Nghiên cứu lựa chọn giải pháp ứng dụng cọc cừ ván thép thay cho biện pháp truyền thống trong thi công hố móng cống vùng triều.

LỜI CẢM ƠN.
Sau thời gian học tập tại trường Đại học Thủy Lợi và quá trình làm luận văn
được sự giúp đỡ của các thầy cô trong trường, các cán bộ và lãnh đạo Công ty cổ
phần tư vấn Sông Đà, đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn thạc
sĩ này.
Do thời gian có hạn nên luận văn không tránh được hạn chế, và còn tồn tại
nhiều thiết sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và trao đổi chân
thành để tác giả có thể phát triển, nghiên cứu nhiều hơn, sâu hơn góp phần đưa kiến
thức đạt được vào phục vụ sản xuất trong thực tế.
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Trọng
Tư đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, và cung cấp những thông tin khoa học cần thiết
để tác giả có thể hoàn thành luận văn này.
Sau cùng tác giả xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên và
tạo mọi điều kiện thuận lợi để cho tác giả hoàn thành luận văn.
Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng chắc chắn luận văn không tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong được nhận những ý kiến đóng góp bổ sung của quý thầy
cô cùng các đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, tháng 02 năm 2013.
Tác giả

Lâm Trọng Kiên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình tự tìm tòi, nghiên cứu độc lập của bản
thân với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn. Những thông tin, dữ liệu đưa ra trong
luận văn được trích dẫn rõ ràng, đầy đủ về nguồn gốc. Những số liệu thu thập và
tổng hợp của cá nhân đảm bảo tính khách quan và trung thực.

Hà Nội, tháng 02 năm 2013.
Tác giả

Lâm Trọng Kiên


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
Chương 1.....................................................................................................................3
TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CỐNG VÙNG TRIỀU..............................................3
1.1.

Khái niệm chung về cống vùng triều. .........................................................3

1.1.1

Khái niệm..............................................................................................3

1.1.2

Đặc điểm. ..............................................................................................3

1.1.3

Mục đích xây dựng. ..............................................................................3

1.2.

Sự phát triển và tình hình xây dựng cống vùng triều ở nước ta..................3

1.2.1.

Đặc điểm vùng cửa sông nước ta..........................................................3

1.2.2.

Sự phát triển và tình hình xây dựng cống vùng triều ở nước ta............4

1.3.

Công nghệ xây dựng cống vùng triều. ........................................................6

1.3.1.

Xây dựng cống theo công nghệ truyền thống. ......................................6

1.3.2.

Công nghệ cống đập trụ đỡ. ..................................................................7

1.3.3.

Công nghệ đập xà lan............................................................................8

1.4.

Một số biện pháp thi công cống vùng triều truyền thống. ..........................9

1.4.1.

Các biện pháp thi công cống vùng triều. ..............................................9

1.4.2.

Các kết cấu làm đê quây ngăn nước. ..................................................11

Chương 2...................................................................................................................13
TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CỌC CỪ VÁN THÉP TRONG XÂY DỰNG..........13
2.1

Sự ra đời, hình thành và phát triển của cọc cừ thép trong xây dựng. .......13

2.1.1

Sự ra đời và hình thành. ......................................................................13

2.1.2

Sự phát triển của cọc ván thép ............................................................13

2.2

Ưu điểm.....................................................................................................15

2.3

Nhược điểm...............................................................................................15

2.4

Chế tạo ......................................................................................................16

2.4.1.

Trong phương pháp cán nóng .............................................................16

2.4.2.

Trong phương pháp dập nguội............................................................17

2.5

Ứng dụng cọc cừ ván thép trong các ngành xây dựng..............................17


2.5.1.

Trong thi công công trình dân dụng....................................................18

2.5.2.

Trong công trình giao thông ...............................................................18

2.5.3.

Thi công công trình thủy lợi ...............................................................19

2.5.4.

Thi công công trình cảng. ...................................................................20

Chương 3...................................................................................................................22
ỨNG DỤNG CỌC CỪ VÁN THÉP TRONG THI CÔNG HỐ MÓNG CỐNG
VÙNG TRIỀU ..........................................................................................................22
3.1

Phân tích kết cấu khung vây cọc cừ. .........................................................22

3.1.1.

Khung vây một hàng cọc cừ ván thép.................................................22

3.1.2.

Khung vây hai hàng cọc cừ ván thép. .................................................23

3.2

Lựa chọn kết cấu cho thi công các hạng mục cống. .................................24

3.3

Biện pháp thi công cọc cừ ván thép. .........................................................24

3.3.1

Thiết bị thi công cọc cừ ván thép........................................................24

3.3.2

Biện pháp đóng cọc cừ ván thép vào trong đất...................................26

3.3.3

Biện pháp nhổ cọc cừ ván thép ...........................................................27

3.4

Phân tích lựa chọn chiều sâu cắm cọc cừ ván thép vào đất. .....................28

3.4.1 Các hình thức khung vây chắn giữ hố móng. ..........................................28
3.4.2 Phân tích các chiều sâu chôn cọc cừ ván thép ........................................28
3.5

Tính toán nội lực và chuyển vị khung vây cừ ván thép. ...........................31

3.5.1

Phân tích phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh trên nền đàn hồi...32

3.5.2

Tính toán kiểm tra ổn định của kết cấu cọc cừ ván thép. ...................39

3.6

Tính toán tầng chống.................................................................................40

3.6.1.

Giới thiệu ............................................................................................40

3.6.2.

Thiết kế và thi công thanh chống........................................................41

3.6.3.

Tính toán kiểm tra ổn định thanh chống. ............................................46

3.7

Tính toán kiểm tra ổn định hố móng.........................................................46

3.7.1

Kiểm tra ổn định chống trồi của hố móng ..........................................47

3.7.2

Kiểm tra ổn định chống chảy thấm vào hố móng. ..............................50

3.8

Kết luận Chương 3 ....................................................................................52


Chương 4...................................................................................................................53
ỨNG DỤNG CỌC CỪ VÁN THÉP THI CÔNG HỐ MÓNG CỐNG THỦ BỘ ....53
4.1.

Tổng quan về công trình. ..........................................................................53

4.2.

Giới thiệu công trình. ................................................................................54

4.2.1

Tên công trình: Cống Thủ Bộ. ...........................................................54

4.2.2

Vị trí địa lý công trình.........................................................................57

4.2.3

Điều kiện tự nhiên vùng công trình. ...................................................58

4.3.

Biện pháp thi công hố móng bằng khung vây cọc cừ ván thép. ...............61

4.3.1

Biện pháp thi công hố móng trụ pin và dầm ngưỡng. ........................61

4.3.2

Biện pháp thi công hố móng âu thuyền. .............................................62

4.4.

Trường hợp và sơ đồ tính toán khung vây cọc cừ ván thép......................62

4.4.1

Trường hợp tính toán. .........................................................................62

4.4.2

Sơ đồ tính toán. ...................................................................................63

4.5.

Thông số tính toán khung vây cọc cừ ván thép.........................................64

4.5.1

Thông số mực nước, cao trình hố móng cống ....................................64

4.5.2

Chỉ tiêu cơ lý đất hố móng cống .........................................................64

4.5.3

Thông số cọc cừ ván thép ...................................................................64

4.5.4

Thông số cọc bê tông cốt thép ............................................................65

4.5.5

Thông số thanh chống chống ..............................................................65

4.6.

Kết quả tính toán và kiểm tra ổn định.......................................................66

4.6.1

Trường hợp thi công hố móng trụ pin, dầm ngưỡng ..........................67

4.6.2

Trường hợp thi công hố móng khoang âu thuyền...............................73

4.7

Kết luận chương 4. ....................................................................................78

4.7.1.

Đối với khung vây cọc cừ thi công trụ pin, dầm ngưỡng. ..................78

4.7.2.

Đối với khung vây cọc cừ thi công âu thuyền. ...................................78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................81


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các cống vùng triều tiêu biểu Việt Nam đến năm 2013 ............................5
Bảng 3.1: Tham khảo bảng để lựa chọn loại máy thích hợp.....................................25
Bảng 4.1: Thông số chính của công trình. ................................................................54
Bảng 4.2: Điều kiện địa chất hố móng cống Thủ Bộ................................................59
Bảng 4.3: Thông số mực nước, cao trình hố móng cống ..........................................64
Bảng 4.4: Chỉ tiêu cơ lý đất hố móng cống...............................................................64
Bảng 4.5: Thông số hình học cọc cừ ván thép chọn. ................................................65
Bảng 4.6: Chỉ tiêu cơ lý cọc cừ ván thép chọn .........................................................65
Bảng 4.7: Chỉ tiêu cơ lý cọc bê tông cốt thép. ..........................................................65
Bảng 4.8: Thông số hình học thanh chống chọn.......................................................66
Bảng 4.9: Chỉ tiêu cơ lý thanh chống chọn ...............................................................66


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu tạo cống truyền thống ..........................................................................6
Hình 1.2: Cấu tạo cống đập trụ đỡ. .............................................................................7
Hình 1.3: Cấu tạo đập xà lan.......................................................................................8
Hình 1.4: Mặt bằng thi công cống trên bãi sông.........................................................9
Hình 1.5: Mặt bằng thi công cống trên toàn lòng sông.............................................10
Hình 1.6: Mặt bằng thi công cống trên một phần lòng sông....................................10
Hình 1.7: Cấu tạo đê quây bằng đất đá .....................................................................11
Hình 1.8: Cấu tạo khung vây đất và cọc ván gỗ .......................................................12
Hình 2.1: Một số dạng cọc cừ ván thép ....................................................................14
Hình 2.2: Các loại me, móc nối liên động cừ. ..........................................................16

Hình 2.3: Sản xuất cán nóng cọc cừ ván thép. ..........................................................16
Hình 2.4: Sản xuất cán nguội cọc cừ ván thép..........................................................17
Hình 2.5: Hố móng dự án Donphin plaza, Từ Liêm. ................................................18
Hình 2.6: Hố móng hầm đường bộ Kim Liên ...........................................................19
Hình 2.7: Hố móng cống Bà Đầm – Ô môn Xà No. .................................................19
Hình 2.8: Công trình bờ kè đường Bạch Đằng (Thị xã Thủ Dầu Một) ....................20
Hình 3.1: Kết cấu khung vây 1 hàng cọc cừ ván thép. .............................................22
Hình 3.2: Kết cấu khung vây 2 hàng cọc cừ ván thép ..............................................23
Hình 3.3: Chi tiết thiết bị dẫn hướng đóng cọc cừ ván thép. ....................................26
Hình 3.4: Sơ đồ phân bố áp lực đất, mômen biến dạng ............................................30
của tường cọc cừ với các độ sâu cắm vào trong đất khác nhau ................................30
Hình 3.5: Sơ đồ xác định chiều sâu chôn cọc cừ ......................................................30
Hình 3.6: Sơ đồ tính áp lực đất và áp lực nước.........................................................32
Hình 3.7: Rời rạc hữu hạn………………………………………………………….34
Hình 3.8: Sơ đồ tính phần tử dầm ………………………………………………...34
Hình 3.9: Sơ đồ 1…………………………………. ....................................................35
Hình 3.10: Sơ đồ 2 ……………………………………………………………….35
Hình 3.11: Phần tử dầm trên nền đàn hồi Winkler ...................................................37


Hình 3.12: Sơ đồ tính tính toán cọc cừ ván thép.......................................................39
Hình 3.13: Chống giữ thanh nén một nhịp................................................................42
Hình 3.14: Chống giữ thanh nén nhiều nhịp. ............................................................42
Hình 3.15: Sơ đồ tính toán thanh chống…………………………………………...43
Hình 3.16: Điều kiện cân bằng thanh nén chịu uốn một nhịp……………………...43
Hình 3.17: Cân bằng của thanh nén uốn liên tục nhiều nhịp. ...................................45
Hình 3.18: Sơ đồ tính toán chống trồi.......................................................................47
Hình 3.19: Quan hệ KL – D/H khi đông thời kể đến c, ϕ ........................................49
Hình 3.20: Sơ đồ kiểm tra phun trào đáy móng........................................................50
Hình 4.1: Mô hình thủy lực cống Thủ Bộ.................................................................57

Hình 4.2: Vị trí Cống Thủ Bộ ...................................................................................58
Hình 4.3: Biện pháp thi công hố móng trụ Pin, dầm ngưỡng ...................................61
Hình 4.4: Biện pháp thi công khoang âu thuyền.......................................................62
Hình 4.5: Sơ đồ tính toán hố khung vây thi công trụ Pin, dầm ngưỡng ...................63
Hình 4.6: Sơ đồ tính toán khung vây thi công âu thuyền..........................................63
Hình 4.7: Mặt cắt cọc cừ ván thép đại diện. .............................................................65
Hình 4.8: Mặt cắt thanh chống đại diện ....................................................................66
Hình 4.9: Đường đẳng chuyển vị khi bơm nước hố móng đến -9.5 ........................67
Hình 4.10: Đường đẳng chuyển vị khi đào hố móng đến -12.5...............................68
Hình 4.11: Mômen uốn của cọc cừ ván thép khi bơm nước hố móng đến -9.5.......68
Hình 4.12: Mômen uốn của cọc cừ ván thép khi đào đất hố móng đến -12.5. ........69
Hình 4.13: Chuyển vị của hố móng khi bơm nước hố móng đến -9.5.....................69
Hình 4.14: Chuyển vị của hố móng khi đào đất hố móng đến -12.5. ......................70
Hình 4.15: Mặt trượt nguy hiểm nhất khi bơm nước hố móng đến -9.5.................70
Hình 4.16: Mặt trượt nguy hiểm nhất khi đào đất hố móng đến -12.5. ..................71
Hình 4.17: Đường đẳng chuyển vị khi bơm cát vào giữa 2 hàng khung vây. .........73
Hình 4.18: Đường đẳng chuyển vị khi bơm nước để thi công hố móng..................73
Hình 4.19: Mômen của cọc cừ ván thép khi bơm cát vào giữa 2 hàng khung vây .74
Hình 4.20: Mômen của cọc cừ ván thép khi bơm nước để thi công hố móng. ........74


Hình 4.21: Chuyển vị khi bơm cát vào giữa 2 hàng khung vây...............................75
Hình 4.22: Chuyển vị khi bơm nước để thi công hố móng......................................75
Hình 4.22: Mặt trượt nguy hiểm nhất khi bơm cát vào giữa 2 hàng khung vây......76
Hình 4.23: Mặt trượt nguy hiểm nhất khi bơm nước để thi công hố móng .............76


1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của Đề tài:
-

Trong giai đoạn phát triển công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay,
biến đổi khí hậu đã làm cho mực nước biển dâng cao, các nước ven biển
như nước ta ngày càng phải chú trọng tới việc giữ ngọt và ngăn mặn tại các
nơi vùng trũng, vậy nên các công trình khu vực ven biển đang được chú
trọng đầu tư xây dựng. Đặc điểm của các công trình này là xây dựng trên
nền đất yếu là phổ biến, chịu tác dụng của nước thuỷ triều, đặc biệt khu vực
ven biển có nhiều kênh rạch đầm lầy các cửa sông. Các công trình phục vụ
phát triển kinh tế xã hội như cầu cống được cải tạo, nâng cấp xây dựng mới
nhiều. Các công trình cầu cống xây dựng trong khu vực này thường xuyên
chịu ảnh hưởng của nước trong sông và thuỷ triều.

-

Ngày nay, công nghệ xây dựng cống được phát triển rất nhanh, có thể thi
công được trong điều kiện dưới nước mà không cần hố móng khô ráo, xong
phần lớn các công trình cống vùng triều đều phải thi công tại chỗ, tức là thi
công hố móng trong điều kiện khô ráo, công việc rất khó khăn đối với các
công trình ở cửa sông bởi mực nước sông lớn, điều kiện địa chất yếu, mặt
bằng thi công chật hẹp bởi không thể đào kênh dẫn dòng. Do vậy việc
nghiên cứu giải pháp thi công hố móng khô ráo là rất quan trọng và cấp
thiết nhưng phải đảm bảo thỏa mãn điều kiện về kỹ thuật, kinh tế và thi
công nhanh nhất.

2. Mục đích của đề tài.
-

Nghiên cứu lựa chọn giải pháp ứng dụng cọc cừ ván thép thay cho biện

pháp truyền thống trong thi công hố móng cống vùng triều.

-

Ứng dụng khung vây cọc cừ ván thép vào thi công hố móng cống vùng
triều.

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
3.1. Cách tiếp cận


2
-

Thu thập số liệu các công nghệ thi công xây dựng cống vùng triều ngày
nay, và các phương pháp thi công cống vùng triều truyền thống.

-

Thu thập tài liệu liên quan từ mạng internet và các nguồn khác.

-

Đề xuất giải pháp bảo vệ hố móng cống vùng triều bằng khung vây cọc cừ
ván thép.

3.2 Phương pháp nghiên cứu.
-

Phân tích biện pháp thi công cọc cừ ván thép trong thi công hố cống vùng

triều thực tế đã thi công để lựa chọn kết cấu cọc cừ ván thép .

-

Nghiên cứu lý thuyết tính toán cọc cừ ván thép bảo vệ hố móng.

-

Sử dụng phần mềm tính toán thiết kế cọc cừ ván thép bảo vệ hố móng cống.

4. Kết quả đạt được.
-

Đưa ra kết cấu khung vây cọc cừ ván thép đảm bảo ổn định trong quá trình
thi công cống vùng triều.

-

Đưa ra các biện pháp và giải pháp thi công cọc cừ ván thép.


3

Chương 1
TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CỐNG VÙNG TRIỀU
1.1.

Khái niệm chung về cống vùng triều.

1.1.1 Khái niệm.

Cống vùng triều là công trình thủy lợi cấp thoát nước được xây dựng ở hạ lưu
các cửa sông ven biển.
1.1.2 Đặc điểm.
Cống được xây dựng ở hạ lưu, cửa sông tiếp giáp với biển nên chịu ảnh hưởng
bởi địa chất yếu, thủy triều và mực nước dâng.
1.1.3 Mục đích xây dựng.
Ngày nay, với sự biến đổi khí hậu làm cho nguồn nước ngày càng cạn kiệt, nước
biển dâng cộng với việc các nước ở thượng nguồn các con sông phát triển kinh tế
ngày càng mạnh, sẽ dùng hết nguồn nước đầu nguồn làm cho đồng bằng ven biển sẽ
thiếu nước ngọt trầm trọng. Vậy nên cấp thiết cần xây dựng các công trình ngăn
sông ở các cửa sông trong đó có cống vùng triều, với mục đích xây dựng:
• Ngăn mặn, giữ ngọt không cho nước thủy triều dâng vào đồng ruộng.
• Cấp nguồn nước tưới cho nông nghiệp và công nghiệp.
• Tiêu thoát lũ trong lũ chính vụ.
• Ngăn xâm nhập mặn vào nội thành các thành phố Đồng bằng sông cửu long.
1.2.

Sự phát triển và tình hình xây dựng cống vùng triều ở nước ta.

1.2.1. Đặc điểm vùng cửa sông nước ta.
• Nước ta là nước có đường bờ biển kéo dài với hơn 3260km kéo dài từ Móng
Cái tới Hà Tiên, vậy nên địa hình bờ biển rất phức tạp không bằng phẳng chỗ
cao chỗ thấp, có nhiều sông ngòi cắt ngang, cứ khoảng 20km có một con sông
• Đặc điểm bờ biển nước ta phần lớn là bờ biển cát và bùn. Bờ biển cát thường
xuất hiện ở miền Trung có nhũng nơi có đụn, đồi cát rất lớn và cao với độ dốc từ
1/5-1/500. Còn trong bờ bùn thường xuất hiện ở các vùng có cửa sông lớn mang
nhiều phù xa như vùng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long có độ dốc từ 1/5-


4

1/2000. Bên cạnh đó rải rác cũng có bờ biển là đá, cuội sỏi hay nhũng vùng bờ
biển có sét cao, đặc biệt vùng có bờ bằng đá cuội dài hàng trăm cây số được
sóng và dòng chảy sắp xếp thành nhiều bậc như bờ biển bắc xã Bình Thạnh,
huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận
• Thủy triều.
Thủy triều ở vùng biển ven bờ Việt Nam rất phong phú và đa dạng, bao gồm
cả 4 kiểu thủy triều chính của thế giới: Nhật triều, nhật triều không đều, bán nhật
triều không đều, bán nhật triều.
Theo GS. Nguyễn Ngọc Thụy ở Việt Nam có bốn loại thủy triều truyền vào
sông như sau:
-

Thủy triều có biên độ lớn truyến rất sâu vào đồng bằng lớn đó là đồng bằng
sông Cửu Long. Sóng triều truyền khá nhanh trung bình khoảng
15÷20km/h. Dòng triều hoạt động cách biển 50-100km, lưu tốc có thể đạt
0,75÷2,0m/s

-

Thủy triều có biên độ lớn truyền khá sâu vào đồng bằng đó là đồng bằng
sông Hồng và sông Thái Bình gồm nhiều hướng truyền khác nhau. Dòng
triều hoạt động trong khoảng 150÷180km, lưu tốc dòng chính đạt 1÷2m/s.

-

Thủy triều truyền vào một số đồng bằng nhỏ của Việt Nam với ít cửa vào
và giới hạn truyền vừa phải nằm ở miền Trung: sông Mã, sông Chu….

-

Thủy triều truyền vào một số sông có độ dốc lớn khoảng cách rất hạn chế ở
các núi giáp biển miền Bắc và miền Trung Việt Nam.

1.2.2. Sự phát triển và tình hình xây dựng cống vùng triều ở nước ta.
• Trong giai đoạn hiện nay, nước ta tập trung công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước: trước tiên cần pháp triển nông nghiệp để tránh tình trạng thiếu đói, và
các công trình thủy lợi được xây dựng để phục vụ cho nông nghiệp, trong đó
cống ngăn mặn ngày càng nhiều, quy mô khác nhau do công nghệ thi công phát
triển nhanh ở trong nước và trên thế giới .


5
• Với khí hậu ngày càng khắc nghiệt, nhiệt độ tăng cao làm băng tan chảy dẫn
tới mực nước biển tăng lên, trong khi ở nước ta đặc biệt là Đồng bằng sông Cửu
Long thường bị triều cường dâng cao làm ngập lụt, do vậy cấp thiết cần xây
dựng hệ thống cống vùng triều để ngăn mặn và chống triều cường vào thành
phố, đồng ruộng.
• Một số công trình tiêu biểu cống vùng đã được xây dựng đến nay.
Bảng 1.1: Các cống vùng triều tiêu biểu Việt Nam đến năm 2013
TT

1
2

Tên Công trình

Quy mô

Nhiệm vụ

Địa điểm
xây dựng

Năm xdhoàn
thành

Cống ngăn mặn 15khoang x31m
giữ ngọt Thảo
Long

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, Huyện Phú Vang - 2001-2007
cấp nước, cải tạo phù xa
Thừa thiên Huế

Cống Đò Điệm

- Ngăn mặn giữ ngọt, cấp Huyện Thạch Hà – 2004-2007
nước tưới
Hà Tĩnh

16khoang x 8m

Cống kiểm soát 2khoangx22,5m
Triều Nhiêu Lộc 2khoangx6,5m

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, TP.Hồ Chí Minh
giữ ngọt

Cống vùng Ô 10 cống
Môn – Xà No

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, Hậu Giang, Kiên 2012giữ ngọt cấp nước sinh Giang, Cần Thơ
hoạt

Cống Thủ Bộ

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, Long An
giữ ngọt cấp nước sinh
hoạt

2011-2014

Cống Kinh Lộ

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, TP.Hồ Chí Minh
giữ ngọt cấp nước sinh
hoạt

2011-2014

Cống
Chuối

Mương

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, TP.Hồ Chí Minh
giữ ngọt cấp nước sinh
hoạt

2011-2014

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, TP.Hồ Chí Minh
giữ ngọt cấp nước sinh
hoạt

2003-2007

8

Công
Trình B = 10m
Kiểm Soát Nước
Triều Cầu Bông
Công
Trình B = 20m
Kiểm Soát Nước
Triều Bình Triệu

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, TP.Hồ Chí Minh
giữ ngọt cấp nước sinh
hoạt

2003-2007

9

Công
Trình B = 20m
Kiểm Soát Nước
Triều Bình Lợi

- Kiểm soát lũ, ngăn mặn, TP.Hồ Chí Minh
giữ ngọt cấp nước sinh
hoạt

2003-2007

3
4

5

4 khoang cống
- Âu thuyền

6

7

10

2010-2012


6
1.3.

Công nghệ xây dựng cống vùng triều.

1.3.1. Xây dựng cống theo công nghệ truyền thống.

Trước khi có công nghệ thi công xây dựng cống hiện đại như cống trụ đỡ, hay
cống đập xà lan, thì cống theo công nghệ truyền thống đã được áp dụng chủ yếu,
với các đặc điểm:
1.3.1.1.

Cấu tạo

Gồm: Bản đáy dày 0.5-:-1.5m, trụ pin, kết cấu tiêu năng, cửa van, mang
cống, cầu công tác, cầu giao thông.

Hình 1.1: Cấu tạo cống truyền thống
1.3.1.2.
-

Nguyên lý làm việc

Ổn định chịu lực ngang (chống trượt và chống lật) bằng trọng lượng bản
thân

-

Chống thấm: theo đường viền ngang giữa đáy và nền.

-

Chống xói hạ lưu bằng kết cấu nối tiếp tiêu năng.

1.3.1.3.

Điều kiện thi công

Làm đê quây trong lòng sông để thi công cống trong hố móng khô ráo.
1.3.1.4.

Ưu điểm:

Thi công đơn giản, dễ dàng kiểm soát trong thi công.
1.3.1.5.

Nhược điểm.

-

Khối lượng thi công lớn.

-

Mặt bằng thi công rộng, đền bù giải phóng mặt bằng.

-

Ảnh hưởng môi trường, thời gian thi công lâu.


7

1.3.2. Công nghệ cống đập trụ đỡ.
1.3.2.1 Cấu tạo.
Gồm trụ chịu lực, dầm đỡ van, khung vây chống thấm, thảm đá chống xói
phía hạ lưu, cửa van, mang cống, và cầu công tác có thể kết hợp làm cầu giao

thô ng.

Hình 1.2: Cấu tạo cống đập trụ đỡ.
1.3.2.2 Nguyên lý làm việc của cống.
-

Ổn định chịu lực ngang (chống trượt, chống lật) bằng từng trụ độc lập
trên hệ cọc ngàm sâu vào trong đất nền (cọc đóng hoặc cọc khoan nhồi).

-

Ổn định chống thấm.
Theo đường viền thẳng đứng bằng hệ cừ thấm (cừ BTCT hoặc cừ thép).

-

Ổn định chống xói.
Mở rộng khẩu độ cống để có lưu tốc sau cống nhỏ hơn lưu tốc xói cho
phép của nền, chỉ cần gia cố bằng thảm đá.

1.3.2.3 Điều kiện thi công.
-

Thi công cống trong lòng chảy giữa sông.

1.3.2.4 Ưu điểm:
-

Giá thành giảm 30% so với thi công cống truyền thống cùng nhiệm vụ.

-

Không phụ thuộc chế độ thủy văn nên thời gian thi công rút ngắn.

-

Thi công được trên trên sông rộng và sâu


8
1.3.2.5 Nhược điểm.
-

Mặt bằng thi công chật hẹp.

1.3.3. Công nghệ đập xà lan.
1.3.3.1 Cấu tạo
-

Đập xà lan hộp mà đáy và trụ pin đều là hộp rỗng để di rời và đánh đắm

-

Đập xà lan bản dầm mà loại mà đáy và trụ pin đều bản dầm cùng với hai
bản mặt thượng hạ lưu cấu tạo thành hộp nổi để di chuyển để đánh đắm
các bộ phận khác như đập trụ đỡ.

Hình 1.3: Cấu tạo đập xà lan
1.3.3.2 Nguyên lý làm việc.
-

Ổn định lún: Giảm trọng lượng cống tác dụng lên nền.

-

Ổn định chống trượt: Bằng đường viền ngang giữa bản đáy và đất nền.

-

Ổn định chống xói: Mở rộng khẩu độ cống để lưu tốc sau cống nhỏ hơn
lưu tốc xói cho phép của đất nền.

1.3.3.3 Điều kiện thi công.
Cống được đúc trên cạn sau đó lai dắt đến vị trí xây dựng và đánh chìm.
1.3.3.4 Ưu điểm:
-

Giá thành giảm 60% so với thi công cống truyền thống cùng nhiệm vụ.

-

Không phụ thuộc chế độ thủy văn nên thời gian thi công rút ngắn.

-

Chế tạo và lắp ghép theo tính chất công nghiệp.

1.3.3.5 Nhược điểm.

9
-

Phải lai dắt từ vị trí xây dựng tới vị trí xây dựng cống

-

Đánh chìm cống cần có biện pháp định vị chính xác .

1.4. Một số biện pháp thi công cống vùng triều truyền thống.
• Do đặc thù cống vùng triều thi công dưới mực nước thủy triều do đó nhất
thiết phải phải tạo vòng vây tạm để đồng thời vừa ngăn nước, đào đất hố
móng và hút nước trong hố móng trong quá trình thi công. Vòng vây phải
đảm bảo thu hẹp tới mức tối thiểu để tránh cho lưu tốc dòng chảy tăng lên
đột ngột quá nhiều làm xói mòn đáy sông và sạt lở chân vòng vây đồng thời
gây cản trở cho giao thông đường thủy.
• Đặc điểm nữa là vùng cửa sông thường có bồi lắng cát và bùn có chiều dày
lớn nên trong quá trình thi công hố móng thường xảy ra tình trạng thấm nước
vào hố móng, nên cần chọn biện pháp thi công cho hố móng là khô ráo nhất.
• Về điều kiện thi công vùng triều phức tạp hơn rất nhiều khi thi công trên cạn
cũng như thi công trên lòng sông như: khâu đo đạc, định vị công trình,
phương án vận chuyển vật liệu trang thiết bị, nhân lực để thi công vòng vây,
hố móng. Nội dung và cách tổ chức thi công hố móng vì vậy cũng phức tạp
hơn nhiều, cần phải tính toán các biện pháp thi công hố móng khác nhau để
đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế.
• Một số biện pháp thi công hố móng cống vùng triều được áp dụng:
1.4.1. Các biện pháp thi công cống vùng triều.
1.4.1.1. Xây dựng cống trên bãi sông tại vị trí dòng sông cong.
§Ëp ng¨n s«ng

S«ng

Th−îng l−u

Cèng

H¹ l−u

Hình 1.4: Mặt bằng thi công cống trên bãi sông


10
Đào hố móng cống và xây dựng cống trên bãi sông, dẫn dòng thi công qua
dòng sông cũ nên không anh hưởng tới quá trình thi công cống, sau khi hoàn
thiện cống tiến hành đào kênh dẫn thượng hạ lưu cống và đắp đập ngăn sông
sông cũ lại, biện pháp này thường làm trong đoạn sông cong.
1.4.1.2. Xây dựng cống trên toàn lòng sông.
Kªnh dÉn dßng

S«ng

§ª quai th−îng l−u

S«ng

Cèng

§ª quai h¹ l−u

Hình 1.5: Mặt bằng thi công cống trên toàn lòng sông.

Cách này thường áp dụng cho dòng sông thẳng mặt bằng thi công rộng để
đảm bảo cho thi công đào kênh dẫn dòng bên phía bờ sông sau đó tiến hành
đắp đê quai thượng hạ lưu khu vực xây dựng cống. Sau khi thi cống cống
xong tiến hành phá dỡ đê quai thi công để dòng chảy qua cống hoàn thiện và
lấp kênh dẫn dòng.
1.4.1.3. Xây dựng cống trên một phần lòng sông.
Biện pháp này thường áp dụng cho xây dựng cống tại vị trí lòng sông không
sâu và lòng sông rộng: tiến hành đắp đê quai dọc sông và dẫn dòng qua phần
sông còn lại, xây dựng cống trong lòng đê quai, sau khi thi công xong thì đắp đê
quai phần sông còn lại và dẫn dòng thi công qua phần cống đã thi công xong.
Hè mãng cèng

S«ng

§ª quai

Hình 1.6: Mặt bằng thi công cống trên một phần lòng sông.


11
1.4.2. Các kết cấu làm đê quây ngăn nước.
1.4.2.1.

Đê quai bằng đất đá hỗn hợp.

Đây là loại vòng vây đơn giản nhất và phổ biến khi thi công hố móng cống.
- Trong trường hợp khi hố móng cống vùng triều thi công ở nơi có mực nước
không sâu lắm (h < 2m-:-3m), lưu tốc dòng chảy không lớn(v<0.5m/s), song
nước không mạnh thường sử dụng vòng vây đất hoặc bao tải đất cấu tạo khép
kín cả bốn phía. Mặt cắt ngang của vòng vây đất có dạng hình thang mái dốc

phía ngoài thường 1:2 đến 1:3, phía trong thay đổi từ 1:1 đến 1:1.5, tùy theo địa
chất, đồng thời chân cách móng hố móng lớn hơn 1.0m, trong trường hợp phía
ngoài vòng vây lưu tốc dòng chảy lớn có thể gia cố thêm bằng đắp lớp đá hộc,
bao tải đất hoặc xếp rọ đá phía dưới chân để ổn định mái đắp vòng vây.
- Trong trường hợp thi công hố móng cống vùng triều mực nước triều lớn và
hố móng cống rộng thì sử dụng phương pháp đắp đất đá hỗn hợp kết hợp với lõi
bằng đất sét hoặc cọc ván để ngăn nước thấm qua

Hình 1.7: Cấu tạo đê quây bằng đất đá
1. Đất đá hỗn hợp

2. Tường chống thấm (lõi sét)

- Phương pháp này có ưu điểm: là tận dụng vật liệu địa phương, và được áp
dụng công trình nhỏ và gần bờ.
- Nhưng nhược điểm: là thi công lâu, nhân lực, máy móc nhiều, chỉ thi công
được khi mực nước thủy triều xuống và diện tích lấn chiếm dòng chảy lớn
trong trường hợp thi công ở cửa sông.
1.4.2.2.

Khung vây đất và cọc ván gỗ.


12
Khung vây này dùng với mực nước không quá 3m, lưu tốc dòng chảy từ
0,5m/s đến 1,5m/s, có thể dùng mặt ván gỗ cả 2 lớp trong và ngoài, như vậy khối
lượng đất đắp và độ thu hẹp lòng dòng chảy giảm so phương án đắp đất và đắp đất
đá hỗn hợp,

Hình 1.8: Cấu tạo khung vây đất và cọc ván gỗ

1. Đất đắp

2. Cọc ván gỗ

- Phương pháp này có ưu điểm: là tận dụng vật liệu địa phương, và được áp
dụng công trình trước nhỏ và gần bờ.
- Nhưng nhược điểm: là thi công lâu, không thi công nơi lòng sâu và lưu tốc
lớn, vật liệu đắt do dung cọc ván gỗ.


13

Chương 2
TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CỌC CỪ
VÁN THÉP TRONG XÂY DỰNG
2.1 Sự ra đời, hình thành và phát triển của cọc cừ thép trong xây dựng.
2.1.1 Sự ra đời và hình thành.
• Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án
Black RockHarbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng khung vây cọc bản
bằng gỗ để làm khung vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước. Bên cạnh gỗ
và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước. Tuy
nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu
sử dụng.
• Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước
khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện.
Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt
cắt ngang Omega (Ω), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu khung
vây tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z
hàn với nhau. Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà khung vây có thể chỉ dùng
cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile)

hoặc cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn.
2.1.2 Sự phát triển của cọc ván thép
2.1.2.1 Sự phát triển của cọc ván thép trên thế giới.
Công nghệ cọc ván thép ở Nhật Bản được bắt đầu từ việc sử dụng cọc ván
thép trong các công trình khung vây đất của toà nhà Misui năm 1930. Sau đó để
khôi phục sau hoả hoạn trong trận động đất “Great Kanto” năm 1923, một số lượng
lớn cọc ván thép từ các nước trên thế giới đã được nhập vào để khôi phục các công
trình cảng, sông một cách nhanh chóng, mở ra một thời kỳ mới của công nghệ cọc
ván thép. Nhân dịp này từ sau năm 1925, hàng năm có từ 3 đến 4 vạn tấn cọc ván


14
thép được nhập vào. Khối lượng cọc ván thép nhập vào tiếp tục tăng nhanh đến năm
thứ 5 năm SHOWA nhưng đến năm 1931 do ảnh hưởng của tình trạng suy thoái
kinh tế lớn mà khối lượng cọc ván thép nhập vào giảm đi mạnh mẽ.
Năm 1929 công ty thép Yahata của Chính phủ Nhật đã thành công trong việc
quốc sản hoá cọc ván thép và năm 1931 lần đầu tiên cán và bán ra được
2500tấn cọc ván thép hệ Lakawana, từ đó trở đi việc nhập khẩu cọc ván thép gần
như là không có. Do nhận thấy những ưu điểm nổi bật của cọc ván thép, năm 1931
Nhật Bản bắt đầu sản xuất trong nước tại Hãng “Public Yahata Steel”. Sự phát triển
công nghệ và sử dụng cọc ván thép sau đó rất nhanh chóng không những ở Nhật
Bản mà còn ở nhiều nước khác, ở nhiều loại công trình khác nhau: công trình giao
thông, công trình cảng, bến tàu, công trình sông,…
Lịch sử của cọc ván thép ở Nhật Bản:
1931: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ U ”Kiểu SPII”
1955: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình đường thẳng “SP-F”
1959: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ z “Z-45”
1960: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ U (dạng Laruzen) “SP…”
1967: Thành lập Tiêu chuẩn JIS: JIS A5528: 1967
1987: Ngừng sản xuất cọc ván hình chữ U dạng Lakawana

1997: Ngừng sản xuất cọc ván thép hình chữ Z.
1997: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép cỡ lớn hình chữ U với chiều rộng có
hiệu là 600mm
2000: Sửa đổi lại Tiêu chuẩn JIS thành tiêu chuẩn “JIS A5523:2000. Cọc ván
thép cán nóng dùng cho hàn”
Hiện nay, hình dạng cọc ván thép được sản xuất ra là hình chữ U, Z, H, Ω hay
hình đường thẳng, hình tròn ….

Hình 2.1: Một số dạng cọc cừ ván thép


15
2.1.2.2 Sự phát triển của cọc cừ ván thép ở Việt Nam.
Trên thế giới đã ứng dụng cọc cừ ván thép từ lâu nhưng mãi đến những năm
1990 Việt Nam mới thực sự tiếp cận với cừ ván thép, tuy nhiên do giá thành và
yêu cầu kỹ thuật cao nên đến những năm 2000 thì Việt Nam mới nhập của các
nước trên thế giới và bắt đầu sản xuất để phục vụ thi công các công trình phức
tạp khó khăn như nhà cao tầng có hố móng sâu nơi địa hình chật hẹp, các công
trình giao thông như mố trụ cầu, hay các công trình thủy lợi như làm đê quây thi
công cống, đập…
2.2 Ưu điểm
Cọc cừ ván thép được làm bằng thép nên các ưu điểm dễ nhận thấy nhất là:
-

Khả năng chịu ứng suất động khá cao (trong quá trình thi công cũng như sử
dụng).

-

Khả năng chịu lực áp lực lớn.

-

Cọc cừ ván thép có thể nối bằng nhiều mối nối bằng hàn hoặc bằng bulông
nhằm gia tăng chiều dài khi hố móng sâu.

-

Có thể sử dụng được nhiều lần, thi công dễ dang nên hiệu quả kinh tế cao.

2.3 Nhược điểm
Do làm bằng thép nên cọc cừ ván thép có tính ăn mòn cao trong môi trường
làm việc (khi sử dụng chúng trong các công trình vĩnh cửu. Tuy nhiên nhược
điểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ
như sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử
dụng loại cọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn
cao. Ngoài ra, mức độ ăn mòn của cọc ván thép theo thời gian trong các môi
trường khác nhau cũng đã được nghiên cứu và ghi nhận lại. Theo đó, tùy thuộc
vào thời gian phục vụ của công trình được quy định trước, người thiết kế có thể
chọn được loại cọc ván thép với độ dày phù hợp đã xét đến sự ăn mòn này.


16
2.4 Chế tạo
• Cọc cừ ván thép là một cấu kiện xây dựng dạng tấm (ván) được cán (nóng
hoặc nguội) với hệ rãnh khoá liên động ở phần rìa cừ. Rãnh khoá liên động cho
phép các cây cừ độc lập liên kết với nhau hình thành một một khung vây khép
kín ngăn chống đất và nước. Cọc ván thép được sản xuất dễ dàng cho việc vận
chuyển, trong nhiều trường hợp mang lại hiệu quả cho chủ đầu tư một giải pháp
nhanh chóng, dài lâu với tuổi thọ vật liệu cao.

Hình 2.2: Các loại me, móc nối liên động cừ.
• Hiện nay cọc ván thép được chế tạo theo hai phương pháp khác nhau:
phương pháp cán nóng và phương pháp dập nguội.
2.4.1. Trong phương pháp cán nóng

Hình 2.3: Sản xuất cán nóng cọc cừ ván thép.
Một khối thép nóng chảy ban đầu (có dạng như khối lập phương) sẽ được di
chuyển qua một loạt các máy cán để dần dần trở thành dạng cọc ván thép,