Nghiên cứu phương pháp nạo vét bùn bằng gầu xúc trên phao nổi

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian làm luận văn, với sự nổ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận
tình của các thầy cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề
tài: “Nghiên cứu phương pháp nạo vét bùn bằng gầu xúc trên phao nổi ” đã được
hoàn thành.
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với ban giám hiệu, quý thầy cô giáo
Phòng đào tạo Đại học và sau đại học, Khoa công trình trường Đại học Thủy lợi đã
giảng dạy, giúp đỡ tận tình suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Đặc biệt
tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy
giáo GS.TS Vũ Trọng Hồng.
Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới đồng nghiệp, bạn bè và
gia đình đã động viên, tạo mọi điều kiện, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập cũng
như thực hiện luận văn này.
Tuy nhiên, do thời gian và trình độ có hạn nên luận văn không tránh khỏi những
sai sót, rất mong được sự góp ý chỉ bảo hơn nữa từ quý thầy cô, các chuyên gia và bạn
bè đồng nghiệp.
Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 02 năm 2014

Tác giả



Nguyễn Văn Hòa

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Văn Hòa, Học viên cao học lớp 19C
21

– Trường Đại học Thủy
lợi, tác giả luận văn, xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội
dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả



Nguyễn Văn Hòa

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i
DANH MỤC HÌNH VẼ iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU v
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 1
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2
CHƯƠNG 1 3
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠO VÉT BÙN 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG NẠO VÉT
BÙN Ở VIỆT NAM 3
1.2. HIỆU QUẢ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠO VÉT BÙN TRONG
CÁC VÙNG ĐẦM LẦY VEN BIỂN. 14
1.3. PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT. 15
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. 17
CHƯƠNG 2 18

PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG BẰNG GẦU XÚC KẾT HỢP VỚI Ô TÔ
TRÊN PHAO NỔI 18
2.1. LỰA CHỌN KẾT CẤU PHAO NỔI VÀ BIỆN PHÁP DI CHUYỂN
KHI LÀM VIỆC. 18
2.1.1. Lựa chọn kết cấu phao nổi. 18
2.1.2. Biện pháp di chuyển khi làm việc. 19
2.2. TỔ CHỨC DÂY CHUYỀN MÁY ĐÀO VÀ XE VẬN CHUYỂN 20
2.3. BỐ TRÍ THI CÔNG TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH 20
2.3.1. Điều kiện tổng quát khu nạo vét 21
2.3.2. Các phướng án thi công đắp bờ bao nạo vét bùn tạo hồ chứa hay
đầm thủy sản. 23
2.3.3. Bố trí dây chuyền thi công nạo vét ở khu đầm lầy ven biển 25
2.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỂ LỰA CHỌN BIỆN PHÁP THI
CÔNG HỢP LÝ. 27
2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 28
CHƯƠNG 3 29
KẾT CẤU PHAO NỔI VÀ TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN KIỂM TRA LỰC
NỔI VÀ ỔN ĐỊNH KHI LÀM VIỆC 29
3.1. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN. 29
3.1.1. Điều kiện nổi. 29
3.1.2. Lực tác dụng lên phương phao nổi và điều kiện cân bằng của
phương phao nổi trên nước tĩnh. 31
ii

3.2. NỘI DUNG TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA PHAO KHI LÀM
VIỆC. 35
3.2.1. Phương tiện nổi không nghiêng và không chúi (Hình 3.2) 36
3.2.2 . Phương tiện nổi bị nghiêng ngang và không bị chúi (Hình 3.3). 37
3.2.3. Phương tiện nổi bị chúi, không bị nghiêng ngang (Hình 3.4) 37
3.2.4. Phương tiện nổi vừa bị nghiêng,vừa bị chúi (Hình 3.5) . 39

3.2.5. Xác định thể tích chiếm nước và tọa độ tâm nổi của phương tiện nổi.
40
3.2.6. Bài toán yếu tố nổi với sự thay đổi trọng tâm và tâm nổi khi làm việc.
41
3.3. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH BỀN CỦA PHAO KHI CÁC THIẾT BỊ LÀM
VIỆC. 43
3.3.1. Các vấn đề chung 43
3.3.2 Mô men phục hồi, cánh tay đòn ổn định tĩnh và điều kiện ổn định. 46
3.3.3. Công thức ổn định ban đầu. Xác định các bán kính nghiêng. 48
3.3.4 Bài toán dịch chuyển phương tiện theo chiều ngang thân của phao
nổi. 49
3.3.5. Bài toán dịch chuyển theo phương ngang theo chiều dọc thân phao
nổi. 50
3.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ. 51
3.5. BÀI TOÁN CỤ THỂ ÁP DỤNG CHO THIẾT BỊ BÈ NỔI 52
3.5.1. Tính áp lực đáy móng 52
3.5.2. Tính sức chịu tải của nền 53
3.5.3. Tính năng suất của thiết bị phao nổi và tôn chống lầy 54
ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH “NÂNG CẤP HỒ CHỨA NƯỚC CÀNH
CHẼ”. 56
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH. 56
4.1.1. Tình hình dân sinh kinh tế trong vùng 56
4.1.2. Tên, vị trí, phạm vi và nhiệm vụ của dự án 56
4.1.3. Vị trí địa lý - Diện tích lưu vực – Khối lượng nạo vét. 57
4.1.4. Điều kiện địa hình khu vực dự án 57
iii

4.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN CỦA VỊ TRÍ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH.
57
4.2.1. Địa hình địa chất thổ nhưỡng lưu vực 57

4.2.2. Thực vật 59
4.2.3. Đặc điểm khí hậu 59
4.3. ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀO LỰA CHỌN KẾT
CẤU PHAO NỔI. 61
4.3.1. Nạo vét mở rộng lòng hồ 61
4.3.2. Nâng cấp đập đất 62
4.3.3. Tính toán chọn kết cấu phao nổi phục vụ thi công nạo vét hợp lý 63
4.4. LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN KHI BỐ TRÍ ĐÀO VÀ VẬN
CHUYỂN 65
4.4.1. Chia các dải để nạo vét trình tự 65
4.4.2. Vận chuyển bùn 65
4.5. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ 65
4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 66
CHƯƠNG 5 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
5.1. KẾT LUẬN: 67
5.2. KIẾN NGHỊ: 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ


Hình 1.1. Gầu sấp làm việc trên Xà Lan 5

Hình 1.2. Máy hút bùn thủy lực có miệng hút kiểu vành (máy đơn) 10
Hình 1.3. Máy hút bùn thủy lực có miệng hút kiểu vành (máy giàn) 10
Hình 1.4. Sơ đồ súng phun nước YII
∋

M-360 11
Hình 1.5. Đất khô trộn với bùn xúc lên ô tô 12
Hình 1.6. Tàu nạo vét tự hành hiện đại Uilenspiegel của Bỉ 13
Hình 3.1. Các lực tác dụng lên phương tiện nổi trên mặt nước 33
Hình 3.2. Mô phỏng phương tiện nổi không nghiêng và không chúi 36
Hình 3.3. Mô phỏng phương tiện nổi bị nghiêng ngang và không bị chúi 37
Hình 3.4. Phương tiện nổi bị chúi, không bị nghiêng ngang 38
Hình 3.5. Mô phỏng phương tiện nổi vừa bị nghiêng,vừa bị chúi 39
Hình 3.6. Thể tích chiếm nước và tọa độ tâm nổi 40
Hình 3.7. Mặt cắt ngang đường sườn 41
Hình 3.8. Mô men gây nghiêng phương tiện nổi 43
Hình 3.9. Nghiêng dọc 46
Hình 3.10. Nghiêng ngang 46
Hình 3.11. Mô men phục hồi nghiêng ngang có giá trị dương 47
Hình 3.12. Mô men phục hồi nghiêng ngang có giá trị âm 47
Hình 3.13. Dịch chuyển phương tiện theo chiều ngang của phao nổi 50
Hình 3.14. Dịch chuyển phương tiện theo chiều dọc của phao nổi 51
Hình 3.15. Các lực tác dụng lên đất dưới tôn chống lầy 53
v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Tỷ số của thể tích đất ở thể chặt và thể tích nước 7

Bảng 2-1. Những đặc trưng kỹ thuật của phao KC-Y và KC-3 18
Bảng 2-2. Mô men uốn và lực cắt cho phép đối với hệ phao lắp bằng phao
KC-3 19

Bảng 3.1: Nhóm tải trọng tác dụng lên phao nổi 35
Bảng 3.2: Các điều kiện ổn định của phương tiện nổi 48

Bảng 3.3: Các trạng thái ổn định của phương tiện nổi 49
Bảng 4.1: Lượng bốc hơi các tháng trạm Hòn Gai 61
Bảng 4.2 : Tính với trường hợp chiều rộng phao CR =12m. 64
1

MỞ ĐẦU

I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Tỉnh Quảng Ninh là địa phận có bờ biển trải dài theo diện tích đất liền
rất lớn, nằm giáp ranh với biển là những khu vực đầm lầy, bãi sú, vẹt, lăn đã
tạo nên những khu vực đất hoang. Biện pháp kinh tế hiệu quả nhất là sử dụng
công nghệ nạo vét bùn và đắp đập biến những đầm lầy ấy thành những Hồ
chứa nước ngọt đựng nước mưa hay nước thừa của các Hồ chứa nước đã được
xây dựng theo các kênh dẫn nước để nuôi trồng thủy sản.
Ngoài ra việc nạo vét bùn tạo thành các đầm chứa nước biển nhờ thủy
triều lên xuống qua các cống ngăn triều phục vụ cho việc nuôi trồng thủy hải
sản và tạo cảnh quan môi trường, du lịch, sinh thái.
Về công nghệ nạo vét bùn có 03 phương pháp phổ biến :
- Dùng xà lan và gầu ngoạm xúc bùn đưa lên xà lan rồi chuyển đi đổ ở
bãi thải.
- Dùng bơm bùn rồi chuyển qua ống dẫn bùn đưa đến bãi thải.
- Dùng đất trộn với bùn rồi dùng gầu xúc lên ô tô chuyển ra bãi thải.
Vì vậy đề tài: “ Nghiên cứu phương pháp nạo vét bùn bằng gầu xúc
trên phao nổi ” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn lao trong chiến lược
phát triển con người nói chung và tài nguyên nước nói riêng.
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
1. Mục đích đào tạo:
Để học viên tổng hợp được các kiến thức đã học của chương trình cao
học và chuyên ngành thủy lợi với ứng dụng công việc thi công dưới nước,
đồng thời nắm được phương pháp luận nghiên cứu và giải quyết một vấn đề

thực tế trên các cơ sở khoa học và tiếp cận với các giải pháp công nghệ phù
hợp.
2. Mục đích nghiên cứu:
2

- Nghiên cứu đưa ra biện pháp thi công nạo vét bùn một cách hợp lý
nhất đối với từng loại bùn cụ thể, tính toán sử dụng chống lầy bằng bè nổi,
nhằm tiết kiệm về mặt kinh tế và nâng cao chất lượng về mặt kỹ thuật đảm
bảo thi công công trình dưới nước.
- Đề xuất giải pháp nạo vét bùn cho công trình “ Nâng cấp hồ chứa
nước Cành Chẽ ” tại xã Hoàng Tân – thị xã Quảng Yên – tỉnh Quảng Ninh.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Do điều kiện thời gian không cho phép và các điều kiện nghiên cứu cần
thiết khác về lĩnh vực thi công nạo vét bùn học viên chỉ tập trung vào nghiên
cứu những cơ sở khoa học chính và đề xuất những giải pháp thật cơ bản để
nạo vét lòng hồ. Phương pháp nghiên cứu cụ thể là:
- Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với đúc rút kinh nghiệm
thực tế, dựa trên chỉ dẫn tính toán của các quy trình quy phạm, sử dụng mô
hình toán .
- Phương pháp chuyên gia, hội thảo. Sự góp ý của các chuyên gia, bạn
bè đồng nghiệp để phát triển ý tưởng và hạn chế nhược điểm của đề tài trong
quá trình thực hiện.
- Phương pháp phân tích tổng hợp. Đánh giá tổng quát kết quả nghiên
cứu, về ưu nhược điểm và phương hướng giải quyết.
3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠO VÉT BÙN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG NẠO VÉT BÙN

Ở VIỆT NAM
Để thi công nạo vét bùn phải chọn thiết bị và dây chuyền hợp lý trên cơ
sở những đặc trưng cơ lý của loại bùn, điều kiện thủy lực, khối lượng và yêu
cầu nạo vét. Đó là: hút bùn, bơm bùn kết hợp ống dẫn trên phao, máy đào gầu
ngoạm kết hợp xà lan vận chuyển, máy đào gầu sấp kết hợp xà lan vận
chuyển hoặc ô tô chạy trên phao. Đôi khi dùng súng phun nước để đào
đất.v.v…
Người ta thường sử dụng 3 phương pháp thi công nạo vét bùn đối với
một số công trình ở Việt Nam.
- Phương pháp 1: Dùng xà lan và gầu sấp (có tay cần dài) xúc bùn đưa lên
xà lan rồi chuyển đi đổ ở bãi thải, phương pháp này đã ứng dụng với công
trình “nạo vét luồng sông Tiền (khu vực giữa cồn Thới Sơn và Bến tre) xã
Phú Túc – An Khánh – Tân Thạch – Huyện Châu Thành – Tỉnh Bến Tre”.
Dự án nạo vét công trình với tổng diện tích 873.680 m
2
, chiều dài 7,7km
đường sông, khối lượng nạo vét 2.500.000m
3
, trong đó :
+ Khối lượng bùn-sét: 220.514 m
3
, chiếm tỷ lệ 8,51%.
+ Khối lượng cát: 1.193.059 m
3
, chiếm tỷ lệ 46,08%.
+ Khối lượng lớp phủ: 1.175.715 m
3
, chiếm tỷ lệ 45,41%.
- Thông số thiết bị thi công : tàu ngoạm (xà lan-gầu ngoạm)
- Chiều dài tàu 60,0m

- Chiều rộng tàu 20m
- Mớn nước 2,5m
- Độ sâu hạ cần gầu 8,0m
- Công suất máy 1.950 CV
- Bán kính quay cần 10 m
4

- Dung tích gầu 1,7m
3
- Năng suất xúc 300m
3
/ca
Khi sử dụng gầu sấp kết hợp các phương tiện vận chuyển như xà lan
vận chuyển cát tự hành hoặc xà lan có tàu kéo.
+ Địa hình khu nạo vét : Khu vực nạo vét nằm trên một nhánh rẽ bên
phải của sông Tiền , thuộc phần trung lưu của sông Tiền-trước đây gọi là sông
Mỹ Tho. Khu vực này nằm trong vùng đồng bằng châu thổ sông Cửu Long.
Địa hình hai bên bờ của khu vực lập phương án nạo vét khá bằng phẳng, chủ
yếu là đất cù lao-cồn nổi, được đắp đê bao, có độ cao mặt đê thay đổi từ 2 đến
3 mét. Trên bề mặt địa hình bên trong bờ đê là vườn cây ăn trái, phía ngoài là
bãi bồi và phần mặt nước được tận dụng để nuôi trồng thuỷ sản - bè cá nổi,
bên trong đê có xen kẻ những ngôi nhà độc lập theo từng mãnh vườn.
Lòng sông cần nạo vét có mực nước sâu nhất lên tới 10,5m. Theo tài
liệu khảo sát, lạch nước sâu ép về phía bờ Bắc-cồn Thới Sơn, với độ sâu tăng
dần từ phía cầu Rạch Miễu 7,0m về phía đuôi cồn Thới Sơn 9,0m, trong khi
đó đáy sông phía bờ Nam - cồn Phụng- vừa thoải và vừa cạn hơn với độ sâu
thay đổi từ 5,0m ngay cầu Rạch Miễu đến 9,5m
-gần đuôi cồn Phụng. Trắc
diện dọc sông có dạng lượn sóng, trắc diện ngang biến đổi mạnh, có sự xen kẻ
giữa các lạch sâu (phía giữa dòng gần bờ Bắc) và bãi bồi ngầm (phía giữa

dòng gần bờ Nam). Quá trình bồi tụ phía bờ Nam, xâm thực phía bờ Bắc đã
hình thành một số doi cát ngầm trải dài từ gần đầu cồn Thới Sơn cho đến đuôi
cồn Phụng (nơi tuyến phà Rạch Miễu cũ qua lại). Sự hình thành bãi bồi này
có ảnh hưởng lớn đến việc đi lại của các phương tiện giao thông thủy, nhất là
những loại có tải trọng lớn 500 tấn trở lên.
Trên đoạn sông lập phương án nạo vét, chiều rộng lòng thay đổi từ
500m (đầu cồn Thới Sơn) đến 900m (ngay cầu Rạch Miễu), chiều rộng trung
bình là 400m. Dòng chảy theo hướng Tây Tây Nam-Đông Đông Bắc, tốc độ
5

dòng chảy thay đổi theo thuỷ triều và mùa nước lũ. Đoạn sông này vẫn chịu
ảnh hưởng của thủy triều với biên độ dao động từ 2,0
÷
3,5m.
+ Mạng lưới sông rạch, thủy văn : Trong phạm vi khu vực nghiên cứu,
hệ thống sông, rạch khá chằng chịt. Lưu lượng sông Tiền dòng 2 trong đoạn
lập phương án nạo vét vào mùa khô (tháng kiệt nhất) vào khoảng 15m
3
/s. Về
mùa lũ, lưu lượng của dòng sông chính khá lớn, tốc độ dòng chảy mạnh, gây
nhiều sóng, phần nào ảnh hưởng đến hoạt động kinh tế và đời sống nhân dân
sống ven sông.

Hình 1.1. Gầu sấp làm việc trên Xà Lan
- Phương pháp 2: Dùng bơm bùn rồi chuyển qua ống dẫn bùn đưa đến
bãi thải, phương pháp này đã ứng dụng với công trình “nạo vét luồng tàu
thuyền vào neo đậu tránh trú bảo cửa sông Bến Hải” do sở NN & PTNT tỉnh
Quảng Trị làm chủ đầu tư. Giúp người dân và tàu thuyền ở trong tỉnh và các
tỉnh bạn có thể vào tránh trú bão nhằm bảo vệ tính mạng và tài sản cho ngư
dân. Khối lượng bùn, cát dự tính là 1.5 triệu m

3
, Sử dụng máy hút bùn thủy
lực miệng kiểu vành, lượng bùn cát được vận chuyển qua ống dẫn mềm dưới
dạng vữa bùn sẽ chịu tác động của lực hút mà đi vào ống hút , đi qua bơm bùn
,đẩy qua ống áp lực chuyển tới địa điểm cần đắp. Công trình còn sử dụng tàu
hút bùn tự hành 500m
3
với các thông số sau:
- Công năng: hút bùn, nạo vét sông biển.
- Tổng công suất: 500CV
- Chiều dài lớn nhất: 30m
6

- Chiều rộng: 8,6m
- Chiều cao: 3,5 m
- Chiều chìm trung bình: 2,5m
- Dung tích khoang chứa cát-đất: 500m
3

- Độ sâu nạo hút: min 5m, max 15m
- Lưu lượng hút nước + bùn cát: 1.500 +300 m
3
/h
Sử dụng tàu hút tự hành 500m
3
có thể hút hỗn hợp bùn-sét-cát lẫn nước
(tỷ lệ 1:5) từ lòng sông lên với công suất 300 m
3
cát/giờ. Như vậy nếu mỗi giờ
tàu hút lên khoang chứa được hỗn hợp gồm 300 m

3
bùn-sét-cát+1.500 m
3
nước, 300 m
3
cát sẽ được giữ lại và 1.500 m
3
nước sẽ thải trở lại sông, lượng
bùn-cát sẽ được tàu chuyển đi đổ ở bải thải qui định của chủ đầu tư. Địa chất
khu vực nạo vét như sau:
+ Trầm tích sông: đây là trầm tích hình thành nên các bãi bồi và trầm
tích tại các lòng sông hiện đại. Trong khu vực lập phương án nạo vét và lân
cận, trầm tích loại này phân bố dọc theo lòng sông và kéo dài theo từng đoạn
sông. Chúng tạo thành các cồn cát, doi cát ngầm dưới lòng sông, thường
xuyên bị ngập nước. Thành phần chủ yếu là cát, bột lẫn ít sét và mùn thực vật.
Chiều dày thay đổi từ 0,5
÷
3,0m. Các thành tạo này hàng năm vẫn được bồi
tụ. Chúng mang tính ổn định thấp.
Đơn vị địa tầng này là đối tượng chính của công tác lập phương án nạo
vét.
Thành phần độ hạt của đơn vị địa tầng này (trong phần diện tích lập
phương án nạo vét ) bao gồm 2 loại như sau:
+ Trầm tích bùn sét: trầm tích này hiện diện tại doi bồi tụ ngầm của
phân nữa dòng , thuộc bờ Nam, kéo dài khoảng 500m. Thành phần độ hạt
như sau:
Cát hạt nhỏ (kích thước 0,25
÷
0,1mm) chiếm tỷ lệ 15,2%
Cát hạt mịn (kích thước 0,1->0,05mm) chiếm tỷ lệ 16,78%.

7

Bột sét (kích thước <0,05mm) chiếm tỷ lệ 60,03%.
+ Đây là phương pháp thi công đất bằng máy thủy lực , là phương pháp
thi công cơ giới hóa tổng hợp, dùng sức nước để đào, vận chuyển và đắp đất.
Khi đào đất cát thì sử dụng tàu hút bùn là hiệu quả kinh tế nhất. Trong
trường hợp này thì đất ở dưới nước được đào bằng phương pháp hút. Theo kết
cấu của thiết bị hút, tàu hút bùn được chia ra: tàu hút bùn có bộ phận làm tơi
đất và tàu hút bùn không có bộ phận làm tơi đất. Tàu hút bùn có hiệu suất đạt
(50
÷
200m
3
/h và lớn hơn) đồng thời cho phép tiến hành ở độ sâu 10m. Việc
sử dụng tàu hút bùn cũng bị hạn chế vì khó đào được đất sét chặt và các loại
đá. Trong một số trường hợp yêu cầu phải làm tơi đất trước nhờ thiết bị phay
đất gắn với ống hút (xem bảng 1-1).
Bảng 1-1: Tỷ số của thể tích đất ở thể chặt và thể tích nước

Đất
Trọng
lượng 1m
3

Đất,kg


Thành phần bùn
(tỷ số của thể
tích đất ở thể

chặt và thể tích
nước)

Ghi chú

Cát nhỏ và cát vừa ở
trạng thái tơi
1500

1:6
Có thể đào mà
không có máy làm
tơi đất
Cát to 1650 1:7
Có thể đào mà
không có máy làm
tơi đất
Cát sét và cát dính kết 1600 1:8
Bắt buộc phải làm
tơi đất
Đất hoàng thổ, xốp 1600 1:8
Bắt buộc phải làm
tơi đất
Sét cát nhẹ và vừa 1650 1:12
Bắt buộc phải làm
tơi đất
Sét cát nặng 1750 1:15
Bắt buộc phải làm
tơi đất
Sỏi nhỏ không dính kết 1700 1:10

Nhất thiết phải làm
tơi đất
Cát sét và sét cát nhẹ có
chứa sỏi (4-8%) hoặc đá
dăm
1700
1:12
1:16
Nhất thiết phải làm
tơi đất

8

Máy hút bùn là thiết bị nhỏ, được sử dụng khi khối lượng công tác đất
không lớn. Được áp dụng trong tất cả các dạng thi công dưới nước (hạ cọc
ống, đào hố móng trong vòng vây cọc ván, hạ giếng cửa công trình lấy nước)
cũng như khi khắc phục các sự cố. Tùy thuộc vào thiết bị tăng áp mà máy hút
bùn được chia ra máy hút bùn thủy lực và máy hút bùn không khí.
Máy hút bùn thủy lực có những dạng khác nhau và dùng để hút bùn
lỏng, sỏi nhỏ, đất sét tơi, cát và đá nhỏ.
Khác với tàu nạo vét, máy xúc, khi bơm hút đất cát, bánh xe công tác,
vỏ máy và những bộ phận khác tiếp xúc với đất, bị mài mòn nhanh, thì khi sử
dụng máy hút bùn thủy lực, máy bơm cấp nước sạch, nên đất mài mòn chỉ đi
qua ống xả.
Máy hút bùn thủy lực cần lưu lượng nước lớn, thường người ta dùng
ống thoát nước và bùn mềm, ống hút là ống mềm cao áp. Do kích thước giới
hạn kết cấu máy không lớn lắm, nên thợ lặn có thể trực tiếp điều phối máy hút
bùn thủy lực ở những chổ chật hẹp, hoặc ở những chổ có gò đống. Trong
những trường hợp khác người ta treo máy hút bùn vào cần của cần cẩu.
Khi tiến hành công tác nạo vét lòng sông, những máy hút bùn thủy lực

có miệng kiểu vành có thể hút được những mảnh vụn của bê tông, gạch đá
v.v…miệng hút kiểu vành tạo thành bởi phần giới hạn của buồng hỗn hợp
hình côn và buồng hút. Trục của miệng hút giao với trục của máy hút bùn
thủy lực dưới góc 16
0
.
Nguyên tắc hoạt động của máy hút bùn thủy lực là nước từ buồng tăng
áp, dưới áp lực cao hướng vào miệng hút của vành và đi vào buồng hỗn hợp
đều đặn trên toàn bộ chu vi của miệng hút dưới dạng tia. Do sự chuyển động
của dòng nước tạo nên trạng thái chân không trong buồng hút, và vì thế đất bị
đẩy ra theo ống xã.
Máy hút bùn thủy lực có miệng hút kiểu vành có những chỉ tiêu kỹ
thuật hầu như gấp 2 lần so với máy hút bùn thủy lực có miệng kiểu trục. ngoài
9

ra máy hút bùn thủy lực có miệng kiểu vành có khả năng hút được sỏi và đá
có kích thước lớn (bằng đường kính lỗ dẫn vào ống khuếch tán).
Máy hút bùn thủy lực là thiết bị đơn giản, giá thành không đắt, có thể
chế tạo ở xưởng cơ khí tại công trường.
Trong một số trường hợp (độ sâu nước lớn, làm việc trong cột
ống.v.v…) để lấy đất người ta dùng máy hút bùn không khí. Sự hoạt động của
máy hút bùn không khí dựa vào không khí nén, được cung cấp dưới dạng bọt
vào trong ống, nó cùng với nước tạo thành thể bọt có trọng lượng riêng nhỏ
hơn trọng lượng riêng của nước nằm bên ngoài của ống. Do sự chênh lệch tỉ
trọng này tạo nên chuyển động đi lên của thể bọt (hổn hợp khí nén và nước)
và kéo theo nó là đất yếu hoặc đất ở trạng thái phân tán.
Việc sử dụng máy hút bùn không khí chỉ hợp lý khi hố móng ngập
nước và chiều sâu nước trong nó không bé hơn 3m. Hiệu suất cao nhất của nó
ứng với chiều sâu nước lớn hơn 8m.
+ Tổ chức thi công bằng máy hút bùn thủy lực: Trước hết phải chia mặt

cắt khối đào thành các dải đào, mỗi dải đào rộng 3 -5m, bố trí hút lấn dần theo
dải đào. Trong quá trình hút thì phải bố trí luân truyên cung cấp đủ nước,
thường chú trọng đến việc nước hồi, đắp bờ tạo hố chứa bùn và thu hồi nước
một cách luân hoàn.
Súng phun nước được áp dụng rộng rãi trong thực tế đối với công tác
kỹ thuật dưới nước để xói đất bằng cách sử dụng tia nước có áp. Súng phun
nước có loại điều khiển bằng tay (bơm thủy lực) và loại sử dụng cơ giới hóa
(máy phụt nước). Ở trường hợp thứ nhất việc xói đất do thợ lặn tiến hành và
hiệu suất của súng phun nước phụ thuộc vào những lực vật lý của thợ lặn, di
chuyển ống mềm có áp của súng phun nước. Trong trường hợp thứ hai, thiết
bị xói sử dụng có công suất lớn hơn, được điều khiển từ trên mặt nước, nó
gọn nhẹ, cho phép thợ lặn làm việc trong điều kiện chật hẹp, ở khoảng cách
gần chổ xói và thực hiện hiệu quả trong điều kiện mực nước không vượt quá
mặt đất.
10

Súng phun nước vạn năng YII
∋
M-360, được ghép bộ với động cơ
điezen, cho phép làm việc với nguồn năng lượng của bản thân máy, máy được
lắp trên 4 phao. Nhờ cấu tạo khớp- ống lồng, cho phép thiết bị làm việc ở độ
sâu 6m mà không cần nối ống. Độ chìm của hệ phao được chất tải đầy đủ là
1m. Chiều dày lớn nhất của lớp cắt đối với đất cát sau một hành trình xói xấp
xỉ bằng 1,8m.
Trong trường hợp cần thiết phải xói đường hào ở độ sâu lớn, thì đất
được đào thành từng lớp. Tính vạn năng của thiết bị đạt được nhờ những bộ
phận công tác thay thế được các loại miệng phun khác nhau của súng phun
nước để xói được đất các loại.

Hình 1.2: Máy hút bùn thủy lực có miệng hút kiểu vành (máy đơn)

Hình 1.3: Máy hút bùn thủy lực có miệng hút kiểu vành (máy giàn)
11


Hình 1.4 : Sơ đồ súng phun nước YII
∋
M-360
1- Phao; 2- Máy bơm 3B-200x2; Động cơ 3
Π
-12; 4- Ống có áp; 5- Tời
1T; 6-Tời 3T; 7- Vòi phu của súng phun nước.
- Phương pháp 3: Dùng đất trộn với bùn rồi dùng gầu xúc lên ô tô
chuyển ra bãi thải , phương pháp này đã ứng dụng với công trình nạo vét “Hồ
chứa nước Khe Măn” tại xã Vũ Oai – huyện Hoành Bồ - tỉnh Quảng
Ninh.Công trình do ủy ban nhân dân huyện Hoành Bồ làm chủ đầu tư.
Nguồn vốn: Ngân sách nhà nước. Quản lý dự án: Trung tâm phát triển
quỹ đất huyện Hoành Bồ. Với tổng diện tích nạo vét 82.516m
2
, khối lượng
nạo vét 146.446m
3
. Công trình nằm giáp ranh với đường tỉnh lộ 328, là địa
điểm giữa hai xã Thống Nhất và xã Hòa Bình, ranh giới giữa địa phận công
trình là các khu đầm tôm. Phạm vi nạo vét lòng hồ là lượng bùn đất nạo vét
chủ yếu lớp đất sét màu đốm nâu phớt vàng, phớt trắng, dẻo mềm đến nửa
cứng, kết cấu chặt vừa, chiều dầy lớp từ 1,60m đến 2,20m.
Việc đầu tư xây dựng hồ Khe Măn để khai thác triệt để và phát huy hết
hiệu quả của công trình phục vụ sản xuất ngư nghiệp, tạo cảnh quan môi

trường sinh thái, nhằm góp phần phát triển kinh tế xã hội và nâng cao chất
lượng cuộc sống của nhân dân trong khu vực. cách công trình khoảng 4km
12

chủ yếu là đồi núi cao, việc lấy đất trộn lẫn lượng bùn để phục vụ nạo vét hồ
là rất phù hợp.
Từ đó phương án thi công nạo vét cho công trình là làm đường công vụ
(bè nổi, tôn chống lầy, đường đất )từ các vị trí khảo sát ra các hướng của hồ
sử dụng máy xúc kết hợp ô tô tự đổ vận chuyển đất khô trộn lẫn đất hồ với
nhau theo tỷ lệ hợp lý rồi xúc lên ô tô vận chuyển ra san lấp mặt bằng cách
lòng hồ 2km phục vụ xây dựng khu tái định cư.


Hình 1.5: Đất khô trộn với bùn xúc lên ô tô
- Ngoài ra với công trình “Nạo vét luồng Soài Rạp (TP.HCM - Long
An - Tiền Giang)” khởi công vào ngày 24-11-2012: Dùng tàu nạo vét tự hành
hiện đại Uilenspiegel của Bỉ, đây là một trong những tàu hút bùn hiện đại nhất
với chiều dài 142,8m, rộng 26,8m, có khoang chứa 13.700m
3
bùn, cát và có
thiết bị nạo vét ở độ sâu 50m dưới lòng sông với công suất nạo vét đến
70.000m
3
bùn, cát /ngày. Dự án có tổng chiều dài 54km từ khu công nghiệp
Hiệp Phước ra khu công nghiệp Cần Giờ, có quy mô nạo vét khoảng 11,5
triệu m
3
bùn, cát. Tàu Uilenspiegel phải nạo vét ngoài cửa biển Cần Giờ dài
24km để mở luồng tàu rộng 160m và sau đó tiếp tục thi công nạo vét từ cửa
biển Cần Giờ vào khu công nghiệp Hiệp Phước dài 30km để mở luồng tàu

rộng 120m. Dự kiến tháng 4-2014 sẽ hoàn thành việc nạo vét, khi đó luồng
tàu trên sông Soài Rạp sẽ có độ sâu khoảng 9,5m cho tàu biển từ 30.000 –
13

50.000 tấn lưu thông vào cảng biển Thành Phố. Đây là luồng tàu biển thứ hai
ở TP.HCM, sẽ rút ngắn khoảng hơn 20km so với hướng tàu đi theo sông Lòng
tàu hiện hữu. Dự án nạo vét luồng Soài Rạp có tổng mức đầu tư là 2.797 tỉ
đồng, trong đó vốn tài trợ từ Vương quốc Bỉ là 76 triệu Euro, vốn từ ngân
sách Thành phố là 624 tỉ đồng. Theo lãnh đạo Bộ Giao thông vận tải, dự án
này hoàn thành sẽ tạo tiền đề khai thác tiềm năng phát triển cảng và thúc đẩy
sự phát triển hơn nữa các khu đô thị, các khu công nghiệp dọc sông Soài Rạp,
thu hút đầu tư vào TP.HCM, Long An, Tiền Giang và vùng phụ cận.


Hình 1.6: Tàu nạo vét tự hành hiện đại Uilenspiegel của Bỉ

14

1.2. HIỆU QUẢ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠO VÉT BÙN TRONG
CÁC VÙNG ĐẦM LẦY VEN BIỂN.
- Các vùng đầm lầy ven biển chiếm số lượng rất lớn, việc ứng dụng
phương pháp cơ giới nạo vét bùn tạo nên những đầm chứa nước ngọt hay
nước biển nhờ các cống ngăn triều phục vụ nuôi trồng thủy hải sản mang lại
kinh tế lớn đối với ngành ngư nghiệp.
- Tạo cảnh quan môi trường sinh thái, lượng đất bùn vận chuyển san lấp
mặt bằng phục vụ nông nghiệp, các khu tái định canh, định cư.
- Thành các hồ chứa nước ngọt chứa nước mưa, nước thừa theo các
kênh dẫn từ các hồ chứa nước ngọt đầu nguồn phục vụ tưới tiêu cho nông
nghiệp.
Một số công trình nạo vét bùn đã mang lại hiệu quả cao ở vùng đầm lầy

ven biển như:
+ Công trình nạo vét “ Hồ Khe Chùa” tại xã Sơn Dương – huyện Hoành
Bồ - tỉnh Quảng Ninh, với diện tích nạo vét 310.138m
2
, tổng khối lượng bùn
nạo vét 800.556m
3
. Dự án do sở NN &PTNT làm chủ đầu tư, công trình đã
đưa vào sử dụng với việc cấp nước ngọt sinh hoạt, tưới tiêu nông nghiệp cho
nhân dân trong vùng lân cận, nuôi trồng thủy hải sản, tạo cảnh quan môi
trường.
+ Công trình nạo vét “Hồ chứa nước Khe Măn” tại xã Vũ Oai – huyện
Hoành Bồ - tỉnh Quảng Ninh. Việc đầu tư xây dựng hồ Khe Măn để khai thác
triệt để và phát huy hết hiệu quả của công trình phục vụ sản xuất ngư nghiệp,
tạo cảnh quan môi trường sinh thái, nhằm góp phần phát triển kinh tế xã hội
và nâng cao chất lượng cuộc sống của nhân dân trong khu vực.
+ Công trình nạo vét “Hồ Yết Kiêu” tại Phường Lê Lợi – thành phố Hạ
Long- tỉnh Quảng Ninh, với diện tích 280.312m
2
, khối lượng bùn nạo vét
320.122m
3
. Dự án do Thành Phố Hạ Long làm chủ đầu tư, đây là công trình
Hồ điều hòa chủ yếu chứa nước mưa, hay nước được cấp từ nguồn nước sạch
15

của tỉnh. Xung quanh hồ được bố trí các khu công viên, giải trí, tạo cảnh quan
cho thành Phố Hạ Long nói riêng và tỉnh Quảng Ninh nói chung.
+ Công trình nạo vét “Bãi Bồi Cột 5” tại phường Hồng Hải – thành phố
Hạ Long – tỉnh Quảng Ninh, với diện tích 688.508m

2
, khối lượng bùn nạo vét
khoảng 12.556m
3
. Dự án do Thành Phố Hạ Long làm chủ đầu tư, công trình
chủ yếu phục nuôi trồng thủy hải sản trên biển, neo đậu bến tàu, nhà bè trên
biển phục vụ khách du lịch ăn uống, thăm quan, tạo cảnh quan cho vùng dân
cư ven biển lân cận.
1.3. PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT.
Với 3 phương pháp nạo vét bùn nêu trên ta thấy tùy thuộc vào
từng loại địa hình, địa chất, khối lượng công tác, độ sâu và điều kiện thi công
.v.v… cụ thể của từng loại công trình để áp dụng công nghệ thi công nạo vét
một cách kinh tế và hiệu quả nhất.
+ Máy nạo vét theo phương pháp hút bùn thuộc loại cơ giới thủy lực
được sử dụng khi khối lượng công tác đất lớn, yêu cầu nạo vét tới độ sâu lớn
(> 10m), vì nó có hiệu suất rất cao, mà giá thành thi công lại thấp hơn so với
các phương tiện kỹ thuật khác. Tùy theo điều kiện thi công có thể kết hợp cơ
giới trên khô như máy đào nhiều gàu lấy đất từ đáy sông nhờ những gàu riêng
biệt, chiều sâu lấy đất của gàu 6
÷
15m. Việc sử dụng máy làm đất này hợp lý
với tuyến công tác rộng và khi đào đất sét nhẹ, sỏi, cuội cát hoặc sét cát.
Trường hợp ở những nơi chật hẹp của khu nước trước bến, khi hạ vào trong
đất giếng lấy nước, móng của trụ cầu hoặc đổ đá, chiều sâu nước không lớn
có thể dùng máy đào một gầu như gầu sấp với tay cần dài để nạo vét kết hợp
phương tiện vận chuyển là xà lan tự hành hoặc có máy kéo.
+ Trong các loại cơ giới thủy lực ở những điều kiện địa hình chật hẹp,
khối lượng không lớn có thể dùng máy hút đất là nhỏ. Chúng được áp dụng
trong tất cả các dạng thi công dưới nước (hạ cọc ống, đào hố móng trong vòng
vây cọc ván, hạ giếng cửa công trình lấy nước) cũng như khi khắc phục các sự

cố.
16

Khi hút đòi hỏi có lưu lượng nước lớn và có lối thoát nước hồi hoặc
tiêu nước tránh ngập khu bãi thải. Có khả năng hút được những nơi chập hẹp
hoặc chỗ có gò đống.
+ Khi tiến hành thu dọn lòng sông, những máy hút bùn thủy lực miệng
kiểu vành có thể hút được những mảnh vụn như bê tông, gạch, đá .v.v…
Máy hút bùn thủy lực là thiết bị đơn giản, giá thành không đắt, có thể
chế tạo ở xưởng cơ khí tại công trường.
Một số trường hợp (độ sâu nước lớn, làm việc trong cột ống .v.v ) thì
để lấy đất người ta dùng máy hút bùn không khí.
Thi công nạo vét bùn không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết ;
cơ giới hóa cao trong các khâu đào, vận chuyển và đắp đất.
Giá thành vận chuyển rẻ nhất, thiết bị vận chuyển chủ yếu chỉ là đường
ống (thép, nhựa, vải) hay mương máng tự chảy, độ dài vận chuyển có khi tới
hàng chục km.
Giá thành thi công bằng cơ giới thủy lực chỉ bằng 60
÷
70% giá thành
thi công đất của các loại máy trên khô. Tuy nhiên trong điều kiện giá năng
lượng (điện, dầu điêzen) trên thị trường biến động thì phải phân tích kỹ về
khả năng giá thành so với việc dùng các loại máy một gầu trên khô để thi
công.
Tuy nhiên khi thi công bằng cơ giới thủy lực thì loại đất dính cao (sét)
hoặc có lẫn nhiều tảng đá lớn sẽ có hiệu suất làm việc kém.
Làm việc bằng máy thủy lực thì lượng nước tiêu hao khá nhiều nên
hiện trường thi công phải ở gần nguồn nước.
Khi trộn lẫn đất khô để xúc lên ô tô thì cần chọn loại đất lẫn cuội sỏi
(dạng đất đồ) và tỷ lệ đất : bùn là khác nhau tùy thuộc vào độ sệt của bùn (B)

và lượng nước bên trên. Theo kinh nghiệm trộn đất đồi với bùn rồi dùng gầu
xúc để đưa lên ô tô vận chuyển ở công trường thủy điện Trị An thì tỷ lệ đó là
1 : 1
÷
2: 1 . Với máy xúc thì đòi hỏi phải có phao nổi nếu nước lớn, nếu bùn
đặc thì làm bè nổi hay tôn chống lầy.
17

1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.
+ Việc đào đất ở dưới nước có thể thực hiện bằng những phương pháp
khác nhau như cơ giới thủy lực (tàu hút bùn), hoặc cơ giới trên khô (máy đào
một gầu, nhiều gầu) là phụ thuộc vào khối lượng công tác, chỉ tiêu cơ lý của
đất, điều kiện thi công .v.v…
+ Cơ giới thủy lực có thể áp dụng rộng rãi đối với việc nạo vét sông,
kênh hoặc lấp các vùng đầm lầy, các bãi trũng ven sông. Có nhiều nơi áp
dụng rộng rãi phương pháp thi công thủy lực để khai thác và phân loại cát sỏi
làm bê tông, khai thác than, quặng. Tuy nhiên điều kiện để áp dụng là phải có
nguồn nước lớn và giá thành nhiên liệu không lớn.
+ Ngoài ra trong điều kiện khối lượng nạo vét , san lấp công trình
không lớn, địa hình chật hẹp thì có thể kết hợp cơ giới trên khô như máy đào
một gầu, máy đào nhiều gầu và kết hợp phương tiện vận chuyển như xà lan
hoặc xe tự đổ.
+ Từ những phân tích trên nhận thấy việc cải tạo các khu đầm lầy ven
biển bằng các loại thiết bị trên đối với tỉnh Quảng Ninh là có tính khả thi.
+ Trong phạm vi luận văn này em nghiên cứu phương pháp thi công
nạo vét bùn bằng gầu xúc trên phao nổi nhằm cải tạo các khu đầm lầy đó thể
hiện ở chương sau.
18

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG BẰNG GẦU XÚC KẾT HỢP VỚI Ô TÔ
TRÊN PHAO NỔI

2.1. LỰA CHỌN KẾT CẤU PHAO NỔI VÀ BIỆN PHÁP DI CHUYỂN KHI
LÀM VIỆC.
2.1.1. Lựa chọn kết cấu phao nổi.
Thiết bị thi công nạo vét thường được đặt trên xà lan hay trên phương
tiện nổi ghép bằng phao.
Để ghép thành hệ nổi người ta dùng các phao đơn, có khung cứng bằng
kim loại, được bọc kín bằng thép tấm. Mối nối liên kết các phao được thực
hiện bằng 3 loại bản nối, và 3 loại bu lông có đường kính d=27mm, chúng chỉ
khác nhau về chiều dài , số lượng bu lông được xác định bằng tính toán, phụ
thuộc vào kết cấu lắp ghép các phao và vào tải trọng tác dụng. Những đặc
trưng kỹ thuật của phao nêu trong bảng 2-1 còn lực cho phép trên phao và ở
mối nối trong bảng 2-2 (tham khảo tài liệu Kỹ thuật thi công dưới nước của
nhà xuất bản giao thông vận tải năm 2007,trang 119).

Bảng 2-1. Những đặc trưng kỹ thuật của phao KC-Y và KC-3
Tên các chỉ tiêu Đơn vị tính
Phao
KC-Y
KC-3

Kích thước
Dài
m
7,2
7,2
Rộng
m

3,6
3,6
Cao
m
1,8
1,8
Trọng lượng phao
T
7,2
5,9
Trọng lượng choán nước
m
3
45
45
Độ chìm do trọng lượng bản thân
m
0,3
0,25
Trọng tải ứng với mạn khô 50cm
T
26
27
Tải trọng cho phép:

Phân bố đều tại các nút của sườn
T/m
2
30
25