LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẬP XÀ LAN BẢN DẦM PHỤC VỤ CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG VÙNG TRIỀU

Bộ giáo dục và đào tạo bộ nông nghiệp và PTNT
Trờng đại học thủy lợi
0o0





PHAN ĐìNH TUấN



Nghiên cứu phơng pháp tính toán thiết kế
đập xà lan bản dầm phục vụ công trình
ngăn sông vùng triều






Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà Nội - 2010
Bộ giáo dục và đào tạo bộ nông nghiệp và PTNT
Trờng đại học thủy lợi
0o0





PHAN ĐìNH TUấN



Nghiên cứu phơng pháp tính toán thiết kế
đập xà lan bản dầm phục vụ công trình
ngăn sông vùng triều


Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy
Mã số : 60 - 58 - 40


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Trần Đình Hòa
2. PGS.TS Nguyễn Trung Việt

Hà Nội - 2010

Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trương Đình Dụ,
PGS.TS Trần Đình Hòa, ThS Trần Văn Thái, TS Nguyễn Trung Việt những người đã
hướng dẫn, vạch ra những định hướng khoa học để tác giả hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành 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 nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ Đập xà
lan bản dầm ứng dụng cho khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
Xin cảm ơn lãnh đạo tỉnh, sở, ban quản lý dự án của các tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau,
Ban quản lý Đầu tư và Xây dựng thủy lợi 10 – Bộ NN&PTNT.
Xin 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 thời gian tác giả học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia
đình đã đông viên trong suốt quá trình viết luận văn.
Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2010.
TÁC GIẢ




Phan Đình Tuấn

Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

PHỤ LỤC 5
MỞ ĐẦU 1

Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ĐẬP XÀ
LAN 3

1.1. Tổng quan về công nghệ Đập xà lan 3

1.1.1. Ở nước ngoài 3

1.1.2. Trong nước 9

1.2. Kết luận chương 1 16

Chương 2. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT
KẾ ĐẬP XÀ LAN BẢN DẦM 17

2.1. Cấu tạo, nguyên lý Đập xà lan bản dầm 17

2.1.1. Cấu tạo và bố trí kết cấu 17

2.1.2. Nguyên lý thiết kế [4] 19

2.2. Nguyên tắc chung khi thiết kế đập xà lan bản dầm. 20

2.2.1. Nguyên tắc chung[4] 20
2.2.2. Lựa chọn vị trí[4] 20

2.3. Phương pháp thiết kế Đập xà lan bản dầm 21

2.3.1. Cách xác định các kích thước, cao trình cơ bản của đập xà lan [4] 21

2.3.2. Phân tích lựa chọn loại hình cửa van áp dụng cho công đập xà lan bản dầm
29

2.3.3. Phân tích lực và tổ hợp lực tác dụng 30

2.3.4. Ổn định kết cấu[11] 34

2.3.5. Ổn định hạ chìm 40

2.3.6. Ổn định thấm[11], [13], [15] 46

2.3.7. Ổn định nền, lún đáy đập xà lan [1],[2], [10], [14] 50

2.3.8. Ổn định trượt lật[11], [13], [15] 54

2.4. Biện pháp thi công Đập xà lan bản dầm[4] 61

2.4.1. Vị trí chế tạo đập xà lan 61

Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2.4.2. Lai dắt và đánh đắm 65

2.4.3. Chế tạo xà lan 66

2.4.4. Sơ đồ trình tự thi công 67

Chương 3. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHO CÔNG TRÌNH CỐNG
NĂM KIỆU – HUYỆN NGÃ NĂM – SÓC TRĂNG 68
3.1. Giới thiệu chung về công trình 68

3.2. Đặc điểm tự nhiên, dân sinh, xã hội 69

3.2.1. Địa hình, địa mạo 69

3.2.2. Địa chất công trình 69

3.3. Thông số tính toán 70

3.3.1. Các tổ hợp mực nước tính toán 70

3.3.2. Khẩu độ rộng cống 70

3.3.3. Chiều dài xà lan. 70

3.3.4. Bề rộng trụ pin. 71

3.4. Thiết kế công trình 71

3.4.1. Thiết kế tính toán ổn định công trình 71

3.4.2. Thiết kế biện pháp thi công 82

3.5. Phân tích hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và phạm vi ứng dụng đập xà lan bản dầm 86

3.5.1. Hiệu quả kinh tế xã hội 86

3.5.2. Hiệu quả về kỹ thuật 87

3.5.3. Phạm vi áp dụng 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

1.

Kết luận 89

2.

Kiến nghị 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HOÀN
THIỆN CÔNG TRÌNH 92

PHỤ LỤC 2: CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 95



Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Tỷ lệ tham khảo chọn bề rộng cống so với bề rộng kênh 22

Bảng 2-2: Giá trị modun phản lực nền của một số loại đất 40

Bảng 2-3: Gradien ra cho phép 50

Bảng 2-4: Trị số cho phép tỷ sổ của trị lớn nhất và nhỏ nhất áp lực đáy móng 54

Bảng 2-5: Giá trị Nc, Nq, N 58

Bảng 3-1: Sức chịu tải của nền với các phương pháp khác nhau. 76

Bảng 3-2: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra thấm dưới nền cống 81

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Một số hình ảnh cống Veerse gat dam 4

Hình 1-2: Các bước xây dựng công trình Oosterchele 5

Hình 1-3: Các bước xây dựng Đập Bradock - Mỹ 7

Hình 1-4: Tổng thể công trình Montezuma 8

Hình 1-5: Dự án ngăn các cửa sông ở Venice - Italia 9

Hình 1-6: Cắt dọc đập xà lan BTCT 11

Hình 1-7: Cắt ngang xà lan BTCT 11

Hình 1-8: Mô hình đập Xà lan 12

Hình 1-9: Cắt dọc đập xà lan tường bản sườn 12

Hình 1-10: Cắt ngang đập xà lan tường bản sườn 12

Hình 1-11 : Cống Phước Long - Bạc Liêu 14

Hình 1-12 : Cống Rạch Lùm – Cà Mau 14

Hình 2-1: Cắt ngang kết cấu đập xà lan bản dầm 18

Hình 2-2: Mặt bằng kết cấu đập xà lan bản dầm 18

Hình 2-3: Cắt dọc kết cấu đập xà lan bản dầm 19

Hình 2-4: Phối cảnh đập xà lan bản dầm dùng cửa van clape 19

Hình 2-5: Xác định chiều rộng cống hợp lý 22

Hình 2-6: Cách tìm chiều rộng cống tối ưu 24

Hình 2-7: Các kích thước và ký hiệu cơ bản đập của xà lan 25

Hình 2-8: Diễn biến tâm nổi và tâm ổn định khi nghiêng 26

Hình 2-9: Các lực tác dụng lên công trình, tổ hợp giữ ngọt 30

Hình 2-10: Các lực tác dụng tổ hợp ngăn mặn( loại cửa van clape trục dưới) 33

Hình 2-11: Lực tác dụng vào công trình – tổ hợp giữ ngọt 34

Hình 2-12: Lực tác dụng vào công trình- tổ hợp ngăn mặn 34

Hình 2-13: Sơ đồ chia lưới phần tử để tính toán kết cấu xà lan trên nền đàn hồi . 37

Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hình 2-14: Xác định modun phản lực nền 38

Hình 2-15: Mô phỏng xu thế nghiêng đập xà lan bản dầm 41

Hình 2-16: Momen hồi phục 42

Hình 2-17: Lập công thức tính tay đòn ổn định tĩnh 42

Hình 2-18: Sự di chuyển khối nước gây nghiêng ( giai đoạn 1) 43

Hình 2-19: Sự di chuyển khối nước gây nghiêng (giai đoạn 2) 43

Hình 2-20: Xà lan cân bằng 45

Hình 2-21: Xà lan sẽ giảm nghiêng 45

Hình 2-22: Xà lan sẽ tiếp tục nghiêng hơn 45

Hình 2-23: Xác định Mh, Mn, Mch 45
Hình 2-24: Sơ đồ tính thấm 47

Hình 2-25: Sơ đồ tính thấm 49

Hình 2-26: Sơ đồ tính toán lún công trình 52

Hình 2-27: Thí nghiệm nén lún không nở hông 53

Hình 2-28: Sơ đồ tính trượt hỗn hợp 56

Hình 2-29: Đồ thị xác định L’
1
57

Hình 2-30: Đồ thị quan hệ t
gh
~ p
gh
58

Hình 2-31: Quan hệ giưa R’gh~ ’~Rgh~ 58

Hình 2-32: Chế tạo xà lan trên bờ 64

Hình 3-1: Kí hiệu kết cấu 71

Hình 3-2: Áp lực đất mang cống tác dụng lên xà lan 72

Hình 3-3: Sơ đồ lực tính toán cho tổ hợp 2 (tổ hợp vận hành) 72

Hình 3-4: Mô hình tính toán đập xà lan bằng Sap 2000 V12.0 73

Hình 3-5: Sơ đồ tính toán ổn định lún công trình. 77

Hình 3-6: Cắt dọc công trình cống xà lan Năm Kiệu (Dự án PRMN) 79

Hình 3-7: Mô mình tính toán thấm qua cống bằng module Seep-Geo 81

Hình 3-8: Biểu đồ Gradian thấm cửa ra công trình. 81

Hình 3-9: Sơ đồ phân đợt đổ bê tông cống xà lan bản dầm 83

Hình 3-10: Sơ đồ phân đợt đổ bê tông phai bản dầm. 84

Hình 3-11: Hình ảnh trình tự thi công công trình 94

PHỤ LỤC
Phụ lục 3-1: Kết quả tính toán nội lực tổ hợp 1 96

Phụ lục 3-2: Kết quả tính toán nội lực tổ hợp 2. 99

Phụ lục 3-3: Tính toán bố trí thép cho hệ dầm cột xà lan(dùng nội lực ở tổ hợp 1)
102

Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Phụ lục 3-4: Tính toán bố trí thép cho bản đáy, tường bên xà lan(dùng nội lực ở

tổ hợp 1) 103

Phụ lục 3-5: Kiểm tra nứt hệ dầm cột của xà lan(dùng nội lực ở tổ hợp 2 để tính)
104

Phụ lục 3-6: Kiểm tra nứt bản đáy và tường bên(dùng nội lực ở tổ hợp 2 để tính)
105

Phụ lục 3-7: Tính toán lực tác dụng lên xà lan tổ hợp ngăn mặn. 106

Phụ lục 3-8: Tổ hợp lực tác dụng lên công trình trường hợp ngăn mặn 109

Phụ lục 3-9: Tính toán lực tác dụng lên xà lan tổ hợp giữ ngọt. 110
Phụ lục 3-10: Tổ hợp lực tác dụng lên công trình trường hợp giữa ngọt 113

Phụ lục 3-11: Tính toán lún cống xà lan. 114

Phụ lục 3-12: Bảng tính toán ứng suất gây lún và ứng suất tăng thêm. 114

Phụ lục 3-13: Tính toán thấm qua công trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn
115

Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 1
MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện nay, một số tỉnh thuộc đồng bằng Sông Cửu Long như Bến Tre, Trà Vinh,
Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang…đã và đang lập điều
chỉnh qui hoạch sản xuất: Qui hoạch vùng trồng lúa để đảm bảo an toàn lương thực
(vùng sinh thái nước ngọt) và chuyển đổi cơ cấu sản xuất (vùng sinh thái nước mặn).

- Vùng sinh thái nước ngọt: yêu cầu ngăn mặn giữ ngọt để trồng lúa.
- Vùng sinh thái nước mặn: yêu cầu cung cấp nguồn nước mặn, và có nguồn
nước ngọt điều tiết độ mặn để nuôi tôm.
Do đó, việc phân ranh hai vùng sinh thái “Mặn - Ngọt” đòi hỏi phải có giải pháp
công trình điều tiết nguồn nước theo yêu cầu sản xuất đặc thù trên. Để phục vụ yêu cầu
sản xuất, hàng năm nhân dân đắp đập thời vụ bằng đất và cừ tràm để ngăn mặn giữ
ngọt và để phân ranh vùng nuôi tôm và vùng trồng lúa và phải phá bỏ để thoát lũ vào
mùa mưa (tháng 5-6). Mặc dù việc làm đập thời vụ bằng đất khá rẻ nhưng việc đắp đất
bổ sung hàng năm là một vấn đề khó khăn, thậm chí nhiều nơi hiện nay không còn
nguồn đất để đắp nữa, mặt khác trong 6 tháng ngăn mặn thì thuyền bè qua lại rất khó
khăn và nhiều nơi môi trường hệ sinh thái bị ô nhiểm khá nặng nề.
Nhằm giải quyết những vấn đề kỹ thuật, khó khăn nói trên cho thực tế sản xuất,
những năm vừa qua Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam đã nghiên cứu và áp dụng thành
công công nghệ Đập xà lan mang lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao. Đập xà lan có kết
cấu đơn giản, đảm bảo yêu cầu ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu thoát lũ, hạn chế tối thiểu giải
toả đền bù, đảm bảo tốt nhất về giao thông thuỷ, kết hợp giao thông bộ, thi công lắp
đặt dễ dàng và có thể di chuyển tới một vị trí khác khi có yêu cầu về thay đổi vùng sản
xuất; Chi phí đầu tư thấp phù hợp với khả năng tài chính của nhà nước và địa phương.
Đập xà lan gồm hai dạng kết cấu chính là Đập xà lan dạng phao hộp và đập xà lan
dạng bản dầm.
Mặc dù Đập xà lan đã được nghiên cứu và áp dụng vào thực tế một cách mạnh
mẽ, tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện thêm
nhất là đối với Đập xà lan bản dầm. Trong luận văn này, tác giả đi sâu hơn về một số
nội dung mà các nghiên cứu trước đây mới đề cập đến một phần hoặc chưa đề cập đến
về công nghệ Đập xà lan dạng bản dầm. Cụ thể là các nội dung: Sơ đồ bố trí kết cấu
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 2
đập xà lan bản dầm, phương pháp tính toán kết cấu, phương pháp tính toán ổn định,
phương pháp hạ chìm, biện pháp thi công thì từ trước tới nay chưa có tài liệu nào đề
cập một cách đầy đủ.

Vì vậy, đề tài nghiên cứu của luận văn : “Nghiên cứu phương pháp tính toán thiết
kế đập xà lan bản dầm để phục vụ xây dựng công trình ngăn sông vùng triều” rất có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn:
Là đập xà lan bản dầm, phạm vi nghiên cứu là đập xà lan bản dầm bằng vật liệu
bê tông cốt thép có khẩu độ thoát nước < 10m
3. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu phương pháp tính toán thiết kế đập xà lan bản dầm để xây dựng công
trình ngăn sông vùng triều.
4. Cách tiếp cần và phương pháp nghiên cứu.
- Cách tiếp cận:
+ Tiếp cận một 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 trình
ngăn sông trên thế giới cũng như trong nước đã có.
+ Tìm hiểu, thu thập và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, khảo sát thực
tế hiện trạng những vị trí đề xuất xây dựng công trình.
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu.
+ Tổng hợp lý thuyết
+ Sử dụng các phần mềm về phân tích kết cấu và địa kỹ thuật.
5. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu đối với loại đập xà lan bản dầm. Nội dung nghiên
cứu của luận văn bao gồm:
Tổng quan về công nghệ đập xà lan; Sơ đồ bố trí kết cấu đập xà lan bản dầm;
Phương pháp tính toán kết cấu; Phương pháp tính toán ổn định; Phương pháp hạ chìm;
Biện pháp thi công; Thiết kế ứng dụng cho 01 công trình ngoài thực tế.
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 3
Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG
ĐẬP XÀ LAN

1.1. Tổng quan về công nghệ Đập xà lan
1.1.1. Ở nước ngoài
Việc nghiên cứu, áp dụng các công nghệ mới trong xây dựng các công trình thủy
lợi đã được các nước hết sức chú trọng và đi trước chúng ta từ rất lâu. Phần lớn là các
công trình ngăn sông lớn. Tuy nhiên, chỉ những nước chịu ảnh hưởng xấu trực tiếp của
biển và có nền kinh tế mạnh mới có các công trình lớn. Tùy thuộc vào điều kiện tự
nhiên, nhiệm vụ công trình cũng như khả năng kinh tế kỹ thuật của mỗi nước, những
công trình ngăn sông lớn trên thế giới rất đa dạng về kết cấu và phong phú về giải
pháp xây dựng, lắp đặt công trình. Các công trình lớn nổi bật nhất tập trung ở một số
nước như Hà Lan, Anh, Italia, Mỹ v.v Trong đó, ấn tượng nhất là những công trình
ngăn sông, ven biển của Hà Lan. Hà Lan là nước có cao độ đất tự nhiên thấp hơn mực
nước biển, do vậy hệ thống công trình thủy lợi ngăn các cửa sông của nước này khá
hoàn chỉnh với công nghệ và quy mô hiện đại vào loại nhất thế giới. Các công trình
ngăn sông ở nước này đều có nhiệm vụ ngăn triều hoặc kiểm soát triều và chống ngập
úng.
Dưới đây tác giả tổng quan một số công trình, công nghệ ngăn sông lớn áp dụng
theo nguyên lý lực đẩy Acsimets tiêu biểu đã được xây dựng và đưa vào sử dụng ở các
nước trên thế giới.
1.1.1.1. Các công trình ngăn sông ở Hà Lan
Hà Lan là nước có phần lớn đất tự nhiên có cao độ thấp hơn mực nước biển.
Người Hà Lan luôn phải chống chọi với biển Bắc. Trận lũ năm đã tàn phá đất nước
gây ra những thiệt hại to lớn về người và của. Để ngăn những thảm họa tương tự,
chính phủ Hà Lan đã đề ra dự án Delta nhằm bảo vệ người dân vùng Tây Nam Hà Lan
(Zeeland và Nam Hà Lan) chống lại biển Bắc. Dự án Delta gồm khoảng 9 công trình
ngăn sông và cửa sông chính
Trong dự án này, các công nghệ xây dựng mới đã được nghiên cứu và ứng dụng.
Trong đó, tư tưởng chủ đạo trong lựa chọn công nghệ xây dựng công trình là: Thi công
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 4
các cấu kiện chính của công trình ở một địa điểm khác, lai dắt đến vị trí xây dựng để

đánh đắm hoàn thiện công trình.
Đập Veerse gat
Đập Veerse gat được xây dựng để bảo vệ cho vùng Walcheren, Bắc - Beveland
và Nam - Beveland khỏi các thảm họa từ thủy triều biển Bắc. Công trình được hoàn
thiện năm 1961.

Thi công đúc xà lan trong hố móng

Di chuyển xà lan đến vị trí công trình


Lắp ghép và hạ chìm xà lan

Công trình đã hoàn thiện
Hình 1-1: Một số hình ảnh cống Veerse gat dam
Nói chung kết cấu đập Veerse gat khá phức tạp. Xà lan là kết cấu rỗng lớn được
chia ra thành các vách ngăn. Điều đặc biệt là trên các xà lan đều có các lỗ hổng có gắn
cửa van, điều này là cần thiết vì các xà lan không những phải ngăn nước mà còn phải
cho thủy triều chảy vào và rút ra trong suốt quá trình thi công.
Cống Oosterschelde
Cống Oosterschelde là một công trình vĩ đại của Hà Lan, là công trình kiểm soát
lũ dài gần 3 km, xuyên qua ba con sông của vùng Đông Schelde, cửa van phẳng, mỗi
cửa rộng 41,3 m, tổng 2.480 m. Công trình khởi công vào năm 1976 và hoàn thành
ngày 04/10/1986, giá thành xây dựng công trình này vào khoảng 3 tỷ đô la Mỹ. Công
trình này được đánh giá là kỳ quan thứ 8 của thế giới.
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 5
Toàn bộ đập được tạo thành bởi 65 trụ dạng hộp rỗng, được chế tạo ở nơi khác
sau đó di chuyển đến và lắp đặt vào vị trí. Giữa các trụ là 62 cửa van bằng thép, mỗi
cửa rộng 41,3 m, cao 5,9  11,9 m, nặng 480 T, đóng mở bằng xi-lanh thủy lực. Tổng

chiều rộng cửa thông nước là 2560,6 m. Thời gian đóng (mở) toàn bộ hệ thống cửa này
chỉ trong vòng một giờ.
Trong điều kiện khí hậu bình thường, đập cho phép nước thủy triều tự do lưu
thông qua cửa sông phía Đông Schelde để đảm bảo cân bằng môi trường hệ sinh thái
nhờ sự hoạt động lên xuống của thủy triều có lợi cho cuộc sống của chim, cá và ngành
công nghiệp cá của địa phương, thậm trí cho cả công viên quốc gia Biesbosch. Trong
trường hợp có bão lớn (như trận bão năm 1953), các cửa van sẽ được đóng xuống để
ngăn triều không cho chúng tràn ngập các vùng đất thấp gần đó.
Hình 1-2: Các bước xây dựng công trình Oosterchele

Thiết kế các hạng mục công trình

Chế tạo các trụ trong hố móng
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 6

Thi công nền móng công trình


Di chuyển các trụ đến vị trí công trình


Lắp đặt các trụ và cửa van

Công trình đã hoàn thiện
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 7
1.1.1.2. Các công trình ngăn sông ở Mỹ
Công trình Braddock
Tại Mỹ, trong dự án xây dựng các bậc nước trên sông Monongahela để phục vụ cho

vận tải thủy, có rất nhiều công trình ngăn sông lớn được xây dựng. Trong đó, đập
Braddock là một điển hình cho việc xây dựng công trình ngay trên sông với nguyên lý
dạng phao. Đập gồm 5 khoang, mỗi khoang rộng 33,6 m.
Toàn bộ đập được ghép bởi hai đơn nguyên xà lan bê-tông, những xà lan này
được đúc trong hố móng cách vị trí công trình 25,9 dặm trong khi các phần việc tại vị
trí hố móng công trình cũng được hoàn thiện. Mỗi đơn nguyên bao gồm ngưỡng cửa
van, một phần bể tiêu năng và phần đế trụ pin. Đơn nguyên 1 có chiều dài theo tim đập
là 101,6 m bao gồm những khoang tràn tự do, khoang cửa van điều tiết chất lượng
nước và một khoang cửa van thông thường. Đơn nguyên 2 có chiều dài theo tim đập là
80,8 m gồm hai khoang cửa van thông thường. Mỗi đơn nguyên đều có kích thước từ
thượng lưu về hạ lưu là 31,9 m và tất cả các khoang cửa rộng 33,6 m.
Sau khi các đơn nguyên được chế tạo xong trong hố móng, chúng được làm nổi
và di chuyển ra vị trí công trình đánh chìm xuống vị trí được chuẩn bị sẵn.
Hình 1-3: Các bước xây dựng Đập Bradock - Mỹ

Chế tạo các xà lan trong hố móng


Thi công nền móng công trình
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 8


Di chuyển xà lan đến vị trí công trình

Định vị, hạ chìm xà lan
Cống ngăn mặn Montezuma
Cống ngăn mặn Montezuma trên cửa sông Montezuma, được thiết kế và xây
dựng để ngăn nước mặn xâm nhập vào sông Sacramento từ vịnh San Fransisco. Công
trình gồm 3 đơn nguyên bê-tông cốt thép dạng phao nổi được đúc sẵn trên một ụ nổi ở

gần vị trí xây dựng, sau đó được hạ thủy bằng cách làm nghiêng ụ nổi và được di
chuyển đến vị trí công trình, định vị và hạ chìm xuống nền. Công trình có 3 khoang
cửa van cung rộng 11 m để điều tiết nước và 2 khoang cửa khống chế mực nước rộng
20,1m, ngoài ra còn có một âu thuyền rộng 6,1m dài 21,3m. Công trình được hoàn
thành vào năm 1988 với chi phí khoảng 12,5 triệu USD so với khoảng 25 triệu USD
nếu thi công công trình theo phương án truyền thống.

Chế tạo một đơn nguyên trên ụ nổi

Lắp đặt và hoàn thiện
Hình 1-4: Tổng thể công trình Montezuma
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 9
1.1.1.3. Các công trình ngăn sông thuộc dự án Mose ở Italia
Trong dự án xây dựng các công trình giảm nhẹ lụt lội do triều cường cho thành
phố Venice - Italia, các chuyên gia của Italia đã đề xuất phương án ngăn 3 cửa nhận
nước từ vịnh Vinece là cửa LiDo, Malamocco, Chioggia bằng hệ thống gồm 78 cửa
van bằng thép trên hệ thống xà lan, mỗi cửa cao 18  28 m, rộng 20 m, dày 5 m (Hình
1.25). Cửa van là loại Clape phao trục dưới khi cần tháo lũ thì bơm nước vào bụng cửa
van để cửa hạ xuống, khi cần ngăn triều thì bơm nước ra khỏi bụng để cửa tự nổi lên.
Dự án này dự kiến làm trong 10 năm và tiêu tốn tới 4,8 tỷ USD. 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 được quyết định đầu tư xây dựng từ 2006 - 2014.

Hình 1-5: Dự án ngăn các cửa sông ở Venice - Italia
1.1.2. Trong nước
1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng
- Trong kỹ thuật khi hàn khẩu đê người ta đã cho đánh đắm các thuyền, xà lan
lớn chở đất, cát đá tại vị trí bị vỡ để hàn khẩu đê

- Ngoài ra nguyên lý đánh đắm cửa van phao Clape trục trên đã được ứng dụng
để làm khô đường hầm khi thi công nhà máy thuỷ điện Hoà Bình vào khoảng năm
1980.Ở đây người ta đã dùng cửa van phao Clape trục trên đặt cuối đường hầm, khi
bơm nước vào cửa van phao Clape, cửa van sẽ chìm xuống và bịt kín đường hầm.
- Khi thi công cảng Cái Lân- Quảng Ninh, các chuyên gia tư vấn Jica(Nhật Bản)
và Tedy (Việt Nam) đã chọn phương án bến cảng thùng chìm, các thùng chìm có kích
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 10
thước dài x rộng x cao =20x11x16m được đúc trên ụ nổi, sau đó đánh chìm ụ nổi để
kéo các thùng ra vị trí lắp ghép thành cảng.
- Tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long trong những năm trước đây, trước tình
hình bức xúc của thực tế sản xuất, hàng năm phải thi công hàng trăm đập tạm, năm
2002 Công ty cổ phần bê tông đúc sẵn 620 đã sản xuất 01 đập phao thời vụ có kích
thước 8x4x4m, để ngăn một kênh nhỏ hơn 10m, sâu 2 đến 2,5m. Do chưa được nghiên
cứu thiết kế đầy đủ nên đập phao loại này không giải quyết được việc điều tiết dòng
chảy vì không có cửa van.
Nguyên lý mới cơ bản của công nghệ cống đập xà lan của Viện Khoa học Thuỷ
lợi Việt Nam [3] là không cần xử lý nền hoặc xử lý nhẹ trên nền đất yếu có

= 3
o

÷5
o
. Di chuyển xà lan không cần phương tiện hỗ trợ nổi.
- Năm 1992 - 1995 trong đề tài KC-12-10 đã có kết quả nghiên cứu cống đập xà
lan.
- Năm 2003 đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu thiết kế chế tạo đập xà lan di động” đã
được triển khai và có kết quả nghiên cứu[3].
- Năm 2004 thực hiện dự án SXTN cấp nhà nước DAĐL-2004/06: “Hoàn thiện

công nghệ thiết kế, chế tạo thi công và quản lý vận hành đập xà lan di động áp dụng
cho vùng triều phục vụ các công trình ngăn sông vùng ven biển”. Dự án đã được hoàn
thành, nghiệm thu và được đánh giá cao[4].
- Năm 2004, triển khai ứng dụng thử nghiệm thành công vào công trình Phước
Long - Bạc Liêu chênh lệch cột nước H=0.7m, độ sâu 3,7m, chiều rộng kênh 32m,
chiều rộng cống 12m[5].
- Năm 2005, áp dụng thử nghiệm tiếp ở cống Thông Lưu - Vĩnh Lợi - Bạc Liêu
với chênh lệch cột nước H=2.2m, độ sâu 3.5m, chiều rộng kênh 25m, chiều rộng
cống 10m[5].
Đập xà lan có 2 dạng:
- Xà lan dạng hộp.
- Xà lan dạng bản dầm.
1.1.2.2. Nguyên lý làm việc của đập xà lan
Đập xà lan thiết kế dựa trên các nguyên lý sau:
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 11
- Ổn định ứng suất, lún: Giảm nhỏ ứng suất đáy móng để ứng suất nhỏ hơn ứng
suất cho phép của đất nền, biến dạng nhỏ hơn biến dạng cho phép mà không phải xử lý
nền.
- Ổn định trượt lật: Dùng ma sát đáy và tường biên và bố trí công trình hợp lý.
- Chống thấm: Bằng đường viền ngang dưới bản đáy công trình.
- Chống xói: Tính lưu tốc sau cống nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của đất nền
Vc<[Vx], trong một số trường hợp có gia có chống xói cục bộ bằng thảm đá.
1.1.2.3. Cấu tạo cơ bản đập xà lan
a. Xà lan dạng hộp phao
Xà lan dạng hộp phao là đập xà lan có hộp đáy, trụ pin là các hộp phao rỗng,
khả năng nổi của xà lan phụ thuộc chủ yếu vào kích thước hộp đáy. Được đánh chìm
và làm nổi bằng cách bơm nước vào hoặc ra khỏi hộp đáy bằng hệ thống bơm và
đương ống bố trí sẵn trong xà lan. Vật liệu chế tạo đập Xà lan có thể là Thép hoặc bê
tông cốt thép.











Hình 1-6: Cắt dọc đập xà lan BTCT





Hình 1-7: Cắt ngang xà lan BTCT
1. Cửa van 2. Hộp đáy 3. Vách dọc giữa 4. Vách ngang giữa
5. Dầm dọc 6. Trụ pin 7. Tời 8. Nắp hầm
9. Hệ thống bơm 10. Đường ống 11. Cầu thang 12. Lan can
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 12

Hình 1-8: Mô hình đập Xà lan
b. Kết cấu xà lan bản dầm bê tông cốt thép.
IIIIII
III II I
DÇm ngangDÇm ngang
DÇm ®ì cöa van, phai
CÇu giao th«ng

Sên ®øngSên ®øng
Sên ®øng
Khe phai
Sên ®øng
Sên ®øng
DÇm ngang
Khe phai di chuyÓn
Khe phai di chuyÓn

Hình 1-9: Cắt dọc đập xà lan tường bản sườn
Đập xà lan tường bản sườn BTCT là đập được tạo thành bởi bản đáy đổ liền
khối với hai trụ pin song song, đều là bản có gia cường bằng hệ thống sườn và dầm đỡ.
Khi bịt kín hai đầu bằng tấm phai hoặc cửa van thì tạo thành đập xà lan để di chuyển
đến vị trí xây dựng.
MÆt cÇu giao th«ng
Sên ®øng Sên ®øng
DÇm däcDÇm ngang
Sên ngang
Sên ngang
Sên ngang
DÇm ngang DÇm däc
Sên ngang
Sên ngang
Sên ®øng
DÇm ngang

Hình 1-10: Cắt ngang đập xà lan tường bản sườn
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 13
1.1.2.4. Giải pháp thi công

- Chế tạo xà lan :
+ Phần xà lan được chế tạo ngay vị trí công trình, trong nhà máy, trong hố thi
công hoặc được đúng bằng hệ nổi
+ Lắp đạt cửa van và thiết bị vậ hành lên phần xà lan
+ Hạ thuỷ để di chuyển đến vị trí xây dựng công trình
- Lắp dựng công trình:
+ Hố móng được đào bằng máy hút bùn và làm bằng bằng máy chuyên dụng
+ Dùng tàu kéo lai dắt phần xà lan vào vị trí xác định xây dựng công trình tiến
hành bơm nước vào thân xà lan và đánh đắm.
+ Đắp đất mang cống và lát bảo vệ mái thượng hạ lưu
1.1.2.5. Tình hình ứng dụng đập xà lan ngoài thực tế
- Năm 1992, 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
KC12-10 [3] do GS.TS Trương Đình Dụ làm chủ nhiệm đã đề xuất công nghệ đập xà
lan di động. Công nghệ đập xà lan di động được thiết kế thi công theo nguyên lý tối
ưu, kết cấu nhẹ thích hợp với nền đất yếu có chênh lệch cột nước thấp, lưu lượng tiêu
đơn vị nhỏ đã khắc phục được các nhược điểm trên của công trình truyền thống.
- Năm 2003 được nghiên cứu sâu hơn trong đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu thiết kế
chế tạo đập ngăn mặn di động, phục vụ chuyển đổi cơ cấu kinh tế vùng ĐBSCL.
- Giai đoạn năm 2004-2007 được nghiên cứu tiếp trong dự án cấp nhà nước
"Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo thi công và quản lý vận hành đập xà lan di
động áp dụng cho vùng triều phục vụ các công trình ngăn sông vùng ven biển".[4]
- Năm 2006-2008: Các công nghệ ngăn sông mới đã được tổng kết và đồng thời
một số công nghệ mới được đề xuất trong đề tài cấp Bộ "Nghiên cứu các giải pháp
thiết kế, xây dựng công trình ngăn sông lớn vùng ĐBSCL", do PGS.TS. Trần Đình
Hoà – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam làm chủ nhiệm. [8]
Sau khi các đề tài nghiên cứu được đánh giá, tổng kết, công nghệ đập xà lan di
động đã ứng dụng thử nghiệm thành công vào một số công trình như:
+ Năm 2004: Hoàn thành công trình Phước Long – Bạc Liêu, chênh lệch cột
nước H=0.7m, độ sâu 3,7m, chiều rộng kênh 32m, chiều rộng cống 12m.

Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 14

Hình 1-11 : Cống Phước Long - Bạc Liêu
+ Năm 2005: Hoàn thành cống Thông Lưu tỉnh Bạc Liêu với chênh lệch cột nước
H=2.2m, độ sâu 3.5m, chiều rộng kênh 25m, chiều rộng cống B = 10m.
+ Năm 2007: Hoàn thành cống Minh Hà tỉnh Cà Mau với chênh lệch cột nước
H=2,3m, độ sâu 3,5m, chiều rộng thông nước B=10m; Hoàn thành 7 cống thuộc tiểu
dự án Ô Môn - Xà No địa bàn tỉnh Hậu Giang, Kiên Giang, TP Cần Thơ, các cống có
chiều rộng thông nước từ 5-10m.
+ Năm 2008: Hoàn
thành cống Rạch Lùm – Cà
Mau có bề rộng thông nước
B=10m, cửa van tự động
một chiều.

Hình 1-12 : Cống Rạch Lùm – Cà Mau
+ Từ năm 2008 - đến nay: Các cơ quan có thẩm quyền đã phê duyệt dự án đầu
tư, phê duyệt thiết kế bản vẽ thi công cho gần 100 công trình ở Đồng Bằng Sông Cửu
Long, trong đó cống có chiều rộng cửa lớn nhất là 16m (01 cửa). Có nhiều cống đã thi
công cơ bản hoàn thành như 9 cống thuộc địa bàn tỉnh Sóc Trăng thuộc Hệ thống công
trình phân ranh mặn ngọt tỉnh Sóc Trăng - Bạc Liêu .
1.1.2.6. Nhận xét đánh chung về công nghệ đập xà lan
* Hiệu quả kinh tế kỹ thuật và xã hội

Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 15
+ Hiệu quả kinh tế
- Giá thành rẻ, tổng mức chi phí đầu tư cho xây dựng đập Xà lan vào khoảng
60% - 70% so với cống truyền thống có cùng điều kiện.

- Khả năng di chuyển của công trình trong trường hợp thay đổi vị trí tuyến do
yêu cầu chuyển đổi sản xuất không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn làm lợi
kinh tế rất nhiều do sử dụng lại kết cấu công trình và không mất chi phí phá dỡ.
- Thay thế được đập tạm bằng đất lạc hậu, tránh lãng phí và gây ô nhiễm môi
trường.
+ Hiệu quả kỹ thuật
- Đập Xà lan mở thêm một hướng đi mới cho công nghệ ngăn sông, thúc đẩy sự
phát triển công nghệ mới trong xây dựng công trình thủy lợi nói chung.
- Sử dụng khả năng chịu lực của nền tự nhiên để xây dựng công trình mà không
phải xử lý nền đất yếu một cách tốn kém.
- Tối ưu hóa được kết cấu, tiết kiệm nguyên vật liệu.
- Thi công nhanh, giảm được diện tích chiếm đất xây dựng công trình.
- Công trình mang tính kiên cố bền vững, quản lý vận hành dễ dàng.
- Đập Xà lan có thể chế tạo lắp đặt theo tính chất công nghiệp.
+ Hiệu quả xã hội
- Đập Xà lan được thi công lắp đặt ngay trên lòng sông vì thế không phải đền bù
giải phóng mặt bằng, di dời nhà cửa để xây dựng công trình như công nghệ truyền
thống.
- Đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế của khu vực chịu ảnh hưởng triều để
nâng cao đời sống nhân dân, góp phần ổn định tình hình xã hội ở vùng ven biển.
- Công nghệ đập Xà lan mang lại hiệu quả cao hơn trong xây dựng cho những
vùng giao thông kém phát triển, vận chuyển nguyên vật liệu khó khăn, điều kiện tự
nhiên phức tạp như vùng sâu, vùng xa bán đảo Cà Mau.
- Tính năng di động của đập Xà lan đáp ứng được yêu cầu quy hoạch mở, phát
triển kinh tế trong tương lai, góp phần vào công cuộc hiện đại hóa nông nghiệp.
- Không làm ô nhiễm môi trường khu vực do thi công đắp và phá dỡ đập tạm gây
nên. Công nghệ đập Xà lan gần như không làm thay đổi cảnh quan môi trường tự
nhiên (không phải làm mặt bằng và dẫn dòng thi công ).
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 16

- Do mở rộng khẩu độ nên tăng khả năng tiêu thoát lũ và bảo vệ môi trường cho
khu vực tốt hơn so với đập tạm và cống truyền thống.
Thành công của công nghệ đập Xà lan đã được ghi nhận ở giải thưởng
VIFOTECH năm 2006, được cấp bằng độc quyền sáng chế năm 2007 và được Hội
đồng Điều phối Xây dựng châu Á (ACECC - Asian Civil Engineering Coordinating
Council) quyết định trao giải thưởng 1 trong 5 công nghệ xuất sắc tháng 8 /2007.
1.2. Kết luận chương 1
Qua tổng hợp, phân tích thấy rằng, việc sử dụng kết cấu dạng phao hộp bằng bê
tông cốt thép có thể nổi và di chuyển trên mặt nước trong xây dựng công trình đã được
một số nước trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng từ rất sớm. Cho đến nay vẫn còn
được tiếp tục nghiên cứu áp dụng cho xây dựng các công trình ngăn sông. Tuy nhiên,
các công trình này thường rất lớn, hiện đại và các thông tin có được là hết sức hạn chế.
Ở nước ta từ những năm 1992 đã có những nghiên cứu bước đầu về công trình
dạng Phao (xà lan), đến năm 2004 mới được áp dụng lần đầu tiên vào công trình cống
Phước Long với khẩu độ cống 1 khoang rộng 12m. Đến nay, công nghệ này đang được
ứng dụng ngày một rộng rãi trong thực tế. Để công nghệ này ứng dụng tốt và hiệu quả
hơn nữa vào thực tế vẫn còn một số vấn đề kỹ thuật cần phải được nghiên cứu, phân
tích đầy đủ hoàn thiện hơn, nhất là đối với đập xà lan dạng bản sườn. Một trong số nội
dung đó đối với đập xà lan dạng bản dầm mà đề tài luận văn sẽ đi sâu tìm hiểu và cố
gắng giải quyết là:
- Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đập xà lan để trên
cơ sở đó xác định một số nội dung cần hoàn thiện trong công nghệ đập xà lan dạng bản
dầm.
- Nghiên cứu, đề xuất phương pháp và các công thức cơ bản để thiết kế, thi công
đập xà lan bản dầm cho trường hợp ngăn mặn và giữ ngọt.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu tính toán, thiết kế đập xà lan bản dầm cho công
trình cống ngoài thực tế.
- Đánh giá hiệu quả kinh tế xã hội, kỹ thuật của đập xà lan bản dầm cũng như
phạm vi ứng dụng của đập xà lan bản dầm.