Thiết kế Âu tàu - Chương 10

Chương 10: Buồng âu
Chương 10
BUỒNG ÂU
1. Các phân tử buồng âu và kích thước của chúng
10.1. Kích thước và hình dạng của đáy và tường buông âu cần được quy định theo
kích cỡ của âu, theo hệ thống cấp nước, đặc tính của nền và theo sơ đồ làm việc tĩnh
của các kết cấu buồng âu hoặc các bộ phận của nó.
10.2. Kích thước các tiết diện đáy theo kiểu kết cấu đã chọn được xác định bằng cách
tính toán về độ bền vững. Khi trong đáy âu có các hành lang dẫn nước d
ọc, cần dự
kiến bố trí các lỗ trong tường hành lang dẫn nước dọc theo khớp nối giữa các đoạn
buồng âu để chui vào quan sát và sửa chữa nêm chống thấm phía ngoài.
10.3. Kích thước các tiết diện tường buông âu được xác định trên cơ sở tính toán về
độ bền vững.
Khi xác định kích thước các tiết diện tường buồng âu cần chú ý là trong các tường đó
có thể phải bố trí cáp tràn ngang, các rãnh để đặt các vòng (móc) buộc tàu,
đặt các
thang lên xuống, đồng thời phải tính đến bố trí các thiết bị khác nhau trên đỉnh tường(
các trụ để buộc tàu, các rãnh…).
Khi chiều cao tường buồng âu lớn hơn 10m nên bố trí theo mặt gãy ở lưng tường.
10.4. Nhất thiết phải dự kiến các khả năng phải bơm cạn hoàn toàn nước trong buồn
âu và trong các hành lang dẫn nước trong thời kỳ sửa chữa.
2. Các kiểu buồng âu trên nền không phải là đá
10.5. Buồng âu được phân chia các kiểu sau đây:
a) Theo hệ thống cấp nước:
- Buồng không có hành lang dẫn nước.
- Buồng có hành lang dẫn nước ở đáy.
- Buồng có hành lang dẫn nước ở trong tường.
b) Theo giải pháp kết cấu:
- Buồng âu có thành đứng riêng biệt và đáy cắt dời
- Buồng âu có tường thẳng đứng riêng biệt và có đáy ở dạng bản chống giữa hai

tường.
- Buồng có đáy liền không cắt dời (kiểu ụ tàu, xem hình 6).
- Buồ
ng có đáy liền nhưng bị cắt bởi các khớp nối dọc
Có thể có loại kết cấu buồng với đáy liền nhưng bị cắt trong giai đoạn thi công và
với bê tông nén.
10.6. Trong trường hợp hệ thống hệ thống cấp nước làm theo kiểu đầu âu cũng như
kiểu phân bố với các hành lang dọc trong tường, nên dùng kiểu buồng âu có đường cắt
dọc theo trục của đáy. Khi đầu nước nhỏ cho phép dùng kiểu buông âu có thành đứng
riêng biệt trong trường hợp này cần gia cố đáy buồng bằng lọc ngược.
10.7. Trong trường hợp hệ thống cấp nước làm theo kiểu phân bố nên xem xét
đến
tính hợp lý của kết cấu buồng có các hành lang dẫn nước trong đáy liền nhưng bị cắt
trong giai đoạn thi công và với sự ép bê tông tấm đáy. Chỉ cho phép bố trí các hành
lang dẫn nước trong thành buồng âu khi có luận chứng kinh tế kỹ thuật thích đáng.

10-1
Chương 10: Buồng âu
10.8. Trên nền không phải là đá nên áp dụng các biện pháp chống thấm đặc biệt (bố trí
các sân phủ, các hàng cừ) kết hợp với các hệ thống tiêu nước, có các hành lang có thể
đi lại được. Cấn tiến hành so sánh kinh tế và giá thành các biện pháp chống thấm và
giá thành các khối lượng phải thi công thêm trong trường hợp không dùng các biện
pháp đó.
10.9. Việc lựa chọn kết cấu của tường âu bằng bê tông cốt thép lắp ghép hay liền khối
phả
i được luận chứng bằng các tính toán kinh tế- kỹ thuật.
Khi thiết kế các kết cấu bê tông côt thép lắp ghép cần cố gắng sao cho số lượng các
mối nối sau này phải đổ bê tông chèn là ít nhất.
3. Các kiểu buồng âu trên nền đá
10.10. Buồng âu được chia ra các kiểu như sau:

a) Theo hệ thống cấp nước:
- Buồng âu không có hành lang dẫn nước.
- Buồng âu có hành lang dẫn nước nằm trong nền đá.
b) Theo giải pháp kết cấu:
- Buồng có tường đứng riêng biệt, không liên kết với đáy. Khi đá tốt cho phép
không dùng lớp áo bảo vệ đáy, nhưng các mấu gồ ghề của nền đá không được lớn
và nhọn.
- Buồng với tường có dạng lớp áo bảo vệ bằ
ng bê tông cốt thép néo vào đá chắc.
- Buồng với tường bằng lớp áo bê tông cốt thép phủ trên mặt đá nhưng không néo
vào đá (vì đá không đủ độ chắc). Để giảm nhẹ điều kiện làm việc của lớp áo bằng
bê tông cốt thép mặt tường âu, nên bố trí hệ thống tiêu nước bên hông, sau lớp áo
với đường thoát nước ra hạ lưu.
- Buồng có thành kiểu hỗn hợp khi đá nằm ở
cao trình thấp hơn cao trình đỉnh
tường, với việc bố trí lớp áo bảo vệ, trong phạm vi nền đá và tường trọng lực lắp
ghép hoặc liền khối trong phạm vi cao hơn mặt đá.
4. Các sơ đồ tính toán và các phương pháp tính toán tĩnh học
10.11. Trong buồng âu tất cả các tải trọng đặt lên nó, theo nguyên tắc đều tác dụng
trong mặt phẳng tiết diện ngang của buồng, vuông góc với trục âu. Vì vậy cho phép
tính độ bền vững của buông âu theo sơ đồ bài toán phẳng.
10.12. Đối với những buồng mà trong đó tiết diện ngang của đáy và tường không thay
đổi theo chiều dài, việc tính toán độ bền vững có thể tiến hành cho 1m chiều dài buồng
âu. Khi tiết diện đáy và thành thay
đổi theo chiều dài (tiết diện hình chữ T, có sườn
cứng các đoạn nghiêng của đáy ở các đoạn kề liền với đầu âu…), việc tính độ bền
vững được tiến hành cho từng phần riêng biệt của đoạn buồng âu đặc trưng bằng các
kích thước hình học trung bình của tiết diện.
10.13. Khi tính buồng có đáy cắt rời trên nền không phải là đá phải giới hạ
n góc quay

và dịch chuyển của tường và đáy bằng trị số đảm bảo cho các vật làm kín nước làm
việc bình thường, đặc biệt là trong các đoạn buồng kề liền với các đầu âu.
10.14. Trong các buồng có đáy cắt dời cần giới hạn độ phân bố không đều của biểu đồ
phản lực nền, xác định theo công thức nén lệch tâm được đặc trưng bởi tỷ số c
ủa các

10-2
Chương 10: Buồng âu
tung độ biên của biểu đồ
min
max
σ
σ
=
H
k
, hệ số này không được vượt quá các trị số sau đây
đối với các trường hợp khai thác tính toán:
Khi nền là đất cát………………..
5≤
H
k
;
Khi nền là đất dính(sét hoặc á sét)
3≤
H
k
;
Trong trường hợp sửa chữa hệ số không đều k
H

không bị giới hạn với điều kiện
ứng suất nén trên toàn bộ nền được đảm bảo
( )
0≥
σ
.
10.15. Ngoài việc tính toán về độ bền vững cần tiến hành tính chuyển vị của đỉnh
tường.
10.16. Khi tính buồng có đáy cắt dời phải xét đến ứng suất tiếp ở đáy móng, ứng với
trạng thái cân bằng giới hạn, đồng thời phải xét đến lực đẩy ngang của một nửa đoạn
này của buồng đối với nửa đoạn kia.
Trị
số lực đẩy của hai nửa đoạn đựoc xác định bằng hiệu số giữa tổng tất cả các lực
nằm ngang và tổng ứng suất tiếp:
∑
−=
τ
aY
EE
(10-1)
Trong đó:
E
Y
: Lực đẩy ngang.
E
a
: Tổng tất cả các lực đẩy ngang.
∑
τ
: Diện tích biểu đồ ứng suất tiếp.

Lực đẩy đặt vào đầu mút của bản đáy, ở vị trí bất lợi nhất trong các vị trí có thể là
điểm đặt của lực đẩy( thí dụ khi có lực kéo ở bản đáy thì cần đặt lực đẩy ngang
vào điểm cao nhất của đầu mút khe nối, nơi có thể là điểm đặt của lực kéo đó xu
ất
phát từ kết cấu của khe nối và của vật làm kích thước trong khe nối).
10.17. Không cần kiểm tra sự ổn định chung của việc chống lật của các đoạn buồng âu
trên nền không phải là đá. Trên nền đá việc kiểm tra sự ổn định chống lật của tường
buồng âu được tiến hành trong các trường hợp, nếu cắt đáy rời khỏi tường. Hệ số an
toàn của tường được xác đinh theo công thức (28).
Lực chống lật gồm có:
a) Trọng lượng bản thân tường.
b) Áp lực thủy tĩnh lên mặt ngoài của tường.
c) Áp lực đất đắp và nước ngầm lên các phần nghiêng hoặc bậc thang của lưng
tường trong các trường hợp, nếu trọng lượng của chúng đi qua móng tường.
Lực gây lật bao gồm:
d) Áp lực đất đắp và nước ngàm lên lưng tường( trừ trường hợp “c”).
e) Áp lực thấ
m của nước lên móng tường.
g) Lực truyền lên tường do áp lực nước thấm tác dụng vào bản đáy, cắm vào dưới
chân tường. Trong trường hợp này phải kiểm tra lật đối với điểm của mặt ngoài,
nằm ở cao trình mặt trên của bản đáy.
h) Các lực gây lật khác, thí dụ như lực động đất, lực do dây buộc tàu gây ra…

10-3
Chương 10: Buồng âu
Trên nền đá chắc nên đảm bảo ổn định cho tường bằng cách néo nó vào đá. Trong
trường hợp đó lực néo thuộc vào loại lực chống lật.
10.18. Các đoạn buồng âu có đáy không cắt rời cũng như có đáy cắt rời cắm vào chân
tường, cần được kiểm tra chống đẩy nổi.
10.19. Đáy buồng âu trên nền đá, không cắm xuống chân tường, cần kiểm tra chống

đẩy nổi để xác định lực cần thiết néo chúng vào nền.
Tường buồng âu trong trường hợp này không cần kiểm tra chống đẩy nổi.
10.20. Kiểm tra chống
đẩy nổi được tiến hành tương tự như điều 9.18.
10.20. Phản lực nền được xác định theo công thức nén lệch tâm ( xem điều 8.38).
W
M
F
P
±=
0
min
max
σ

Trong đó:
P: tổng tất cả các lực thẳng đứng tác dụng lên đoạn buồng âu.
F
0
: diện tích nền của đoạn buồng âu.
M: Mômen tổng của tất cả các ngoại lực, tác dụng lên đoạn buông âu, đối với trục
song song với trục của âu đi qua trọng tâm bản đế của đoạn buồng âu đối với trục
nói trên.
10.24. Cần tính toán kết cấu của các đoạn buồng âu về độ bền vững chung, cũng như
về độ bền vững cục bộ của các phần tử riêng biệt. Khi tính độ bền vững cục bộ của các
phần tử chỉ xét đến các tải trọng tác động trực tiếp đặt lên chúng.
10.25. Khi tính buồng âu, áp lực đất đắp được lấy:
+ Khi buồng âu đầy nước, bằng tổng áp lực đất chủ động và bị động, phát sinh
dưới tác dụng của áp lực nước tĩnh lên tường buồng âu.
+ Khi buồng âu đã tháo nước hoặc đã tiêu khô trong thời gian sữa chữa, bằng tổng

số áp lực chủ động và bị động của đất dưới tác dụng của nhiệt độ.
Khi có số tuyến nhiều hơn hoặc bằng 2, cần xét đến khả năng ảnh hưởng lẫn nhau
giữa các buồng âu do một phần áp lực nước của buồng âu đầy nước truyền sang
buồng âu tháo cạn quá lớp đất đắp ở khoảng giữa các buông âu đó. Sự truyền tải trọng
như thế làm tăng gấp đôi số chu kỳ dao động, do đó kết cấu buồ
ng âu phải làm việc
nặng nề hơn. Khi chiều rộng của khu vực giữa các buồng âu đủ lớn (chiều rộng đó lớn
hơn 1,5 chiều cao tường buồng âu) và khi khoảng giữa các buồng âu không bị lấp
cứng, thì sự ảnh hưởng qua lại giữa các buồng âu có thể không cần xét tới.
10.26. Buồng âu kiểu kết cấu ụ tàu (trên nền không phải là đá) nên xây dựng với bản
đáy có khe n
ối tạm thời tại trục âu và gắn khe nối tạm thời đó lại sau khi tường âu đã
lún xong về cơ bản.
10.27. Tính toán độ bền vững của buồng âu có khe nối tạm thời ở bản đáy nên tiến
hành cả trong trường hợp thi công tường và đáy đồng thời, nhưng khi lấy các ngoại lực
cần xét đến độ lún của buồng âu đã xảy ra khi khe lún tạm thời đượ
c gắn lại.
10.28. Khi dùng phương pháp đổ bê tông bản đáy buồng âu với khe nối tạm thời, nên
xét đén tính hợp lý của việc dùng phương pháp trọng lực để nén bản đáy.
10.29. Các rãnh cáp điện đặt dọc theo tường buồng âu cần được liên kết cứng vào
tường. Tấm lắp của các rãnh cáp hoặc các rãnh khác đặt trên mặt bằng ở đỉnh tường

10-4
Chương 10: Buồng âu
âu, tại những nơi mà các xe ô tô vận tải có thể qua lại, cần phải được tính toán với tải
trọng ô tô theo các tiêu chuẩn hiện hành.


10-5