Nghiên cứu và thiết kế hệ thống bơm hút bùn khí nén dùng cho thiết bị xử lý nền đập xà lan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LÊ ĐÌNH HƯNG

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM HÚT BÙN KHÍ NÉN
DÙNG CHO THIẾT BỊ XỬ LÝ NỀN ĐẬP XÀ LAN

Chuyên ngành:
Mã số:

Máy và tự động thủy khí
004704C810

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
MÁY VÀ TỰ ĐỘNG THỦY KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS. TS LÊ DANH LIÊN
Hà Nội - Năm 2010


LỜI CAM ĐOAN
Cam đoan luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu và Thiết kế hệ thống bơm hút bùn
khí nén dùng cho thiết bị xử lý nền đập Xà Lan do chính bản thân tôi độc lập nghiên
cứu nghiêm túc dưới sự hướng dẫn của GS.TS Lê Danh Liên.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung và tính trung thực của đề tài
nghiên cứu này ./.
NGƯỜI CAM ĐOAN

Lê Đình Hưng


MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................1
LỜI TÁC GIẢ .............................................................................................................4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG .........................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................7
PHẦN MỞ ĐẦU.......................................................................................................10
Chương I. TỔNG QUAN VỀ ĐẬP XÀ LAN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CẤP THIẾT
TRONG THI CÔNG HỐ MÓNG.............................................................................12
1.1. Giới thiệu công nghệ đập Xà Lan: .................................................................12
1.1.1. Tình hình nghiên cứu và triển khai thi công ở nước ngoài. ....................12
1.1.2. Tình hình nghiên cứu và triển khai trong nước.......................................13
1.1.3. Kết quả nghiên cứu và sự ra đời của đập xà lan. ....................................14
1.1.4. Cấu tạo đập xà lan. ..................................................................................15
1.1.5. Nguyên lý thiết kế đập xà lan: ................................................................17
1.1.6. Phân loại đập xà lan ................................................................................17
1.1.7. Một số dạng kết cấu đập xà lan...............................................................18
1.2. Đặc điểm, tính chất, thành phần của hỗn hợp đất của hố móng công trình ...37
1.2.1. Khái quát điều kiện tự nhiên: ..................................................................37
1.2.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo: ...................................................................38
1.2.3. Đặc điểm địa chất chung:........................................................................38
1.2.4. Địa chất công trình của một cống tiêu biển của dự án:...........................38
1.2.5. Hố móng công trình Đập Xà Lan............................................................42
1.3. Định hướng lựa chọn thiết bị để nghiên cứu..................................................45
Chương II. CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ NẠO VÉT HÚT BÙN ...........................46
2.1. Công nghệ nạo vét cơ khí: .............................................................................46

2.1.1. Đặc điểm công nghệ nạo vét cơ khí:.......................................................46
2.1.2. Một số thiết bị nạo vét điển hình của công nghệ nạo vét cơ khí.............46
2.2. Công nghệ nạo vét thuỷ lực ...........................................................................47
2.2.1. Đặc điểm của công nghệ nạo vét thủy lực ..............................................48
2.2.2.Một số thiết bị nạo vét điển hình của công nghệ nạo vét thủy lực ..........48
2.3. Công nghệ nạo vét đặc biệt ............................................................................49
2.3.1. Bơm xoáy: ...............................................................................................49

1


2.3.2. Bơm khí nén:...........................................................................................50
2.4. Định hướng lựa chọn công nghệ hút bùn.......................................................54
2.4.1. Thiết bị xử lý nền đập Xà Lan ................................................................54
2.4.2. Quy trình làm việc của thiết bị khi nạo hút và làm phẳng: .....................57
2.4.3. Quy mô của thiết bị xử lý nền:................................................................58
2.4.4. Lựa chọn hệ thống bơm hút bùn khí nén để nghiên cứu thiết kế............58
Chương III.NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM HÚT BÙN KHÍ NÉN 59
3.1. Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm:...........................59
3.1.1. Cấu tạo của hệ thống bơm:......................................................................59
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm: ................................................59
3.1.3. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bơm.........................................................61
3.2. Lưu lượng của bơm ........................................................................................63
3.2.1. Lưu lượng lý thuyết trung bình ...............................................................63
3.2.3. Lưu lượng thực tế trung bình: .................................................................63
3.2.4. Lưu lượng tức thời của bơm....................................................................64
3.3. Xác định phương trình của chất lỏng trong bơm ...........................................66
3.3.1. Áp suất trong quá trình hút của xi lanh bơm...........................................67
3.3.2. Áp suất trong quá trình đẩy của xi lanh bơm . ........................................70
3.3.3. Số chu kỳ làm việc giới hạn của bơm .....................................................72

3.4. Cấu tạo các bộ phận chính của đầu bơm........................................................72
3.4.1.Xi lanh bơm..............................................................................................72
3.3.1.Thân bơm .................................................................................................75
3.6. Hệ thống nguồn cấp cho bơm: .......................................................................77
3.7. Tính toán áp suất trong bơm khi dùng bơm cho thiết bị xử lý nền................77
3.7.1. Tính áp suất trong bơm để đảm bảo điều kiện hút..................................77
3.7.2. Tính áp suất trong bơm để đảm bảo điều kiện đẩy .................................79
3.8. Tính chọn các thông số chân không và khí nén cho bơm ..............................81
3.8.1.Tính chọn bơm chân không......................................................................81
3.8.2. Tính chọn máy nén khí............................................................................82
3.9. Đầu phay cắt đất của bơm ..............................................................................82
3.9.1. Lựa chọn kiểu dạng đầu phay cắt đất......................................................82
3.9.2. Phân tích cấu tạo chung và nguyên lý làm việc của vít tải .....................84
3.9.3. Kết cấu đầu phay cắt đất trục vít phay ngang .........................................88
3.9.4. Tính toán thiết kế đầu phay cắt đất .........................................................89
2


KẾT LUẬN...............................................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................95
PHỤ LỤC..................................................................................................................96

3


LỜI TÁC GIẢ
Luận văn Thạc Sỹ Khoa học chuyên ngành Máy và Tự động Thủy khí với đề
tài: “Nghiên cứu và thiết kế hệ thống bơm hút bùn khí nén dùng cho thiết bị xử
lý nền đập Xà lan” được hoàn thành với kết quả của quá trình Đào tạo của Viện
Đào tạo Sau Đại học, Viện Cơ khí Động lực, Bộ môn Máy và Tự động thủy khí,

Thầy cô giáo giảng dạy, Thầy Giáo hướng dẫn, cùng bạn bè đồng nghiệp và Gia
đình.
Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá
nhân đã truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố cũng như tạo
điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn.
Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn đến GS.TS Lê Danh Liên người đã
trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn
này.
Tác giả có được kết quả nư hôm nay là nhờ vào sự đào tạo giảng dạy của
các Thầy Cô giáo, cũng như sự hợp tác giúp đỡ của các đồng nghiệp cơ quan, Gia
đình và bạn bè trong thời gian qua.
Với trình độ cá nhân còn hạn chế, kinh nghiêm thực tế chưa nhiều, luận văn
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và
đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và Các đồng
nghiệp.
Luận văn được hoàn thành tại Viện Đào tạo Sau đại học - trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội.
Hà Nội, tháng 10 năm 2010
Tác giả

Lê Đình Hưng

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
TT

KÍ HIỆU VIẾT TẮT

NỘI DUNG

1

BTCT

Bê tông cốt thép

2

CL

Cửa van Clape

3

TĐ

Cửa van Tự động

4

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

5

ĐCCT

Địa chất công trình

6

TKKT-TDT

Thiết kế kỹ thuật - Tổng dự toán

7

BVTC-DT

Bản vẽ thi công - Dự toán

8

VP16-HK

Cống Vĩnh Phong 16 - Hố Khoan

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

NỘI DUNG

1

Bảng 1.1. khối lượng công trình theo hai phương án truyền thống và đập xà lan

2

Bảng 1.2. Thống kê chi phí xây dựng một số cống lớn theo công nghệ truyền thống

3

Bảng 1.3. Thống kê chi phí xây dựng một số cống theo công nghệ đập xà lan

4

Bảng 1-4. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất

5

Bảng 3-1. Các hệ số tính toán cho vật liệu vận chuyển trong vít tải

6

Bảng 3-2. Tốc độ quay của vít xoắn phụ thuộc đường kính vít

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT

NỘI DUNG

1

Hình 1-1. Cống Brouwersdam

2

Hình 1-2. Cống Brouwersdam khi hoàn thành

3

Hình 1-3. Phương án cống LiDo, Malamocco, Chioggia ở Italia

4

Hình 1-4. Cấu tạo chung đập xà lan

5

Hình 1-5. Cấu tạo chung đập xà lan

6

Hình 1-6. Mặt bằng bố trí xà lan BTCT cửa van Clape

7

Hình 1-7. Cắt dọc đập xà lan BTCT cửa van Clape

8

Hình 1-8. Cắt ngang xà lan BTCT cửa van Clape

9

Hình 1-9. Mặt bằng kết cấu hộp đáy xà lan BTCT cửa van Clape

10

Hình 1-10. Mặt bằng bố trí xà lan BTCT cửa van tự động

11

Hình 1-11. Mặt cắt dọc xà lan BTCT cửa van tự động

12

Hình 1-12. Mặt cắt ngang xà lan BTCT cửa van tự động

13

Hình 1-13. Mặt bằng kết cấu hộp đáy xà lan BTCT cửa van tự động

14

Hình 1-14. Cắt ngang đập xà lan thép

15

Hình 1-15. Mặt bằng xà lan thép

16

Hình 1-16. Cắt dọc xà lan thép

17

Hình 1-17. Mặt bằng bố trí tổng thể đập xà lan tường bản sườn

18

Hình 1-18. Cắt dọc đập xà lan tường bản sườn

19

Hình 1-19. Cắt ngang đập xà lan tường bản sườn

20

Hình 1-20. Mặt bằng bản đáy đập xà lan tường bản sườn

21

Hình 1-21. Thi công nhiều đập xà lan trong hố đúc ở Cần Thơ

22

Hình 1-22. Di chuyển đập xà lan

23

Hình 1-23. Đập xà lan đang ngăn mặn

24

Hình 1-24. Đập XL Minh Hà - Cà Mau

25

Hình 1-25. Đập XL Rạch Lùm Cà Mau

26

Hình 1-26. Cắt dọc khoang cống

7


27

Hình 1-27. Cắt ngang khoang cống

28

Hình 1-28. Mặt bằng hố móng đập xà lan

29

Hình 1-29. Mặt cắt ngang hố móng đập xà lan

30

Hình 1-30. Mặt cắt dọc hố móng đập xà lan

31

Hình 2-1. Gầu đóng mở bằng cáp

32

Hình 2-2. Gầu đóng mở bằng thủy lực

33

Hình 2-3. Thiết bị nạo vét dạng guồng quay

34

Hình 2-4. Đầu phay dùng tia nước và phay đứng

35

Hình 2-5. Thiết bị nạo vét bằng công nghệ thủy lực

36

Hình 2-6. Tàu hút bùn dạng rô bốt

37

Hình 2-7. Thiết bị nạo vét bơm xoáy

38

Hình 2-8. Quá trình làm việc của bơm khí nén

39

Hinh 2-9. Bơm bút bùn khí nén

40

Hình 2-10. Thiết bị nạo vét bơm khí nén trên sông tô lịch Hà Nội

41

Hình 2-11. Nạo vét dạng lỗ

42

Hình 2-12. Nạo vét dạng kéo trượt ngang

43

Hình 2-13. Thiết bị xử lý nền đập xà lan di động

44

Hình 2-14. Tàu hút bùn dạng càng thẳng

45

Hình 2-15. Mặt bằng di chuyển của thiết bị làm phẳng

46

Hình 3-1. Hệ thống bơm hút bùn khí nén

47

Hình 3-2. Quá trình hoạt động của một xi lanh

48

Hinh 3-3. Bơm bút bùn khí nén

49

Hình 3-4. Sơ đồ nguyên lý bơm hút bùn khí nén

50

Hình 3-5. Khảo sát lưu lượng tức thời của bơm

51

Hình 3-6. Biểu đồ lưu lượng trong một xilanh

52

Hình 3-7. Biểu đồ lưu lượng hai xilanh lệch pha nhau 1800

53

Hình 3-8. Biểu đồ lưu lượng ba xilanh lệch pha nhau 1200

54

Hình 3-9. sơ đồ xác định áp suất làm việc khi hút

8


55

Hình 3-10. sơ đồ xác định áp suất làm việc khi đẩy

56

Hình 3-11. Xi lanh bơm

57

Hình 3-12. Kết cấu 01Xi lanh bơm

58

Hình 3-13. Bố trí thân bơm khí nén

59

Hình 3-14. Đầu phay dùng tia nước và phay đứng

60

Hình 3-15. Hình ảnh đầu phay trục vít phay ngang

61

Hình 3-16. Kết bơm gắn với đầu phay cắt đất

62

Hình 3-17. Cấu tạo chung của vít tải

63

Hình 3-18. các dạng vít tải và sơ đồ bố trí vận chuyển

64

Hình 3-19. Kết cấu đầu phay trục vít

65

Hình 3-20. Xác định kích thước vít xoắn

9


PHẦN MỞ ĐẦU

Đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế hệ thống bơm hút bùn khí nén dùng cho
thiết bị xử lý nền đập Xà lan”
1. Lý do chọn đề tài:
Qua quá trình làm việc tại đơn vị trung tâm công trình Đồng bằng Ven biển
và Đê điều - Viện Thủ Công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam những công nghệ
xây dựng các công trình Thủy lợi đã ra đời và bước đầu ứng dụng vào thực tế xã hội
như công nghệ Đập trụ đỡ, Đập Xà lan di động . . .
Bên cạnh những hiệu quả của công trình mang lại thì còn nhiều vấn đề liên
quan cần phải đáp ứng đó là đòi hỏi cần phải có những thiết bị, những loại máy
phục vụ thi công tốt nhất đặc biệt đó là thi công hố móng cho đập xà lan với yêu cầu
thi công trong nước giữa lòng sông.
Để hoàn thiện một trong những vấn đề còn tồn tại của công Nghệ Đập Xà
Lan di động hiện nay đơn vị đang được giao thực hiện đề tài độc lập cấp nhà nước:
“Nghiên cứu các giải pháp công nghệ và thiết bị xử lý nền móng dưới nước cho
đập xà lan” trong nội dung nghiên cứu của đề tài học viên đang được giao nhiệm
vụ tham gia nghiên cứu thực hiện đề tài
Sau khi trúng tuyển và học tập chương trình đào tạo Thạc sỹ khóa học 2008
– 2010 của trường Đại học Bách khoa Hà Nội chuyên ngành Máy và Tự động Thủy
khí, những nội dung nghiên cứu phần thiết bị phù hợp với chuyên ngành được đào
tạo.
Do đó học viên lựa chọn nội dung của đề tài luận văn tốt nghiệp: “Nghiên
cứu và thiết kế hệ thống bơm hút bùn khí nén dùng cho thiết bị xử lý nền đập
Xà lan”
2. Lịch sử nghiên cứu:
Đối với thiết bị xử lý nền đập Xà lan đang được triển khai nghiên cứu trong
đề tài độc lập cấp nhà nước.
Đối với hệ thống bơm hút bùn khí nén đã được nghiên cứu ứng dụng trong
đề tài nạo vét bùn cho các dòng sông đã kè bờ của Viện Nghiên cứu Cơ khí, tuy
10

nhiên hệ thống bơm chưa được nghiên cứu thiết kế cụ thể.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu thiết kế hệ thống bơm hút bùn khí nén dùng cho thiết bị xử lý
nền đập Xà Lan di động.
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả:
Những kết quả đạt được của luận văn:
- Nghiên cứu và Phân tích sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm hút
bùn khí nén;
- Phân tích và đánh giá được điều kiện làm việc của bơm khí nén
- Nghiên cứu và thiết kế chi tiết bộ phận của đầu bơm hút bùn khí nén phù
hợp với yêu cầu dùng cho thiết bị xử lý nền Đập Xà Lan;
- Tính toán lựa chọn được các thông số chân không và khí nén để vận hành
đầu bơm khí nén.
Công trình sẽ được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để sản xuất, đưa vào ứng
dụng trong nước.
5. Phương pháp nghiên cứu.
Dựa trên công nghệ bơm hút bùn khí nén trên thế giới, nghiên cứu tính toán
hệ thống bơm hút bùn dùng cho thiết bị xử lý nền nền đập xà lan và một số thiết bị
nạo vét khác.

11


Chương I
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP XÀ LAN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CẤP THIẾT TRONG
THI CÔNG HỐ MÓNG
1.1. Giới thiệu công nghệ đập Xà Lan:
1.1.1. Tình hình nghiên cứu và triển khai thi công ở nước ngoài.
Ở nước ngoài từ lâu khoảng 1950 đã có ý tưởng xây dựng công trình bằng

đánh chìm phao nổi, tuy nhiên đến nay tài liệu viết về loại công trình này rất ít và
chưa nêu trong các giáo trình thuỷ công hay các tài liệu viết về xây dụng công trình
trên sông. Có thể dẫn ra đây một số công trình:
Công trình ứng dụng dạng phao như đập Lauwerszee - Hà Lan xây dựng năm 1969,
hoặc công trình Brouwersdam gồm nhiều khối xà lan ghép lại với nhau (hình 1-1, 1-2)

Hình 1-1. Cống Brouwersdam

Hình 1-2. Cống Brouwersdam khi hoàn thành
12


Cống Oosterschelde là một công trình rất lớn của Hà Lan, dài gần 3 km,
xuyên qua 3 con sông của vùng Eastern Schelde, mỗi cửa van cung rộng 40m, tổng
2480m. Công trình khởi công vào năm 1976 và kết thúc năm 1986.
Cống Harvingvliet gồm 17 khoang. Các trụ pin là các hộp rỗng được đúc ở
trên bờ, trong đê quai, cho nổi lên rồi lai dắt đến vị trị đánh chìm. Lắp cửa van và
hoàn thiện công trình trong nước.
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 vào phá Vinece là cửa LiDo, Malamocco, Chioggia bằng hệ
thống gồm 78 cửa van bằng thép trên hệ thống xà lan(caisson), mỗi cửa cao 18-28m,
rộng 20m, dày 5m. Cửa van loại 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 1-3).

Hình 1-3. Phương án cống LiDo, Malamocco, Chioggia ở Italia
1.1.2. Tình hình nghiên cứu và triển khai trong nước
Việc ứng dụng nguyên lý phao nổi và đánh chìm cố định trong thi công thì đã
được sử dụng trong một số công trình.
13


- 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 đê.
- Nguyên lý đánh đắm cửa van phao Clape trục trên đã được ứng dụng để bịt kín
đường hầm thi công nhà máy thuỷ điện Hoà Bình vào khoảng năm 1980.
- Khi thi công cảng Cái Lân - Quảng Ninh, các chuyên gia tư vấn Jica(Nhật
Bản) và Tedy (Việt Nam) đã đề xuất phương án bến cảng thùng chìm, các thùng
chìm có kích 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 vừa qua, trước tình
hình bức xúc của thực tế sản xuất, hàng năm phải thi công hàng trăm đập đất tạm,
năm 2002 Công ty cổ phần bê tông đúc sẵn 620 đã sản xuất 01 đập phao thời vụ
không có cửa van 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 nước ngọt và giao thông thuỷ.
1.1.3. Kết quả nghiên cứu và sự ra đời của đập xà lan.
1.1.3.1.Ý tưởng nghiên cứu :
Về nguyên lý đánh đắm phao nổi thì đã có từ lâu ở trong nước cũng như trên
thế giới và đã được áp dụng làm một số công trình cố định lớn nhỏ, với các mục
đích khác nhau. Nhưng chưa có nghiên cứu nào về đánh đắm phao nổi để làm đập
di động, trên nền đất yếu mà không cần phải xử lý.
Trên cơ sở phân tích những tồn tại của công truyền thống và vận dụng nguyên
lý đánh đắm phao nổi. Nhóm tác giả đã có ý tưởng nghiên cứu một kiểu cống có
nguyên lý cơ bản như sau:

- Trọng lượng của cống nhẹ để ứng suất lên nền không vượt quá sức chịu tải
cho phép của đất nền, để cống không bị lún
- Lợi dụng lực dính của đất nền với bản đáy để chống trượt. Nhờ vậy, chỉ
phải xử lý nền một cách đơn giản.
- Mở rộng khẩu độ cống để có lưu tốc dòng chảy sau cống nhỏ hơn lưu tốc
không xói cho phép của đất nền nhằm giảm gia cố lòng dẫn hạ lưu.
14


- Thi công lắp đặt công trình trong dòng chảy giữa sông, không cần làm khô
hố móng tốn kém, giảm thiểu đền bù giải phóng mặt bằng và đảm bảo môi trường
sinh thái.
Loại đập được xây dựng theo nguyên lý đó được gọi là “Đập xà lan di động”.
Loại hình đập xà lan di động ngăn mặn, giữ ngọt là sản phẩm đầu tiên được ra đời ở
nước ta và trên thế giới.
1.1.3.2. Quá trình và kết quả nghiên cứu:
- Năm 1994 đã được đề cập và nghiên cứu trong đề tài KC-12-10
- Năm 1999 thiết kế ứng dụng cho cống Cầu Sú – Thạch Hà Hà tĩnh, nhưng dự
án không có vốn phải dừng lại
- 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 đồng bằng
Sông Cửu Long
- 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.
- 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.
- 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.
- Năm 2005 áp dụng lập thiết kế kỹ thuật cho 16 cống thuộc vùng chuyên
canh lúa thuộc tam giác Ninh Quới - lập báo cáo khả thi 22 cống thuộc dự án phân
ranh mặn ngọt Giá Rai - Tỉnh Bạc Liêu.
1.1.4. Cấu tạo đập xà lan.
Cấu tạo đập xà lan có hai loại:
- Loại 1: Đập xà lan hộp phao có kết cấu chính gồm hộp đáy, trụ pin là các
hộp phao rỗng, giữa hai trụ pin có gắn cửa van để điều tiết nước, cho nước vào hộp
15


đáy và hộp trụ pin thì đập chìm xuống chắn ngang dòng chảy thành công trình ngăn
sông, rút nước ra thì nổi lên và có thể di chuyển đến vị trí mới làm đập khác theo
yêu cầu sản xuất.
- Loại 2: Đập xà lan tường bản sườn có kết cấu chính gồm: bản đáy và trụ pin
bằng BTCT dạng bản, được gia cường bằng hệ thống sườn và dầm.

Hình 1-4. Cấu tạo chung đập xà lan

Hình 1-5. Cấu tạo chung đập xà lan
16


1.1.4.1. Vật liệu chế tạo đập xà lan:
Vật liệu làm đập xà lan có thể là thép, bê tông cốt thép mác cao, composite,
bê tông dự ứng lực.
1.1.4.2. Cửa van trên đập xà lan:
Trên đập xà lan bố trí các loại cửa van để điều tiết nước tuỳ thuộc vào nhiệm
vụ cụ thể như cửa van clape trục dưới, cửa van tự động cánh cửa, cửa van cung, cửa
van clape trục trên, cửa van cao su… Khi bố trí cửa van tự động cánh cửa thì phải

chú ý đến vấn đề mất lực lệch trục khi xà lan nghiêng lún.
Nói chung mỗi loại xà lan khi sử dụng các loại cửa van, các loại vật liệu khác
nhau thì có những đặc thù riêng cần phải tính toán, nghiên cứu bổ sung thêm. Trong
đề tài này chỉ đi sâu nghiên cứu 1 loại xà lan bê tông cốt thép sử dụng cửa van
Clape trục dưới.
1.1.5. Nguyên lý thiết kế đập xà lan:
Đập xà lan thiết kế dựa trên các nguyên lý sau:
- 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 ở 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.
1.1.6. Phân loại đập xà lan
1.1.6.1. Theo vật liệu chế tạo:
Theo vật liệu chế tạo, có thể chia xà lan thành ba loại.
- Đập xà lan bê tông cốt thép.
- Đập xà lan thép.
- Đập xà lan composite.
1.1.6.2. Theo hình dạng kết cấu:
Theo hình dạng kết cấu, có thể chia đập xà lan thành hai dạng:
17


- Xà lan hộp phao.
- Xà lan tường bản sườn.
1.1.6.3. Theo phương thức lắp ghép
Theo phương thức lắp ghép, chia đập xà lan thành hai loại.
- Xà lan đơn: Chỉ gồm một xà lan độc lập.

- Xà lan ghép: Gồm nhiều xà lan ghép lại với nhau.
1.1.7. Một số dạng kết cấu đập xà lan.
1.1.7.1. Kết cấu xà lan 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.
Một số dạng xà lan hộp phao:
a) Xà lan bê tông cốt thép cửa van Clape.
Xà lan bê tông cốt thép dài L (theo chiều dòng chảy) rộng B (theo phương
ngang dòng chảy), bao gồm hệ thống dầm giằng, cột chống bên trong vách ngăn
nước bằng bê tông tấm. Hộp đáy xà lan cao Hx.
Hai bên xà lan là hai trụ pin có kết cấu hộp rỗng bản mặt dày 10-20cm, mặt giáp
nước có thiết bị kín nước bên cho cửa van, phía trong là hệ khung dầm đổ liền với bản
mặt. Trên đỉnh của trụ pin bố trí tời hệ thống, puly cáp kéo của van và hệ thống bơm
vận hành xà lan. Trên trụ pin bố trí các nắp hầm lên xuống khoang xà lan.
Sàn đáy xà lan dày 15÷20cm, dọc theo tim công trình có các dầm BTCT cao
30÷40cm rộng 15÷20cm khoảng cách các dầm từ 150 ÷250cm, dọc theo dòng chảy là
hệ thống dầm ngang cao 30÷40cm, dày 15÷20cm, khoảng cách các dầm từ 150
÷250cm, dầm sàn đổ liên kết với nhau. Sàn trên của xà lan dày 15÷20 cm có hệ thống
dầm dọc giống như sàn đáy, cao 30÷40cm dày 15÷20cm, dầm ngang cao 30÷40cm dày
15÷20cm. Mặt phía trên tại vị trí dầm số 2 kể từ thượng lưu bố trí dầm đáy để lắp đặt
cửa van. Các vách bên xà lan dày 10÷20cm. Hộp đáy xà lan được chia làm các khoang
bởi các vách ngăn nước bằng BTCT hoạt động độc lập với nhau.
18


7
1

10

8
9

Hình 1-6. Mặt bằng bố trí xà lan BTCT cửa van Clape
7

12

12

7

1

6

6

5

2

3

Hình 1-7. Cắt dọc đập xà lan BTCT cửa van Clape
11

1

10
2

Hình 1-8. Cắt ngang xà lan BTCT cửa van Clape

19


4
3
8

Hình 1-9. Mặt bằng kết cấu hộp đáy xà lan BTCT cửa van Clape
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
b) Xà lan bê tông cốt thép cửa van tự động.
Kích thước L (theo chiều dòng chảy) rộng B (theo phương ngang dòng chảy)
và chiều cao hộp đáy Hx của xà lan được thiết kế tuỳ theo yêu cầu và nhiệm vụ cụ
thể củ a từng công trình.
Hộp đáy xà lan có kích thước (LxBxH) bằng BTCT bản mỏng bao gồm: Sàn
đáy dày 15÷20cm, sàn trên dày 10÷15 cm. Các thành bên dày 10÷25cm. Theo
phương dọc và ngang chia hộp đáy thành các khoang bởi các vách ngăn cách nhau
từ 2÷2,5m. Các vách ngăn dày 10÷12cm có tác dụng tạo thành hệ sườn chịu lực
chính cho hộp đáy, đồng thời chia hộp đáy thành các khoang riêng biệt, giúp cho
việc đánh đắm và làm nổi xà lan được thuận lợi hơn.
Trong hộp đáy, theo chiều vuông góc với dòng chảy tại khu vực bố trí cửa
van và phai sửa chữa, sự cố, sàn trên của hộp đáy được thiết kế dày 30÷35cm, rộng
2,0÷2,5m theo chiều dòng chảy. Đồng thời tại vị trí khe van và khe phai hai vách
ngăn cũng được thiết kế dày 20÷30cm để tăng cường khả năng chịu lực cho xà lan.

Kết cấu cụ thể sẽ được tính toán, kiểm tra theo số liệu thực tế.
Trụ pin có chiều dài, rộng phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình
(chiều rộng khoang cống, độ chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu). Chiều cao phụ
20


thuc vo mc nc thit k. Kt cu ca tr pin cú dng hp phao rng, thnh bờn
bng bờ tụng tm dy 15-20cm, trờn thnh bờn phớa khoang cng cú khe van v khe
phai sa cha thng ng t nh tr xung mt sn trờn ca hp ỏy, kớch thc
ca cỏc khe ny tu thuc vo tng cụng trỡnh c th. Dc theo chiu dũng chy, tr
pin c chia thnh nhiu khoang bi cỏc vỏch ngn dy 12-15cm cú tỏc dng chu
lc chớnh cho tr pin, v trớ cỏc vỏch ny trựng vi v trớ cỏc vỏch ca hp ỏy. Trờn
mt ngoi ca thnh bờn phớa mang cng cú mt bn sn rng 50cm, dy 10
12cm dc t nh tr pin xung n ỏy x lan tng kh nng chng thm ca
mt tip giỏp gia x lan v mang cng. Theo chiu cao, tr pin c chia thnh cỏc
tng cú chiu cao t 2,0-2,5m bi cỏc sn cú chiu dy 12-15cm, trờn cỏc sn cú b
trớ cỏc np hm lờn xung cỏc khoang x lan.
B

Nắp hầm

Khe phai

L

Khe phai

Sờn chống thấm

Sờn chống thấm

Nắp hầm

Cửa van tự động
Hệ thống bơm
Nắp hầm

Nắp hầm

Bc

Bt

Bt

Hỡnh 1-10. Mt bng b trớ x lan BTCT ca van t ng
Bc

Bt

Ht

Bt

Hx

Vách ngăn

B

Hỡnh 1-11. Mt ct dc x lan BTCT ca van t ng
21


Khe van

Hx

Ht

Khe phai

V¸ch ng¨n

L

Hình 1-12. Mặt cắt ngang xà lan BTCT cửa van tự động

Lç xuèng khoang

Lç xuèng khoang

Chi tiÕt chèng thÊm mang cèng

Chi tiÕt chèng thÊm mang cèng

V¸ch ng¨n

L

V¸ch gia c−êng ®¸y cöa van

V¸ch gia c−êng ®¸y cöa van

Lç xuèng khoang

Lç xuèng khoang

B

Hình 1-13. Mặt bằng kết cấu hộp đáy xà lan BTCT cửa van tự động
c) Xà lan thép cửa van Clape.
Xà lan bằng thép có chiều dài dọc dòng chảy 5-50m, chiều rộng theo phương
ngang dòng chảy 8-50m, xà lan có 2 phần chính là hộp đáy và hộp trụ pin.
Chiều cao hộp đáy khoảng 80- 250cm. Hộp bản đáy xà lan được chia làm
22


một số ngăn, thông nước với nhau bằng các lỗ thông nhỏ.
Dọc và ngang xà lan có các khung chịu lực chính, khung dầm này là thép L
được hàn cùng với bản mặt đáy xà lan. Các đà ngang đáy cùng với 2 đà mạn, đà nóc
ngang của xà lan hàn liên kết với nhau có các thanh chống chéo GD-1 bằng tôn tấm
hàn với vỏ xà lan.

Hình 1-14. Cắt ngang đập xà lan thép

Hình 1-15. Mặt bằng xà lan thép

23