“Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn
GS.TS Trương Đình Dụ 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 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 đồ
ng 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 Đập Trụ đỡ, các đồng nghiệp thuộc nhóm thực hiện phản biện dự án cống Mương
Chuối đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay và cung cấp nhiều thông tin bổ ích.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng bi
ết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia
đình đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn
thành luận văn này.


Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Tác giả



Phạm Đức Hưng

BẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên: Phạm Đức Hưng
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây
phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn”.
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



Phạm Đức Hưng

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5
1.1. Giới thiệu chung công nghệ Đập trụ đỡ: 5
1.1.1. Hoàn cảnh ra đời: 5
1.1.2. Kết cấu, nguyên lý làm việc của Đập Trụ đỡ : 5
1.1.2.1. Kết cấu Đập trụ đỡ : 5
1.1.2.2. Nguyên lý làm việc : 7
1.1.3. Tình hình ứng dụng ngoài thực tế : 7
1.2. Tổng quan về khung vây thi công: 9
1.2.1. Khái niệm khung vây thi công : 9
1.2.2. Cấu tạo khung vây: 9
1.2.3. Một số dạng khung vây thi công trụ cầu giao thông: 11
1.2.3.1. Khung vây cọc ván thép truyền thống: 11
1.2.3.2. Khung vây sử dụng cọc ống thép: 16
1.2.3.3. Khung vây cọc ống thép dạng giếng (Móng cọc SPSP). 17
1.2.4. Khung vây thi công công trình ngăn sông: 19
1.2.5. Nhận xét: 25
1.3. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn: 26
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH TỔNG
THỂ KHUNG VÂY PHỤC VỤ THI CÔNG ĐẬP TRỤ ĐỠ Ở CÁC SÔNG CÓ
CỘT NƯỚC LỚN 27

2.1. Quy hoạch xây dựng công trình ngăn sông lớn: 27
2.2. Các giải pháp kết cấu khung vây móng Đập trụ đỡ có cột nước sâu: 30
2.2.1. Giải pháp khung vây truyền thống cừ ván thép: 30
2.2.2. Giải pháp kết cấu khung vây bằng cọc ống thép : 31
2.3. Lựa chọn kết cấu khung vây thi công móng Đập trụ đỡ cột nước sâu: 31
2.4. Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định kết cấu khung vây: 32

2.4.1. Sơ đồ kết cấu khung vây cải tiến: 33

2.4.2. Nguyên tắc làm việc của các bộ phận kết cấu: 33
2.5. Phương pháp tính toán kết cấu khung vây cừ ván thép
[5];[7];[11]
: 34
2.5.1. Tải trọng tính toán: 35
2.5.2. Tính chiều dày lớp bê tông bịt đáy: 35
2.5.3. Tính ổn định chống lật của tường cọc ván thép
[5];[7];[11]
: 36
2.5.4. Tính toán độ bền các bộ phận của khung vây
[5];[7];[11]
: 37
2.5.4.1. Kiểm tra độ bền của cọc ván thép: 37
2.5.4.2. Tính toán vành đai (khung chống): 37
2.5.4.3. Tính toán thanh chống: 38
2.5.4.4. Tính toán cọc định vị (cột chống) 38
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU KHUNG VÂY CẢI TIẾN CHO CÔNG
TRÌNH CỐNG MƯƠNG CHUỐI 41

3.1. Tổng quan về công trình cống Mương Chuối
[8]
: 41
3.1.1. Vị trí công trình : 41
3.1.2. Tóm tắt nội dung quyết định đầu tư 42
3.1.3. Đặc điểm địa chất công trình : 45
3.2. Bố trí tổng thể công trình: 51
3.3. Các phương án kết cấu khung vây: 53

3.4. Kết cấu khung vây cải tiến : 54
3.5. Tính toán kiểm tra ổn định kết cấu khung vây cải tiến: 55
3.5.1. Tính toán chiều dày bê tông bịt đáy: 55
3.5.2. Tính toán kiểm tra kết cấu khung vây
[11]
: 59
3.5.2.1. Điều kiện ổn định của khung vây: 59
3.5.2.2. Tính toán các lực tác dụng vào khung vây 59
3.5.2.3. Tính toán ổn định các kết cấu khung vây 62
3.5.2.4. Tính toán ổn định tổng thể khung vây 67
3.6. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật khung vây cải tiến và khung vây SPSP: 71
CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP THI CÔNG 74


4.1. Trình tự thi công khung vây và trụ pin Đập Trụ Đỡ: 74

4.2. Biện pháp thi công cọc ván thép: 77
4.2.1. Công nghệ đóng cừ bằng búa rung. 77
4.2.1.1. Khái quát và những cải tiến của búa rung 77
4.2.1.2. Cấu tạo của búa rung và nguyên lý đóng cọc 78
4.2.1.3. Phân loại các phương pháp. 79
4.2.2. Phương pháp xuyên nén bằng máy nén. 80
4.2.2.1. Nguyên lý nén ép. 80
4.2.2.2. Các phương pháp nén ép 81
4.2.2.3. Thi công trên nền đá cứng 81
4.2.2.4. Phương pháp quản lý thi công 82
4.2.3. Phương pháp nén ép sử dụng mũi khoan 82
4.3. Biện pháp thi công đóng cọc ống thép
[19]
: 82

4.3.1. Phương pháp thi công bằng búa đóng: 82
4.3.2. Phương pháp thi công bằng búa rung: 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
1. Kết luận : 84
2. Kiến nghị : 85


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Kết cấu chung Đập trụ đỡ 7
Hình 1-2. Cống Sông Cui – Long An 8
Hình 1-3. Cống ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long 8
Hình 1-4. Công trình cống Biện Nhị 8
Hình 1-5. Cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè 9
Hình 1-6. Mặt bằng khung vây 10
Hình 1-7. Cắt ngang khung vây 10
Hình 1-8. Mặt cắt cừ dạng chữ Z 11
Hình 1-9. Mặt cắt cừ dạng chữ U 11
Hình 1-10. Mặt cắt cừ dạng hộp 11
Hình 1-11. Khung vây thi công trụ cầ
u Kiền 12
Hình 1-12. Khung vây thi công trụ cầu Đại Phước – Đồng Nai 12
Hình 1-13. Cắt ngang trụ cầu Sông Mã – Thanh Hóa 13
Hình 1-14. Cắt ngang khung vây trụ cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng 13
Hình 1-15. Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Phú Long 14
Hình 1-16. Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Hàm Luông
[6]
15
Hình 1-17. Một số hình dạng vòng vây cọc ống thép 16
Hình 1-18. Một số hình ảnh thi công cầu Thanh Trì- Hà Nội
[12];[17]

17
Hình 1-19. Cấu tạo móng cọc dạng giếng SPSP 18
Hình 1-20. Thi công trên sà lan ở dự án cầu Nhật Tân 19
Hình 1-21. đóng cọc ống thép làm vòng vây thi công ở dự án cầu Thanh Trì 19
Hình 1-22. Mặt bằng khung vây trụ cầu Nhật Tân
[12];[17]
19
Hình 1-23. Thi công các trụ ở công trình EMS –Đức
[13]
20
Hình 1-24. Khung vây cừ larsen thi công trụ
[13]
20
Hình 1-25. Dự án Mose – Venice – Italia
[13]
21
Hình 1-26. Khung vây thi công trụ Thảo Long 22
Hình 1-27. Khung vây thi công trụ Nhiêu Lộc – Thị Nghè 23
Hình 1-28. Khung vây thi công cống Nhà Mát 23


Hình 1-29. Khung vây Cống Bà Đầm C 24
Hình 1-30. Khung vây thi công cống Biện Nhị - tỉnh Cà Mau
[21]
25
Hình 2-1. Quy hoạch chống ngập úng khu vực TP. Hồ Chí Minh
[14]
28
Hình 2-2. Mặt bằng khung vây truyền thống 33
Hình 2-3. Cắt ngang khung vây truyền thống 33

Hình 2-4. Mặt bằng khung vây cải tiến 33
Hình 2-5. Cắt ngang khung vây cải tiến 33
Hình 2-6. Sơ đồ khung vây cọc ván thép
[11]
34
Hình 2-7. Sơ đồ tải trọng tác dụng vào vành đai
[11]
38
Hình 2-8. Sơ đồ tính toán vành đai
[11]
38
Hình 2-9. Sơ đồ tính toán cột chống
[11]
39
Hình 3-1. Vị trí cống Mương Chuối
[8]
41
Hình 3-2. Mặt bằng bố trí công Mương Chuối
[8]
51
Hình 3-3. Cắt ngang công Mương Chuối
[8]
52
Hình 3-4. Khung vây cống Mương chuối theo dạng SPSP 53
Hình 3-5. Mặt bằng khung vây cải tiến 55
Hình 3-6. Cắt ngang khung vây cải tiến 55
Hình 3-7. Áp lực dòng chảy 61
Hình 3-8. Áp lực đất chủ và bị động 61
Hình 3-9. Áp lực sóng và áp lực thủy tĩnh 61
Hình 3-10. Mô hình tính toán khung vây 63

Hình 3-11. Ứng suất lớn nhất xuất hiện trong cừ 64
Hình 3-12. Nội lực trong khung chống tầng 1 65
Hình 3-13. Nội lực trong khung chống tầng 2 65
Hình 3-14. Nội lự
c trong khung chống tầng 3 65
Hình 3-15. Nội lực trong khung chống tầng 4 66
Hình 3-16. Nội lực trong khung chống tầng 5 66
Hình 3-17. Mô hình tính toán ổn định khung vây 67
Hình 3-18. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 1 tầng 68


Hình 3-19. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 2 tầng 68
Hình 3-20. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 3 tầng 69
Hình 3-21. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ - văng chống 4 tầng 69
Hình 3-22. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ - hút tầng 5 70
Hình 3-23. Biến dạng của khung vây khi hút c
ạn 70
Hình 4-1. Lắp dựng khung chống K5 74
Hình 4-2. Lắp dựng khung chống K4,K3,K2,K1 74
Hình 4-3. Thi công đóng cừ ván thép 75
Hình 4-4. Thi công đổ cát lấp,rải đá hộc 75
Hình 4-5. Thi công đổ bê tông bịt đáy 76
Hình 4-6. Bơm nước khung vây 76
Hình 4-7. Lắp dựng thanh chống chéo 76
Hình 4-8. Thi công bệ trụ pin 77
Hình 4-9. Thi công thân trụ pin 77
Hình 4-10. Cấu tạo búa rung đóng cừ ván thép
[19]
78
Hình 4-11. Búa rung không sử dụng công nghệ hỗ trợ

[19]
79
Hình 4-12. Búa rung sử dụng cắt bằng tia nước phun cao áp 80
Hình 4-13. Hạ cọc ván thép bằng phương pháp nén ép
[19]
80
Hình 4-14. Đóng cọc ông thép bằng búa Diezel 83
Hình 4-15. Hạ cọc ống thép bằng búa rung 83


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1. Quy mô các công trình theo quy hoạch chống ngập úng TP HCM
[14]
29
Bảng 3-1. Thông số thiết kế chính công trình cống Mương Chuối
[8]
43
Bảng 3-2. Bảng thông số cơ lý của các lớp
[8]
47
Bảng 3-3. Tính chất cơ lý địa chất Ví trí Cống
[8]
50
Bảng 3-4. Các thông số nén ba trục và nén đơn cho cống 50
Bảng 3-5. Đặc trưng kỹ thuật của cọc cừ ván thép Larsen SP V 54
Bảng 3-6. Cường độ chịu lực cho phép của cọc cừ ván thép 54

1

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài:
Biến đổi khí hậu đang là một trong những thách thức mà con người trên trái
đất phải đương đầu, ảnh hưởng tới tất cả các vấn đề xã hội, tới tất cả các quốc gia
như: tác động tới yếu tố tự nhiên, môi trường, phát triển kinh tế (trong đó nông –
lâm nghiệp ảnh hưởng nhiều nhất), đời sống – xã hội….
[8]

(a) Ngập lụt do triều cường (b) Lúa chết do nhiễm mặn
(c) Thiếu nguồn nước ngọt
(d) Diện tích đất liền bị thu hẹp
Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam
[8]

Nhiều kết quả nghiên cứu dự báo của thế giới cho biết rằng, ở ĐBSCL biến đổi
khí hậu sẽ gây cạn kiệt mùa khô, làm giảm nguồn nước tới 30 – 40%, gây tăng lũ lụt
mùa mưa hơn 30% và đặc biệt gây ra nước biển dâng cực kỳ nguy hiểm. Cũng theo dự
báo của thế giới, Việt Nam là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nhiều nhất c
ủa nước
biển dâng, 50 năm nữa nước biển có thể dâng lên 75cm và sẽ làm ngập nhiều vùng đất

2

canh tác và khu dân cư, nếu ta không có giải pháp phòng chống. Do vậy việc đầu tư
xây dựng các công trình ngăn các cửa sông lớn là cần thiết;
Công trình ngăn sông truyền thống đã có từ rất lâu và áp dụng rộng rãi ở nước
ta, chúng có thể được xây dựng theo các cách sau:
Cách 1: Đào móng trên bãi lồi ở đoạn sông cong để xây dựng cống, dẫn dòng
thi công qua dòng sông, khi xây dựng xong cống thì đào kênh dẫn thượng hạ lưu
nối cố

ng với sông và đắp đập ngăn sông. Cách này thường áp dụng cho những sông
có đoạn cong.
Cách 2: Đào kênh dẫn dòng để tháo lũ thi công, đắp đập tạm (đê quai) ở giữa
sông, thượng hạ lưu vị trí xây cống, bơm khô, đào móng và xây dựng cống, xong
phá đập tạm và san kênh dẫn dòng. Trong trường hợp thi công kịp trong một mùa
khô thì không cần đào kênh dẫn dòng. Cách này thường áp dụng cho sông thẳng,
hẹp và nông.
Cách 3: Lần lượt đắp đ
ê quai theo từng phân đoạn từ bờ ra để tạo hố móng và
thi công từng phần cống trong phân đoạn đó. Cách này áp dụng cho sông rộng
nhưng nông.

Các phương pháp xây dựng cống theo công nghệ truyền thống
Các công trình ngăn sông theo dạng truyền thống thích hợp đối với sông có bề
rộng vừa và nhỏ, cột nước không lớn (dưới 6m).Tuy nhiên để ngăn các sông rộng
và cột nước sâu tới 20m, nền địa chất yếu thì rất khó khăn bởi vì không thể đắp đê
quây trong lòng sông sâu. Trường hợp thi công hố móng trên khô trong điều kiện
nền địa chất yếu c
ũng rất tốn kém để đảm bảo ổn định mái hố móng đồng thời gây

3

ảnh hưởng đến môi trường, chiếm dụng một diện tích đất rất lớn, thời gian thi công
kéo dài…Do vậy, để có thể ngăn được sông rộng và sâu thì chỉ có thể nghiên cứu
giải pháp công trình để thi công được cống ngay trên lòng sông trong khung vây
hẹp. Điều này cũng có nghĩa là việc có làm được cống hay không phụ thuộc vào
việc có làm được khung vây hay không. Vì vậy, nghiên cứu vấn đề ổn định khung
vây thi công ở các sông có cột nước lớ
n, nền địa chất yếu là hết sức cần thiết và có
ý nghĩa thực tiễn cao.

Đề tài luận văn :” Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây
phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn” sẽ tập trung nghiên cứu
giải pháp cải tiến kết cấu khung vây để tăng cường độ ổn định trên cơ sở kế thừa
các công ngh
ệ đã và đang áp dụng trên thế giới cũng như trong nước.
II. Mục đích của đề tài:
Mục đích của đề tài là nghiên cứu lựa chọn và đề xuất giải pháp tăng cường ổn
định cho khung vây để phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở sông có cột nước lớn. Áp
dụng cho công trình cống Mương Chuối, huyện Nhà Bè, thành phố Hồ Chí Minh.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên c
ứu:
- Đối tương nghiên cứu: Khung vây thi công cho Đập trụ đỡ cột nước sâu.
- Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn:
9 Nghiên cứu tổng quan về công nghệ Đập trụ đỡ;
9 Nghiên cứu tổng quan về khung vây thi công;
9 Phân tích, đề xuất một giải pháp kết cấu khung vây thi công Đập trụ đỡ
trường hợp cột nước sâu;
9 Đề xuất giải pháp cải tiế
n để tăng cường ổn định khung vây
9 Đề xuất một số biện pháp thi công khung vây Đập trụ đỡ cột nước sâu.
Công trình áp dụng : Cống Mương Chuối – TP Hồ Chí Minh.
IV. Cách tiêp 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 công

4

trình ngăn sông 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, 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 d
ụng.
+ Phương pháp chuyên gia.
+ Phương pháp phân tích, tổng hợp.
V. Kết quả đạt được của luận văn:
+ Tổng quan chung về công nghệ Đập Trụ đỡ;
+ Tổng quan một số dạng khung vây thi công;
+ Đề xuất, nghiên cứu giải pháp tăng cường độ ổn định khung vây thi công
phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn;
+ Phương pháp tính toán ổn định kết cấu khung vây cho phươ
ng án chọn;
+ Giới thiệu một số biện pháp thi công khung vây.

5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu chung công nghệ Đập trụ đỡ
1.1.1.
Hoàn cảnh ra đời
Công trình ngăn sông vùng ven biển với mục đích ngăn mặn, giữ ngọt và tiêu lũ
để tạo nguồn nước cho dân sinh, nông nghiệp ở nước ta đã được nghiên cứu và xây dựng
rất nhiều. Hầu hết các công trình ngăn sông từ trước đến nay đều được xây dựng theo
công nghệ truyền thống: Công trình dạng khối tảng bằng BTCT làm việc theo nguyên lý
trọng lực, được thi công trong hố móng khô bằng cách đào móng trên bãi hoặc đắp
đê
quây vây quanh hố móng, dẫn dòng thi công, đào hố móng và bơm khô nước.

Các công trình xây dựng theo công nghệ truyền thống này còn một số nhược
điểm sau: Công trình thu hẹp dòng chảy nên làm thay đổi cảnh quan môi trường tự
nhiên, khối lượng công trình lớn, khối lượng giải phóng mặt bằng lớn, thời gian thi
công kéo dài, giá thành đầu tư cao nên hiệu quả công trình thấp. Đặc biệt đối với một
số sông lớn, nơi nước sâu, sông rộng, địa ch
ất nền mềm yếu thì công nghệ này khó
thực hiện hoặc thực hiện được nhưng với giá thành cao.
Công nghệ mới trong xây dựng công trình ngăn sông ở nước ta đã được Viện Khoa
học Thuỷ lợi đề xuất và nghiên cứu trong đề tài khoa học cấp nhà nước" Nghiên cứu áp
dụng công nghệ tiên tiến trong cân bằng, bảo vệ và sử dụng có hiệu quả nguồn nước
Quốc gia" mã số KC 12-10 thuộc ch
ương trình khoa học công nghệ KC 12 từ năm
1991÷ 1995 do GS.TS Trương Đình Dụ làm chủ nhiệm
[10]
. Đề tài đã đề xuất và nghiên
cứu nguyên lý làm việc mới, thay đổi kết cấu cống được một số giải pháp công trình để
đổi mới công nghệ thi công cho cống vùng triều: từ thi công trong hố móng khô sang thi
công dưới dòng chảy,kiểu công trình này được gọi là Đập Trụ Đỡ.
1.1.2.
Kết cấu, nguyên lý làm việc của Đập Trụ đỡ
1.1.2.1. Kết cấu Đập trụ đỡ
Đập Trụ đỡ là công trình ngăn sông bao gồm các trụ bằng bê tông cốt thép, các
trụ này chịu lực cho toàn bộ công trình, móng trụ là các cọc cắm sâu vào nền, giữa

6

các trụ có dầm đỡ van liên kết với trụ, dưới dầm đỡ van và trụ là cừ chống thấm đóng
sâu vào nền, các thanh cừ liên kết với nhau, đỉnh cừ liên kết với dầm đỡ van và trụ,
trên dầm đỡ van là cửa van kết hợp với các trụ để ngăn và điều tiết nước.
Trụ pin của công trình liên kết trực tiếp với hệ thống cọc ho

ặc thông qua bệ đỡ.
Hệ thống cọc có thể là cọc bê tông cốt thép thường đúc sẵn hoặc cọc bê tông cốt thép
dự ứng lực hoặc cọc ống bê tông cốt thép đúc ly tâm hoặc cọc khoan nhồi hoặc cọc
ống thép nhồi bê tông cốt thép.
Dầm đỡ van nhận một phần lực do cửa van tác dụng và truyền về các trụ, có kết
cấu dầm hoặc hộp phao được đ
úc sẵn rồi lắp ghép vào vị trí, hoặc đúc tại chỗ.
Cừ chống thấm được đóng liên tục giữa hai bờ tạo thành vách đứng ngăn nước
thấm dưới đáy công trình, liên kết vào đáy dầm đỡ van và trụ. Cừ được nhiều đơn vị
trong và ngoài nước chế tạo sẵn, có thể được làm bằng thép, nhựa, composite, bê
tông cốt thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực.
Cử
a van sử dụng trong đập Trụ đỡ có thể là cửa van sập trục trên, cửa van sập
trục dưới, cửa van phẳng, cửa van cánh, cửa tự động thủy lực, cửa van cung, cửa van
cao su hay cửa van phao các loại. Cửa van được vận hành đóng mở bằng thiết bị
đóng mở.
Đập Trụ đỡ chịu lực tập trung ở các trụ bằng hệ cọc nên có thể kết hợp làm c
ầu
giao thông với tất cả các kết cấu cầu thông dụng. Tuy nhiên khẩu độ nhịp cầu phụ
thuộc vào việc lựa chọn khẩu độ khoang để đảm bảo khả năng chế tạo cửa van.
Đập Trụ đỡ được thiết kế mở rộng khẩu độ thoát nước đảm bảo lưu tốc qua
công trình nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của đất nền nên k
ết cấu gia cố chống xói cho
thượng hạ lưu chỉ cần bằng thảm đá hoặc tấm BTCT.

7


Chú dẫn :
(1) Cọc chịu lực đáy

(2) Cừ chống thấm
(3) Bệ trụ
(4) Trụ pin
(5) Tháp van
(6) Cầu giao thông
(7) Dầm van
(8) Cửa van
(9) Gia cố
99
Hình 1-1. Kết cấu chung Đập trụ đỡ
1.1.2.2. Nguyên lý làm việc
Ổn định:
- Ổn định nhờ hệ cọc ngàm trong đất;
- Lực ngang hoàn toàn do các cọc trong móng trụ chịu.
Chống thấm:
- Chống thấm bằng đường viền đứng tạo bởi các bản cừ đơn, liên tục dưới cống
và nối tiếp với hai bờ.
Tiêu năng:
- Công trình mở rộng gần bằng với lòng d
ẫn tự nhiên nên ít co hẹp dòng chảy
- Tốc độ dòng chảy qua cống nhỏ nên không cần có kết cấu tiêu năng kiên cố,
chỉ cần gia cố nhẹ lòng dẫn bằng thảm đá hoặc thảm bê tông.
1.1.3.
Tình hình ứng dụng ngoài thực tế
Công nghệ Đập Trụ đỡ đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các
công trình ngăn sông vùng ven biển với mục đích ngăn mặn, giữ ngọt và tiêu lũ để
tạo nguồn nước cho dân sinh, nông nghiệp ở nước ta. Một số công trình tiêu biểu :

8

1. Cống Sông Cui, huyện Châu
Thành, tỉnh Long An
[18]
:
Gồm 2 cửa mỗi cửa 7,5m. Chênh
lệch mực nước 3m. Cầu giao thông
H13-X60, bề rộng mặt cầu 5m, cửa van
tự động 2 chiều.
Hình 1-2. Cống Sông Cui – Long An


2. Cống Thảo Long - Huế
[19]
:
Quy mô lớn nhất nước ta hiện nay,
có chiều rộng thoát nước 480,5m,
gồm 15 khoang cửa mỗi khoang rộng
31,5m, cửa van Clape trục dưới, nhịp
cầu 33m, mặt cầu rộng 10m, tải
trọng cầu H30-XB80. Chênh lệch
mực nước 1,2m
Hình 1-3. Cống ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long

3. Cống Biện Nhị - Cà Mau
[21]
:
Quy mô công trình có chiều rộng
thoát nước 30m, gồm 3 khoang cửa
mỗi khoang rộng 10,5m, cửa van tự

động 1 chiều, nhịp cầu 12,3m, mặt
cầu rộng 6 m, tải trọng cầu H13-
XB80. Chênh lệch mực nước 2m
Hình 1-4. Công trình cống Biện Nhị

9



4. Công trình cống
Nhiêu Lộc Thị Nghè – TP
Hồ Chí Minh
[22]
:
Gồm 2 cửa mỗi cửa
7,5m. Chênh lệch mực
nước 3m.Cầu giao thông
H13-X60, bề rộng mặt cầu
5m, cửa van tự động 2
chiều.
Hình 1-5. Cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Ngoài ra còn có một loạt các công trình lớn nhỏ khác đã được xây dựng nằm rải
rác ở các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long như : Đá Hàn, Ba Thôn, Hà Giang đã đem
lại hiệu quả kinh tế xã hội cao.
Năm 2008, Chính phủ phê duyệt quy hoạch thủy lợi chống ngập úng cho TP Hồ
Chí Minh tại Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008
[14]
. Hàng loạt các Cống
lớn được quy hoạch đầu tư xây dựng như : Cống Tân Thuận, Phú Xuân, Mương
Chuối, Sông Kinh, Kinh Lộ v.v. Khẩu độ cống từ 60m -:-120m. Công nghệ chủ yếu

được lựa chọn để xây dựng các cống này là công nghệ Đập Trụ đỡ.
1.2. Tổng quan về khung vây thi công
1.2.1.
Khái niệm khung vây thi công
Khung vây là công trình phụ tạm trong giai đoạn thi công có tác dụng ngăn
không cho nước xâm nhập vào hố móng nhằm đảm bảo hố móng khô và tạo ra không
gian hẹp giữa sông để thi công các trụ cầu giao thông hoặc các trụ của Đập trụ đỡ.
1.2.2.
Cấu tạo khung vây
Kết cấu khung vây truyền thống có cấu tạo cơ bản theo sơ đồ như sau:

10

ChiÒu dµi khung v©y
ChiÒu réng khung v©y
ChiÒu dµi khung v©y
ChiÒu réng khung v©y
Hình 1-6. Mặt bằng khung vây Hình 1-7. Cắt ngang khung vây
Trong đó :
+ Lớp cừ chịu lực
(1)
đối xứng phía ngoài cắm vào nền, tựa vào vành đai
(2)
phía
trong vừa làm nhiệm vụ kín nước, vừa tham gia chịu áp lực nước truyền vào và để
giảm lưu lượng, áp lực thấm lên đáy móng.
+ Hệ khung chống
(3)
phía trong liên kết với vành đai và nhận lực đối xứng từ 4
phía truyền vào, các thanh chống này làm việc theo sơ đồ chịu nén hướng tâm, có khả

năng chịu lực rất cao đóng vai trò quan trọng làm cho khung vây cân bằng và ổn định
trong một không gian hẹp.
+ Hệ thống các cọc định vị
(4)
liên kết phía ngoài được đóng sâu vào lớp đất
cứng để tăng cường độ ổn định tổng thể cho khung vây.
+ Lớp bê tông bịt đáy
(5)
có tác dụng chống thấm và chống đẩy bục hố móng.
Đồng thời nó cũng đóng vai trò là điểm tựa như một khung chống của phần cừ cắm
vào nền, nơi có áp lực ngoài tác dụng vào lớn nhất.
Tùy theo chênh lệch mực nước trong và ngoài khung vây mà bố trí các tầng
khung chống. Cột nước càng cao thì hệ khung chống càng dày, cột nước thấp thì
khung chống thưa.
Đồng thời quan hệ giữa lớp cừ
kín nước và khung chống là hỗ trợ nhau, nếu
cừ có độ cứng lớn thì khung chống bố trí thưa và ngược lại nếu chọn cừ có độ cứng
yếu hơn thì khung chống phải dày hơn.

11

1.2.3.
Một số dạng khung vây thi công trụ cầu giao thông
1.2.3.1. Khung vây cọc ván thép truyền thống
Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black
Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng tường cọc bản bằng gỗ để làm
tường vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước. Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản
cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước. Tuy nhiên với những ưu
điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng.
Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác

nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện. Ngoài cọc ván
thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega
(Ω), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạ
ng
hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau.

Hình 1-8. Mặt cắt cừ dạng chữ Z Hình 1-9. Mặt cắt cừ dạng chữ U
Hình 1-10. Mặt cắt cừ dạng hộp
Thi công trụ cầu bằng khung vây cừ larsen được dùng phổ biến trên thế giới . Tai
Việt Nam, hầu hết các trụ cầu đều được thi công dựa vào kết cấu khung vây dạng
này. Một số công trình tiêu biểu như là :
+ Công trình cầu Kiền – Hải Phòng : xây dựng bên phà Kiền - QL 10, trên sông Cấm.

12


Đây là cây cầu dây văng lớn thứ 2 của
Việt Nam sau cầu Mỹ Thuận, với tổng
chiều dài là 1.186m, rộng 16,7m do liên
danh nhà thầu Công ty Sumitomo Mitsui
(Nhật Bản) - Tổng công ty xây dựng
Thăng Long (Việt Nam) thi công.
Biện pháp thi công trụ cầu là thi công
trong khung vây cừ ván thép 2 tầng
chống

Hình 1-11. Khung vây thi công trụ cầu Kiền
+ Công trình Cầu Đại Phước – Nhơn Trạch – Đồng Nai
[6]
:

Cầu Đại Phước bắc qua sông Đồng
Nai, thuộc dự án cầu đường vào khu đô
thị du lịch sinh thái Đại Phước – Huyện
Nhơn Trạch – Tỉnh Đồng Nai. Cầu có
chiều dài L =525,14m, kết cấu nhịp
chính gồm 3 nhịp liên tục 70+110+70
bằng dầm hộp BTCT DƯL, bề rộng cầu
B =14,5m. các nhịp dẫn bằng BTCT
DƯL lắp ghép, L =33m tiết diện chữ
I.trụ bê tông cốt thép trên móng cọc
khoan nhồi D = 1,2-1,5m
Hình 1-12. Khung vây thi công trụ cầu Đại
Phước – Đồng Nai
+ Cầu Sông Mã –Thanh Hóa
[6]
:
Cầu Sông Mã là một trong những cầu giao thông ở nước ta có bệ trụ đặt rất sâu,
cột nước chênh lệch trong ngoài khung vây rất lớn 20m. Trụ cầu được thi công bằng
khung vây cừ larsen và các tầng khung chống, móng cọc khoan nhồi.


13


Các thông số thi công trụ pin giữa
cầu Sông Mã:
+ Chênh lệch mực nước thi công:
20,53m;
+ Mực nước thi công +5.23m;

+ Cao trình đáy bệ -15.3 m;
+ Kích thước bệ trụ 15x19m;
+ Bề dày bệ trụ +3,5m;
+ Móng cọc khoan nhồi đường
kính D=2.0m.
Hình 1-13. Cắt ngang trụ cầu Sông Mã – Thanh Hóa
+ Cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng
[6]
:

Cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng là
một trong những cầu ở nước ta có
bệ trụ đặt ở sâu, chênh lệch cột
nước thi công lớn, biện pháp thi
công trụ khung vây cừ larsen.
Các thông số thi công trụ cầu:
+ Khung vây cừ larsen V, 4
tầng khung chống thép hình.
+ Chênh lệch cột nước khung
vây 14,2m
+ Đáy bệ -12.7m
+ Mực nước thi công +1.5m.
+ Kích thước bệ là: 12,9x22,9m
Hình 1-14. Cắt ngang khung vây trụ cầu Tuyên
Sơn – Đà Nẵng
+ C
ầu Phú Long-TP.HCM
[6]
:
Cầu Phú Long bắc qua sông Sài Gòn nối từ Q12 sang huyện Lái Thiêu – tỉnh

Bình Dương. Trụ cầu chính P5 ở giữa sông do Công ty CPXDCTGT 479 thi công, có
các thông số kỹ thuật như sau:
Cao độ đáy sông: -17.50 m
Cao độ MNTC: +1.50 m
Cao độ đáy bệ: -9.50 m.
Chênh lệch cột nước thi công trong và ngoài khung vây 11m.

14

Kích thước bệ trụ: (30x16,50x3,5)m.
Quá trình thi công bê tông bệ, thân trụ nhà thầu sử dụng vòng vây cọc ván thép
lassen IV, chiều dài cọc ván thép là 30m; Đổ bê tông bịt đáy M200 dày 3.0m, vòng
vây sử dụng 2 tầng khung chống I500-:-I600.
Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Phú Long:

Hình 1-15. Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Phú Long


15

+ Cầu Hàm Luông – Bến Tre
[6]
:
Cầu Hàm Luông thuộc quốc lộ 60 tỉnh Bến tre, cầu chính giữa sông gồm 4 nhịp
đúc hẩng khẩu độ 150m (là khẩu độ nhịp cầu đúc hẩng lớn nhất Việt Nam). Cầu do
Công ty cầu 12 và Công ty CPXDCTGT 479 thi công hoàn thành năm 2009. Công ty
479 đảm nhận thi công 2 nhịp trên trụ P11 và P12 giữa sông, trụ chính có các thông
số kỹ thuật như sau:
- Cao độ đáy sông: -18.20 m.
- Cao độ MNTC: +1.50 m.

- Cao độ đáy bệ: -8.50 m.
- Chênh lệch mực nước thi công trong và ngoài khung vây 10m.
- Kích th
ước bệ: (29x19x3,5) m.
- Khung vây cừ lassen IV, khung chống I500-:-I600 2 tầng.
Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Hàm Luông
[6]


Hình 1-16. Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Hàm Luông
[6]


16

1.2.3.2. Khung vây sử dụng cọc ống thép
Khung vây sử dụng cọc ống thép đóng sâu vào lớp đất tốt làm nhiệm vụ kín
nước và giữ ổn định tổng thể khung vây. Sau khi thi công bệ trụ xong, cọc ống thép
làm khung vây được nhổ lên và di chuyển đến công trình khác. Công nghệ này xuất
phát từ Nhật Bản từ những năm 60 và nó thích hợp cho các công trình có cột nước
sâu và nền địa chất yếu.

Hình 1-17. Một số hình dạng vòng vây cọc ống thép
Tại Việt nam, công nghệ này chưa phổ biến và mới chỉ áp dụng cho cầu Thanh
Trì - Hà nội;
Một số thông tin chính về cầu Thanh Trì
[16]
:
Cầu Thanh trì có tải trọng thiết kế là H30-XB80, cầu chính dài 3084m, rộng 33,1m
với 6 làn xe. Cấu tạo cầu gồm kết cấu phần trên được đặt lên 52 trụ và 2 mố. Thời

gian thi công bắt đầu từ năm 2002 và thông xe vào năm 2007;
Móng trụ là cọc khoan nhồi đường kính 2m, kích thước của trụ như sau: Dài x
Rộng =38mx38m, đáy bệ trụ -9.0m, mực nước thi công +8.00m.
Toàn bộ trụ cầu được thi công trong khung vây bằng cọc ống thép.
+ Cọ
c ống ván thép đường kính D=1200mm.
+ 2 Tầng khung chống thép hình H400.
+ Chênh lệch mực nước thi công 17m.
+ Dự án vốn ODA, công trình do nhà thầu Nhật Bản thi công.