên đến MDTN
Áp lực đất tác dụng lên thành ở cao độ đáy bể

p0 K 0 
' z 0.94 4.8 2.5 11.28 kN/m 2
Áp lực đất tĩnh tác dụng lên cánh bể ở đáy bể:

p 0 ' z 2.5 4.8 12 kN/m 2

Hình 6-9: Áp lực tĩnh đất tác dụng lên thành bể (DAT2).

Hình 6-10: Áp lực tĩnh đất tác dụng lên đáy bể (DAT2).
Trang 11 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
1.6.3.2 Áp lực nước chứa trong bể
Áp lực nước tác dụng lên bể được xác định như sau:
+ Thành bể: mực nước trong bể cao 2.5 m, biểu đồ áp lực nước có dạng tam giác
tăng dần theo đợ sâu: pNUOCCHUA = 10 × 2.5 = 25 kN/m2
+ Tại đáy bể: pNUOCCHUA = 10 × 2.5 = 2.5 kN/m2

Hình 6-11: Áp lực nước tác dụng lên thành bể (NUOC CHUA)

Hình 6-12: Áp lực nước tác dụng lên đáy bể (NUOC CHUA)
Trang 12 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
1.6.3.3 Áp lực nước ngầm
1. Nước ngầm 1
Xét mực nước ngầm ở vị trí ổn định ở cao độ cách mặt đất tự nhiên 0.5m.
Thành bể: bể cao 2.5 m tính từ mặt đất tự nhiên, do mực nước ngầm cách mặt đất tự
nhiên 0.5m nên thành bể ngập trong nước 2m , biểu đồ áp lực nước có dạng tam giác
tăng dần theo đợ sâu: pNUOCNGAM1 = 10 × 2 = 20 kN/m2
Tại đáy bể: pNUOCNGAM1= 10 × 2 + 10 × 0.35 = 23.5 kN/m2

Hình 6-13: Áp lực nước tác dụng lên bản thành (NUOC NGAM 1)

Hình 6-14: Áp lực nước tác dụng lên bản đáy (NUOC NGAM 1)

Trang 13 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
2. Nước ngầm 2
Xét mực nước ngầm dâng tức thời đến cao trình mặt đất tự nhiên, ta dùng trường hợp
này để tính tốn và thiết kế thép cho bể.
Thành bể: bể cao 2.5 m, biểu đồ áp lực nước có dạng tam giác tăng dần theo đợ sâu:
pNUOCNGAM2 = 10 × 2.5 = 25 kN/m2
Tại đáy bể: pNUOCNGAM2= 10 × 2.5 + 10 × 0.35 = 28.5 kN/m2

Hình 6-15: Áp lực nước tác dụng lên bản thành (NUOC NGAM 2)

Hình 6-16: Áp lực nước tác dụng lên đáy bể (NUOC NGAM 2)

Trang 14 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
1.6.3.4 Trọng lượng bản thân các lớp hoàn thiện
Bảng 6-5: Trọng lượng các lớp hoàn thiện
Cấu tạo
Vữa lán thành + lớp chống
thấm

γ

h

gtc

kN/m3

mm

kN/m2

18

30

0.54

n
1.2

gtt
kN/m2
0.65

1.6.4 Hoạt tải bản nắp
Do đặc tính của bể là bể nước ngầm, phía trên nắp bể có thể sử dụng được và đảm bảo
tính an tồn nên theo TCVN 2737-1995, sinh viên lựa chọn hoạt tải tiêu chuẩn cho nắp
bể là ptc=3(kN/m2). Hoạt tải tính tốn là ptt=3 1.2=3.6(kN/m2).

Hình 6-17: Hoạt tải tác dụng lên thành bể (HT).

Trang 15 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM

Hình 6-18: Hoạt tải tác dụng lên nắp bể (HT).

Trang 16 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
1.7 TỔ HỢP NỘI LỰC TÍNH TỐN CHO BỂ.
1.7.1 Các trường hợp tổ hợp nội lực tính tốn cho bể.
- Các trường hợp tải trọng.

Bảng 6-6:Các trường hợp tổ hợp tải trọng
STT

Tải trọng

Loại

Ý nghĩa

1

TLBT

Dead

Trọng lượng bản thân

2

CLHT

Other

Các lớp hoàn thiện

3

HT

Live

Hoạt tải sử dụng

4

NUOC CHUA

Other

Áp lực nước chứa bên trong bể

5

NUOC NGAM 1

Other

Áp lực nước ngầm bên ngồi bể ứng với MNN ở cao đợ cách MDTN
0.5m

6

NUOC NGAM 2

Other

Áp lực nước ngầm bên ngoài bể ứng với MNN ở cao độ ngay tại MDTN

7

DAT 1

Other

Áp lực đất ứng với MNN ở cao độ ở cao độ cách MDTN 2m

8

DAT 2

Other

Áp lực đất ứng với MNN ở cao độ ở cao độ ngay tại MDTN

- Trường hợp trung gian: TT = 1.1TLBT+1.2CLHT; HT=1.2HT
HT=1.2HT
- Tổ hợp tải trọng.

Trang 17 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
Bảng 6-7: Tổ hợp nội lực
MODEL 1
NUOC
CHUA

NUOC
NUOC
NGAM NGAM

1
2

ST
T

Tên tổ hợp

Loại

TT

1

CB1: 1TT+1NUOC CHUA

Nonlinear

1

Nonlinear

1

1

Nonlinear

1

1

Nonlinear

1

1

1

Nonlinear

1

1

1

Evelope

BAO = CB1+CB2+CB3+CB4+CB5

Nonlinear

1

2
3
4
5

6
7

CB2: 1TT+1HT+1DAT2
+1NUOC NGAM 2
CB3: 1TT+1HT+1DAT1
+1NUOC NGAM 1
CB4:1TT+1HT+1NUOC CHUA
+1DAT1+1NUOC NGAM 1
CB5:1TT+1HT+1NUOC CHUA
+1DAT2+1NUOC NGAM 2
BAO
CB3:1TT+1HTDH+1DAT1
+1NUOC NGAM 1

HT

DAT
1

DAT
2

1

1
(DH
)

1

1

1

1

1

1
1

1

1

1

1.8 TÍNH TỐN CỐT THÉP CHO BỂ
- Để tiện cho việc tính tốn cốt thép cho bể và thiên về an toàn ta lấy giá trị momen lớn nhất trên sàn và giả thiết momen đó nằm trên
bề rộng Strip là 1m để thiết kế thép.

Trang 18 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM
1.8.1 Tính tốn cốt thép cho bản nắp
1.8.1.1 Xác định momen tính tốn
Sử dụng tổ hợp BAO để thiết kế bản nắp.

Hình 6-19:Biểu đồ mơ men M11 ứng với tổ hợp BAO-Max

Trang 19 / 41


CHƯƠNG 1:THIẾT KẾ BỂ NƯỚC NGẦM

Hình 6-20:Biểu đồ mơ men M11 ứng với tổ hợp BAO-Min

Hình 6-21:Biểu đồ mơ men M22 ứng với tổ hợp BAO-Max

Trang 20 / 41