Luận văn Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Đập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.53 MB, 102 trang )
Bộ Giáo dục và đào tạo Bộ Nông nghiệp và PTNT
Tr-ờng đại học Thuỷ lợi
Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đập Trụ đỡ
để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hà Nội, 2007
Bộ Giáo dục và đào tạo Bộ Nông nghiệp và PTNT
Tr-ờng đại học Thuỷ lợi
Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đập Trụ đỡ
để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ
Mã số: 60-58-40
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: Ts Trần Đình Hoà
Hà Nội, 2007
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 1 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Lời cảm ơn
Tác giả xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trơng Đình Dụ,
cố vấn khoa học - Ban Nghiên cứu Chiến lợc và Phát triển công nghệ Thủy lợi -
Viện Khoa học Thủy lợi, là ngời đã đặt nền móng và trực tiếp nghiên cứu, ứng
dụng các công nghệ ngăn sông mới thành công ở Việt Nam, đã định khoa học cho
tác giả trong những vấn đề nghiên cứu.
Cảm ơn TS Trần Đình Hoà đã tận tình chỉ bảo tác giả trong thời gian làm luận
văn.
Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và các đồng nghiệp trong Ban Nghiên
cứu Chiến lợc và Phát triển công nghệ Thuỷ lợi - Viện Khoa học Thuỷ lợi đã tạo
điều kiện thuận lợi cũng nh hỗ trợ tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn.
Xin cảm ơn các thầy cô giáo ở Trờng đại học Thủy Lợi, khoa Công trình,
khoa Sau đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến mẹ, vợ, con và những
ngời thân.
Hà Nội 5 tháng 3 năm 2007
Tác giả
Trần Minh Thái
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 2 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Dự báo tổng nhu cầu dùng nớc cho dân sinh và phát triển kinh tế xã hội Nớc
ta đến năm 2020 khoảng 121,8 tỷ m
3
và nhu cầu dòng chảy duy trì môi trờng sinh
thái hạ du mùa khô khoảng 4.300 m
3
/s. Tỷ trọng nhu cầu nớc nông nghiệp giảm đi
nhng nhu cầu nớc cho duy trì môi trờng sinh thái, thuỷ sản chăn nuôi, sinh hoạt
và công nghiệp tăng lên.
Để đảm bảo đủ nguồn nớc thông thờng chúng ta phải xây dựng hồ chứa ở
thợng nguồn để điều tiết dòng chảy và đẩy mặn, trong trờng hợp dù đã có hồ điều
tiết thợng nguồn vẫn không đủ nớc thì phải làm cống ở hạ lu để ngăn mặn giữ
ngọt.
Hàng năm, Nhà nớc phải đầu t hàng ngàn tỷ đồng để xây dựng các công
trình nhằm ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu úng, tránh bão phục vụ phát triển nông nghiệp
theo hớng hiện đại hoá.
Tuy nhiên trong khi triển khai thực hiện, do áp dụng công nghệ ngăn sông
truyền thống nên hầu hết thờng gặp phải những tồn tại nh sau:
- Khó khăn trong vấn đề giải phóng mặt bằng và di dân tái định c,
- Kết cấu phức tạp, thời gian thi công dài,
- Giá thành đầu t xây dựng công trình lớn,
- Làm thay đổi lớn chế độ dòng chảy, thay đổi môi trờng theo hớng bất
lợi.
Trớc tình hình cấp bách nh vậy, vấn đề cần đặt ra làm sao phải có một hình
thức công trình có thể hạn chế đợc các tồn tại này.
Viện khoa học Thủy lợi đã nghiên cứu Công nghệ ngăn sông kiểu đập Trụ đỡ
có thể giải quyết đợc các yêu cầu trên. Trong quá trình ứng dụng thực tế cho thấy
việc ứng dụng công nghệ Đập trụ đỡ đã mang lại hiệu quả cao về kinh tế và kỹ
thuật. Để tổng kết đánh giá và nêu ra một quy trình thiết kế, thi công cụ thể để có
thể sớm đa công nghệ Đập Trụ đỡ thành phổ biến đó chính là tính cấp thiết của đề
tài.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 3 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
2. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu của luận văn:
Luận văn chỉ tập trung nghiên cứu đối với Đập trụ đỡ xây dựng trên các cửa
sông vùng triều có chênh lệch mực nớc nhỏ hơn 3m, độ sâu mực nớc nhỏ hơn 6m.
3. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu phơng pháp tính toán thiết kế đập Trụ đỡ để xây dựng công trình
ngăn sông vùng triều.
4. Phơng pháp nghiên cứu
- Lý thuyết;
- Phân tích đánh giá;
- Sử dụng các phần mềm về phân tích kết cấu và nền móng nh: Sap2000,
Plaxic, Geoslope
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 4 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Chơng 1
Tổng quan các công nghệ ngăn sông vùng triều
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Công nghệ ngăn sông vùng triều trên thế giới:
Từ những năm đầu thế kỷ 20, tại các nớc nh Anh, Hà Lan, Italia đã nghiên
cứu xây dựng những công trình ngăn các cửa sông đồ sộ cả về quy mô và khẩu độ
từng khoang cống. Các công trình ngăn sông này đều có nhiệm vụ ngăn triều gây
ngập úng cho vùng đất thấp hơn mực nớc biển hoặc chống triều cờng do bão tại
các cửa sông lớn.
Năm 1950 trong dự án Deltaplan ở Hà Lan, đầu tiên cửa sông Brieles và Botlek
đợc xây dựng, sau đó lần lợt các cửa sông khác nh Western Schelde, Eastern
Schelde, Haringvliet và Brouwershavense cũng đợc xây dựng để bảo vệ 150.000ha
đất. Có thể kể tên các công trình tiêu biểu nh sau:
- Oosterschelde dam: gồm 62 cửa van cung mỗi cửa rộng 40m. Các trụ chịu
lực chính, mỗi trụ cao 38m nặng 18.000 tấn. Biện pháp thi công trụ bằng
công nghệ trụ rỗng, di chuyển nổi trên mặt nớc từ vị trí đúc đến vị trí xây
dựng sau đó đánh đắm.
(hình 1-1)
- Công trình Lower - Rhine: 2 cửa van cổng rộng 65m trên 3 trụ (hình 1-2).
Cùng với các công trình ngăn sông lớn ở Hà Lan, ở Anh cũng đã nghiên cứu
xây dựng một số công trình ngăn sông lớn. Năm 1953, nớc trên sông Thames (chảy
qua thủ đô London) dâng cao làm chết 300 ngời, phá huỷ hầu nh toàn bộ các trang
trại lớn ở London. Năm 1982, các kỹ s ngời Anh đã thiết kế công trình ngăn sông
Thames tại Woolwich cách thủ đô 17 km để ngăn những đợt sóng thần từ biển Bắc
đổ vào sông Thames. Công trình này có bề rộng thông nớc tổng cộng là 433m, gồm
4 khoang 61m, 6 khoang 31,5m, cửa van cao hơn 20m (hình 1-3).
Dự án xây dựng các công trình giảm nhẹ lụt lội do triều cờng cho thành phố
Venice - Italia, công trình dự kiến tại 3 cửa sông LiDo, Malamocco và Chioggia
thông từ vịnh Vinece vào phá Vinece. Mỗi công trình gồm 78 cửa van bằng thép
trên hệ thống xà lan, mỗi cửa cao 1828m, rộng 20m, dày 5m. Đây là loại hình công
trình áp dụng nguyên lý phao nổi trong vận hành và lắp đặt cửa van cho công trình
cố định. Dự án này là tâm điểm của nhiều hội thảo khoa học ở Italia tổ chức từ năm
1994 đến nay, hiện nay dự án đã đợc quyết định đầu t xây dựng từ 2006 2014.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 5 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Hình 1 - 1 Một số hình ảnh về công trình Oosterschelde - Hà Lan
Hình 1 - 2 Cống Lower Rhine - Hà Lan
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 6 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Hình 1 - 3 Công trình ngăn sông Thames - Anh
1.1.2 Công nghệ ngăn sông vùng triều tại Việt Nam:
Trong những năm qua, công trình ngăn sông vùng ven biển với mục đích ngăn
mặn, giữ ngọt và tiêu lũ để tạo nguồn nớc cho dân sinh, nông nghiệp ở nớc ta cũng
đã đợc đầu t nghiên cứu và xây dựng rất nhiều. Có thể kể tên một số công trình
cống ngăn sông lớn đã và đang đợc xây dựng tại nớc ta nh bảng 1-1:
Bảng 1- 1 Thống kê một số công trình cống ngăn sông lớn
TT
Tên cống Địa điểm
B cống
(m)
Thời điểm
khởi công
Thời điểm
kết thúc
1 Nghi Quang Nghệ An 54 1992 1996
2 Hiền Lơng Quảng Ngãi
64 5/2000 2001
3 Ba Lai Bến Tre 84 7/2000 2002
4 Cống Cầu Xe Hải Dơng 56
5 Thảo Long TT Huế 480,5 12/2001 2007
6 Láng Thé Trà Vinh 100 3/2003 2005
7 Cái Hóp Trà Vinh 73.5 2/2004 2006
8 Đò Điệm Hà Tĩnh 168 2004
Hiện tại ở nớc ta có 3 loại hình công nghệ cống lộ thiên đó là công nghệ
truyền thống, công nghệ Đập xà lan và công nghệ Đập trụ đỡ.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 7 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
1.2 . Công nghệ ngăn sông dạng truyền thống
Hầu hết các công trình ngăn sông vùng triều ở Nớc ta từ trớc đến nay đều
đợc xây dựng theo công nghệ truyền thống, đặc điểm của loại công trình này nh
sau:
1.2.1. Nguyên lý và cấu tạo của công trình ngăn sông truyền thống
1.2.1.1. Nguyên lý:
ổn định: - Chống trợt bằng ma sát đất.
- Chống lật bằng trọng lợng công trình.
Chống thấm: - Bằng đờng viền bản đáy.
Chống xói: - Bằng kết cấu tiêu năng kiên cố, bể tiêu năng, sân tiêu năng,
sân sau, hố xói dự phòng.
1.2.1.2. Cấu tạo
- Bản đáy thân cống là bản bê tông cốt thép dày khoảng 1m, trên bản đáy là
các trụ pin, giữa hai trụ pin là cửa van, trên cửa van là giàn kéo van và cầu giao
thông
- Sân trớc và sân sau: là bản bê tông cốt thép.
- Bể tiêu năng, hố phòng xói
- Do kết cấu công trình nặng nên phải đóng cọc bê tông cốt thép xử lý nền,
hoặc phải tìm nơi có địa chất tốt để làm cống.
Xem hình 1-4 và 1-5 cắt dọc và cắt ngang cống truyền thống
1.2.1.3. Biện pháp thi công: có 2 hình thức thờng đợc áp dụng:
- Đào kênh dẫn dòng, đắp đê quây thợng hạ lu ngăn dòng, bơm cạn nớc,
đào hố móng, xử lý nền, thi công móng công trình và xây dựng công trình lên đó.
- Đào hố móng, xử lý nền, thi công móng công trình và xây dựng công trình
trong hố móng khô sau đó đào kênh dẫn, chỉnh tuyến dòng chảy và đắp chặn dòng
sông cũ.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 8 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
3
BTCT M100 - 5cm
BTCT M200 - 50cm
3
2C
13
1.87 T/m
1.63 T/m
2C
25 cọc/m2
Cọc tre L=3m
Đờng mái mở hố móng
Xám trắng - Trạng thái dẻo cứng
kí hiệu địa chất
Trạng thái chảy-dẻo chảy
sét pha màu xám đen
Sét màu nâu đỏ
o
,,
3
k = 3,53.10 m/s
,
o
29
B=0.35
C = 0.238 T/m
-6
B = 1.1
C = 0.055T/m
k = 4.10 m/s
10
-4
3
+5.00
1/2 chính diện thợng lu - 1/2 cắt dọc cống
BTCT M200 -dày 20 cm
Dăm lót dày 5cm
Vải địa kỹ thuật
Đỉnh dày 40 cm, đáy 80 cm
Tờng chắn BTCT M200
+5.00
Cọc BTCT 35*35*10 m
Tỷ lệ 1/150
Mặt đờng rải đá cấp phối 15cm
Đất đầm chặt, K=0,98
2
2
Hình 1 - 4. Cắt dọc một cống truyền thống
2C
Tỷ lệ 1/150
Cọc tre 25 cọc/m2
3
2C
3
phía đồng
Tờng chắn BTCT M200
Đỉnh dày 40 cm, đáy 80 cm
BTlót M100 - 10cm
BTCT M200 - 50cm
Cọc tre L=3m
25 cọc/m2
Khớp nối PVC
Đỉnh dày 40 cm, đáy 80 cm
Tờng chắn BTCT M200
BTlót M100 - 10cm
BTCT M200 - 50cm
MN ngăn mặn 1.35
phía sông
cắt ngang khoang cống
Hình 1 - 5. Cắt ngang một cống truyền thống
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 9 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Hình 1 - 6: Hình ảnh 1 số cống truyền thống điển hình
1.2.2. Ưu nhợc điểm của công nghệ ngăn sông truyền thống
Ưu điểm: Công trình kiên cố, thi công trong hố móng khô nên chất lợng thi
công tốt, đã có nhiều kinh nghiệm thiết kế và thi công.
Nhợc điểm: Một số công trình xây dựng theo công nghệ truyền thống này còn
những tồn tại sau:
- Thiết kế: giá thành cao, kinh phí xử lý nền và tiêu năng tốn kém
- Thi công: thờng phải dẫn dòng, nên phải đền bù giải phóng mặt bằng lớn do
đó kinh phí đền bù cao, thời gian đền bù dài.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 10 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
- Môi trờng: Thay đổi dòng chảy tự nhiên, gây diễn biến môi trờng, trớc
đập đất chặn dòng sông cũ là một khúc sông chết.
- Công trình thu hẹp dòng chảy nhiều nên một số cống vùng triều của ta xây
dựng trớc đây đã gây ra diễn biến xói lòng dẫn rất phức tạp cho lòng dẫn và gây
ngập úng, vấn đề này đợc các nhà khoa học quan tâm đặc biệt trong suốt 20 năm
qua, cụ thể đợc thống kê trong bảng 1 - 2
Bảng 1 - 2 Bảng thống kê xói lở hạ lu một số cống lộ thiên
TT
Tên cống Tỉnh
B (chiều
rộng m)
H (cột
nớc m)
Chiều sâu
hố xói (m)
Chiều dài
hố xói (m)
1 Cống Lân I Thái Bình
30 4,5 6,8 75
2 Cống Cầu Xe Hải Dơng
56 9 70
3 Cống Vân Đồn Bến Tre 15 7,4 105
4 Cống Rồng Nam Hà 22 3,9 3,3 100
5 Cống Ngô Xá Nam Hà 11 3,0 5,0 50
6 Cống Hải Hng
Hải Dơng
2 1.5 5,0 50
7 Cống Ngô Đồng
Nam Hà 10 3 4,2 80
1.2.3 Một số công trình cống lớn đợc xây dựng theo công nghệ truyền
thống trong thời gian qua:
1. Công trình cống Nghi Quang - tỉnh Nghệ An: 12 cửa cao 4m rộng 6m, 1 cửa
cung rộng 8m, tổng cộng 54m thông nớc, hoàn thành năm 1996
2. Công trình cống Ba Lai - tỉnh Bến Tre: khẩu diện 84m gồm 10 cửa, hoàn
thành năm 2002.
3. Công trình cống Láng Thé - tỉnh Trà Vinh: khẩu diện 100m gồm 10 cửa,
mỗi cửa rộng 10m, hoàn thành năm 2005
4. Công trình cống Cái Hóp - tỉnh Trà Vinh: khẩu diện 73,5m gồm 7 cửa, mỗi
cửa rộng 10,5m, hoàn thành năm 2006
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 11 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
1.3. Công nghệ ngăn sông kiểu đập xà lan
Trong những năm gần đây, để giải quyết một số khó khăn nh chuyển đổi cơ
cấu sản xuất từ trồng lúa sang nuôi tôm và khó khăn trong giải phóng mặt bằng thi
công, Viện khoa học Thủy lợi đã nghiên cứu và ứng dụng loại hình Đập xà lan cho
vùng Đồng bằng Nam bộ. Một số đặc điểm chính của loại công trình này nh sau:
1.3.1. Nguyên lý và cấu tạo của Công nghệ ngăn sông kiểu đập xà lan
1.3.1.1. Nguyên lý:
ổn định chống trợt: bằng ma sát giữa xà lan và nền đất, áp lực đất trớc và
sau cống, trọng lợng toàn bộ xà lan kể cả dung tích nớc trong hộp xà lan,
áp lực đất hai bên mang cống.
ổn định chống thấm: bằng đờng viền bản đáy và đờng viền hai bên trụ
pin.
ổn định chống xói hạ lu: Mở rộng khẩu độ thoát nớc để giảm gia cố tiêu
năng do đó chỉ gia cố nhẹ bằng thảm đá.
ứng suất nền: giảm thiểu khối lợng, mở rộng tiết diện bản đáy để giảm ứng
suất pháp, đảm bảo đất nền không bị phá hoại ngay cả trên nền đất yếu.
1.3.1.2. Cấu tạo
Cũng giống nh các công trình ngăn sông khác, cống bằng công nghệ đập xà
lan BTCT gồm các phần chính sau: Phần ngăn sông gồm xà lan, cửa van gắn trên xà
lan, mang cống nối tiếp hai bờ.
Toàn bộ xà lan (bản đáy, trụ pin) bằng bê tông cốt thép dạng hộp rỗng, trên
mặt sàn hộp đáy bố trí cửa van có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, thoát lũ.
Hệ thống hộp phao rỗng đợc cấu tạo bởi hệ thống tờng và vách dày từ 12 -
15 cm. Trên mặt sàn trụ pin bố trí bệ định vị các puly dẫn hớng cáp, tời đóng mở
cửa van. Ngoài ra trên mặt sàn trụ pin bố trí hệ thống bơm nớc vào hộp xà lan để
đánh chìm xà lan khi thi công hạ thủy.
1.3.1.3. Biện pháp thi công:
Do khả năng di động nên có thể chọn đợc vị trí đúc xà lan trong khô. Tại vị
trí công trình mặt bằng chật hẹp không tạo đợc hố móng thì có thể thi công xà lan
tại một hố móng khác thích hợp hơn, sau đó lai dắt đến vị trí công trình và đánh
đắm.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 12 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
1.3.2. Ưu nhợc điểm của Công nghệ ngăn sông kiểu Đập xà lan
1.3.2.1 u điểm:
Do giảm đợc đáng kể mặt bằng xây dựng cống nên tiết kiệm đợc thời gian
và kinh phí giải phóng mặt bằng, điều đó sẽ ảnh hởng tích cực đến quá trình thi
công các công trình trong dự án.
Do khả năng di động nên có thể chọn đợc vị trí đúc xà lan phù hợp.
Thi công nhanh, tổ chức thi công theo dây chuyền nếu có nhiều công trình tại
1 khu vực.
Công trình đợc xây dựng trên nền đất yếu mà không phải xử lý nền hoặc xử lí
nền nhẹ, khả năng tiêu thoát lũ tốt hơn do mở rộng khẩu độ thoát nớc. Cũng do mở
rộng khẩu độ thoát nớc nên đã giảm đợc lu lợng đơn vị nên về cơ bản không
phải gia cố tiêu năng ở hạ lu công trình hoặc chỉ gia cố nhẹ bằng rọ đá. Đây là
những u điểm nổi bật mà những công trình ngăn sông truyền thống không có đợc.
Việc xây dựng công trình không đòi hỏi các thiết bị thi công đặc chủng, bên
cạnh đó có thể thiết kế kích thớc xà lan phù hợp với kích thớc lòng sông, lòng
kênh tự nhiên nên ngay cả các con sông, kênh nhỏ thì xà lan cũng có thể di chuyển
vào đợc.
1.3.2.2 Nhợc điểm:
- Cha có quy trình thiết kế và thi công xà lan
- Các đơn vị thi công công trình thủy lợi đều cha có kinh nghiệm
1.3.3. Một số công trình áp dụng c
ông nghệ ngăn sông kiểu Đập xà lan
:
- Công trình Phớc Long - tỉnh Bạc Liêu, bề rộng thông nớc B = 12m chênh
lệch cột nớc H=0,7m, độ sâu 3,7m, chiều rộng kênh 32m, hoàn thành năm
2004
- Công trình cống Thông Lu - huyện Vĩnh Lợi - tỉnh Bạc Liêu, bề rộng thông
nớc B = 10m chênh lệch cột nớc H=2,2m, độ sâu 3,5m, chiều rộng kênh
25m, hoàn thành năm 2005
1.3.4. Một số hình ảnh về công trình áp dụng c
ông nghệ Đập xà lan
:
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 13 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Hình 1 - 7: Cấu tạo đập xà lan
Hình 1 - 8: Đập xà lan khi ngăn mặn giữ ngọt
Hình 1 - 9: Đập xà lan khi thông nớc
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 14 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
1.4. công nghệ ngăn sông dạng đập trụ đỡ
1.4.1 Sự ra đời công nghệ Đập trụ đỡ:
Nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Thuỷ lợi mà đứng đầu là GSTS Trơng
Đình Dụ đã đề xuất một số công nghệ mới thông qua đề tài khoa học cấp Nhà nớc
"Nghiên cứu áp dụng công nghệ tiên tiến trong cân bằng, bảo vệ và sử dụng có hiệu
quả nguồn nớc Quốc gia" mã số KC 12-10 thuộc Chơng trình khoa học công nghệ
KC 12 từ năm 19911995. Đề tài đã đề xuất và nghiên cứu đợc một số giải pháp
công trình làm việc theo nguyên lý mới và đổi mới công nghệ thi công nhằm tăng
hiệu quả đầu t mà Đập trụ đỡ là một loại công trình trong số đó.
1.4.2 Khái niệm công nghệ Đập trụ đỡ:
Đập trụ đỡ là một loại công trình ngăn sông đợc xây dựng giữa dòng sông có
chiều rộng thoát nớc xấp xỉ lòng sông. áp lực nớc tác dụng vào cửa van đợc
truyền trực tiếp vào trụ, các trụ đặt trên hệ cọc, dầm đỡ van gối lên hai bệ trụ, chống
thấm bằng cừ gắn dới dầm đỡ van, chống xói bằng thảm đá (hình 2-1 và 2-2).
Bề rộng một khoang đập trụ đỡ phụ thuộc vào khả năng chế tạo và bố trí cửa van.
Chiều rộng toàn bộ công trình đập trụ đỡ không hạn chế vì các trụ pin đợc thi công độc
lập nh vậy có thể dùng đập trụ đỡ để ngăn những con sông lớn.
Trên đập trụ đỡ bố trí các loại cửa van để điều tiết nớc tuỳ thuộc vào nhiệm vụ
cụ thể của từng công trình nh: cửa clape trục dới, cửa clape trục trên, cửa tự động
cánh cửa, cửa cung, cửa van cao su,
Công trình đập trụ đỡ đợc thi công trong nớc ngay trên lòng sông cũ vì vậy
không phải đền bù giải phóng mặt bằng và không phụ thuộc nhiều vào chế độ dòng
chảy trên sông nên thời gian thi công đợc rút ngắn.
1.4.3 Các công trình đã xây dựng theo công nghệ Đập trụ đỡ:
1. Cống Phó Sinh, Bạc Liêu: Gồm 3 khoang cửa van tự động hai chiều, mỗi cửa
rộng 7,5m. Chênh lệch mực nớc 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 nh cống cổ truyền.
2. Cống Sông Cui, Long An: gồm 2 cửa van tự động hai chiều mỗi cửa rộng
8m. Chênh lệch mực nớc 3m. Cầu giao thông rộng 4,5m tải trọng H13-X60.
3. Cống Thảo Long Huế có qui mô lớn nhất nớc ta hiện nay Bxh=472,5x4m,
gồm 15 khoang cửa mỗi khoang rộng 31,5m và âu thuyền rộng 8m, cửa van Clape
trục dới, nhịp cầu L=33m, mặt cầu Bc=10m, tải trọng đoàn xe H30-XB80. Chênh
lệch mực nớc lớn nhất 1,2m (hình 1 - 10)
4. Cống Hiền Lơng huyện T Nghĩa tỉnh Quảng Ngãi, có khẩu độ 64m, gồm
16 cửa tự động 4m, chênh lệch mực nớc 2m, cầu rộng 4m, tải trọng H13-X30.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 15 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Hình 1.10. Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long - TT Huế
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 16 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
1.4.4 Phân tích đánh giá chung về công nghệ Đập trụ đỡ:
Công nghệ Đập trụ đỡ mới đợc nghiên cứu và áp dụng vào thực tế tại Việt
Nam trong khoảng 10 năm trở lại đây bớc đầu đã mạng lại hiệu quả cao cả về kinh
tế lẫn kỹ thuật. Tuy nhiên cha có một công trình nghiên cứu nào nhằm tổng hợp, hệ
thống lại một cách đầy đủ các bớc tính toán thiết kế cho công nghệ này để qua đó
từng bớc góp phần đẩy mạnh việc ứng dụng công nghệ này vào thực tế một cách
rộng rãi và mạnh mẽ hơn. Đây chính là vấn đề mà trong quá trình tham gia nghiên
cứu ứng dụng công nghệ tác giả đã trăn trở và muốn đợc trình bày trong luận văn
này.
1.5 Kết luận chơng 1
Trong chơng 1 tác giả đã đánh giá tổng quan tình hình xây dựng công trình
ngăn sông vùng triều trên Thế giới và trong Nớc; Nêu và phân tích u nhợc điểm
của các hình thức công trình đã đợc áp dụng xây dựng ngăn sông vùng triều. Giải
pháp công trình ứng dụng công nghệ Đập trụ đỡ đã phần nào cho thấy những u
điểm nổi trội khi nghiên cứu áp dụng vào thực tế.
Cũng trong chơng 1 tác giả đã sơ bộ giới thiệu về nguyên lý hoạt động, cấu
tạo và biện pháp thi công để có những cái nhìn tổng quan về Đập trụ đỡ trớc khi
trình bày các bớc tính toán thiết kế chi tiết trong chơng 2.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 17 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Chơng 2
phơng pháp tính toán thiết kế đập Trụ đỡ
2.1. giới thiệu chung về đập trụ đỡ
2.1.1. Nguyên lý thiết kế đập trụ đỡ
Đập trụ đỡ thiết kế dựa trên các nguyên lý sau:
1. ổn định công trình bằng hệ thống cọc cắm sâu vào nền đất trong lòng sông,
bố trí cọc tập trung để tăng tải trọng đứng tác dụng lên mỗi cọc từ đó tăng
đợc sức chịu tải trọng ngang của mỗi cọc đó. Do đó đập trụ đỡ nên kết hợp
với cầu giao thông, vì cầu truyền tải trọng đứng lên trụ.
2. Cống đặt ngay trên dòng sông chính, dẫn dòng thi công ngay trong dòng
sông không phải đắp đập ngăn sông, không phải đào kênh dẫn dòng do đó
không phải đền bù giải phóng mặt bằng.
3. Chống thấm bằng các bản cừ thép, bê tông cốt thép hay nhựa tạo thành
đờng viền chống thấm đứng, không cần bản đáy.
4. Mở rộng khẩu độ cống để giảm nhỏ và phân bố đều lu tốc sau hạ lu nhỏ
hơn lu tốc xói cho phép, do đó giảm thiểu gia cố tiêu năng.
5. Mở rộng khẩu độ cửa van để thông thoáng dòng chảy, đảm bảo mỹ quan,
thuận tiện giao thông thuỷ và giảm giá thành.
2.1.2. Phân loại đập trụ đỡ
Theo hình thức kết cấu trụ có 2 dạng cấu tạo đập trụ đỡ, đó là:
- Đập trụ đỡ đài thấp,
- Đập trụ đỡ đài cao.
2.1.3. Cấu tạo đập trụ đỡ đài thấp:
Trụ dày 11,5m, trên đỉnh trụ là trụ xà mũ và xà mũ cầu giao thông. Trên trụ
pin bố trí thiết bị đóng mở cửa van.
Bệ trụ có kích thớc đảm bảo nguyên tắc thiết kế nh sau:
Đảm bảo yêu cầu chịu lực đứng do tĩnh tải và hoạt tải đồng thời chịu
đợc mô men do lực ngang gây ra.
Đủ diện tích để bố trí cọc theo qui phạm
Bệ trụ và toàn bộ trụ pin đợc thi công trong khung vây khô, hệ dầm đầu cừ
đợc lắp đặt trong nớc hoặc thi công trực tiếp trong khung vây.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 18 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
2.1.4. Cấu tạo đập trụ đỡ đài cao:
Trụ pin dày 11,5m không có bệ, trụ liên kết trực tiếp với hệ cọc chịu lực,
chiều dài trụ có kích thớc đảm bảo các yêu cầu sau:
Chịu lực đứng do tĩnh tải và hoạt tải, đồng thời chịu đợc mô men do
lực ngang gây ra.
Đủ để bố trí cọc theo qui phạm
Trên đỉnh trụ pin là trụ xà mũ, xà mũ cầu giao thông và thiết bị đóng mở cửa
van.
Toàn bộ trụ pin đợc thi công trên khô (trên mực nớc kiệt), hệ dầm đầu cừ
đợc lắp đặt trong nớc.
Dầm đỡ van
cửa van
Giới hạn cừ chống thấm
Hình 2-1: Cắt dọc 1 khoang Đập trụ đỡ
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 19 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
Hình 2-2: Cắt ngang đập trụ đỡ
2.1.5. Phơng pháp tính toán thiết kế đập trụ đỡ
Trong phần này tác giả sẽ đi vào giải quyết các bài toán cơ bản để tính toán
thiết kế công trình đập trụ đỡ nh sau:
- Tính toán thủy lực;
- Tính toán thấm qua công trình;
- Tính toán nền móng;
- Tính toán kết cấu trụ đỡ;
- Tính toán thiết kế khung vây thi công đập trụ đỡ.
2.2. Tính toán thủy lực đập trụ đỡ
2.2.1. Tính toán xác định chiều rộng thoát nớc Bc
Chiều rộng cống đợc xác định theo các điều kiện:
a, Đảm bảo thoát lũ với tần suất thiết kế (Q
lũ
),
b, Đảm bảo thông thủy,
c, Giảm gia cố tiêu năng (Q
tn
),
d, Đảm bảo điều kiện kinh tế.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 20 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
- Q
lũ
: để tính toán lu lợng tháo lũ qua công trình, ta phải chạy bài toán thuỷ lực
mạng sông, hiện nay có rất nhiều phơng pháp và chơng trình để tính toán lu lợng
tiêu tại một nút sông.
Lu lợng tính toán khả năng tháo lũ đợc xác định trong hai bài toán tiêu sau:
Bài toán tiêu 1: Tính tiêu cho lũ hè thu tần suất P%
Bài toán tiêu 2: Tính tiêu cho lũ chính vụ (vụ mùa) tần suất P%
- Bài toán thuỷ lực tiêu năng (Q
tn
) với tần suất P
tk
là: Tính toán thuỷ lực tiêu
khi ma trong đồng với tần suất P
tk
gặp tổ hợp triều ngoài sông rút nhanh gây bất lợi
về nối tiếp tiêu năng, có nghĩa là trờng hợp tiêu với Q
tk
qua cống gây Z có giá trị
max và Vmax.
Khi đó cần xét đến lu lợng đơn vị chảy qua cống:
Vấn đề chọn lu lợng đơn vị chảy qua cống rất quan trọng, cần phải xét ngay
từ đầu vì nó ảnh hởng đến giá thành xây dựng và điều kiện làm việc an toàn của
cống và lòng dẫn hạ lu.
Khi chọn lu lợng đơn vị lớn, kích thớc cống đợc giảm nhỏ, song tiêu năng
sau cống sẽ phức tạp. Nếu chọn lu lợng đơn vị nhỏ thì ngợc lại. Vì vậy trong khi
thiết kế công trình Đập trụ đỡ phải so sánh lựa chọn để giải quyết cho thoả đáng và
bảo đảm các yêu cầu kinh tế kỹ thuật. Khi chọn lu lợng đơn vị cần tham khảo các
số liệu kinh nghiệm thực tế, và nên chú ý đến một số mặt sau:
+ Khi chênh lệch mực nớc thợng hạ lu lớn, năng lợng dòng chảy qua cống
lớn nên chọn lu lợng đơn vị nhỏ.
+ Khi chiều sâu nớc sau cống nông nên chọn lu lợng đơn vị nhỏ để giảm
nhẹ vấn đề tiêu năng.
+ Khi nền yếu, khả năng chống xói kém nên chọn lu lợng đơn vị bé.
+ Khi cống có qui mô lớn, nớc chảy ra sau cống không đều, khó khuếch tán
dễ dẫn đến hiện tợng chảy tập trung, cũng nên chọn lu lợng đơn vị nhỏ. Để đảm
bảo dòng chảy hạ lu cống khuếch tán tơng đối đều, theo đề nghị của
V.M.Đômbơrôpski, lu lợng đơn vị sau cống nên nhỏ hơn 10m
3
/s.m.
Theo kinh nghiệm thực tế thì cống dùng phân lũ trên nền cát q = 10
15m
3
/s.m. Cống tiêu q = 4 11 m
3
/s.m nếu đất nền có tính dính có thể lấy lớn hơn
một chút. Cống lấy nớc q = 4 9 m
3
/s.m và lu tốc qua cống v = 1 2 m/s để tổn
thất cột nớc qua cống không quá lớn.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 21 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
- Để đảm bảo giao thông thủy thì rõ ràng khẩu độ cống càng lớn, mực nớc
qua cống càng sâu thì càng thuận lợi, tuy nhiên tại từng công trình cụ thể sẽ tính
toán khẩu độ thông thủy theo điều kiện thực tế.
- Chiều rộng thông nớc theo điều kiện kinh tế đợc phân tích nh sau:
Giá thành của công trình cấu thành bởi ba bộ phận chính sau:
Gc: Giá thành kết cấu cống
Gtn: Giá thành của bộ phận tiêu năng
Gcv: giá thành bộ phận cửa van và thiết bị điều khiển
Ta có qui luật sau:
Gc tỉ lệ thuận Bc
Gtn tỉ lệ nghịch Bc
Gcv tỉ lệ thuận Bc
Nh vậy bài toán thiết kế đặt ra là: Tìm Bc sao cho (G=Gc+Gtn+Gcv) đạt giá
trị min .
B
c
tăng thì G
tn
giảm; B
c
giảm thì G
tn
tăng
Đây là bài toán thử dần với khối lợng tính toán nhiều. Hiện nay chúng ta chỉ
xác định Bc theo điều kiện a, b và thờng hay bỏ qua điều kiện c và d. Nhiều trờng
hợp Bc xác định theo điều kiện c,d lớn hơn Bc theo điều kiện a.
Hình 2 - 3 Đồ thị xác định bề rộng cống tối u
T tởng chủ đạo của việc thiết kế thi công đập trụ đỡ là mở rộng khẩu diện
cống để vận tốc dòng chảy qua cống nhỏ hơn vận tốc không xói, do đó không xử lý
tiêu năng sau cống. Do đó cấu tạo kết cấu của đập trụ đỡ chỉ có thảm đá gia cố chứ
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 22 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
không cần sân trớc, sân sau và bể tiêu năng.
Các cống làm theo t tởng này ít bị diễn biến xói và đã đợc chứng minh qua
thực tiễn của các cống Sông Cui, Phó Sinh, Ba lai, Thảo Long, Hiền Lơng,
hk
hn
Zhp
H
Hình 2 - 4 Sơ đồ tính toán thủy lực - đập trụ đỡ
Chiều rộng cống theo điều kiện 2.2.1.a đợc tính theo công thức nh đối với
đập tràn đỉnh rộng chảy ngập:
B
c
=
)hH.(g.2h
Q
ng
(2.1)
Trong đó:
h - chiều sâu dòng chảy trên ngỡng cống;
h = h
n
- Z
hp
Z
hp
- là độ cao hồi phục khi dòng chảy ra khỏi cống, trong tính toán
ban đầu có thể bỏ qua độ hồi phục để thiên về an toàn.
n
- hệ số lu tốc chảy ngập, có thể tham khảo bảng 2-1.
Bảng 2 - 1. Hệ số
n
theo m
m 0,30 0,31
0,32
0,33
0,34
0,35
0,36
0,37
0,38
n
0,76
0,78*
0,81
0,84
0,87
0,90
0,93
0,96
0,98
0,99
(* ứng với trờng hợp
85,0
H
h
)
g
- hệ số lu tốc khi xét co hẹp bên, khi 0,8 thì có thể tính theo
CR.R.Trugaep:
g
= 0,5 + 0,5.
Khi cống không có mố trụ
g
= 1 .
Đối với đập trụ đỡ trên sông rộng với cửa vào tơng đối thuận, không có tờng
cánh, theo trị số gần đúng của Cumin lấy hệ số lu lợng m =0,32,
n
=0,85 và
g
= 1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 23 - Trần Minh Thái
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
ập trụ đỡ để xây dựng công trình ngăn sông vùng triều
2.2.2. Kiểm tra xói hạ lu cống
Lu tốc trung bình của dòng chảy qua cống:
V
max
=
hB
Q
c
tn
.
(2-2)
Lu tốc trung bình cho phép
V
cp
(không xói) của đáy sông là đất không dính
tham khảo bảng 2-2.
Bảng 2-2 Lu tốc trung bình cho phép đối với đất không dính (TC Nga Cm 24-2396)
Tên các loại
đất không dính
Kích thớc
hạt đất (mm)
V
cp
(m/s) ứng với chiều sâu trung bình của dòng chảy h
tb
(m)
h
tb
= 0,4 h
tb
= 1,0 h
tb
= 2,0
h
tb
3,0
Bụi và bùn 0,005
-
0 0,12
-
0,17
0,15
-
0,21
0,17
-
0,24
0,19
-
0,26
Cát nhỏ 0,05
-
0 0,17
-
0,27
0,21
-
0,32
0,24
-
0,37
0,26
-
0,4
Cát vừa 0,25
-
1 0,27
-
0,47
0,32
-
0,57
0,37
-
0,65
0,4
-
0,7
Cát lớn 1
-
3 0,47
-
0,53
0,57
-
0,65
0,65
-
0,75
0,7
-
0,8
Sỏi nhỏ 2,5
-
5 0,53
-
0,65
0,65
-
0,8 0,75
-
0,9 0,8
-
0,95
Sỏi vừa 5
-
10
0,65
-
0,8 0,8
-
1 0,9
-
1,1 0,95
-
1,2
Sỏi lớn 10
-
15
0,8
-
0,95
1
-
1,2 1,1
-
1,3 1,2
-
1,4
Cuội nhỏ 15
-
25
0,95
-
1,2 1,2
-
1,4 1,3
-
1,6 1,4
-
1,8
Cuội vừa 25
-
40
1,2
-
1,5 1,4
-
1,8 1,6
-
2,1 1,8
-
2,2
Cuội lớn 40
-
75
1,5
-
2 1,8
-
2,4 2,1
-
2,8 2,2
-
3
Kết luận:
Với bài toán này ta đã tìm đợc cặp thông số: bề rộng cống và cao trình
ngỡng cống để phục vụ quá trình tính toán kết cấu trụ đỡ và dầm đáy.
Cũng qua bài toán này ta có thể lựa chọn hình thức và kích thớc sân nối tiếp
thợng và hạ lu cống.
Sơ bộ chọn số khoang cống, số trụ và chiều rộng mỗi khoang. Tuy nhiên cần
chính xác lại theo điều kiện kinh tế - kỹ thuật của việc bố trí cửa van, dầm cầu và xử
lý nền móng mỗi trụ.
