Nghiên cứu giải pháp móng cọc xiên chéo lớn áp dụng vào thiết kế các công trình ngăn sông lớn

Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và ptnt

Trường đại học thuỷ lợi
----------

Nguyễn đình trường

NGHIÊN CứU GIảI PHáP móng cọc xiên chéo lớn
áp dụng vào thiết kế các công trình ngăn sông lớn
bằng công nghệ đập trụ đỡ

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.02.02

luận văn thạc sĩ
Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Văn Thái

Hà nội 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp móng cọc xiên chéo lớn áp dụng vào
thiết kế các công trình ngăn sông lớn bằng công nghệ đập trụ đỡ”
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả
nghiên cứu không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường.
Hà Nội, ngày tháng năm
Học viên cao học

Nguyễn Đình Trường

i


LỜI CẢM ƠN
Với sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè
và gia đình đã giúp tác giả đã hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Văn Thái, người đã
hướng dẫn trực tiếp, truyền cảm hứng và vạch ra những định hướng khoa học cho luận
văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, các anh em trong gia
đình tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành quá trình học tập và viết luận văn này.
Hà Nội, ngày tháng năm
Học viên cao học

Nguyễn Đình Trường

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1
2.

Mục đích của đề tài .........................................................................................3

3.

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

4.

Nội dung nghiên cứu ......................................................................................3

5.

Kết quả dự kiến đạt được................................................................................3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC XIÊN CHÉO LỚN .................5
1.1. Tổng quan các công trình ngăn sông lớn..............................................................5
1.1.1. Trên thế giới ..................................................................................................5
1.1.2. Một số công trình ngăn sông lớn tại Việt Nam ...........................................14
1.2. Tổng quan giải pháp móng cọc xiên lớn để xử lý nền .......................................21
1.2.1. Trên thế giới ................................................................................................21
1.2.2. Trong nước ..................................................................................................25
1.3. Kết luận chương 1 ..............................................................................................28
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ...................30
2.1. Khái quát về tiêu chuẩn thiết kế móng cọc trên thế giới và ở Việt Nam ...........30
2.1.1. Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc trên thế giới [15], [16], [17] ,[18] ,[19] .....................30
2.1.2. Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc trong nước [11], [13] ........................................32
2.2. Các quan điểm thiết kế móng cọc ......................................................................33
2.2.1. Thiết kế cọc theo sức chịu tải cho phép [13] .................................................33
2.2.2. Thiết kế cọc theo hệ số thành phần [11] ........................................................33
2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng độ xiên đến khả năng chịu tải của cọc ..........................35
2.3.1. Tổng quan phần mềm FB_Pier [20] ..............................................................35
2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng độ cứng và số lớp của đất nền đất đối với sự làm việc
của cọc ...................................................................................................................38
2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của lực dọc trục đến cọc thẳng đứng và cọc xiên ......39

2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của phương xiên của cọc đến khả năng chịu lực........44

iii


2.3.5. Tính toán so sánh trường hợp móng bố trí toàn cọc thẳng đứng, cọc xiên và
móng cọc xiên chéo .............................................................................................. 45
2.4. Nghiên cứu áp dụng móng cọc xiên chéo lớn vào công trình ngăn sông có
chênh cột nước lớn .................................................................................................... 53
2.4.1. Định nghĩa, phạm vi ứng dụng .................................................................... 53
2.4.2. Phương pháp tính toán ................................................................................ 54
2.5. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 62
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CỐNG CÁI LỚN . 63
3.1. Giới thiệu chung về công trình cống Cái Lớn .................................................... 63
3.1.1. Tóm tắt nội dung quyết định đầu tư ............................................................ 63
3.1.2. Đặc điểm tự nhiên ....................................................................................... 63
3.2. So sánh và phân tích các loại cọc ....................................................................... 69
3.2.1. Phân loại cọc ............................................................................................... 69
3.2.2. Một số ưu điểm và phạm vi sử dụng của các loại cọc ................................ 69
3.3. Phân tích hiệu quả kỹ thuật - kinh tế lựa chọn kết cấu móng cọc. ..................... 75
3.3.2. Biện pháp chống ăn mòn[31] ........................................................................ 79
3.4. Tính toán thiết kế móng cọc xiên chéo .............................................................. 82
3.4.1. Xác định tải trọng ngang ............................................................................. 82
3.4.2. Sức chịu tải trọng đứng của cọc .................................................................. 83
3.4.3. Tính toán số lượng cọc xiên và tải trọng đứng yêu cầu .............................. 88
3.4.4. Phân tích xác định vùng độ xiên tối ưu ....................................................... 90
3.5. Giải pháp kết cấu ................................................................................................ 95
3.6. Kiểm tra ổn định tổng thể công trình ................................................................. 98
3.6.1. Xác định tải trọng tính toán ......................................................................... 98
3.6.2. Mô hình tính toán nội lực bằng phần mềm ............................................... 103

3.6.3. Kết quả tính toán ....................................................................................... 109
3.7. Kết luận chương 3 ............................................................................................ 113
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU CHỌN GIẢI PHÁP THI CÔNG VÀ QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC XIÊN LỚN ........................................................ 114
iv


4.1. Đặt vấn đề .........................................................................................................114
4.1.1. Biện pháp đóng cọc bằng hệ sàn đạo kết hợp ray trượt ............................114
4.1.2. Biện pháp đóng cọc bằng tàu đóng cọc chuyên dụng ...............................118
4.2. Quy trình công nghệ thi công cọc thép xiên trong nước ..................................120
4.2.1. Đề xuất biện pháp thi công đóng xiên cọc thép trong nước. .....................120
4.3. Kết luận chương 4 ............................................................................................122
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................124
Qua luân văn, tác giả đã đạt được các kết quả sau: ...........................................124
Những vẫn đề cần nghiên cứu tiếp: .....................................................................125
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................126

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1 - 1: Công trình Hollandse IJssel .......................................................................... 5
Hình 1 - 2: Tổng thể công trình cống Oosterschelde ...................................................... 6
Hình 1 - 3: công trình Hagestein - Lower Rhine – Hà Lan ............................................. 7
Hình 1 - 4: Cống Maeslandt Kering – Hà Lan ................................................................ 7
Hình 1 - 5: Công trình Hartel Canal ................................................................................ 8
Hình 1 - 6: Đập Braddock - Mỹ ...................................................................................... 9
Hình 1 - 7: Tổng thể công trình Montezuma ................................................................... 9
Hình 1 - 8: Công trình ngăn triều Tam Xoa (Sancha) ................................................... 10

Hình 1 - 9: Công trình phòng lũ Chung Lâu (Zhonglou) .............................................. 11
Hình 1 - 10: Dự án ngăn các cửa sông ở Vinece - Italia ............................................... 11
Hình 1 - 11: Công trình trên sông Thames – Anh ......................................................... 12
Hình 1 - 12: Công trình trên tuyến đê biển Seamangeum ............................................. 13
Hình 1 - 13: Công trình Marrina Barrage – Singapore ................................................. 14
Hình 1 - 14: Phối cảnh cống KST Tân Thuận ............................................................... 15
Hình 1 - 15: Phối cảnh cống KST Phú Xuân ................................................................ 16
Hình 1 - 16: Phối cảnh cống KST Bến Nghé ................................................................ 16
Hình 1 - 17: Công trình cống Kinh Lộ .......................................................................... 17
Hình 1 - 18: Công trình kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè ................................... 18
Hình 1 - 19: Phối cảnh cống Mương Chuối .................................................................. 18
Hình 1 - 20: Phối cảnh tổng thể công trình Sông Dinh – Ninh Thuận.......................... 20
Hình 1 - 21: Công trình Thảo Long – Huế .................................................................... 21
Hình 1 - 22: Mô hình cắt ngang của tuyến đê biển New Orleans ................................. 22
Hình 1 - 23: Thi công cọc thép hình “H” xiên 1:1,5 tại đê biển New Orleans ............. 23
Hình 1 - 24: Phân bố địa chất tuyến đê New Orleans ................................................... 24
Hình 1 - 25: Vị trí đập ngăn triều Ems Barrier ............................................................. 24
Hình 1 - 26: Công trình Ems Barrier – Đức .................................................................. 25
Hình 1 - 27: sơ họa mặt cắt ngang đập Ems Barrier ..................................................... 25
Hình 1 - 28: Phối cảnh tổng thể công trình cống Nhà Mát ........................................... 26
Hình 1 - 29: Hình anh cống cái cùng ............................................................................ 27
Hình 1 - 30: Phối cảnh cống trình cống Bào Chấu ....................................................... 28

vi


Hình 2 - 1: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) của các trường hợp ε 50 thay đổi
khi có lực ngang tác dụng lên đầu cọc ..........................................................................39
Hình 2 - 2: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) của cọc thẳng đứng chịu đồng
thời tải trọng ngang, thẳng đứng ...................................................................................41

Hình 2 - 3: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) của cọc xiên 1 :5 chịu đồng
thời tải trọng ngang, thẳng đứng ...................................................................................41
Hình 2 - 4: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) của cọc xiên 1:3 ; 1:4 ;1:5 chịu
đồng thời tải trọng ngang, thẳng đứng ..........................................................................42
Hình 2 - 5: Sơ đồ tính toán ............................................................................................44
Hình 2 - 6: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) của cọc xiên 1:3 ; 1:4 ;1:5 chịu
đồng thời tải trọng ngang, thẳng đứng ..........................................................................44
Hình 2 - 7: Sơ đồ tính toán ............................................................................................49
Hình 2 - 8: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) của 3 phương án móng cọc chịu
đồng thời tải trọng ngang, thẳng đứng và mômen .........................................................50
Hình 2 - 9: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) của 3 phương án móng cọc chịu
đồng thời thẳng đứng, mômen và lực ngang từ TL đến HL .........................................52
Hình 2 - 10: Biểu đồ chuyển vi (a), biểu đồ mô men (b) của 3 phương án móng cọc
chịu đồng thời thẳng đứng , mômen và lực ngang từ HL đến TL ................................53
2.4. Nghiên cứu áp dụng móng cọc xiên chéo lớn vào công trình ngăn sông có chênh
cột nước lớn ...................................................................................................................53
Hình 2 - 11: Sơ đồ xác định góc xiên cọc xiên .............................................................55
Hình 2 - 12: Đồ thì quan hệ giữa giá thành XDCT và độ xiên của cọc ........................57
Hình 2 - 13: Sơ đồ tính toán cọc xiên ............................................................................58
Hình 2 - 14: Biểu đồ tương tác tiết diện chữ nhật cốt thép đắt theo chu vi (8ϕ) với R b
=14,5Mpa (M300); R s = 270Mpa..................................................................................60
Hình 2 - 15: Biểu đồ tương tác tiết diện chữ nhật cốt thép đắt theo chu vi (8ϕ) với R b
=15,5Mpa (M350); R s = 270Mpa..................................................................................60
Hình 2 - 16: Các bước thiết kế móng cọc xiên chéo .....................................................61
Hình 3 - 1: Bản đồ địa hình vùng Bán đảo Cà Mau ......................................................64
Hình 3 - 2: Giá trị SPT hố khoan vị trí tim công trình giữa lòng sông .........................68
Hình 3 - 3: Các loại cọc vuông bê tông cốt thép ...........................................................69
vii

Hình 3 - 4: Bản vẽ điển hình cọc ống ly tâm ứng lực trước [10] .................................... 71
Hình 3 - 5: Quy trình sản xuất và kiểm tra chất lượng cọc ống ly tâm [10] ................... 71
Hình 3 - 6: Các xu hướng ăn mòn do môi trường gây ra[31] .......................................... 80
Hình 3 - 7: Tổ hợp ngăn mặn ........................................................................................ 82
Hình 3 - 8: Tổ hợp ngăn mặn ........................................................................................ 83
Hình 3 - 9: Sơ đồ tính toán áp lực nước ngang ............................................................. 83
Hình 3 - 10: Đồ thi quan hệ giữa độ xiên và số lượng cọc ........................................... 90
Hình 3 - 11: Đồ thi quan hệ giữa độ xiên và tải trọng đứng yêu cầu ............................ 90
Hình 3 - 12: Đồ thi quan hệ giữa góc xiên và sức kháng của cọc ................................. 92
Hình 3 - 13: Đồ thi quan hệ giá thành móng với độ xiên .............................................. 93
Hình 3 - 14: Kết cấu trụ cống ........................................................................................ 96
Hình 3 - 15: Mặt bằng kết cấu trụ cống......................................................................... 96
Hình 3 - 16: Mặt bằng khoang cống điển hình.............................................................. 97
Hình 3 - 17: Cắt dọc khoang cống điển hình ................................................................ 97
Hình 3 - 18: Phối cảnh tổng thể cống Cái Lớn.............................................................. 98
Hình 3 - 19: Mô hình tính toán .................................................................................... 106
Hình 3 - 20: Thông số cọc thép hình “H” ................................................................... 107
Hình 3 - 21: Gán tải trọng tác dụng – ngăn mặn ......................................................... 108
Hình 3 - 22: Gán tải trọng tác dụng – giữ ngọt .......................................................... 108
Hình 4 - 1: Hệ sàn đạo kết hợp hệ thống ray trượt định vị cọc ................................... 114
Hình 4 - 2: Đưa cọc lên giá búa................................................................................... 115
Hình 4 - 3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của các loại máy rung ..................................... 116
Hình 4 - 4: Hạ cọc bằng búa rung ............................................................................... 116
Hình 4 - 5: Đóng cọc xiên BTCT dự ứng lực dưới nước bằng búa xung kích có kết cấu
dẫn hướng đặt trên tàu đóng cọc ................................................................................. 119
Hình 4 - 6: Tàu đóng cọc Dai-Ichi Yutaka .................................................................. 119
Hình 4 - 7: Sơ đồ cấu tạo tàu đóng cọc Dai-Ichi Yukata ............................................ 119
Hình 4 - 8: Biện pháp thi công cọc bằng hệ sàn đạo kết hợp ray trượt định vị .......... 120
Hình 4 - 9: Mặt bằng thi công theo phương án hệ sàn đạo kết hợp ray trượt ............. 121
Hình 4 - 10: Thi công đóng cọc xiên ........................................................................... 121

Hình 4 - 11: Thi công các trụ ở công trình EMS –Đức ............................................... 122

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2 - 1: Giá trị chuyển vị khi ε 50 = 0,02; 0,01; 0,007; 0,005 ...................................38
Bảng 2 - 2: Giá trị nội lực ε 50 = 0,02; 0,01; 0,007; 0,005 ..............................................38
Bảng 2 - 3: Bảng tổng hợp kết quả nội lực lớn nhất trong cọc ứng với 3 bài toán .......45
Bảng 2 - 4: Giá trị chuyển vị của 3 phương án móng cọc .............................................49
Bảng 2 - 5: Giá trị nội lực của 3 phương án móng cọc .................................................49
Bảng 3 - 1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý .......................................................................65
Bảng 3 - 2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý (tiếp) .............................................................66
Bảng 3 - 3: Bảng so sánh đặc điểm cọc thép hình “H” và cọc ống thép .......................74
Bảng 3 - 4: Bảng phân tích kinh tế các phương án móng cọc .......................................76
Bảng 3 - 5: Bảng tổng hợp sức chịu tải đứng theo 22TCN 272-05 ...............................86
Bảng 3 - 6: Bảng tổng hợp sức chịu tải đứng theo TCVN 10304-2012 ........................87
Bảng 3 - 7: Bảng tổng hợp sức chịu tải của cọc ............................................................88
Bảng 3 - 8: Bảng tổng hợp tính toán .............................................................................89
Bảng 3 - 9: Bảng tính sức kháng ngang và sức kháng đứng của cọc ............................91
Bảng 3 - 10: Bảng phân tích kinh tế các phương án độ xiên của cọc ...........................92
Bảng 3 - 11: Tính toán chiều dài thực tế của cọc ..........................................................94
Bảng 3 - 12: Tính toán trọng lượng búa đóng cọc.........................................................94
Bảng 3 - 13: Hệ số tổ hợp tải trọng .............................................................................102
Bảng 3 - 14: Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy móng -tổ hợp giữ ngọt.........................102
Bảng 3 - 15: Tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy móng -tổ hợp ngăn mặn ......................102
Bảng 3 - 16: Thông số đất nền đưa vào phần mềm .....................................................104

ix

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong bối cảnh hội nhập quốc tế và sự phát triển mạnh mẽ theo hướng công nghiệp
hóa, hiện đại hóa của các ngành kinh tế quốc dân, vấn đề phát triển bền vững Nông
nghiệp Nông thôn là một nhu cầu và nhiệm vụ quan trọng mà Đảng và Nhà nước
đã đặt ra trong giai đoạn tới. Để phát triển ổn định và bền vững Nông nghiệp Nông
thôn nói riêng và kinh tế xã hội nước ta nói chung, việc xây dựng các công trình
thủy lợi chủ động tạo nguồn nước nhằm đáp ứng các yêu cầu của thực tế sản xuất
đóng vai trò quan trọng đặc biệt.
Các đồng bằng ven biển, nhất là đồng bằng Sông Cửu long trong tương lai sẽ thiếu
nguồn nước ngọt nghiêm trọng do các nước thượng nguồn khai thác để phát triển
kinh tế, do cạn kiệt vì thảm thực vật suy giảm và sau này do nước biển dâng đưa
mặn vào sâu vào phía thượng nguồn. Do đó, để giải quyết vấn đề tạo nguồn nước
ngọt cho các vùng đồng bằng ven biển cần phải triển khai các dự án ngăn sông đặc
biệt là ngăn các con sông lớn đó là một nhu cầu, đòi hỏi cấp bách của thực tế sản
xuất.
Mặt khác ảnh hưởng tiêu cực của biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra nhanh hơn
so với dự báo của các nhà khoa học. Hạn hán khốc liệt và nước biển dâng nhanh
trong khi hệ thống đê biển còn yếu và đập ngăn cửa sông đang còn để ngỏ nhiều là
những vấn đề lớn không chỉ riêng đối với ngành Nông nghiệp và phát triển Nông
thôn. Việc nghiên cứu đề xuất phương án kết cấu và giải pháp xây dựng các công
trình ngăn sông lớn đang là một nhiệm vụ hết sức cấp thiết. Tuy nhiên, địa chất nền
mềm yếu, sông rộng và sâu là những thách thức lớn đối với vấn đề xây dựng đập
ngăn sông. Mặt khác do điều kiện kinh tế của đất nước chưa cho phép mà từ trước
tới nay chúng ta chỉ mới xây dựng được một số công trình ngăn sông ven biển với
các con sông vừa và nhỏ với cột nước thấp như cống đập còn tất cả các sông rộng

và sâu, như sông Sài Gòn, sông Hàm Luông, sông Tiền, sông Hậu, sông Cái Lớn,
Cái Bé,.v..v... chưa được đề cập đến một cách đúng mức.

1


Đặc điểm của công trình thuỷ lợi nói chung khác với các công trình giao thông, xây
dựng là ngoài chịu tải trọng đứng còn phải chịu tải trọng ngang, thành phần tải
trọng ngang trong công trình thủy lợi thường rất lớn, phụ thuộc nhiều vào cột nước
trước và sau công trình. Trong khi đó thông thường các kết cấu nền móng cọc khả
năng chịu tải trọng đứng lớn hơn rất nhiều lần so với khả năng chịu tải trọng ngang.
Ví dụ: công trình Thảo Long với độ sâu -4.25m, mực nước thượng lưu 0.7m, mực
nước hạ lưu 0.0m, khẩu diện 31,5m, mỗi khoang phải chịu 180T lực ngang, bố trí 8
cọc khoan nhồi đường kính 1,2m. Nếu công trình với độ sâu 15m, mực nước thương
lưu +1.0m, hạ lưu -2.0m, khoang rộng 40m thì mỗi khoang phải chịu áp lực 3240T
gấp 18 lần, nếu khoang rộng 60m thì áp lực là 4860T gấp 27 lần. Do vậy, việc bố trí
kết cấu, thiết kế ổn định nền móng công trình phải được tính toán theo những điều
kiện đặc biệt. Đây thật sự là một thách thức lớn đối với các nhà thiết kế. Cũng chính
vì vậy, trong thiết kế xây dựng công trình ngăn sông vấn đề đáng quan tâm, ảnh
hưởng lớn đến kết cấu, biện pháp thi công chính là độ sâu (cột nước) chứ không
phải bề rộng của sông. Sông rộng nhưng nông thì việc thiết kế, xây dựng sẽ đơn
giản hơn rất nhiều so với những sông hẹp nhưng sâu. Do vậy, khi nói đến độ khó,
độ phức tạp trong thiết kế, xây dựng công trình ngăn sông lớn là đã bao hàm cả yếu
tố độ sâu của dòng sông đó. Đối với các công trình ngăn sông lớn ở nước ta (chủ
yếu nằm ở ĐBSCL) thường có độ sâu lớn (8 - 25m), địa chất nền lòng sông thường
là bùn đất yếu do vậy nếu thiết kế thi công theo giải pháp cọc xiên nhỏ hoặc cọc
nhồi sẽ đội giá thành công trình lên cao. Mặt khác nhược điểm của móng cọc xiên
thông thường, chênh lệch mực nước theo 2 phương thì lực nén lên phần cọc chịu
nén thường rất lớn nhưng phía ngược lại thì bị nhổ.
Vì vậy, để xây dựng công trình ngăn sông có độ sâu lớn khẩu độ rộng cần có tư duy

bố trí kết cấu công trình mới, các phương pháp tính toán khác với phương pháp
thông thường.
Trên cơ sở đó tôi chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp móng cọc xiên chéo lớn áp
dụng vào thiết kế các công trình ngăn sông lớn bằng công nghệ đập trụ đỡ”

2


2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu phương pháp tính toán thiết kế và biện pháp thi công móng cọc xiên
chéo lớn.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1. Cách tiếp cận nghiên cứu:
+ Nghiên cứu thông qua các tài liệu: Cơ học đất, Địa kỹ thuật, Nền móng công
trình;
+Tiêu chuẩn hiện hành có liên quan;
+ Thu thập các tài liệu tính toán, thiết kế các công trình ngăn sông.
3.2. Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp nghiên cứu tổng quan;
+ Phương pháp chuyên gia
+ Phương pháp phân tích đánh giá;
+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng
dụng;
+ Tổng hợp và kế thừa các tri thức kinh nghiệm đã có;
4. Nội dung nghiên cứu
Với đề tài đã lựa chọn, nội dung luận văn sẽ đi vào nghiên cứu các vấn đề sau:
+ Tổng quan về giải pháp móng cọc xiên chéo lớn để xử lý nền.
+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán móng cọc
+ Nghiên cứu phương pháp thi công móng cọc xiên chéo lớn
5. Kết quả dự kiến đạt được

+ Cơ sở để lựa chọn loại cọc xiên cho các công trình chịu lực ngang lớn;
3


+ Đưa ra được phương pháp tính toán thiết kế móng cọc xiên chéo lớn hợp lý và lựa
chọn được các thông số thiết kế móng cọc;
+ Tính toán cụ thể cho một công trình thực tế;
+ Sơ bộ đề xuất biện pháp thi công cọc xiên lớn.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP CỌC XIÊN CHÉO LỚN
1.1. Tổng quan các công trình ngăn sông lớn
1.1.1. Trên thế giới
1.1.1.1. Công trình cống kiểm soát triều tại Hà Lan [8], [26]
a. Công trình Hollandse IJssel
Sông Hollandse IJssel là con sông nối Rotterdam với biển Bắc rất thuận lợi cho giao
thông thủy của Hà Lan. Tuy nhiên, khi lũ đổ về nước trong sông không thoát được
ra biển do nước biển dâng cao làm cho các con đê dễ dàng bị phá vỡ đe dọa khu vực
dân cư đông đúc của Hà Lan. Đây là lý do chính để xây dựng công trình này.
Công trình được xây dựng tại Nieuwe Maas nằm giữa Krimpen aan de IJssel và
Capelle aan de IJssel. Đoạn sông này rộng 250 m. Ban đầu công trình này dự định
chỉ làm cửa chắn nước nhưng do phải đảm bảo an toàn cho tàu thuyền qua lại và
đảm bảo tiêu thoát lũ do vậy phương án đưa ra là xây dựng đập ngăn sóng và làm âu
thuyền.
Đập gồm 3 trụ tạo thành 1 khoang rộng 80 m điều tiết bằng cửa van phẳng và 1 âu
thuyền rộng 24 m dài 120 m, nặng 60 tấn. Hai cửa van phẳng rộng 81,2 m cao 11,5
m nặng hơn 635 tấn được vận chuyển ra vị trí lắp đặt bằng tàu kéo. Nhằm đảm bảo
an toàn tuyệt đối, hai cửa được đóng mở lần lượt. Trên trụ là 4 tháp bố trí thiết bị

đóng mở cao 45 m. Công trình được khởi công xây dựng năm 1954 và hoàn thành
đưa vào sử dụng năm 1958. Các kết cấu BTCT gồm trụ ngưỡng được thi công tại
chỗ trong khung vây tường thép. Do địa chất nền là sét yếu không thể xây dựng trụ
trên nền đất này nên trước khi xây dựng phải bóc bỏ và thay thế vào đó bằng cát đắp
vận chuyển từ Nieuwe Maas gần Vlaardingen đến bằng xà lan. Nền móng của công
trình được gia cố thêm bằng cọc đóng sâu vào nền công trình.

Thi công trụ công trình

Công trình sau khi hoàn thành

Hình 1 - 1: Công trình Hollandse IJssel
5


b. Công trình 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
(tương đương với 2,5 tỷ Euro). Công trình này được đánh giá là kỳ quan thứ 8 của
thế giới.
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

Hình 1 - 2: Tổng thể công trình cống

chiều rộng cửa thông nước là 2560,6

Oosterschelde

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.
c. Công trình Hagestein - Lower Rhine – Hà Lan
Công trình được xây dựng trên sông Lower Rhine – Hà Lan, công trình có nhiệm vụ
chính là ngăn triều và chống ngập úng cho vùng đất ven sông Lower Rhine – Hà
Lan đồng thời không cản trở thuyền bè qua lại và các loại thủy sản đã và đang quen
với môi trường không bị công trình làm thay đổi môi trường sống. Hệ thống cống

6


trình gồm một âu thuyền rộng 24,0m dài 120,0m, một đường cá và hai khoang cống
mỗi khoang rộng 54,0m cửa van cổng. Công trình hoàn thành và đưa vào sử dụng từ
năm 1960. Riêng âu thuyền và đường cá hoàn thành vào năm 1994. Công trình
thuộc dự án Delta – Hà Lan. Do các kỹ sư Hà Lan thiết kế

Hạ lưu công trình

Tổng thể công trình

Hình 1 - 3: công trình Hagestein - Lower Rhine – Hà Lan
d. Cống Maeslandt Kering – Hà Lan
Công trình xây dựng thuộc vùng Rotterdam – Hà Lan. Công trình hoàn thành giúp
cho người dân ở Rotterdam – Hà Lan chống lại các trận triều cường tàn phá gây
ngập úng lâu nay.Maeslandt Kering – Hà Lan.
Công trình Maeslandt Kering – Hà Lan bố trí với 2 cửa van cung trục đứng có bán
kính mỗi cửa van lên đến 240,0m tương đương bằng tháp Eiffel của Pari và nặng
gấp 4 lần tháp này.
Khẩu độ thông nước của công trình này là 360,0m, mỗi cửa cao 20,0m. Công trình
hoàn thành vào tháng 12 năm 1997. Công trình được thiết kế sử dụng móng cọc
theo dạng trụ đỡ cho kết cấu công trình.

Hình 1 - 4:

Cống Maeslandt Kering – Hà Lan
7


e. Công trình Haringvilet
Công trình được thiết kế để chống lại triều cường và tháo lượng nước thừa từ Rhine
và Maas. Toàn bộ công trình rộng 4,5 km, đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ
thống quản lý nước của Hà Lan. Công trình được bắt đầu xây dựng năm 1957 và
hoàn thành vào năm 1971 bao gồm 17 khoang cửa van mỗi cửa rộng 56,5 m, cao
10,5 m, mỗi khoang cống có hai cửa van cung ở thượng và hạ lưu. Công trình còn
có một âu thuyền và những tuy-nen để cho phép cá có thể tự do ra vào từ biển Bắc
thậm trí ngay cả khi các cửa van đã đóng lại.

f. Công trình Hartel Canal
Công trình được xây dựng trên kênh
Hartel để chống nước dâng do bão,
khánh thành năm 1996. Công trình gồm
2 khoang thông nước, điều tiết nước
bằng cửa van phẳng. Cửa lớn rộng tới
98 m cao 9,3 m. Cửa nhỏ rộng 49,3 m.
Các cửa van được vận hành bằng xilanh thủy lực.

Hình 1 - 5: Công trình Hartel Canal

1.1.1.2. Công trình cống kiểm soát triều tại Mỹ [10]
a. Công trình Braddock [10]
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

8


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

Hình 1 - 6: Đập Braddock - Mỹ

di chuyển ra vị trí công trình
đánh chìm xuống vị trí được
chuẩn bị sẵn.
b. Công trình Montezuma [10]
Công trình 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

Hình 1 - 7: Tổng thể công trình Montezuma

bằng cách làm nghiêng ụ nổi
và được di chuyển đến vị trí
công trình, định vị và hạ chìm
xuống nền.

9


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.
1.1.1.3. Một số công trình cống kiểm soát triều ở Trung Quốc [10]
a. Công trình ngăn triều Tam Xoa (Sancha) – T P. Nam Kinh (Trung Quốc)
Cống ngăn sông Tam Xoa nằm tại vị trí cửa ra sông Tam Xoa nhập vào sông
Trường Giang – TP Nam Kinh. Cống gồm hai khoang, bề rộng mỗi khoang là 20 m.
Cửa van được làm theo hình thức ½ cung tròn, đóng mở xoay quanh trục ở chân
vòm. Công trình này có hình thức đẹp, hài hòa trong khu vực đông dân cư, là một
điểm du lịch trong hành trình tham quan thành phố Nam Kinh

Vị trí công trình

Tổng thể công trình

Hình 1 - 8: Công trình ngăn triều Tam Xoa (Sancha)
b. Công trình phòng lũ Chung Lâu– TP. Thường Châu tỉnh Giang Tô - Trung Quốc

Công trình khống chế lũ Chung Lâu nằm trên kênh đào Kinh Hàng thành phố
Thường Châu - tỉnh Giang Tô, cách cửa ra về phía thượng lưu khoảng 600 m. Bề
rộng lòng cống theo thiết kế là 90 m, sử dụng hai cửa van thép hình cung đóng mở
trên mặt bằng. Mực nước lũ thiết kế công trình là 50 năm gặp 1 lần, mực nước lũ
kiểm tra cao nhất trong lịch sử. Công trình cơ bản hoàn thành năm 2008 và là cửa
van lớn nhất Châu Á hiện nay. Trọng lượng một cánh cửa van khoảng 850 tấn.

10


a. Tổng thể công trình

b. Cửa van công trình

Hình 1 - 9: Công trình phòng lũ Chung Lâu (Zhonglou)
1.1.1.4. Một số công trình cống kiểm soát triều khác trên thế giới [10]
a. Công trình 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

Malamocco,

là

cửa

Chioggia

LiDo,

bằng

hệ

thống gồm 78 cửa van bằng thép

Hình 1 - 10: Dự án ngăn các cửa sông ở

trên hệ thống xà lan, mỗi cửa cao 18

Vinece - Italia

÷ 28 m, rộng 20 m, dày 5 m.
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.
b. Công trình trên sông Thames ở Anh
11

Năm 1974, các kỹ sư người Anh
đã triển khai thiết kế và thi công
công trình ngăn sông Thames.
Năm 1982 thì hoàn thành và đưa
vào sử dụng, công trình xây
dựng tại Woolwich cách thủ đô
17 km để ngăn những đợt sóng
thần từ biển Bắc đổ vào sông
Thames. Công trình này có tổng
cộng 433 m cống gồm 4 khoang

Hình 1 - 11: Công trình trên sông Thames – Anh

61 m, 6 khoang 31,5 m, cửa van
cao hơn 20 m
c. Công trình đập chắn sóng bão Stor – Đức
Công trình có tác dụng kiểm soát lũ
bao gồm hai cửa van cung được bố
trí ở hai bên hai khoang âu thuyền,
mỗi cửa rộng 43 m, cao 13 m. Công
trình được hoàn thành năm 1974.

Công trình đập Stor - Đức
d. Công trình kiểm soát triều trên tuyến đê biển Seamangeum
Đê biển Seamangeum có chiều dài 33,9 km nằm giữa biển Hoàng Hải và cửa sông
Saemangeum. Để đảm bảo môi trường, tiêu thoát lũ và kiểm soát triều, trên tuyến
đê biển có 2 cửa xả nước là Garyeok và Sinsi.
Cửa xả Sinsi được xây dựng để thoát lũ từ lưu vực sông Mangyeong. Cửa xả này
có tổng cộng 10 khoang cửa van cung 2 mặt thượng lưu và hạ lưu. Kích thước mỗi
cửa rộng 30m, cao 15m và trọng lượng mỗi cửa là 480 tấn. Bên cạnh cửa xả có bố

12


trí cửa lấy nước để sản xuất năng lượng thủy triều, đường cá đi cũng như âu thuyền
đảm bảo cho tàu 40 tấn có thể đi qua.
Cửa xả Garyeok có kết cấu tương tự như cửa Sinsi, tuy nhiên cửa này chỉ có 8
khoang xả, vận tốc qua cửa xả lên tới 6,77m/s.

b. Cửa xả Sinsi

a.Vị trí công trình

Hình 1 - 12: Công trình trên tuyến đê biển Seamangeum
e. Công trình Marina barrage – Singapore
Dự án Marina barrage được xây dựng vào đầu năm 2005. Marina barrage là một
con đập được xây dựng trên kênh Marrina để tạo ra một hồ chứa nước ngọt, ngăn
nước mặn xâm nhập và tiêu thoát lũ. Công trình hoàn thành vào ngà 31 tháng 10
năm 2008, đây là hồ chứa nước ngọt đô thị đầu tiên của Singapore, nó rộng
10000ha. Công trình được thiết kế bằng cách sử dụng một hệ thống bao gồm cửa
van và máy bơm. Nó có 9 cửa thép dài 350m và 7 máy bơm thoát nước có khả
năng thay tổng cộng là 280 mét khối nước mỗi giây. Với hệ thống này, đập làm
giảm bớt lũ lụt ở các vùng trũng thấp trong thành phố bao gồm khu phố Tàu,
Jalan Besar, Geylang.
Công trình hoàn thành mang lại 3 lợi ích lớn đó là cung cấp nước ngọt, kiểm soát lũ
và đặc biệt là tạo ra một giá trị du lịch rất lớn, là khu vực lý tưởng cho các hoạt
động vui chơi giải trí khi mà mực nước trong lưu vực kênh Marrina không bị ảnh
hưởng của thủy triều, ổn định quanh năm.
13

a.Tổng thể công trình

b. Mặt cắt ngang công trình

Hình 1 - 13: Công trình Marrina Barrage – Singapore
1.1.2. Một số công trình ngăn sông lớn tại Việt Nam
1.1.2.1. Công trình thuộc dự án chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh
[30]

Dự án chống ngập úng cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh được Thủ Tướng
Chính Phủ phê duyệt tại Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28 tháng 10 năm 2008,
theo Quyết định này thì một hệ thống đê bao và cống kiểm soát triều kết hợp âu
thuyền sẽ được xây dựng để giải quyết vấn đề triều cường và ngập úng cho thành
phố Hồ Chí Minh và vùng lân cận. Dự án chia làm 2 giai đoạn với tổng mức đầu tư
dự kiến là khoảng 11531 tỷ đồng. Hiện nay, dự án chống ngập úng khu vực thành
phố Hồ Chí Minh đang triển khai thiết kế cho các công trình thuộc vùng I với các
công trình lớn như: Mương Chuối, Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Phú Xuân, Tân Thuận,
Bến Nghé, Cây Khô, Phú Định.....Dưới đây là một số công trình đã và đang triển
khai.
a. Công trình kiểm soát triều Tân Thuận
Địa điểm xây dựng Quận 4 & Quận 7 – TP Hồ Chí Minh. Nhiệm vụ công trình:
Khống chế mực nước và kiểm soát môi trường nước khu vực phía trong đê bao, để
không cao hơn mực nước cho phép theo yêu cầu, cắt đỉnh triều, dảm bảo giao thông

14