Luận văn thạc sỹ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU CỐNG LẮP GHÉP ỨNG DỤNG CHO VÙNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU THẤP NAM CÀ MAU.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
==============
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU CỐNG LẮP GHÉP
ỨNG DỤNG CHO VÙNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU THẤP
NAM CÀ MAU
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI
MỤC LỤC
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 1
HÀ NỘI 1
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I 2
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU KẾT CẤU CỐNG 2
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỐNG ĐÃ XÂY DỰNG Ở ĐBSCL 2
1.1.1. Cống truyền thống 3
1.1.1.1. Cống lộ thiên bê tông cốt thép toàn khối 3
1.1.1.2 Cống ngầm 9
.a a. Cống tròn 10
.b b. Cống hộp chữ nhật 10
1.1.2. Các loại cống ứng dụng công nghệ mới 11
1.1.2.1. Kết cấu cống kiểu đập trụ đỡ 11
1.1.2.2. Kết cấu cống đập xà lan 14
1.1.2.3. Kết cấu cống ngăn mặn lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực 16
1.2. MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19
CHƯƠNG II 22
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CHO VIỆC ỨNG DỤNG KẾT CẤU CỐNG
MỚI VÙNG NGHIÊN CỨU 22

2.1. Thực trạng thủy lợi và nhu cầu xây dựng cống vùng nghiên cứu 22
2.2. Điều kiện tự nhiên 24
2.2.1 Thủy văn sông ngòi 24
2.2.2.Địa chất công trình 25
2.3. Kế thừa những kết quả đã đạt được trong ứng dụng cống lắp ghép bằng
cừ bê tông dự ứng lực 26
2.3.1. Cừ BTCT dự ứng lực 26
2.3.2. Dựa trên kết quả đo đạc tiêu năng cống cải tiến đã ứng dụng 32
2.4. Đề xuất nguyên lý ổn định công trình 34
2.4.5. Hình thức tiêu năng: Với kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực được xây dựng trong vùng dao
động mực nước thấp (∆z ≤ 0,50÷0,70m), khẩu độ cửa cống lớn, mức độ thu hẹp dòng chảy nhỏ nên trong trường
hợp vận hành cống dòng chảy qua công trình có lưu tốc không thay đổi nhiều nên hạn chế tối đa hiện tượng xói lở
bờ và đáy kênh phía thượng hạ lưu công trình. Kết cấu công trình tiêu năng được chọn cũng là dạng thi công lắp
ghép ở trong nước, vật liệu phổ biến là rọ và thảm đá bọc PVC. 34
CHƯƠNG III 35
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU VÀ QUI TRÌNH THIẾT KẾ CỐNG
MỚI 35
3.1. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI TIẾN KẾT CẤU CỐNG LẮP GHÉP BẰNG CỪ BTCT DỰ
ỨNG LỰC 35
3.1.1. Lựa chọn kết cấu cống mới cho Nam Cà Mau 35
3.1.2. Kết cấu cống không có cầu giao thông 36
3.1.3. Kết cấu cống kết hợp cầu giao thông. 38
3.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THIẾT KẾ KẾT CẤU CỐNG LẮP GHÉP CẢI TIẾN CỦA ĐỀ TÀI 40
3.2.1. Chọn tuyến và vị trí xây dựng cống 40
3.2.2. Tính toán thuỷ lực cống 41
3.2.3. Tính toán ổn định công trình 44
3.2.4. Tính toán kết cấu công trình 47
3.2.5. Tính toán kết cấu cửa van 48
CHƯƠNG IV 55
THIẾT KẾ MÔ HÌNH ỨNG DỤNG - TÍNH TOÁN CHI TIẾT CỐNG THAM TRƠI

55
4.1.Các tài liêu cơ bản 55
4.1.1. Vị trí xây dựng công trình 55
4.1.2. Địa hình 55
4.1.3. Khí hậu 55
4.1.4.Thủy văn sông ngòi 57
4.1.5. Địa chất công trình 57
4.1.6. Hiện trạng thủy lợi 58
4.2. Các thông số kỹ thuật chủ yếu. 59
4.3. Tính toán ổn định công trình 60
4.3.1 .Tính toán ổn định công trình theo trạng thái giới hạn thứ nhất 60
4.3.2. Tính toán ổn định công trình theo trạng thái giới hạn thứ hai - trạng thái ứng suất biến dạng 61
.c 4.3.2.1. Tính sức chịu tải của đất nền dưới chân trụ pin 61
.d b. Xác định ứng suất dưới chân trụ pin 62
.e 4.3.2.2. Xác định độ lún của trụ pin 62
4.3.3. Tính toán chống thấm 63
4.3.4. Hình thức tiêu năng 66
.f 4.3.4.1. Trường hợp tính toán: 66
.g 4.3.4.2. Lưu lượng tính toán tiêu năng: 67
.h 4.3.4.3. Tính toán tiêu năng cho kết cấu cống cải tiến Tham Trơi 67
4.4. Biện pháp thi công 71
4.4.1. Thi công phần đất 71
4.4.2.Thi công phần kết cấu thân cống 71
4.4.3. Tiến độ thi công. 80
CHƯƠNG V 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
5.1. KẾT LUẬN 81
5.2. KIẾN NGHỊ 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
Trang 1

MỞ ĐẦU
Vùng ảnh hưởng triều thấp (triều biển Tây) Nam Cà Mau là vùng sinh thái đa
dạng và giàu tiềm năng phát triển thuỷ sản, bao gồm các huyện Năm Căn, Phú Tân, Cái
Nước, Đầm Dơi, Trần Văn Thời, Ngọc Hiển thuộc tỉnh Cà Mau. Với đặc thù là vùng
sông nước, có hệ thống sông ngòi, kênh, rạch với mật độ dày đặc, giao cắt nhau và
thông ra biển, các sông, kênh, rạch thường uốn khúc.
Để thực hiện chủ trương chuyển đổi cơ cấu sản xuất, cần phải đầu tư xây dựng
hệ thống công trình thủy lợi, trong đó có hàng trăm cống điều tiết, với chi phí đầu tư
lên đến hàng nghìn tỷ đồng. Tuy nhiên, nếu các công trình nói trên được xây dựng theo
công nghệ và kết cấu truyền thống thì các dự án khó mang tính khả thi do kinh phí đầu
tư lớn vượt quá khả năng của ngân sách địa phương.
Để giải quyết vấn đề trên, một số kết cấu cống mới đã được nghiên cứu và ứng
dụng như: Cống ngăn mặn bằng cừ BTCT dự ứng lực; Đập xà lan di động với cửa van
Clape. Các kết cấu cống này bước đầu đã phát huy tác dụng tại những nơi có điều kiện
địa chất phù hợp với nhiệm vụ chủ yếu là ngăn mặn, giữ ngọt phục vụ sản xuất nông
nghiệp.
Điều kiện địa chất ở vùng này rất bất lợi đối với việc xây dựng các công trình
trọng lực, chiều sâu của lớp đất yếu thường lớn hơn chiều dài lớn nhất của cây cừ
BTCT dự ứng lực sản xuất với công nghệ và kỹ thuật hiện nay (21m). Bên cạnh đó,
đây là vùng sản xuất theo mô hình chuyên tôm và tôm lúa nên yêu cầu điều tiết nước
rất linh hoạt. Các kết cấu cống ngăn mặn cải tiến với cửa van Clape nói trên không
thích hợp với điều kiện tự nhiên cũng như yêu cầu sản xuất ở nơi đây.
Vì những lý do trên, cần phải nghiên cứu trên cơ sở khoa học để đưa ra kết cấu
công trình hợp lý vừa đáp ứng được yêu cầu của mô hình sản xuất mới vừa thích ứng
với mọi điều kiện địa chất công trình và phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của địa
phương.
Trang 2
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU KẾT CẤU CỐNG
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỐNG ĐÃ XÂY DỰNG Ở ĐBSCL

Cống là một trong những hạng mục công trình chính trong hệ thống thủy lợi của
cả nước nói chung và vùng, có vai trò hết sức hết sức quan trọng trong việc kiểm soát
điều tiết nguồn nước đáp ứng các yêu cầu cấp nước, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ
ngọt , ngăn mặn, phòng chống thiên tai bảo vệ sản xuất và đời sống sinh hoạt cho nhân
dân.
Theo đặc điểm cấu tạo có thể phân 2 loại cống như sau: Cống lộ thiên và cống
ngầm.
* Cống lộ thiên thường là những cống có cột nước thấp, được dùng rộng rãi ở
vùng đồng bằng, vì vậy còn gọi là "cống đồng bằng" hay cống hở.
* Về cống ngầm: Cống ngầm là loại công trình đặt dưới đê, đập, qua đường
dùng vào việc lấy nước, tháo và dẫn nước.
Ngoài ra, tuỳ theo yêu cầu sử dụng, kết cấu mà người ta có thể phân theo các
cách khác nhau như:
- Theo yêu cầu sử dụng: cống lấy nước, cống điều tiết, cống ngăn triều, cống
tháo cát
- Theo kết cấu công trình: Kết cấu cống bê tông cốt thép (BTCT) toàn khối, kết
cấu cống lắp ghép, kết cấu cống bán lắp ghép…
Trong thực tế xây dựng thuỷ lợi hiện nay ở Đồng bằng sông Cửu Long
(ĐBSCL) loại cống lộ thiên có kết cấu bằng BTCT toàn khối và kết cấu cống lắp ghép
đang được ứng dụng phổ biến.
Trang 3
1.1.1. Cống truyền thống
1.1.1.1. Cống lộ thiên bê tông cốt thép toàn khối
a. Kết cấu công trình: Hầu hết, các cống đã được xây dựng ở Việt Nam đều có
dạng kết cấu cống truyền thống, bao gồm các bộ phận chủ yếu như: cửa vào, thân cống
và cửa ra.
- Phần thân cống bao gồm: bản đáy bằng bê tông cốt thép dày khoảng 0,6 đến
1,0m, trên bản đáy là các trụ pin và cửa van, trên trụ pin là giàn kéo van và cầu giao
thông.
- Phần cửa vào: bao gồm tường cánh hướng nước, sân trước chống thấm, lớp phủ

mặt để bảo vệ sân và chống xói, hàng cừ chống thấm;
- Phần cửa ra: bao gồm tường cánh hướng dòng, sân tiêu năng (tại đây có bố trí các
thiết bị tiêu năng như: bể, ngưỡng…), sân thứ hai bằng các vật liệu có độ nhám lớn dễ
thoát nước (như rọ đá, thảm đá và có lớp đệm dưới) để tiếp tục tiêu hao hết năng lượng
dòng chảy ra sau cống, tránh gây xói lòng kênh. Kết cấu cống truyền thống điển hình
với các loại cửa van khác nhau được thể hiện tại hình vẽ 1.1 ÷ 1.4
b. Nguyên lý ổn định: Cống truyền thống được ổn định chống trượt bằng ma sát
ở nền do trọng lượng cống tạo ra gọi tắt là nguyên lý trọng lực. Trong trường hợp đất
yếu, cống được ổn định bằng hệ cọc xuyên vào nền, trên cọc là bản đáy khá dày, mọi
tải trọng đều truyền vào bản đáy. Bản đáy thân cống cũng chính là một trong những kết
cấu chống thấm cho công trình. Biện pháp chống xói lòng kênh và bờ bằng kết cấu tiêu
năng kiên cố bao gồm ngưỡng, bể, sân tiêu năng, sân sau và hố xói.
c. Biện pháp thi công: Việc thi công xây dựng cống đòi hỏi mặt bằng công
trường khá lớn. Thi công trong điều kiện làm khô móng nên phải đắp đê bao ngăn
nước, đê quai ngăn dòng, đào kênh dẫn dòng, làm đường thi công, đào hố móng, bơm
cạn nước, xử lý nền, thi công móng công trình và xây dựng công trình lên đó.
Trang 4
Hình 1-1 : Cắt ngang cống truyền thống với cửa van cung

TL: 1/100




 

 





Hình 1-2: Cắt dọc cống truyền thống với cửa van cung
Hình 1 -3: Cắt ngang cống truyền thống với cửa van phẳng tự động đóng mở
Trang 5
Hình 1 -4: Cắt dọc cống truyền thống với cửa van phẳng tự động đóng mở
Hình 1-5: Cống truyền thống điển hình
Theo số liệu thống kê, các công trình cống ngăn mặn do Nhà nước đầu tư xây
dựng ở các tỉnh ven biển ĐBSCL từ năm 1990 đến năm 2003 được phân bố như sau:
Bảng 1 - 1: Các cống ngăn mặn ở các tỉnh ven biển ĐBSCL từ năm 1990-2003
TT Tên cống
Địa điểm
xây dựng
Số cửa, chiều rộng
thông nước (m)
Cao trình
ngưỡng
Thời gian
xây dựng
Vốn đầu tư
(triệu đ)
I Tỉnh Bến Tre
1 Vàm Đồn Bến Tre 1x5+4x2,5m 15,0 -3.5 1983-1986 175
2 Cây Da Bến Tre 2x4,5m 9,0 -3.0 1990-1991 4.042
Trang 6
3 Cái Lức Bến Tre 1x5m 5,0 -3.0 1992-1994 5.491
4 Tân Hương Bến Tre 1x7,5m 7,5 -3.0 1996-1997 9.075
5 Cả Ráng Sâu Bến Tre 1x7,5m 7,5 -3.0 1996-1997 8.735
6 Cổ Rạng Bến Tre 1x3m 3,0 -2.5 1996-1997 3.122
7 Sơn Đốc Bến Tre 2x7,5m 15,0 -3.0 2000-2002 14.742
8 Xẻo Sâu Bến Tre 1x5m 5,0 -3.0 2000 6.955

9 Mương đào Bến Tre 1x7,5m 7,5 -3.0 2000 8.025
10 Cái Bông Bến Tre 1x7,5m 7,5 -3.0 2000 7.350
11 Cái Mít Bến Tre 1x5m 5,0 -3.0 2000-2002 6.678
12 Ba Lai Bến Tre 2x10+8x8m 84,0 -4.2 2000-2004 66.690
II Tỉnh Long An
13 Đôi Ma Long An 2x5m 10,0 -3.0 1995-1996 8.678
III Tỉnh Trà Vinh
14 Nhà Thờ Trà Vinh 2x5m 10,0 -3.0 1996 8.450
15 Trà Cú Trà Vinh 2x7,5m 15,0 -3.0 1997 9.900
16 Trẹm Trà Vinh 1x5m 5,0 -3.0 1997 5.021
17 Vàm Buôn Trà Vinh 2x7,5m 15,0 -3.0 1996-1997 9.974
18 Bắc Trang Trà Vinh 1x7,5m 7,5 -3.0 1998-1999 6.161
19 Chà Và Trà Vinh 2x7,5m 15,0 -3.0 1998-1999 13.108
20 Thâu Râu Trà Vinh 3x8m 24,0 -3.5 1998-2000 14.274
21 Bà Trầm Trà Vinh 1x5m 5,0 -3.0 1998-1999 5.621
22 Diệp Thạch Trà Vinh 1x3m 3,0 -2.5 1998-1999 3.344
23 La Ban Trà Vinh 2x5m 10,0 -3.0 2000-2002 8.191
24 Vĩnh Bình Trà Vinh 2x7,5m 15,0 -3.0 2001-2002 9.155
25 Ngãi Hiệp Trà Vinh 1x7,5m 7,5 -4.0 2002 7.447
26 Rạch Kinh Trà Vinh 1x7,5m 7,5 -4.0 2002 7.774
27 Ngãi Hoà Trà Vinh 1x5m 5,0 -4.0 2002 6.053
28 Vĩnh Kim Trà Vinh 6x10m 60,0 -4.5 2002-2004 41.461
29 Bến Chùa Trà Vinh 3x10m 30,0 -4.5 2002-2004 27.365
30 Rạch Rum Trà Vinh 3x10m 30,0 -4.0 2002-2003 16.900
31 Mỹ Văn Trà Vinh 2x10m 20,0 -4.0 2002-2004 20.024
32 Láng Thé Trà Vinh 10x10m 100,0 -4.5 2003-2005 103.129
33 Cần Chông Trà Vinh 8x10m 80,0 -4.5 2004-2006 67.796
Trang 7
34 Cái Hóp Trà Vinh 7x10m 70,0 -4.5 2004-2005 90.719
IV Tỉnh Sóc Trăng

35 Cống Mỹ Phước Mỹ Tú 2x7,5m 15,0 -3.5 1992-1994 9.661
36 Cống Cái Trầu Thạnh Trị 1x5,0m 5,0 -3.0 1993-1995 5.250
37 Cống Thạnh Trị Thạnh Trị 1x7,5m 7,5 -3.0 1993-1995 6.350
38 Cống Bao Biển Sóc Trăng 2x5,0m 10,0 -3.0 1996-1997 10.266
39 Cống Tam Sóc Mỹ Tú 2x7,5m 15,0 -3.0 1996-1997 8.592
40 Cống Bố Thảo TX.Sóc Trăng 2x7,5m 15,0 -3.0 1997-1999 8.900
41 Cống Sa Keo Thạnh Trị 1x4m 4,0 -2.5 1993-1995 5.150
42 Cống Tuần Tức Thạnh Trị 1x3m 3,0 -2.5 1993-1995 3.640
43 Cống Rạch Rê Mỹ Tú 2x5m 10,0 -3.0 1996-1998 7.100
44 Cống Mỹ Tú Mỹ Tú 1x7,5m 7,5 -3.0 1996-1997 7.501
45 Cống Chín Sáu Long Phú 2x5,0m 10,0 -3.0 2000-2001 6.150
46 Cống Gòi Long Phú 2x5,0m 10,0 -3.0 2002-2004 10.350
47 Cống Ba Rinh Kế Sách 2x5,0m 15,0 -3.0 2003-2004 10.500
48 Cống Trà Canh 1 Mỹ Tú 1x5m 5,0 -3.0 2003-2004 5.700
V Khu vực tỉnh Bạc Liêu
49 Cống Cầu Sập Vĩnh Lợi 1x7,5m 7,5 -3.0 1996 7.138
50 Cống Vĩnh Mỹ Vĩnh Lợi 1x7,5m 7,5 -3.0 1996-1997 6.930
51 Cống Phó Sinh Giá Rai 2x7,5m 15,0 -3.5 1998 12.000
52 Cống Chủ Chí Giá Rai 3x8,0m 24,0 -3.5 1996-1997 17.207
53 Cống Láng Trâm Giá Rai 1x7,5m 7,5 -3.0 1997-1998 7.900
54 Cống Cây Gừa Giá Rai 1x4,0m 4,0 -3.0 1997-1998 4.780
55 Cống Khúc Tréo Giá Rai 1x3m 3,0 -2.5 1997-1998 3.800
VI Công trình vùng lũ (Kiên Giang)
56 Cống số 2 TX Rạch Giá 2x7,5m 15,0 -3.0 1999-2001 8.700
57 Cống số 3 Hòn Đất 2x5,0m 10,0 -3.0 1999-2001 6.800
58 Cống Thần Nông Hòn Đất 1x7,5m 7,5 -2.5 1997-1998 5.500
59 Cống Tà Hem Hòn Đất 1x7,5m 7,5 -2.5 1998 6.700
60 Cống 283 Hòn Đất 1x7,5m 7,5 -2.5 1999-2001 5.700
61 Cống 286 Hòn Đất 1x7,5m 7,5 -2.5 1998 5.750
62 Cống Tà Lúa Hòn Đất 2x5m 10,0 -3.0 1999-2001 6.950

63 Cống Kiên Bình Hòn Đất 2x5m 10,0 -3.0 1999-2001 7.280
Trang 8
64 Cống Hòn Sóc Hòn Đất 1x5m 5,0 -2.5 1999-2001 5.150
65 Cống Vàm Rầy Hòn Đất 3x7,5m 22,5 -4.0 1999 10.584
66 Cống Kim Quy An Minh 2x7,5m 15,0 -2.5 1997-2000 11.300
67 Cống An Minh An Minh 1x5,0m 5,0 -2.5 1997-2000 7.000
68 Cống cầu số 9 Hòn Đất 3x7,5m 22,5 -3.0 1999-2001 9.600
69 Cống Luỳnh Quỳnh Hòn Đất 3x7,5m 22,5 -3.5 1999-2003 11.950
70 Cống T6 Hòn Đất 2x8,0m 16,0 -3.0 1998 7.345
71 Cống Tuần Thống Hòn Đất 3x7,5m 22,5 -3.0 1998 9.700
72 Cống Lung Lớn 1 Hà Tiên 3x7,5m 22,5 -3.0 1998 9.714
73 Cống Lung Lớn 2 Hà Tiên 1x7,5m 7,5 -3.0 1999-2001 7.800
74 Cống Ba Hòn Hà Tiên 3x7,5m 22,5 -4.0 1999 9.750
75 Cống Bình Giang 1 Hòn Đất 3x7,5m 22,5 -4.0 2002-2003 10.500
76 Cống Bình Giang 2 Hòn Đất 3x7,5m 22,5 -4.0 2002-2003 10.450
77 Cống Cái Tre Hà Tiên 3x7,5m 22,5 -3.0 2002-2004 11.700
TỔNG CỘNG 1.242,0 982,4
Suất đầu tư 1m ngang cửa cống (triệu VNĐ) 790
Qua số liệu trên kết hợp điều tra khảo sát các công trình cống đã xây dựng có
nhận xét như sau:
- Toàn bộ các cống ngăn mặn vùng ven biển ĐBSCL theo năm thống kê (1990-
2003) là kết cấu cống BTCT trọng lực truyền thống, trong đó kết cấu cống kiểu lộ thiên
là chủ yếu.
- Cống có kích thước chiều rộng phổ biến B=7,5÷10m (chiếm 38,5%), các cống
lớn B = 70÷100m (chiếm 5%).
- Khẩu độ khoang cửa cống b = 7,5÷8m (chiếm 53%)
- Cao trình đáy cống: từ (-2,50m) ÷ (-3,00m)
- Suất đầu tư trung bình 1m ngang cửa cống : 790 triệu đồng.
d. Nhận xét, đánh giá: kết cấu cống truyền thống có nhưng ưu điểm và hạn chế
như sau.

Ưu điểm:
- Kết cấu bền vững, khả năng chịu lực lớn, độ ổn định cao.
Trang 9
- Tuổi thọ công trình cao
- Quản lý vận hành và duy tu sửa chữa công trình thuận lợi.
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi đặc biệt là vùng dao động mực nước lớn, vùng ven
biển.
Nhược điểm:
- Giá thành cao, kinh phí xử lý nền và tiêu năng tốn kém
- Thời gian thi công dài do biện pháp thi công làm khô hố móng
- Công trình thu hẹp dòng chảy nhiều nên một số cống vùng triều xây dựng
trước đây đã gây ra diễn biến xói lòng dẫn rất phức tạp.
- Thiết kế thường đưa loại cống truyền thống áp dụng cho mọi vùng và mọi
miền đất nước, điều đó dẫn đến sự lãng phí rất lớn.
- Kết cấu bản đáy dày từ 0,6÷1,0 m, cộng với các trụ pin làm ứng suất tác dụng
lên nền lớn hơn khả năng chịu tải của nền, do đó phải đóng cọc bê tông cốt thép khá
sâu. Mặt khác, thường thu hẹp dòng chảy quá mức nên gây ra hiện tượng tập trung
dòng chảy, phải làm bộ phận tiêu năng kiên cố, kéo dài và gia cố sân sau với quy mô
lớn và tốn kém nhưng công trình vẫn bị xói.
- Thu hẹp dòng chảy quá nhiều nên khó khả năng lấy nước đủ phục vụ nuôi
trồng thuỷ sản trong một đợt triều.
- Diện tích mặt bằng thi công xây dựng cống lớn dẫn đến công tác đền bù giải
phóng mặt bằng, tái định cư phức tạp, khó khăn và tốn kém ảnh hưởng không nhỏ đến tiến
độ xây dựng, đôi khi làm mất tính khả thi của dự án.
1.1.1.2 Cống ngầm
Theo thống kê về lĩnh vực xây dựng các công trình thuỷ lợi ở Việt Nam, các
cống quy mô lớn chủ yếu bằng BTCT toàn khối chiếm đa số trong các công trình đã
Trang 10
xây dựng. Các cống lắp ghép và bán lắp ghép thường xây dựng ở các công trình quy
mô nhỏ, bán kiên cố, phổ biến là các loại cống sau:

.a a. Cống tròn.
Cống tròn là cống lắp ghép bởi các ống có mặt cắt ngang hình tròn bằng BTCT
đường kính phổ biến Φ = 300÷2000mm, chiều dài mỗi ống L = 1÷15m, phía hai đầu
cửa cống là kết cấu mang cống, tường cánh, tấm đáy, nắp cống… sau khi lắp ghép tạo
nên một kết cấu cống hoàn chỉnh.
PHÍA ÑOÀNG
PHÍA SOÂNG
Hình 1-6 : Kết cấu cống tròn
Ưu điểm:
Kỹ thuật thi công đơn giản, phổ thông nên người dân có thể thi công, vật liệu xây
dựng cống có ở mọi nơi, giá thành rẻ. Để thuận tiện trong thiết kế, thi công, các đơn vị
tư vấn đã thiết kế định hình một số loại kết cấu cống có kích thước phổ biến (đường
kính
Φ
=300
÷
1000mm) tuỳ điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn - thuỷ lực và yêu cầu
sử dụng nước để lựa chọn quy mô kết cấu cống phù hợp.
.b b. Cống hộp chữ nhật
Tương tự như cống tròn, đối với những cống ngầm có yêu cầu thoát nước với
lưu lượng lớn, có thể sử dụng kết cấu cống hộp lắp ghép hình dạng vuông hoặc chữ
nhật, kích thước phổ biến (bxh) = 1x1m ; 1,5x1,5m ; 2,0x2,0m. Cống có một hoặc
nhiều khoang, chiều dài một ống đúc sẵn là 1÷1,5m (tuỳ thuộc khả năng chịu lực của
cấu kiện khi vận chuyển và năng lực của thiết bị thi công).
Trang 11
Hình 1 - 7: Cống hộp hình chữ nhật
1.1.2. Các loại cống ứng dụng công nghệ mới
Hiện nay, việc xây dựng các công trình cống theo công nghệ và kết cấu truyền
thống đang gặp nhiều khó khăn, phức tạp, tốn kém trong công tác đền bù giải phóng
mặt bằng, tái định cư; đòi hỏi nguồn kinh phí đầu tư rất lớn. Trong khi đó, các mô hình

chuyển đổi sản xuất ở những vùng ven biển vẫn chưa mang tính ổn định cao, làm cho
công tác quy hoạch, bố trí hệ thống công trình thủy lợi phục vụ sản xuất gặp khó khăn,
nhất là những công trình kiên cố, lâu dài.
Vì vậy, để khắc phục những hạn chế của kết cấu cống truyền thống và đáp ứng
được yêu cầu thực tiễn sản xuất Thời gian gần đây một số nơi đã ứng dụng các tiến bộ
về công nghệ và vật liệu xây dựng những công trình cống có kết cấu cải tiến, đơn giản
phù hợp với yêu cầu sản xuất và khả năng ngân sách của Địa phương. Dưới đây là một
số kết cấu cống cải tiến đã được ứng dụng có hiệu quả ở Việt Nam.
1.1.2.1. Kết cấu cống kiểu đập trụ đỡ
Công nghệ đập trụ đỡ là giải pháp quan trọng để triển khai xây dựng những cống
đập lớn và đã được thực hiện khá thành công tại Việt Nam từ những năm 1995.
Nguyên lý của đập trụ đỡ là đưa toàn bộ lực tác dụng vào công trình về các trụ riêng
biệt, sau đó truyền xuống nền thông qua đài cọc và hệ cọc đóng sâu vào nền.
- Kết cấu công trình: Thân cống và trụ pin bằng BTCT, kết cấu chịu lực chính
của cống là trụ đỡ, kết cấu trụ đỡ bao gồm chùm cọc bằng BTCT cắm sâu vào đất nền,
trên chùm cọc là bệ đỡ, trên bệ đỡ là trụ pin cống.
Trang 12
Trô pin
Cäc BTCT
Cäc BTCT
DÇm ®ì van
cöa van
Hình 1 - 8: Kết cấu cống kiểu đập trụ đỡ
- Kết cấu chống thấm: Qua nền công trình bằng hàng cừ thép, bêtông hoặc cừ
nhựa. Cừ chống thấm được tựa lên dầm đỡ cừ và được ép chặt vào dầm van. Cửa van,
dầm đỡ van và cừ chống thấm tạo thành một tấm ngăn cách hai phần thượng và hạ lưu
cống từ mặt nước đến nền công trình, không cho phép nước mặn xâm nhập qua công
trình và không sinh xói ngầm.
- Kết cấu tiêu năng phòng xói: Được thiết kế có chiều rộng thoát nước gần
bằng lòng sông, tiết diện lòng cống so với tiết diện lòng sông chỉ giảm 15÷20%, tỷ lưu

dòng chảy qua cống nhỏ hơn 10m
3
/s/m do vậy kết cấu tiêu năng phòng xói đơn giản
hơn nhiều so với kết cấu truyền thống.
- Biện pháp thi công: Công nghệ thi công cống kiểu trụ đỡ không phải làm khô
toàn bộ hố móng như cống kiểu truyền thống, chỉ cần thi công trụ đỡ và trụ pin trong
khung vây cọc ván thép, các hạng mục còn lại (kết cấu cừ chống thấm và kết cấu tiêu
năng phòng xói) được thi công lắp ghép trong nước.
- Các công trình đã xây dựng theo kiểu đập trụ đỡ:
+ Cống Phó Sinh ở Bạc Liêu: Gồm 3 khoang cửa van tự động, mỗi cửa rộng
Trang 13
7,5m. Chênh lệch mực nước 3m. Cầu giao thông h13-X60. Công trình này chỉ thử nghiệm
nguyên lý kết cấu đập trụ đỡ, còn biện pháp thi công vẫn như cống cổ truyền.
+ Cống Sông Cui, gồm 2 cửa mỗi cửa 7,5m. Chênh lệch mực nước 3m.
+ Cống Hiền Lương huyện Tư Nghĩa tỉnh Quảng Ngãi, có khẩu độ 64m, gồm
12 cửa tự động 4m, chênh lệch mực nước 2m, cầu 4m, H13-X60.
+ Cống Thảo Long ở Huế có qui mô lớn nhất nước ta hiện nay Bxh=485x4m,
gồm 15 khoang cửa mỗi khoang rộng 31,5m, cửa van Clape trục dưới, nhịp cầu 33m,
mặt cầu 10m, H30-XB80. Chênh lệch mực nước 1,2m (hình 1.9).
Hình1-9: Cống Thảo Long (Thừa Thiên -Huế) được xây dựng theo công nghệ đập trụ đỡ
Ưu điểm:
- Đã khắc phục đáng kể các tồn tại hạn chế của kết cấu Cống kiểu truyền thống
như: mở rộng khẩu độ cống để giảm kết cấu tiêu năng phòng xói; tăng khả năng thoát
lũ giảm ảnh hưởng đến thay đổi dòng chảy sông tự nhiên; thi công giữa lòng sông
(không phải dẫn dòng thi công) giảm diện tích mất đất và chi phí đền bù giải phóng
mặt bằng…
Nhược điểm:
Trang 14
- Công nghệ thi công trụ đỡ, trụ pin phải làm khô hố móng trong khung vây cọc
ván thép giữa lòng sông, kỹ thuật thi công rất phức tạp phụ thuộc rất lớn đến thời tiết

khí hậu và thủy văn dòng chảy trên sông.
- Thi công lắp ghép các hạng mục công trình dưới nước hạn chế độ chính xác,
giám sát chất lượng công trình rất khó khăn.
1.1.2.2. Kết cấu cống đập xà lan.
Từ những năm 1950 ở nước ngoài đã có ý tưởng xây dựng công trình bằng đập
xà lan. Có thể dẫn ra đây một số công trình:
- Công trình ứng dụng dạng phao như đập Lauwerszee- Hà Lan xây dựng năm
1969, hoặc công trình Brouwersdam gồm nhiều khối xà lan ghép lại với nhau
- Cống Oosterschelde là một công trình vĩ đại của Hà lan là công trình kiểm soát
lũ dài gần 3 km, xuyên qua 3 con sông của vùng Eastern Schelde, cửa van cung mỗi
cửa rộng 40m, tổng 2480m. Công trình khởi công vào năm 1976 và kết thúc năm 1986.
- Cống Harvingvliet gồm 17 khoang, 18 trụ. Các trụ pin là các hộp rỗng được
đúc ở trên bờ, trong đê quai, cho nổi lên rồi lai dắt đến vị trị đánh chìm. Lắp cửa van và
hoàn thiện công trình trong nước.
- Dự án xây dựng các công trình giảm nhẹ lụt lội do triều cường cho thành phố
Venice-Italia, các chuyên gia của Italia đã đề xuất phương án ngăn 3 cửa nhận nước từ
vịnh Vinece vào phá Vinece là cửa LiDo, Malamocco, Chioggia bằng hệ thống gồm 78
cửa van bằng thép trên hệ thống xà lan (caisson), mỗi cửa cao 18-28m, rộng 20m, dày
5m là tâm điểm của nhiều hội thảo khoa học ở Italia tổ chức từ năm 1994 đến nay; hiện
nay, dự án đã được quyết định đầu tư xây dựng từ 2006 – 2014.
Viện Khoa học Thủy lợi chủ trì thực hiện và đã được ứng dụng thử nghiệm
thành công các cống Phước Long (năm 2004); cống Thông lưu (năm 2005) đều ở tại
Bạc Liêu. Loại cống này đã được áp dụng cho dự án Phát triển Đồng bằng sông Cửu
Long, tiểu dự án Ô Môn – Xà No tại các tỉnh Cần Thơ, Hậu Giang và Kiên Giang, đó
Trang 15
là: cống Bà Đầm C (Cần Thơ), cống Bà Bét (Hậu Giang), cống KH8C (Kiên Giang)…
Ưu điểm nổi bật của loại đập này là có thể di chuyển đến vị trí khác khi có yêu
cầu chuyển đổi cơ cấu sản xuất và các ưu điểm khác như: kết cấu bền vững, vận hành
đơn giản, thi công nhanh, giảm khối lượng và chi phí trong việc giải phóng mặt bằng,
giá thành rẻ và bảo vệ tốt môi trường sinh thái tự nhiên. Vật liệu chế tạo xà lan là vật

liệu xây dựng thông dụng như bê tông cốt thép, thép, composite. Đáy và trụ pin dạng
hộp với kết cấu bản sườn và khung chịu lực tối ưu. Hộp đáy xà lan được chia làm
nhiều khoang hầm. Mỗi công trình có thể bao gồm một xà lan với khẩu độ cửa van từ
4 đến 30m hay nhiều xà lan liên kết với nhau bằng kết cấu kín nước tùy theo chiều
rộng của sông. Cửa van sử dụng trong công trình có thể là cửa Clape, cửa van cung,
cửa van cao su, cửa tự động, cửa phẳng
Việc chế tạo được thực hiện trong hố đúc sẵn tại một vị trí thuận lợi để không
cần giải phóng mặt bằng, lắp đặt của van và thiết bị vận hành cho công trình, cho
nước vào hố đúc và làm nổi đập để di chuyển đến vị trí lắp đặt công trình. Khi thi
công lắp dựng, hố móng công trình được đào bằng tàu hút bùn và làm phẳng bằng
máy chuyên dụng, dùng tàu kéo lai dắt đập xà lan từ nơi chế tạo đến vị trí công trình,
di chuyển đập xà lan vào vị trí đã xác định. Sau đó, bơm nước vào các khoang hầm để
đánh chìm đập và cuối cùng đắp đất mang cống, lát bảo vệ mái thượng hạ lưu công
trình.
Ưu điểm:
- Công nghệ đập xà lan được có kết cấu nhẹ thích hợp với nền đất yếu;
- Đập xà lan dễ thi công, thi công được trong điều kiện đông dân cư chật hẹp,
không phải dẫn dòng thi công;
- Đập xà lan nếu dùng cửa van Clape trục dưới thì rẻ hơn cửa tự động 25%.
Nhược điểm:
- Chỉ thích hợp cho những vùng có lưu tốc nhỏ; chênh lệch mực nước thấp; điều
Trang 16
kiện địa chất thuận lợi (tại những vùng, mà đất có chỉ tiêu về lực dính thích hợp);
- Khó kết hợp giao thông bộ.
- Việc giám sát chất lượng khó khăn.
Hình 1-10: Một số hình ảnh về cống đập xà lan
1.1.2.3. Kết cấu cống ngăn mặn lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực
Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam chủ trì thực hiện và đã được ứng dụng thử
nghiệm tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long như Bạc Liêu, Hậu Giang và Cần Thơ.
Cống lắp ghép bằng cừ BTCt dự ứng lực có kết cấu bao gồm các hạng mục sau:

- Thân cống: là hàng tường cừ BTCT dự ứng lực có joint chống thấm đóng liên tục từ
Trang 17
bờ trái sang bờ phải. Khoang cửa cống giữa lòng kênh tường cừ được đóng thụt sâu
xuống nền, phía bên trên đầu tường cừ đặt dầm van BTCT có mặt cắt ngang hình chữ
U úp ngược, trên dầm van là cửa van Clape trục dưới.
Hình 1-11: Cống ngăn mặn kết hợp cầu giao thơng, Ninh Quới, Bạc Liêu
- Trụ pin và cầu giao thơng: trụ pin cống gồm các cọc cừ BTCT dự ứng lực ghép úp
vào nhau, đầu cọc liên kết với nhau bằng đài cọc được đổ liền khối với dầm giằng đầu
cừ bằng BTCT. Dầm giằng đầu cừ liên kết các cây cừ lại với nhau kết hợp làm mặt cầu
giao thơng cho phương tiện xe cộ qua lại.
- Về biện pháp thi cơng: đây là bước đột phá về cơng nghệ thi cơng đối với cơng trình
thủy lợi ở Việt Nam. Các hạng mục cơng trình trong thời gian ngắn được lắp ghép các
cấu kiện đúc sẵn trong điều kiện ngập nước bởi các thiết bị và phương tiện thi cơng
chun dụng.
- Các cơng trình đã xây dựng theo kiểu đập trụ đỡ:
+ Cống Ninh Quới ở Bạc liêu có chiều rộng Bc= 8m, cửa van Clape trục dưới,
bố trí cầu giao thơng trên cống tải trọng H3.
+ Cống Bà Đầm Đ ở Cần Thơ có chiều rộng Bc= 12m, cửa van Clape trục dưới,
bố trí cầu giao thơng trên cống là kết cấu cầu BTCT tải trọng H13.
Trang 18
+ Cống 4000 Đ ở Cần Thơ có chiều rộng Bc= 10m, cửa van Clape trục dưới, bố
trí cầu giao thơng trên cống là kết cấu cầu BTCT tải trọng H13.
+ Cống Ba Voi ở Hậu Giang có chiều rộng Bc= 15m, cửa van Clape trục dưới,
bố trí cầu giao thơng trên cống là kết cấu cầu BTCT tải trọng H8.
+ Cống sáu Kim ở Hậu Giang có chiều rộng Bc= 8m, cửa van Clape trục dưới,
bố trí cầu giao thơng trên cống là kết cấu cầu BTCT tải trọng H8.
+ Cống Ơng Đèo ở Hậu Giang có chiều rộng Bc= 15m, cửa van Clape trục dưới,
bố trí cầu giao thơng trên cống là kết cấu cầu BTCT tải trọng H8.
Ưu điểm:
- Thời gian thi cơng nhanh chóng, rút ngắn đến 2/3 thời gian xây dựng so với

cơng nghệ truyền thống.
- Khơng cần đắp đê qy, kênh dẫn dòng, thi cơng ngay trong điều kiện ngập
nước bằng việc lắp ghép các cấu kiện đúc sẵn- hạn chế đến mức thấp nhất chi phí cho
việc đền bù giải phóng mặt bằng.
- Kết hợp giao thơng thuỷ và giao thơng bộ thuận tiện, do việc sử dụng cửa van
Clape trục dưới khẩu độ cống được mở rộng lên gần bằng chiều rộng lòng kênh nên tạo
điều kiện giao thơng thủy rất thuận tiện, cho phép thơng thủy những phương tiện vừa
và lớn.
- Chi phí đầu tư thấp hơn nhiều so với kết cấu cống kiểu truyền thống hiện nay
rất phù hợp với khả năng ngân sách của Địa phương.
Hạn chế:
- Kết cấu cống ngăn mặn lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực tương đối phù
hợp với vùng có sự chênh lệch mực nước thấp và có điều kiện địa chất thuận lợi (lớp
yếu đất khơng vượt q chiều dài tối đa của cây cừ BTCT dự ứng lực).
- Cửa van Clape trục dưới sử trong các kêt cấu cống nói trên thích hợp đối với
cơng trình có nhiệm vụ thường ngăn mặn giữ ngọt đối với vùng ngọt hóa. Tuy nhiên,
Trang 19
đối với vùng chuyển đổi cơ cấu sản xuất có nhu cầu lấy nước mặn nuôi trồng thủy sản
hoặc những nơi có chế độ bán nhật triều đòi hỏi thường xuyên tiêu úng gạn triều, việc
sử dụng cửa van Clape khó đáp ứng được những yêu cầu của sản xuất.
1.2. MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Ở các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), nhiều vùng rộng lớn
được ngọt hoá để sản xuất lúa. Nhưng nay, quá nửa diện tích đó đã được đưa nước mặn
vào để nuôi trồng thuỷ sản, có vùng chuyên tôm, vùng chuyên lúa và có vùng vừa nuôi
tôm vừa trồng lúa. Sự chuyển đổi cơ cấu kinh tế này thường biến động theo nhu cầu thị
trường nên quy hoạch vùng sản xuất không có tính ổn định lâu dài mà phải quy hoạch
mở. Để giải quyết mâu thuẫn đó, hàng năm, các tỉnh phải đắp hàng trăm đập tạm bằng
đất ngăn mặn trong mùa khô để bảo vệ khu vực trồng lúa, để mùa lũ lại phải phá bỏ.
Hình thức đập tạm này có những nhược điểm cơ bản là: Đắp đi đắp lại gây lãng phí.
Nguồn đất đắp nhiều nơi khan hiếm. Nước lưu cữu gây ô nhiễm kênh rạch trong 6

tháng mùa khô do đập tạm không điều tiết. Khi đắp và phá dỡ đập lại gây rác bẩn cho
môi trường khu vực. Trong khi đó, các công trình được xây dựng theo công nghệ và
kết cấu truyền thống thì các dự án khó mang tính khả thi do kinh phí đầu tư lớn vượt
quá khả năng của ngân sách địa phương, vấn đề đền bù giải tỏa rất khó khăn và thời
gian thi công dài khó đáp ứng được nhu cầu cấp thiết của sản xuất.
Để giải quyết vấn đề trên, một số kết cấu cống ứng dụng công nghệ mới ở trên
đã được nghiên cứu và ứng dụng cho ĐBSCL (Cống ngăn mặn bằng cừ BTCT dự ứng
lực; Đập xà lan di động). Các kết cấu cống cải tiến này đã phần nào giải quyết được
những hạn chế của kết cấu truyền thống, đặc biệt là giá thành xây dựng công trình đã
giảm đi rất nhiều, phù hợp với vùng chuyển đổi sản xuất chưa ổn định. Bên cạnh đó,
các kết cấu cống này cũng còn tồn tại một số vấn đề như: phạm vi ứng dụng còn hạn
chế, đối với những vùng có các điều kiện tự nhiên không thuận lợi (dao động mực
nước lớn, chiều dày lớp đất yếu quá lớn) chưa được nghiên cứu ứng dụng; khó đáp ứng
được yêu cầu sản xuất tại những nơi đòi hỏi việc chủ động điều tiết nguồn nước.
Vùng Nam Cà Mau có điều kiện địa chất rất bất lợi đối với việc xây dựng các
công trình trọng lực, chiều sâu của lớp đất yếu thường lớn hơn chiều dài lớn nhất của
cây cừ BTCT dự ứng lực sản xuất với công nghệ và kỹ thuật hiện nay (21m). Bên cạnh
Trang 20
đó, đây là vùng sản xuất theo mô hình chuyên tôm và tôm lúa nên yêu cầu điều tiết
nước rất linh hoạt. Các kết cấu cống ngăn mặn cải tiến với cửa van Clape nói trên
không thích hợp với điều kiện tự nhiên cũng như yêu cầu sản xuất ở nơi đây.
Vì những lý do trên, cần phải nghiên cứu trên cơ sở khoa học để đưa ra kết cấu
công trình tối ưu vừa đáp ứng được yêu cầu của mô hình sản xuất mới vừa thích ứng
với mọi điều kiện địa chất công trình và phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của địa
phương.
Xuất phát từ những yêu cần thực tiễn, đề tài: “Nghiên đề xuất kết cấu cống lắp
ghép ứng dụng cho vùng ảnh hưởng triều thấp Nam Cà Mau” đưa ra nhằm giải
quyết những vấn đề nói trên với các nội dung:
* Mục tiêu: đề xuất được kết cấu cống lắp ghép cải tiến đáp ứng các tiêu chí
sau:

- Kết cấu công trình bền vững có thể thích ứng với điều kiện tự nhiên và địa chất
tại địa phương;
- Chủ động điều tiết nguồn nước ngăn mặn và tiêu thoát nước theo yêu cầu sản
xuất;
- Thời gian thi công nhanh, hạn chế chi phí đền bù giải toả;
- Kết hợp giao thông thủy bộ thuận tiện;
- Quản lý vận hành đơn giản;
- Kinh phí đầu tư thấp hơn so với kết cấu công trình truyền thống.
* Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Thu thập, hệ thống hoá tài liệu về tình hình nghiên cứu và xây dựng các loại
cống ở ĐBSCL
- Phân tích đánh giá những ưu điểm và hạn chế của các kết cấu đã xây dựng
- Nghiên cứu lý thuyết cơ bản
- Ứng dụng các mô hình toán như Geo-Slope, Plaxis … trong tính toán kết cấu,
ổn định công trình.
Trang 21
* Phạm vi nghiên cứu: Ứng dụng cho vùng ảnh hưởng thuỷ triều biển tây Nam
Cà Mau
Trang 22
CHƯƠNG II
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CHO VIỆC ỨNG DỤNG KẾT CẤU
CỐNG MỚI VÙNG NGHIÊN CỨU
2.1. Thực trạng thủy lợi và nhu cầu xây dựng cống vùng nghiên cứu