Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Đình Hòa
đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá
trình hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi,
Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học
tập và nghiên cứu tại trường.
Cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và đê
điều – Viện Thủy Công - Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam là những người đã sát
cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu. Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ
môn phát triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài đê biển Vũng Tàu – Gò Công
đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay, cung cấp nhiều thông tin bổ ích và tạo
điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn Ban chỉ đạo và chủ nhiệm của các đề tài trong cụm 6 đề tài thuộc
chương trình: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng
tuyến đê biển đa mục tiêu Vũng Tàu – Gò Công” đã cung cấp cho tác giả những số
liệu đầu vào cần thiết dùng trong quá trình làm luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong
gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn
này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Tác giả



Bùi Cao Cường



BẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên: Bùi Cao Cường
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển
Vũng Tàu – Gò Công”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết
quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin
nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức
kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường.


Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Học viên cao học



Bùi Cao Cường







MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7
1.1. Giới thiệu chung vùng nghiên cứu

[2],[5],[6]
7
1.2. Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trên thế giới
[5], [13]
11
1.2.1. Âu thuyền Baudoudin – Bỉ 12
1.2.2. Âu thuyền Zandvlied và Bezendrecht – Bỉ 13
1.2.3. Âu thuyền Francois, Le Havre – Pháp 15
1.2.4. Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan 16
1.2.5. Âu thuyền Zeebrugge – Bỉ 17
1.2.6. Âu thuyền tại Wilhelmshaven – Đức 19
1.2.7. Âu thuyền Bassin Loubet – Pháp 20
1.2.8. Âu thuyền trên đê biển Saint Petersburg – Nga 21
1.2.9. Âu thuyền trên đê biển Seamangeum – Hàn Quốc 22
1.2.10. Âu thuyền trên đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên 23
1.3. Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trong nước 24
1.3.1. Âu thuyền Thảo Long 25
1.3.2. Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau 26
1.3.3. Âu tàu Rạch Chanh – Long An 26
1.4. Kết luận chương 1 27
1.5. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn 29

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG
30
2.1. Vị trí và quy mô công trình 30
2.1.1. Vị trí công trình dự kiến 30
2.1.2. Quy mô công trình 32
2.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của công trình 32
2.3. Điều kiện tự nhiên của vùng dự án

[2], [5]
33


2.3.1. Đặc điểm về thủy văn thủy lực 33
2.3.2. Đặc điểm về khí tượng 35
2.3.3. Đặc điểm về bão 36
2.3.4. Đặc điểm về thủy triều 36
2.3.5. Đặc điểm về địa hình 37
2.3.6. Đặc điểm về địa chất 38
2.3.7. Một số đặc điểm chính của âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công 39
2.4. Một số giải pháp kết cấu âu có thể áp dụng cho xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gò
Công. 40
2.4.1. Giải pháp kết cấu âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối 40
2.4.2. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng bản đáy đặc, tường âu kiểu dầm công xôn (kết
cấu tường âu dạng trọng lực) 42
2.4.3. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng cọc, cừ 43
2.4.4. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng phao hộp xà lan 45
2.5. Nghiên cứu phương pháp tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công 47
2.5.1. Phương pháp sức bền vật liệu 47
2.5.2. Phương pháp phần tử hữu hạn 48
2.6. Kết luận chương 2 48
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG
THEO PHƯƠNG ÁN PHAO HỘP XÀ LAN
50
3.1. Bố trí tổng thể và đề xuất kết cấu các bộ phận công trình 50
3.1.1. Bố trí tổng thể công trình 50
3.1.2. Kết cấu đầu âu 51
3.1.3. Kết cấu thân âu (buồng âu) 52

3.1.4. Cửa van âu thuyền 52
3.1.5. Các hạng mục khác 53
3.2. Các thông số thiết kế 53
3.3. Tính toán xác định các kích thước cơ bản của âu thuyền 55
3.3.1. Chiều dài hữu ích của buồng âu L
k1
55


3.3.2. Chiều rộng hữu ích của buồng âu B
k1
56
3.3.3. Chiều sâu trên ngưỡng và cao trình đáy buồng âu 56
3.3.4. Cao trình đỉnh tường âu 57
3.4. Tính toán kiểm tra ổn định âu thuyền 58
3.4.1. Kiểm tra ổn định nổi của đơn nguyên buồng âu 58
3.4.2. Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền 64
3.4.3. Ổn định kết cấu đơn nguyên buồng âu 70
3.5. Kết luận chương 3 74
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CÔNG CÔNG
TRÌNH
76
4.1. Biện pháp thi công đầu âu 76
4.2. Biện pháp thi công buồng âu 77
4.2.1. Phương pháp thi công tại chỗ 78
4.2.2. Thi công theo phương pháp thùng chìm
[4]
79
4.2.3. Thi công kết hợp 84
4.3. Kết luận chương 4 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
87
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90



HÌNH MINH HỌA

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Hình 1.1. Phạm vi ảnh hưởng của dự án 8

Hình 1.2. Tuyến luồng Sài Gòn – Vũng Tàu và luồng Soài Rạp – Hiệp Phước 9
Hình 1.3. Tuyến luồng sông Đồng Nai và tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải 11
Hình 1.4. Tuyến luồng sông Dinh 11
Hình 1.5. Mặt bằng âu Baudouin nhìn từ Google Earth 12
Hình 1.6. Cắt ngang kết cấu buồng âu 13
Hình 1.7. Tàu qua âu Baudouin 13
Hình 1.8. Tổng thể âu Zandvlied (trái) và Bezendrecht (phải) 14
Hình 1.9. Cắt ngang kết cấu buồng âu Zandvlied 14
Hình 1.10. Cắt ngang kết cấu buồng âu Bezendrecht 15
Hình 1.11. Tàu qua âu Zandvlied và Bezendrecht 15
Hình 1.12. Tổng thể âu Francois, Le Havre từ Google Earth 16
Hình 1.13. Cắt ngang kết cấu buồng âu 16
Hình 1.14. Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan 17
Hình 1.15. Cắt ngang kết cấu buồng âu Terneuzen 17
Hình 1.16. Tổng thể âu Zeebrugge từ Google Earth 18
Hình 1.17. Cắt ngang buồng âu 18
Hình 1.18. Tàu qua âu Zeebrugge 18
Hình 1.19. Âu thuyền tại Wilhelmshaven 19
Hình 1.20. Cắt ngang kết cấu buồng âu 19

Hình 1.21. Mặt bằng và cắt ngang âu Bassin Loubet 20
Hình 1.22. Kết cấu Âu thuyền Bassin Loubet 20
Hình 1.23. Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg và cống hàng hải S1, S2 21
Hình 1.24. Cống hàng hải S1, S2 trên tuyến đê 22
Hình 1.25. Đê biển Seamangeum và các hạng mục trên đê 23
Hình 1.26. Đê NamPho – Bắc Triều Tiên 24


Hình 1.27. Âu thuyền trên đê biển Nam Pho 24
Hình 1.28. Âu thuyền Thảo Long – Thừa Thiên Huế 25
Hình 1.29. Âu thuyền Tắc Thủ - Cà Mau 26
Hình 1.30. Âu tàu Rạch Chanh – Long An 27
Chương 2 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp
tính toán âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công
Hình 2.1. Vị trí dự kiến vùng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công
[5]
30
Hình 2.2. Bố trí âu thuyền trên đê chính
[5]
31
Hình 2.3. Các phương án bố trí âu trên đê phụ
[5]
31
Hình 2.4. Đường mực nước lớn nhất theo một số kịch bản 34
Hình 2.5. Biểu đồ hướng gió 35
Hình 2.6. Đường mực nước thực đo tháng 6 năm 2012
[2]
37
Hình 2.7. Cắt dọc địa hình tại vị trí tuyến đê chính
[5]

38
Hình 2.8. Cắt ngang buồng âu có tường âu và bản đáy liền khối 41
Hình 2.9. Hình ảnh 3D âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối 41
Hình 2.10. Cắt ngang buồng âu 43
Hình 2.11. Kết cấu đầu âu 44
Hình 2.12. Kết cấu buồng âu dạng cọc, cừ 44
Hình 2.13. Cắt ngang buồng âu dạng phao hộp xà lan 46
Chương 3 : Tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công theo phương án
phao hộp xà lan
Hình 3.1. Bình đồ vị trí hố khoan trên tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công
[5]
38
Hình 3.1. Bố trí tổng thể âu thuyền 50
Hình 3.2. Mặt bằng âu thuyền 51
Hình 3.3. Kết cấu đầu âu 52
Hình 3.4. Cửa van âu thuyền
[2]
53
Hình 3.5. Cắt ngang kết cấu phao hộp xà lan 59
Hình 3.6. Mặt bằng kết cấu phao hộp xà lan 60
Hình 3.7. Sơ đồ kiểm tra chiều cao mạn khô F của xà lan 61


Hình 3.8. Diễn biến tâm nổi và tâm ổn định khi nghiêng 62
Hình 3.9. Mặt bằng bố trí cọc đầu âu 69
Hình 3.10. Cách xác định K
lx
70
Hình 3.11. Kết quả tính toán nội lực trong kết cấu 73
Chương 4 : Nghiên cứu đề xuất phương án thi công công trình

Hình 4.1. Hình ảnh thi công công trình tại chỗ
[15]
77
Hình 4.2. Thi công đơn nguyên trên hệ nổi 78
Hình 4.3. Hố móng chế tạo các đơn nguyên 80
Hình 4.4. Chế tạo đơn nguyên trên hệ nổi và đường triền 80
Hình 4.5. Hạ thủy và di chuyển phao 81
Hình 4.6. Định vị và hạ chìm phao 82
Hình 4.7. Thiết bị hỗ trợ di chuyển, định vị và hạ chìm
[12]
83
Hình 4.8. Khớp nối liên kết các đơn nguyên phao hộp xà lan 84
Hình 4.9. Thi công kết hợp 85



BẢNG BIỂU
Chương 2 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp
tính toán âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công
Bảng 2.1. Tần suất mực nước giờ tại trạm hải văn Vũng Tàu (khi chưa có đê biển
Vũng Tàu – Gò Công)
[2]
33
Bảng 2.2. Mực nước cực trị tại Vũng Tàu (khi chưa có đê biển Vũng Tàu – Gò
Công)
[2]
34
Bảng 2.3. Mực nước đồng thời tại âu thuyền trên đê chính
[2]
34

Bảng 2.4. Nhiệt độ trung bình, thấp nhất, cao nhất tháng và năm tại Vũng Tàu
[2]
35
Bảng 2.5. Số ngày mưa trung bình tháng và năm
[2]
36
Bảng 2.6. Tốc độ gió gần khu vực Vũng Tàu tương ứng với chu kỳ lặp lại 36
Bảng 2.7. Mực nước đỉnh triều tại các trạm thủy văn ứng với tần suất xuất hiện
[2]
37
Bảng 2.8. Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 39
Chương 3 : Tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công theo phương án
phao hộp xà lan
Bảng 3.1.
Các loại mực nước thiết kế âu 54
Bảng 3.2. Trị số độ sâu an toàn nhỏ nhất dưới bụng tàu phụ thuộc vào chiều sâu đặt
ngưỡng 57


1

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang là một vấn đề hết sức nóng bỏng và
bức thiết hiện nay bởi những tác động tiêu cực và ngày càng rõ rệt của nó đến đời
sống của loài người trên toàn thế giới nói chung và người dân Việt Nam nói riêng.
Các hiện tượng thời tiết cực đoan thường xuyên xảy ra với mức độ và cường độ
ngày càng cao như hạn hán, lũ lụt, triều cường, xâm nhập mặn…gây ảnh hưởng rất
lớn đến cuộc sống của người dân.
Tại Việt Nam, biến đổi khí hậu và nước biển dâng cũng đã ảnh hưởng rất lớn

đến đời sống xã hội. Bão lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, triều cường… xảy ra theo
chiều hướng ngày càng tăng về số lượng và cường độ ngày càng mạnh đã gây ra rất
nhiều thiệt hại cho người dân. Theo thống kê thì năm 2013, số lượng cơn bão và áp
thấp nhiệt đới đã lên đến 18 vượt mức kỷ lục năm 1964 (16 cơn) đặc biệt là cơn bão
số 14 (tên quốc tế là Haiyan) được coi là cơn bão mạnh nhất trong lịch sử đổ bộ vào
nước ta gây ra rất nhiều thiệt hại cho người dân. Mới đây, ngày 5/12/2013, triều
cường tại thành phố Hồ Chí Minh đã đạt mốc lịch sử là 1,68m. Đây là đỉnh triều cao
nhất trong hơn 60 năm qua đã làm cho thành phố Hồ chí Minh và khu vực phụ cận
bị ngập lụt nặng nề, đời sông người dân bị đảo lộn, nền kinh tế đặc biệt là kinh tế
nông nghiệp bị thiệt hại rất lớn…Đây mới chỉ là một trong số rất nhiều ảnh hưởng
của biến đổi khí hậu đến đời sống xã hội hiện nay.

(a) Ngập lụt do triều cường

(b) Lúa chết do nhiễm mặn

2


(c) Thiếu nguồn nước ngọt

(d) Siêu bão Haiyan đổ bộ vào Việt Nam
Hình 1. Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam (nguồn Internet)
Ảnh hưởng rõ rệt và thường xuyên của biến đổi khí hậu đến đời sống xã hội ở
Việt Nam phải kể đến khu vực thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) và khu vực phụ
cận. Mặc dù là một thành phố lớn nhưng mỗi khi triều cường dâng cao lại gây nên
tình trạng ngập úng gây ảnh hưởng nghiêm trọng và làm đảo lộn đời sống của người
dân. Để giải quyết tình trạng ngập úng do triều cường và lũ ở TP.HCM, Thủ tướng
chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng khu vực TP.HCM theo
quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008. Tuy nhiên do vấn đề kinh phí và giải

phóng mặt bằng nên cho đến thời điểm này, dự án mới chỉ triển khai được giai đoạn
lập dự án và chỉ có duy nhất công trình cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè
chuẩn bị được hoàn thành và đã phát huy hiệu quả. Chính vì vậy thành phố Hồ Chí
Minh và khu vực phụ cận vẫn còn bị ngập nặng mỗi khi triều cường dâng cao.
Để khắc phục những tồn tại của các dự án đang triển khai và giải quyết triệt để
vấn đề ngập úng cho thành phố Hồ Chí Minh và vùng phụ cận, ý tưởng xây dựng
tuyến đê biển Vũng Tàu đến Gò Công đã được Tổng cục Thủy lợi - Bộ Nông
nghiệp & Phát triển Nông thôn đề xuất. Công trình được kỳ vọng ngoài việc giải
quyết triệt để ngập úng cho TP.HCM và vùng phụ cận còn là một công trình lợi
dụng tổng hợp đa mục tiêu và mang lại hiệu quả rất lớn về kinh tế, môi trường và xã
hội.

3


Hình 2. Vị trí tuyến đê biển đề xuất nhìn từ Google Earth
[5]

Theo ý tưởng đề xuất, tuyến đê biển từ Gò Công đến gần Vũng Tàu (cách
Vũng Tàu 5 km), nối tiếp với tuyến đê nhánh đi vào rừng Cần Giờ. Chiều dài tuyến
đê chính dài 28km, một cống kiểm soát triều, thoát lũ rộng từ 1000÷1500m, cao
trình ngưỡng -12,0m và tổ hợp Âu thuyền, sau đó kết nối với Vũng Tàu bằng cầu
giao thông rộng 22,5m, dưới cầu các loại tàu bè đi lại bình thường vào khu vực vịnh
Gành Rái. Tuyến đê phụ dài 13km nối từ đầu cầu phía đê chính đi vào Cần Giờ
chiều sâu bình quân gần 4,5m. Khi công trình hoàn thành sẽ tạo được hồ chứa có
diện tích mặt nước khoảng 40.000ha, dung tích 2,5 tỷ m
3
, tạo ra một tuyến đường
giao thông quan trọng nối Vũng Tàu và các tỉnh Đông Nam Bộ…

Tuy nhiên, đây là một vấn đề quá lớn, cả về tính chất công trình, quy mô công
trình và các tác động khác mà khi xây dựng công trình gây ra. Đó là vấn đề tác động
đến môi trường đặc biệt là khu vực rừng Cần Giờ, vấn đề giao thông vận tải thủy
vào khu vực cảng biển trọng điểm phía Nam…Do vậy, Chính phủ đã có chủ trương
thực hiện ý tưởng một cách thận trọng bằng các bước đi cụ thể. Bước đi đầu tiên là
thực hiện đề án “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng

4

tuyến đê biển đa mục tiêu Vùng Tàu - Gò Công”, bao gồm 6 đề tài với các mục tiêu
và nhiệm vụ cụ thể.
Giao thông thủy với hệ thống các cảng biển và cảng sông có một tầm quan
trọng đặc biệt đối với sự phát triển kinh tế, xã hội của khu vực thành phố Hồ Chí
Minh nói riêng và vùng kinh tế trong điểm phía Nam nói chung. Việc xây dựng
tuyến đê biển khép kín tại cửa ra của sông Soài Rạp và sông Lòng Tàu sẽ ảnh
hưởng đến việc lưu thông hàng hóa của khu vực. Chính vì vậy, việc nghiên cứu xây
dựng âu thuyền để đảm bảo giao thông thủy là một vấn đề quan trọng cần được
nghiên cứu khi xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công.
Trên thế giới, âu thuyền đã được nghiên cứu và xây dựng rất phổ biến, nhiều
công trình lớn, kết cấu phức tạp đã được xây dựng như hệ thống âu thuyền trên
kênh đào Panama, âu thuyền trên sông Dương Tử, âu thuyền Zandvilied và
Bezendrecht - Bỉ, Âu thuyền Falkirk Wheel - Scotland… Các âu thuyền này bên
cạnh nhiệm vụ giúp tàu thuyền qua lại dễ dàng thì chúng còn được thiết kế và xây
dựng có tính thẩm mỹ cao và trở thành điểm du lịch hấp dẫn, mang lại hiệu quả
tổng hợp rất cao. Tại Việt Nam, âu thuyền cũng đã được nghiên cứu, xây dựng từ
lâu, tuy nhiên hầu hết các công trình âu thuyền tại Việt Nam đều là những công
trình nhỏ, kết cấu và vận hành đơn giản, không được chú trọng bảo dưỡng và sửa
chữa nên đến nay chúng đều xuống cấp và hầu hết là không đảm bảo được nhiệm
vụ. Trong những năm gần đây, việc xây dựng âu thuyền trong các công trình ngăn
sông tại Việt Nam đã được chú trọng hơn. Mặc dù vậy, các công trình âu thuyền

mới được xây dựng trong một vài năm trở lại đây vẫn chưa được ứng dụng các tiến
bộ khoa học kỹ thuật trong thiết kế và thi công nên kết cấu âu thuyền vẫn mang tính
truyền thống, kích thước âu không lớn, kết cấu đơn giản và tính thẩm mỹ của công
trình chưa cao. Các âu thuyền mới xây dựng trong một vài năm gần đây phải kể đến
như âu thuyền Tắc Thủ, âu thuyền Thảo Long, âu thuyền Đò Điệm…Mặc dù có
nhiều công trình âu thuyền mới được nghiên cứu và xây dựng nhưng hiện nay, trình
độ công nghệ xây dựng âu thuyền ở nước ta, đặc biệt là các âu thuyền lớn còn tụt
hậu rất xa so với các nước trên thế giới và trong khu vực.

5

Âu thuyền trong dự án đê biển Vũng Tàu – Gò Công là một âu thuyền lớn,
làm việc trong điều kiện phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như sóng, bão,
thủy triều…nên việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu cũng như biện pháp thi
công hợp lý là một vấn đề hết sức phức tạp và cần thiết để đảm bảo mục tiêu cũng
như nhiệm vụ của dự án nói chung và của công trình âu thuyền nói riêng.
Đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển
Vũng Tàu – Gò Công” trên cơ sở nghiên cứu kế thừa các công nghệ xây dựng đã và
đang phát triển trên thế giới cũng như trong nước để đề xuất giải pháp về kết cấu âu
thuyền hợp lý.
II. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương án và tính toán kết cấu cho hạng mục
âu thuyền công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Cách tiếp cận:
Tiếp cận bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân
khoa học hay các phương tiện thông tin đại chúng; qua các kết quả nghiên cứu về âu
thuyền trên thế giới cũng như trong nước đã có, kết hợp tìm hiểu, thu thập, và phân
tích đánh giá các tài liệu có liên quan, nghiên cứu hiện trạng những vị trí đề xuất
xây dựng công trình, từ đó đề ra phương án cụ thể phù hợp với tình hình điều kiện

cụ thể của nước ta.
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu.
+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần
mềm ứng dụng.
+ Phương pháp chuyên gia.
+ Phương pháp phân tích, tổng hợp.
IV. Kết quả đạt được của luận văn
 Tổng quan về các loại hình kết cấu công trình âu thuyền;

6

 Phân tích một số giải pháp kết cấu công trình âu thuyền và đề xuất lựa chọn
phương án âu thuyền ứng dụng để xây dựng trên tuyến Vũng Tàu – Gò
Công.
 Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu cho phương án chọn.
 Tính toán kết cấu cho hạng mục âu thuyền của phương án lựa chọn.
 Nghiên cứu đề xuất biện pháp thi công công trình.


7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Giới thiệu chung vùng nghiên cứu
[2],[5],[6]

Vùng hạ du lưu vực sông Đồng Nai nằm ở vùng cửa sông của nhiều con sông
lớn thuộc hệ thống sông Đồng Nai, nên chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của những biến
động dòng chảy trên sông, thủy triều từ biển Đông, trong đó tác động từ thủy triều

mang tính thống trị. Địa hình của vùng hạ du này thấp trũng, hướng ra biển với trên
60% đất đai có cao trình thấp dưới +2m. Ở phía thượng lưu nhiều hồ chứa lớn đã và
đang được xây dựng, lũ được giữ lại, lưu lượng bình quân mùa lũ giảm, nên dòng
chảy trong sông yếu dần. Ngược lại, dòng triều tác động ngày càng mạnh lên và
đang có xu thế ngày càng gia tăng, vấn đề xâm nhập mặn và thiếu nước ngọt đã và
đang xảy ra nghiêm trọng trên sông Sài Gòn, ảnh hưởng trực tiếp đến các nhà máy
cấp nước trong vùng.
Vùng Đồng Tháp Mười (ĐTM) với diện tích khoảng 750.000 ha, là vùng
trũng thấp rất khó thoát nước, những tác động do hoạt động của con người nên xu
hướng ngập lũ trong nội đồng ngày càng gia tăng về chiều sâu ngập và thời gian
ngập (chênh lệch mức nước max giữa Tân Châu (trên sông) và Mộc Hóa (mực nước
trong đồng) giảm từ 2,5 đến 3m xuống còn 1,5m trong 40 năm qua. Tổng lượng
nước tiêu thoát từ ĐTM ra sông Tiền khoảng 70%, nhưng xu hướng này ngày càng
hạn chế do các khu dân cư tiếp tục phát triển sâu vào vùng ĐTM. Hướng tiêu thuận
lợi cho vùng ĐTM là sông Vàm Cỏ. Tuy nhiên, do tác động của nước biển dâng, sự
gia tăng của động năng dòng triều nên vấn đề tiêu thoát theo hướng này cũng ngày
càng khó khăn. Đây là vùng khó tiêu nhất, ngập sâu và dài ngày nhất của Đồng
bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Nhiều vùng chua phèn của vùng ĐTM như Bắc
Đông, Bo Bo vẫn chưa được giải quyết, môi trường vùng giáp nước không được cải
thiện, nếu tăng được khả năng thoát lũ ra sông Vàm Cỏ thì thời gian ngập và độ sâu
ngập trong vùng sẽ giảm đáng kể, diện tích đất phèn sẽ được cải tạo và thu hẹp. Vấn
đề xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt xảy ra thường xuyên tác động lớn đến sản xuất

8

của tỉnh Long An. Hiện tại vào mùa khô chúng ta vẫn phải xả nước từ hồ Dầu Tiếng
xuống sông Vàm Cỏ để đẩy mặn, đây chỉ là giải pháp tình thế.

a. Vùng ngập do lũ (Đồng Nai, Sài Gòn),
triều và mưa

b. Vùng ngập do lũ (Sông Mê Kông),
triều và mưa
Hình 1.1. Phạm vi ảnh hưởng của dự án
Dự án đê biển Vũng Tàu - Gò Công liên quan trực tiếp đến vùng hạ du lưu vực
hệ thống sông Đồng Nai, và một phần khu vực Đồng Tháp Mười bao gồm các tỉnh
Bình Dương, Đồng Nai, TP.HCM, Tây Ninh, Long An, Đồng Tháp và Tiền Giang,
với tổng diện tích 1.080.520 ha. Dự án được đề xuất với kỳ vọng xây dựng một
công trình có nhiệm vụ tổng hợp: ngăn triều, ngăn mặn, thoát lũ và phát triển kinh
tế cho một khu vực rộng lớn của các khu vực Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh,
Long An và Tiền Giang.
Khu vực nghiên cứu ảnh hưởng đến giao thông thủy là Vùng kinh tế trọng
điểm phía Nam (nay là vùng kinh tế động lực phía Nam) bao gồm TP. Hồ Chí
Minh, tỉnh Đồng Nai, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, tỉnh Bình Dương, tỉnh Bình Phước,
tỉnh Tây Ninh, tỉnh Long An và tỉnh Tiền Giang và Nhóm cảng biển Đông Nam Bộ
(nhóm 5 – khu vực thành phố Hồ Chí Minh – Đồng Nai – Bà Rịa Vũng Tàu, bao
gồm cả các cảng Long An, Tiền Giang trên sông Soài Rạp, Bình Dương và Côn
Đảo). Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam với hệ thống cảng biển nhóm 5 có một vai
trò rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội của khu vực, là đầu mối thông

9

thương với Quốc tế. Chính vì vậy khu vực đang được chú trọng nghiên cứu và đầu
tư phát triển theo Quyết định số 2190/QĐ-TTg ngày 24 tháng 12 năm 2009 của
Thủ Tướng Chính Phủ Về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển
Việt Nam đến năm 2020, định hướng đến năm 2030.
Dự án đê biển Vũng Tàu – Gò Công ảnh hưởng trực tiếp đến giao thông thủy
của 5 tuyến luồng giao thông thủy chính đó là tuyến luồng Vũng Tàu – Sài Gòn,
Tuyến luồng Soài Rạp – Hiệp Phước, Tuyến luồng sông Đồng Nai, tuyến luồng Cái
Mép – Thị Vải, tuyến luồng sông Dinh.

Tuyến Luồng Sài Gòn–Vũng Tàu bắt đầu từ phao số “0” qua Vịnh Gành Rái
dẫn vào cảng Sài Gòn qua các sông: Sông Ngã Bảy, sông Lòng Tàu, sông Nhà bè và
sông Sài Gòn, tổng chiều dài 91km (khoảng 49,13 hải lý).
Luồng Soài Rạp là luồng dẫn từ Biển Đông vào khu công nghiệp Hiệp Phước
và giáp với sông Nhà Bè tại ngã ba sông Lòng Tàu. Luồng Hiệp Phước chỉ mơí khai
thác tuyến luồng từ Nhà Bè vào khu công nghiệp Hiệp Phước. Hiện tại, các tàu biển
có tải trọng lớn ra vào cảng SPCT (Cảng container trung tâm Sài Gòn) và các cảng
khác trên sông Soài Rạp vẫn đi theo luồng Lòng Tàu qua Ngã 3 Bình Khánh đến
sông Soài Rạp.

a.Tuyến luồng Sài Gòn – Vũng Tàu

b.Tuyến luồng Soài Rạp – Hiệp Phước
Hình 1.2. Tuyến luồng Sài Gòn – Vũng Tàu và luồng Soài Rạp – Hiệp Phước

10

Đoạn luồng tuyến Sông Đồng Nai bắt đầu từ ngã ba sông Nhà Bè, sông Sài
Gòn và sông Đồng Nai tới cảng Đồng Nai dài khoảng 36km. Tại đoạn đầu tuyến
đến khu vực cảng Bến Nghé, thuộc khu vực Cát Lái - Tp Hồ Chí Minh có chiều dài
9,5km, bề rộng, tuyến luồng hiện đang thông qua cho tàu tới 20.000DWT. Đoạn
này hiện thuộc quyền quản lý của Cục Hàng hải Việt Nam. Đoạn còn lại vào tới
cảng Đồng Nai, tuy hầu hết lòng sông khá sâu nhưng sông uốn khúc quanh co với
bán kính cong không lớn, chỗ cong nhất có bán kính R = 400m. Đoạn luồng này
hiện đang khai thác cho tàu trọng tải tới 5.000DWT và thuộc quyền quản lý của Cục
Đường thủy nội địa Việt Nam.
Hệ thống sông Thị Vải là hợp lưu của ba con sông lớn Thị Vải, Gò Gia và Cái
Mép. Sông Thị Vải-Cái Mép chạy theo hướng Bắc Nam, bắt đầu từ địa phận tỉnh
Đồng Nai, phần lớn chảy qua địa phận tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, gần như song song
với quốc lộ 51. Chiều dài tuyến sông khoảng 46,5km, độ sâu trung bình từ 15-20m,

chỗ sâu nhất đạt tới 60m, bề rộng trung bình 500-600m, có chỗ rộng tới 1.000m.
Quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam đến năm 2020, định hướng
đến năm 2030, đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt bằng Quyết định số
2190/QĐ-TTg ngày 24/12/2009, theo đó quy mô quy hoạch các cảng khu vực Cái
Mép - Thị Vải như sau:
Khu cảng Cái Mép: Cho tàu trọng tải đến 80.000÷100.000DWT;
Khu cảng Phú Mỹ, Mỹ Xuân (Thị Vải): Cho tàu trọng tải đến 50.000 ÷ 80.000
DWT;
Khu Phước An, Gò Dầu: Cho tàu trọng tải đến 30.000 ÷ 60.000DWT;

11


a. Tuyến luồng sông Đồng Nai

b. Tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải
Hình 1.3. Tuyến luồng sông Đồng Nai và tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải
Tuyến luồng sông Dinh có tổng
chiều dài từ phao số "0" vào tới
cảng Vietsov Petro là 15,2km.
Đoạn 1: từ phao số “5” luồng
Sài Gòn – Vũng Tàu đến vũng
quay tàu cảng Vietsovpetro, bề
rộng đáy luồng B
đáy
=150m;
Đoạn 2: từ vũng quay tàu cảng
Vietsovpetro đến thượng lưu
cả
ng Vinaoffshore + 200m có

bề rộng đáy luồng B
đáy
=100m;

Hình 1.4. Tuyến luồng sông Dinh
Đoạn 3: từ thượng lưu cảng + 200m đến cặp phao “15”, “20” bề rộng đáy luồng
B
đáy
= 100m
1.2. Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trên thế giới
[5], [13]

Trong các loại hình giao thông thì giao thông vận tải thủy là loại hình mang
lại hiệu quả kinh tế cao nhất vì giá thành rẻ mà khối lượng chuyên chở lớn. Từ xa
xưa, con người đã sử dụng thuyền bè để đi lại và vận chuyển hàng hóa đến khắp nơi
trên thế giới, cùng với đó các công trình âu thuyền cũng được xây dựng từ rất lâu

12

nhằm đưa tàu thuyền từ nơi có mực nước cao đến nơi có mực nước thấp và ngược
lại cũng như đưa tàu thuyền vượt qua các công trình ngăn sông. Ngày nay, với trình
độ khoa học công nghệ ngày càng phát triển thì âu thuyền càng được chú trọng
nghiên cứu và xây dựng để có thể phát triển giao thông vận tải thủy, mang lại hiệu
quả kinh tế, xã hội cao. Tại các nước phát triển, giao thông vận tải thủy rất được chú
trọng phát triển như Hà Lan, Bỉ, Đức, Pháp, Mỹ cùng với đó là các công trình âu
thuyền lớn được xây dựng với nhiều hình thức kết cấu khác nhau.
Căn cứ vào kết cấu buồng âu thì một số loại hình kết cấu âu thuyền thường
được sử dụng bao gồm: âu thuyền có buồng âu dạng liền khối, buồng âu tường
trọng lực, buồng âu kiểu đáy phân ly, buồng âu dạng cọc cừ, buồng âu dạng hộp
phao

1.2.1. Âu thuyền Baudoudin – Bỉ
Âu thuyền Baudouin nằm phía Bắc của cảng Antwerp, cách âu Kruisschans
khoảng 250m. Chiều dài âu là 467m (chiều dài buồng âu là 360m), chiều rộng
buồng âu B=45m. Chiều dài đoạn kênh dẫn vào âu là 428m.

Hình 1.5. Mặt bằng âu Baudouin nhìn từ Google Earth

13


Hình 1.6. Cắt ngang kết cấu buồng âu
Buồng âu thuyền có kết cấu
tường trọng lực bằng bê tông cốt
thép (BTCT) dạng L và không có
tường chống. Chiều cao tường bên
của buồng âu là 18,25m (cao trình
đáy buồng âu -10.25m, cao trình
đỉnh tường âu +8.00m), cao trình
đáy tường âu là -12.75m. Chiều
dày của tường buồng âu là 2,5m.
Đáy buồng âu là các tấm bê tông


Hình 1.7. Tàu qua âu Baudouin
cốt thép có kích thước 10x10x1m đặt trên nền được gia cố bằng tầng lọc cát và sỏi
dày 60cm. Để tránh bị đẩy nổi, trên các tấm BTCT này có đục lỗ đường kính 0,2m.
Để đóng mở buồng âu, người ta thiết kế cửa âu bằng các xà lan thép dài 51m, rộng
8,6m.
1.2.2. Âu thuyền Zandvlied và Bezendrecht – Bỉ
Đây là hai âu thuyền lớn nhất và có kỹ thuật phức tạp nhất thế giới nằm cách

cảng Antwerp 16 km về phía hạ lưu, chúng kết nối sông Western Schelt và cảng
Antwerp, chúng được đặt tên theo tên hai thị trấn bên cạnh chúng.

14

Âu thuyền Zandvilied (phía bắc) được hoàn thành năm 1967 dài 500m, rộng
57m và cao 21,5m với 4 cửa van phẳng đẩy ngang rộng 60m cao14m. Âu thuyền
Bezendrecht (lớn nhất thế giới) hoàn thành năm 1989 dài 500m rộng 68m và cao
21,5m với 4 cửa van phẳng đẩy ngang rộng 71m cao 14m.
Cũng tương tự như âu Baudouin, kết cấu buồng âu thuyền Zandvlied và
Bezendrecht cũng có dạng tường trọng lực bằng BTCT dạng L, chiều cao tường
21,5m. Bản đáy buồng âu thuyền có kết cấu bằng các tấm BTCT lắp ghép dày 1m
có đục lỗ đặt trên nền tầng lọc cát và sỏi. Tường âu được chia thành các đơn nguyên
dài 22m và được nối với nhau bằng khớp nối

Hình 1.8. Tổng thể âu Zandvlied (trái) và Bezendrecht (phải)

Hình 1.9. Cắt ngang kết cấu buồng âu Zandvlied

15


Hình 1.10. Cắt ngang kết cấu buồng âu Bezendrecht


Hình 1.11. Tàu qua âu Zandvlied và Bezendrecht
1.2.3. Âu thuyền Francois, Le Havre – Pháp
Để xây dựng một khu công nghiệp lớn khoảng 12000ha giữa sông Seine và
kênh Tancarville cũ, năm 1962, âu thuyền Francois được xây dựng. Chiều dài
buồng âu giữa hai cửa là 400m, chiều rộng bường âu B=67m, độ sâu mực nước

khoảng 22,80m có thể cho tàu có trọng tải 250000 tấn vào khu công nghiệp. Ngay
cả khi mực nước thủy triều xuống thấp ở độ sâu 14,5m cũng có thể cho tàu có trọng
tải 65000 tấn qua.
Buồng âu thuyền có kết cấu tường trọng lực BTCT dạng L liền khối. Cao trình
đáy buồng âu là -14.50, cao trình đỉnh tường âu là +9.50. Chiều dày bản đáy âu là
4,50m, chiều dày tường âu từ 2,00 ÷ 5,00m.

16



Hình 1.12. Tổng thể âu Francois, Le Havre từ Google Earth

Hình 1.13. Cắt ngang kết cấu buồng âu
1.2.4. Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan
Terneuzen là âu thuyền mới thay thế âu thuyền phía Tây được xây dựng từ
năm 1907 và có thể cho tàu có trọng tải 50.000 tấn từ Westerschelde đến cảng Gent.
Buồng âu có chiều dài 355m và chiều rộng 40m. Kết cấu buồng âu đạng tường
trọng lực BTCT dạng L liền khối với bản đáy âu, cao trình đáy buồng âu -12,82, cao
trình đỉnh tường âu +6,00.