Nghiên cứu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phái trên ứng dụng cho các cửa sông ven biển (Luận văn thạc sĩ)

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Vũ Hoàng
Hưng, người đã hướng dẫn, giúp đỡ,vạch ra những định hướng khoa học để tác giả
hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi,
Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và
nghiên cứu.
Hà Nội, ngày

tháng
Tác giả

Bùi Văn Hậu

năm 2018


BẢN CAM KẾT

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết ở
phía trên ứng dụng cho các cửa sông ven biển ”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tơi hồn tồn là do tơi làm. Những kết quả
nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi
phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của
Nhà trường.

Tác giả

Bùi Văn Hậu

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................1
BẢN CAM KẾT ..............................................................................................................2
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 3
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 9
1. Tính cấp thiết của Đề tài .............................................................................................. 9
2. Mục đích của Đề tài .....................................................................................................9
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ..................................................................9
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN .............................................................. 11
1.1 Tổng quan về các mơ hình đập dâng dạng cửa van đã được xây dựng trên thế giới
và tại Việt Nam ..............................................................................................................11
1.1.1. Cửa van phẳng tự động trục đứng .......................................................................11
1.1.2. Cửa van phẳng tự động trục ngang ......................................................................13
1.1.3. Cửa van phẳng trục dưới ..................................................................................... 15
1.1.4. Cửa van chữ nhân ................................................................................................ 20
1.1.5. Cửa van cổng .......................................................................................................23
1.1.6. Cửa van trụ xoay..................................................................................................25
1.1.7. Cửa van thùng nổi................................................................................................ 27
1.1.8. Cửa van phẳng nhịp lớn....................................................................................... 28
1.2. Tổng quan về cửa van phao nhịp lớn .....................................................................31
1.2.1. Hình thức kết cấu cửa van phao ..........................................................................31
1.2.2. Điều kiện tính tốn .............................................................................................. 33
1.2.3. Phương pháp tính tốn ......................................................................................... 34
1.3. Khả năng ứng dụng cửa van phao chữ nhân cho các cơng trình cửa sơng ven biển
.......................................................................................................................................34
1.4. Đề xuất cải tiến kết cấu cửa van để ứng dụng cho vùng triều ................................ 35
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN KẾT CẤU CỬA VAN PHAO CHỮ NHÂN
ĐÁP ỨNG YÊU CẦU LÀM VIỆC HAI CHIỀU ......................................................... 36
2.1. Kết cấu cửa van phao chữ nhân có cửa phụ điều tiết .............................................36

2.3. Nghiên cứu cải tiến vật chắn nước đáy cửa ............................................................ 41
2.4. Nghiên cứu giải pháp chống ăn mòn cho cửa van..................................................41


2.4.1. Bản chất của q trình ăn mịn ............................................................................41
2.4.2. Hình thức ăn mòn ................................................................................................ 42
2.4.3. Biện pháp chống ăn mòn cửa van........................................................................44
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỬA VAN PHAO CHỮ NHÂN CHO CƠNG TRÌNH
ĐẬP DÂNG NƯỚC HỒNG QUỲNH – THÁI BÌNH..................................................45
3.1. Mục tiêu, nhiệm vụ cơng trình đập dâng nước Hồng Quỳnh .................................46
3.2. Địa điểm xây dựng .................................................................................................47
3.3. Các giải pháp kiến trúc, xây dựng ..........................................................................49
3.4. Bố trí tổng thể cơng trình........................................................................................ 49
3.4.1. Bố trí chi tiết các hạng mục cơng trình ............................................................... 49
3.4.2. Các thơng số cơ bản............................................................................................. 50
3.5. Lựa chọn phương án kỹ thuật, công nghệ .............................................................. 51
3.5.1. Hạng mục cơng trình thủy cơng ..........................................................................51
3.5.2. Hạng mục khu quản lý ......................................................................................... 52
3.5.3. Hạng mục cơ khí cửa van và thiết bị điều khiển .................................................53
3.5.4. Hệ thống và thiết bị điện ..................................................................................... 53
3.5.5. Hệ thống thiết bị quan trắc ..................................................................................54
3.6. Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên cửa van .................................................54
3.7. Phương pháp phân tích kết cấu cửa van .................................................................56
3.8. Mơ hình hóa kết cấu cửa van ..................................................................................56
3.8.1. Sơ đồ tính tốn .....................................................................................................56
3.8.2. Cơ sở của việc xây dựng mơ hình tính tốn ........................................................ 57
3.8.3. Mơ hình tính tốn ................................................................................................ 62
3.9. Kết quả tính tốn ....................................................................................................64
3.10. Kết luận Chương 3................................................................................................ 70

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Ứng suất cho phép của vật liệu cửa van (daN/cm2) ......................................33
Bảng 3.1. Đánh giá cường đợ các cấu kiện chính ........................................................ 68


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cửa van phẳng tự đợng trục đứng .................................................................11
Hình 1.2. Cửa van cống Long Hải – Tiền Giang có mợt phần bản mặt hạ lưu .............12
Hình 1.3. Cửa van tự động trục đứng cống Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang)...................... 12
Hình 1.4. Kích thước các bợ phận chính cửa van cống Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang) ...13
Hình 1.5. Cửa van phẳng tự đợng trục ngang ................................................................ 14
Hình 1.6. Mợt loại cửa van phẳng tự động trục ngang trên kênh .................................14
Hình 1.7. Cửa van phẳng trục dưới ...............................................................................16
Hình 1.8. Vị trí cửa van trên bản đáy ............................................................................16
Hình 1.9. Cửa van cống khi đóng được nhìn từ phía thượng lưu ..................................16
Hình 1.10. Cửa van được nhìn từ bờ phải sơng Tơ Châu ..............................................17
Hình 1.11. Bố trí tổng thể cơng trình đập cửa sơng sơng Tơ Châu (đơn vị: mm) .........18
Hình 1.12. Mặt cắt ngang kết cấu bản đáy cống ........................................................... 19
Hình 1.13. Kết cấu trục đáy cửa ....................................................................................20
Hình 1.14. Cửa van chữ nhân hình cung .......................................................................21
Hình 1.15. Cửa van chữ nhân hình cung .......................................................................21
Hình 1.16. Cửa van chữ nhân hình cung cơng trình chống lũ Chung Lâu (Trung Quốc)
.......................................................................................................................................22
Hình 1.17. Cấu tạo cánh van ......................................................................................... 23
Hình 1.18. Cửa van cổng Hình 1.19. Cấu tạo cánh cửa ................................................24
Hình 1.20. Cửa van ở trạng thái đóng Hình 1.21. Cửa van ở trạng thái mở ...............24
Hình 1.22. Phương thức đóng mở cửa van ....................................................................26
Hình 1.23. Cửa van ở trạng thái mở và đóng ................................................................ 26
Hình 1.24. Cửa van trụ xoay cơng trình ngăn sơng Thames ở Anh .............................. 26

Hình 1.25. Cửa van thùng nổi ....................................................................................... 27
....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.26. Cửa van cơng trình phịng lũ Tân Sạp ......................................................... 27
Hình 1.27. Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong mợt chiều ......................................29
Hình 1.28. Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong mợt chiều ......................................29
Hình 1.29. Kết cấu giàn chính có thanh cánh hạ cong hai chiều...................................30
Hình 1.30. Cửa van cơng trình sơng Ems ......................................................................30


Hình 1.31. Cánh cửa đợc lập ......................................................................................... 31
Hình 1.32. Cánh cửa dạng cửa van chữ nhân ................................................................ 32
Hình 1.33. Mặt cắt ngang cửa........................................................................................ 32
Hình 2.1. Các loại cửa van đã được ứng dụng trong thực tiễn ......................................36
Hình 2.2. Bố trí tổng thể cơng trình...............................................................................37
Hình 2.3. Mặt cắt ngang kết cấu cửa van ......................................................................38
Hình 2.4. Nối tiếp giữa hai cánh cửa .............................................................................40
Hình 2.5. Vật chắn nước đáy cửa ..................................................................................41
Hình 2.6. Bản mặt cửa van cống Lân II – Thái Bình bị ăn mịn do hà bám dày đặc ....44
Hình 2.7. Cửa van cống Nghi Quang – Nghệ An bị hà bám dày đặc ........................... 44
Hình 2.8. Bảo vệ cửa van cống Việt Yên và Cổ Tiểu bằng a nốt hy sinh ..................... 45
Hình 3.1. Vị trí xây dựng đập Hồng Quỳnh .................................................................48
Hình 3.2. Vị trí tuyến xây dựng đập Hồng Quỳnh ........................................................ 48
Hình 3.3. Bố trí tổng thể cơng trình...............................................................................50
Hình 3.4. Bố trí tổng thể cơng trình...............................................................................52
Hình 3.5. Cấu tạo mợt cánh cửa van .............................................................................57
Hình 3.6. Phần tử SHELL63 ......................................................................................... 62
Hình 3.7. Xây dựng mơ hình hình học kết cấu phao ..................................................... 63
Hình 3.8. Xây dựng mơ hình hình học khung đỡ cánh van...........................................63
Hình 3.9. Kết hợp mơ hình phao và khung đỡ cánh van ...............................................63
Hình 3.10. Xây dựng mơ hình cánh van clape trên phao ..............................................63

Hình 3.11. Chi tiết bợ phận cánh van clape ...................................................................63
Hình 3.12. Mơ hình cửa van phao chữ nhân .................................................................63
Hình 3.13. Mơ hình phần tử hữu hạn mợt cánh van ...................................................... 64
Hình 3.14. Mơ hình phần tử hữu hạn tổng thể kết cấu cửa van ....................................64
Hình 3.15. Chuyển vị tổng thể cửa van .........................................................................64
Hình 3.16. Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ hạ lưu .............................................64
Hình 3.17. Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ thượng lưu .....................................65
Hình 3.18. Chuyển vị tổng thể hệ thống phao và trụ pin ..............................................65
Hình 3.19. Chuyển vị tổng thể hệ thống phao ............................................................... 65
Hình 3.20. Ứng suất chính S1 của phao ........................................................................65


Hình 3.21. Ứng suất chính S3 của phao ........................................................................65
Hình 3.22. Ứng suất chính S1 của trụ ...........................................................................66
Hình 3.23. Ứng suất chính S3 của trụ ...........................................................................66
Hình 3.24. Ứng suất chính S1 của phao và trụ .............................................................. 66
Hình 3.25. Ứng suất chính S3 của phao và trụ .............................................................. 66
Hình 3.26. Ứng suất chính S1 của tổng thể cửa van ..................................................... 66
Hình 3.27. Ứng suất chính S3 của tổng thể cửa van ..................................................... 66
Hình 3.28. Ứng suất chính S1 những điểm đặc biệt trên phao......................................67
Hình 3.29. Ứng suất chính S3 những điểm đặc biệt trên phao......................................67
Hình 3.30. Ứng suất chính S3 những điểm đặc biệt trên trụ .........................................67
Hình 3.31. Ứng suất chính S1 những điểm đặc biệt trên trụ .........................................67
Hình 3.32. Chuyển vị tổng thể cửa van .........................................................................69
Hình 3.33. Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ hạ lưu .............................................69
Hình 3.34. Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ thượng lưu .....................................69
Hình 3.35. Ứng suất chính S1 mợt cánh cửa van nhìn từ thượng lưu ........................... 69
Hình 3.36. Ứng suất chính S3 mợt cánh cửa van nhìn từ thượng lưu ........................... 69
Hình 3.37. Ứng suất chính S1 mợt tại vị trí có gắn tời kéo ...........................................69
Hình 3.38. Ứng suất chính S3 mợt tại vị trí có gắn tời kéo ...........................................70

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Những năm gần đây mực nước trên các hệ thống sông thuộc đồng bằng Bắc Bộ bị hạ
thấp một cách rõ rệt. Sự thiếu hụt trầm trọng của nguồn nước ảnh hưởng không nhỏ
đến các ngành kinh tế - xã hội. Thực trạng này không chỉ xảy ra ở các sông vùng đồng
bằng Bắc Bợ mà cịn đối với cả các hệ thống sơng ngịi ở miền Trung. Điều này được
phản ánh trên các phương tiện thông tin đại chúng mấy năm trở lại đây.
Giải pháp khoa học công nghệ “xây dựng các cơng trình điều tiết nước trên sơng” là
mợt trong những giải pháp mang tính lợi dụng tổng hợp nguồn nước theo hướng đa
mục tiêu nhằm khắc phục tình trạng cạn kiệt nước trên các hệ thống sông hiện nay.
Thông qua phân tích ưu nhược điểm của các giải pháp đã có, đề tài “Nghiên cứu kết
cấu đập dâng nước sông mùa kiệt dạng cửa van phục vụ tưới chủ động ở vùng đồng
bằng Bắc Bộ” do Tổng hội Xây dựng Việt Nam chủ trì, PGS.TS. Vũ Hồng Hưng thực
hiện lần đầu tiên đề xuất một dạng đập dâng dạng cửa van có thể đáp ứng được các
yêu cầu khi dâng nước trên sông. Giải pháp này phù hợp cho những vị trí sơng có u
cầu bề rợng thơng thủy từ 60m ~ 120m. Tuy nhiên do vị trí xây dựng cơng trình gần
cửa sơng ven biển nên ngồi nhiệm vụ dâng nước cịn phải thực hiện nhiệm vụ ngăn
triều. Vì vậy việc cải tiến kết cấu và nghiên cứu tính toán khả năng chịu lực để đảm
bảo các yêu cầu là việc làm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích của Đề tài
Nghiên cứu cải tiến kết cấu và tính tốn kết cấu đập dâng nước dạng cửa van phao chữ
nhân có cửa phụ điều tiết nước ở trên trong trường hợp cửa van làm việc hai chiều.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu


Cách tiếp cận

Tổng kết các dạng đập dâng dạng cửa van vùng triều, phân tích ưu nhược điểm từ đó

làm cơ sở cho việc cải tiến kết cấu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phía trên
ứng dụng cho ngăn cửa sông ven biển.




Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin, kế thừa các nghiên cứu đã có.
- Phân tích lý luận các lực tác dụng lên đập dâng và tính tốn kết cấu của cửa
van.
- Sử dụng mơ hình tốn, ứng dụng trong phần mềm ANSYS.
4. Kết quả đạt được
- Cải tiến kết cấu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phía trên.
- Tính tốn được các lực tác dụng lên đập dâng nước dạng cửa van phao chữ
nhân.
- Kết quả tính cho đập Hồng Quỳnh 2 trên sơng Hóa.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP DÂNG DẠNG CỬA VAN
1.1 Tổng quan về các mơ hình đập dâng dạng cửa van đã được xây dựng trên thế
giới và tại Việt Nam
Cửa van là bợ phận cơ khí quan trọng trong cơng trình thủy lợi dùng để đóng mở các
lỗ hoặc điều tiết lưu lượng nước chảy qua. Nhiều cửa van cịn đóng vai trị như mợt
đập dâng nước để đáp ứng các yêu cầu lợi dụng tổng hợp nguồn nước đa mục tiêu.
1.1.1. Cửa van phẳng tự động trục đứng
Cửa van phẳng tự động trục đứng là chỉ loại cửa van được tạo thành từ một cánh
phẳng chuyển động quay quanh một trục thẳng đứng, khi mực nước chênh lệch đủ lớn
như hình 1.1. Cửa van này thường gặp trong các cống vùng ven biển đồng bằng sông
Cửu Long như Gị Cơng, Long Hải (Tiền Giang), Đơi Ma, Rạch Chanh (Long An),

Luỳnh Huỳnh, Số 2 (Kiên Giang), Sáu Quế (Sóc Trăng). Khi mực nước phía đồng cao
hơn mực nước phía biển, cửa van tự đợng mở để thốt nước ra biển; khi mực nước
phía biển cao hơn mực nước phía đồng, cửa van tự động đóng để ngăn nước biển xâm
nhập vào nợi đồng, do đó cịn có tên gọi khác là cửa van phẳng tự động thủy lực trục
đứng. Về mặt hình thức làm việc gần giống như cánh van cửa van chữ nhân, về mặt
cấu tạo thường có thêm bản mặt phía đồng để tạo hợp rỗng, lợi dụng lực đẩy nổi làm
giảm nhẹ lực đóng mở thủy lực (hình 1.2 và 1.3).
Tấm chặn cửa

Cánh cửa

Trục quay
Hình 1.1. Cửa van phẳng tự động trục đứng


Hình 1.2. Cửa van cống Long Hải – Tiền Giang có một phần bản mặt hạ lưu
Hình 1.3 là hình ảnh cống Luỳnh Huỳnh trên sông Vàm Cỏ thuộc xã Tân Phước,
huyện Gị Cơng đơng, tỉnh Kiên Giang, cách biển 18km, được xây dựng từ năm 1998.
Cơng trình gồm 3 cánh cửa van phẳng tự đợng trục đứng có kích thước 7,845m 
5,3m. Phần động kết cấu cửa van làm bằng thép CT3. Mỗi cánh cửa được gia công
thành hai mảnh từ nhà máy và lắp ráp hoàn chỉnh tại công trường. Bề mặt kết cấu được
phủ kẽm sau đó phun phủ thêm một lớp sơn epoxy để chống ăn mịn.

Hình 1.3. Cửa van tự động trục đứng cớng Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang)
Kết cấu cửa van phẳng loại nhiều dầm chính tiết diện chữ [No400, bản mặt và dầm phụ
đứng làm bằng thép bản dày 8mm, trụ biên tiết diện ngang cũng có dạng chữ [No400
để bố trí trục quay, bản mặt đều có ở phía trước và sau. Vật chắn nước đáy bằng cao su


tấm, vật chắn nước bên bằng cao su chữ P. Chi tiết các bộ phận kết cấu cửa van cho ở

hình 1.4 [1]. Cửa van cống Luỳnh Huỳnh được đóng hoàn toàn từ tháng 2 ~ 6 hàng
năm, thời gian còn lại đóng mở thường xuyên để điều chỉnh mực nước trong kênh.

Hình 1.4. Kích thước các bộ phận chính cửa van cống Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang)
Ưu điểm:
Lợi dụng áp lực nước để giảm một phần lực đóng mở
Cửa van dạng phao, lực đóng mở nhẹ
Nhược điểm:
Khẩu độ cửa van khơng lớn, ngăn cản dịng chảy về mùa lũ.
1.1.2. Cửa van phẳng tự động trục ngang
Cửa van phẳng tự động trục ngang là chỉ loại cửa van có bản mặt phẳng chuyển động
quay quanh một trục nằm ngang khi mực nước trước cửa van cao đủ lớn như hình 1.5.
Khi mực nước trước cửa van dần dần tăng lên đến mợt vị trí nào đó làm cho mơmen
do áp lực nước lớn hơn mômen do trọng lượng bản thân cửa van và lực ma sát đối với


điểm gối tựa, cửa van tự động mở đến một góc đổ nhất định, tại vị trí góc mở này
mơmen do áp lực nước bằng mômen do trọng lượng bản thân đối với điểm gối tựa, cửa
van ở trạng thái cân bằng mới. Khi lưu lượng không thay đổi, góc mở cũng không thay
đổi. Khi mực nước thượng lưu giảm nhỏ khiến mômen do trọng lượng bản thân cửa
van lớn hơn mô men do áp lực nước, cửa van tự động đóng lại. Để cửa van không bị
đóng mở đột ngợt và ổn định trong trong q trình làm việc, phía sau cửa van bố trí
thêm xy lanh.

Hình 1.5. Cửa van phẳng tự động trục ngang
(1) Cánh van; (2) Chân chống; (3) Gối tựa; (4) Xy lanh; (5) Mố đỡ
Hiện nay loại cửa van này được ứng dụng tương đối rợng rãi trong các cơng trình thủy
lợi thủy điện vừa và nhỏ. Nó có khả năng tự động điều tiết hồ chứa, điều tiết mực nước
mà không cần thiết bị cơ điện với thao tác đóng mở thủ công nên tiết kiệm nhân cơng
và vật tư. Hình 1.6 là hình ảnh hệ thống cửa van phẳng tự động trục ngang trên kênh.

Hình 1.6. Một loại cửa van phẳng tự động trục ngang trên kênh


Về mặt tổng thể kết cấu cửa van phẳng tự đợng trục ngang gần giống với cửa van hình
cung, chỉ khác bản mặt là phẳng. Kết cấu phần động cửa van bao gồm các bộ phận:
cánh van (1), chân chống (2), thanh chống hai đầu khớp (3) và trục bản lề (4).
Kết cấu phần cánh van (1) giống như kết cấu cửa van phẳng gồm có bản mặt, dầm
chính ngang, dầm phụ và dầm biên (trụ biên) được nối với nhau bằng liên kết hàn. Mỗi
cánh van được tựa lên hai chân chống và truyền tải trọng lên mố đỡ thông qua gối bản
lề.
Kết cấu chân chống (2) có dạng như càng van cửa van hình cung được tạo thành từ hệ
thanh chống chịu nén.
Xy lanh (3) được nối bản lề từ chân chống đến mố đỡ có nhiệm vụ giữ ổn định cửa van
trong quá trình làm việc.
Về nguyên tắc cửa van có thể làm việc tự động theo chế độ thủy lực, để bảo đảm cửa
van vận hành an tồn, tự đợng hóa quản lý, nâng cao mức đợ an tồn sản xuất, cải
thiện điều kiện làm việc, thường lắp thêm máy đóng mở xy lanh thủy lực.
Ưu điểm:
Cửa van đóng mở tự động
Nhược điểm:
Ngăn cản dòng chảy và giao thơng thủy khi khơng bớ trí âu thuyền.
1.1.3. Cửa van phẳng trục dưới
Cửa van phẳng trục dưới (còn được gọi là cửa van clapê trục dưới) là chỉ loại cửa van
được tạo thành từ một cánh phẳng chuyển động quay quanh một trục cố định nằm
ngang sát dưới đáy cơng trình như hình 1.7 và 1.8. Khi cần ngăn nước, cửa van được
dựng lên ở vị trí đứng; khi cần tháo nước, cửa van được quay ngang nằm song song
với đáy lòng dẫn. Để vận hành cửa van thường sử dụng xylanh thủy lực gắn tại hai đầu
cửa. Cũng giống như cửa van phẳng tự động trục ngang, cửa van phẳng trục dưới cũng
được chế tạo dạng hộp rỗng để giảm lực mở cửa van trong nước. Hiện nay loại cửa

van này được sử dụng tương đối rộng rãi do nó đáp ứng được với mọi loại khẩu độ
khác nhau từ một vài mét đến hàng trăm mét. Mợt số cơng trình ở Việt Nam như Phú


Cam, Thảo Long (Thừa Thiên – Huế), một số cống lớn khu vực đồng bằng sông Cửu
Long đều sử dụng loại cửa van này.

Trục quay
Bản đáy

Hình 1.7. Cửa van phẳng trục dưới

Hình 1.8. Vị trí cửa van trên bản đáy

Một ví dụ về cống đập ngăn sơng Tơ Châu nằm tại vị trí cửa ra sơng Tơ Châu nhập
vào sơng Hoàng Phố, TP Thượng Hải, Trung Quốc ứng dụng cửa van loại này. Cơng
trình hồn thành năm 2005.

Hình 1.9. Cửa van cớng khi đóng được nhìn từ phía thượng lưu
(1) Bố trí tổng thể cơng trình
Căn cứ vào chức năng và yêu cầu thi công cùng với quy mô công trình và hiện trạng
cơng trình xung quanh,… đơn vị thiết kế đã xác định phương án tổng thể cơng trình
như sau:
Bề rợng lịng cống:

100 m bằng bề rợng cửa sơng Tô Châu;


Cao trình ngưỡng cống:

– 1,5 m;

Cao trình đỉnh cửa van:

6,26 m;

Ngăn nước bằng cửa van thép phẳng đóng mở xoay quanh trục ở đáy (cửa van
clapê);
Kích thước cửa van:

100 m  9,76 m;

Đường kính trục đáy:

 2000 mm;

Đóng mở cửa van bằng pít tơng thủy lực 2  2  6300/4000 kN – 5100 mm.
Cơng trình bao gồm các bợ phận chủ yếu: mố cống, cọc thép ống, bản đáy cống, gian
máy đóng mở, cọc thép bản chống thấm, thảm bảo vệ đáy thượng hạ lưu...Ngoài gian
máy đóng mở, mố đỡ bản đáy cống với thảm bảo vệ đáy thượng hạ lưu được thi cơng
tại hiện trường cịn lại đều sử dụng cấu kiện chế tạo sẵn. Sau khi hoàn thành chế tạo
ngoài hiện trường, cửa van sẽ được lai dắt đến vị trí cơng trình và đánh chìm. Giải
pháp này khi thi công không cần phải xây dựng đê quai, bảo đảm trong thời gian thi
công không làm gián đoạn dịng chảy sơng Tơ Châu, ảnh hưởng khơng nhiều đến mơi
trường xung quanh.

Hình 1.10. Cửa van được nhìn từ bờ phải sông Tô Châu
Cánh cửa van được quay quanh trục ở đáy với phạm vi góc xoay từ 0 đến 90 đợ, khi
cánh cửa đóng hồn tồn nó ở vị trí thẳng đứng, khi cánh cửa mở hồn tồn nó nằm

song song với đáy sông. Trong phạm vi 100 m chiều dài đáy cửa van bố trí tổng cợng
10 gối đỡ, thiết bị đóng mở được đặt trong phòng máy ở hai bờ.
Tồn bợ thiết bị được bố trí ở dưới mặt nước hoặc dưới mặt đất nên không làm mất đi
cảnh quan hiện có. Bợ phận dưới nước của cửa van theo thiết kế 30 năm mới phải duy
tu, giảm nhẹ công tác quản lý vận hành. Khi cửa van mở hồn tồn, nó nằm ngang
bằng với mặt đáy sông nên không ảnh hưởng đến vận tải thủy.
(2) Công trình thủy cơng
Bố trí tổng thể cơng trình đập cửa sơng sơng Tơ Châu được cho ở hình 1.11.

Bớ trí mặt bằng

Mặt cắt ngang cớng
Hình 1.11. Bớ trí tổng thể cơng trình đập cửa sơng sơng Tơ Châu (đơn vị: mm)
Mớ cớng:
Kết cấu nền mố cống kiểu đài cọc hình thức giếng chìm vỏ thép, phía dưới bố trí hệ
cọc. Sử dụng cọc thép ống đường kính 60 mm, chiều dài 60 m và chiều dày thép là


18mm. Đài cọc bằng vỏ thép rỗng được chế tạo trước, vận chuyển nổi đến hiện trường
và được lấp đầy bằng bê tơng. Kích thước giếng chìm mố biên cống là 30 m16 m4
m được chia thành 8 khoang, kích thước giếng chìm mố giữa là 18 m13 m4 m và
được chia thành 4 khoang.
Bản đáy cớng:
Bản đáy cống có hình thức thùng chìm bê tơng cốt thép đơn khối chế tạo trước; Kích
thước thùng chìm bản đáy cống 99 m  14 m  6,35 m (dài  rộng  cao). Mặt hai bên
thượng hạ lưu bản đáy cống được bọc vỏ thép, bốn góc thùng chìm theo chiều dài
được gắn thép góc. Sau khi lắp đặt bản đáy cống vào vị trí, đáy bản đáy cống ở cao
trình – 8,15 m, cao trình đỉnh bản đáy -1,80 m (cạnh thượng lưu rộng 2,62 m) và –
3,75 (cạnh hạ lưu rợng 11,38 m). Trong thùng chìm được bố trí các vách dọc và ngang

tạo thành 245 khối rỗng độc lập, trong đó từ cao trình -3,75 m trở lên có 35 khối rỗng,
từ cao trình – 3,75 m trở xuống có 210 khối rỗng. Đợ dày vách ngăn dọc từ 180 mm
đến 200 mm; độ dày vách ngăn ngang trừ vị trí dưới trục bản lề cửa van là 250 mm
cịn lại đều là 160 mm, xem hình 1.12.

Hình 1.12. Mặt cắt ngang kết cấu bản đáy cống
(3) Thiết bị cơ khí
Thiết bị kết cấu kim loại cống chủ yếu bao gồm cánh cửa van với trục bản lề, hệ thống
đóng mở pít tơng thủy lực, hệ thống xói bùn đáy cửa, hệ thống khóa, hệ thống thốt
nước gian máy đóng mở…Cánh cửa van được đặt giữa hai mố cống, máy đóng mở pít
tơng thủy lực được đặt ở hai đầu trong phòng máy.


Cánh cửa van và trục đáy được liên kết với nhau bằng bu lơng. Kết cấu trục đáy như
hình 13, đây là một trong những kết cấu quan trọng nhất của cống. Vật liệu trục đáy là
Q345C và được thiết kế theo điều kiện chịu lực xoắn và uốn. Cửa van được đóng mở
thơng qua 4 pít tơng thủy lực, mỗi bên hai chiếc.

Hình 1.13. Kết cấu trục đáy cửa
Ưu điểm:
Kết cấu nhịp lớn, dễ thao tác vận hành;
Không ngăn cản dịng chảy trong mùa lũ.
Nhược điểm:
Khơng tạo dịng chảy mơi trường khi cơng trình đang dâng nước.
1.1.4. Cửa van chữ nhân
Cửa van chữ nhân là chỉ loại cửa van được tạo thành từ hai cánh có mặt chắn nước là
phẳng hoặc hình cung chuyển đợng trên mặt bằng quay quanh trục bản lề đặt thẳng
đứng như hình 1.14. Khi cần ngăn nước, cửa van được đưa ra đặt tiếp giáp nhau; khi
cần thông thuyền, cửa van được kéo vào buồng van. Đối với cửa van chữ nhân bản
phẳng được ứng dụng rộng rãi trong các âu thuyền. Đối với cửa van chữ nhân hình

cung được ứng dụng khơng nhiều do nó chỉ thích hợp với cơng trình ngăn nước có
khẩu đợ đặc biệt lớn, mặt bằng bố trí cửa rợng (hình 1.15). Khối mặt cửa van có kết
cấu hợp rỗng có thể bơm nước từ ngoài vào hoặc rút nước từ trong ra nhằm mục đích
tăng tải trọng khi đóng cửa hoặc giảm nhỏ lực khi mở cửa. Công trình ngăn triều
Maeslant (Hà Lan, bề rợng thơng thủy 360m), cơng trình ngăn sóng thành phố Saint
Petersburg (Nga, bề rợng thơng thủy 200m), cơng trình chống lũ Chung Lâu (Trung
Quốc, bề rộng thông thuyền là 90m) đều sử dụng loại hình cửa van này.


Mép cửa
Trục
cửa

Cửa van chữ nhân bản phẳng

Cửa van chữ nhân hình cung

Hình 1.14. Cửa van chữ nhân hình cung

Hình 1.15. Cửa van chữ nhân hình cung
Hình 1.16 là hình ảnh cửa van cơng trình chống lũ Chung Lâu (TP. Thường Châu, tỉnh
Giang Tơ, Trung Quốc). Cơng trình cơ bản hồn thành năm 2008 và là cửa van lớn
nhất Châu Á hiện nay.
Cơng trình gồm hai cửa đối xứng, các thơng số của mợt cánh cửa van như sau:
Bán kính mặt cong:

60 m

Đợ dày khối mặt cong cửa: 3,5 m
Cao trình đỉnh cửa:

6,5 m

Cao trình đáy cửa:

-1,0 m

Cao trình tâm gối đỡ:

5,027 m


Phạm vi vận hành cửa van:

58,35o

Tổng chiều dài bản mặt phía ngồi cửa van cung là 58,357 m, góc bao ngồi cửa van
59,82o, đợ dài cung chịu áp lực nước là 52,3 m.
Trọng lượng một cánh cửa van khoảng 850 tấn.
Kích thước tổng thể mợt cánh cửa van cho ở hình vẽ 1.17a.

Hình 1.16. Cửa van chữ nhân hình cung cơng trình chớng lũ Chung Lâu (TQ)
Trong khối bản mặt cửa van theo chiều đứng bố trí bốn dầm chính trên, giữa, dưới và
đáy. Dầm chính đáy cách bản đáy (cao trình – 1,0m) 0,55m, dầm chính dưới cách dầm
chính đáy 1,89m, dầm chính giữa cách dầm chính dưới 2,42m, dầm chính trên cách
dầm chính giữa 2,64m. Bản mặt, dầm chính đáy và dầm chính trên tạo thành thùng
rỗng, xem hình 1.17b.
Do tổng áp lực nước tác dụng lên bản mặt cửa van là đối xứng nên hai nhánh càng van
được thiết kế đối xứng. Càng nhánh được tạo thành từ 3 ống thép 52018, trung tâm
2 ống thép dưới cách nhau 3,12m, trung tâm ống thép trên và dưới cách nhau 3,2m tại

đầu nối với khối bản mặt và cách nhau 3,5m tại phía gối đỡ. 3 ống thép 52018 được
nối với nhau bằng các thanh giằng, đoạn đầu nơi nối với khối bản mặt sử dụng
40220, đoạn phía trong sử dụng 24515. Ống thép nhánh được nối hàn với bản
mặt, ống thép chính được kéo dài đến trung tâm khối bản mặt cửa hình cung.


Gối đỡ được lắp đặt trên giếng chìm, đường kính trục gối đỡ là 600mm. Khi cửa van
ngăn lũ, lực tác dụng lớn nhất vào gối đỡ theo phương ngang hướng tâm là 6148kN,
lực thẳng đứng hướng trục lớn nhất khoảng 1430kN. Khi cửa van ở trạng thái ngăn
nước, đường trục gối đỡ và đường trung tâm càng van thẳng góc với nhau.
Cửa van sử dụng máy đóng mở 60T hình thức tời cố định, mỗi cánh cửa bố trí mợt
máy, hành trình lớn nhất khoảng 66m, tốc đợ đóng mở là 1,013m/s, đường kính cáp là
50mm.

(a)

(b)
Hình 1.17. Cấu tạo cánh van

(a) Kích thước tổng thể; (b) Kích thước khối mặt
Ưu điểm:
Kết cấu nhịp lớn;
Khơng ngăn cản dịng chảy trong mùa lũ;
Nhược điểm:
Kết cấu phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao, khó thao tác vận hành;
u cầu mặt bằng bớ trí rộng.
1.1.5. Cửa van cổng
Cửa van cổng là chỉ loại cửa van có hình dạng nửa trụ trịn xoay quanh gối bản lề đặt
tại chân vịm như hình 1.18. Khi cần ngăn nước, cửa van được hạ xuống sát đáy cơng
trình; khi cần tháo nước, cửa van được kéo lên bằng hệ thống dây cáp nối với tai cửa

gắn trên cửa van (xem hình 1.19). Loại cửa van này thích hợp cơng trình có khẩu đợ
thơng thủy vừa và lớn, mỗi nhịp có thể thiết kế từ 10m ~ 60m và chiều cao cửa từ 2m
~ 6m. Một số cơng trình tiêu biểu trên thế giới sử dụng loại cửa van này như cơng
trình ngăn sơng Low Rhine (Hà Lan, 2 cửa rợng 54m), cống kiểm sốt triều trên sông
Kizu-gawa (TP. Osaka - Nhật Bản, 1 cửa rộng 57m), cơng trình cống cửa sơng Tam
Xoa nhập vào sơng Trường Giang (TP. Nam Kinh - Trung Quốc, 2 cửa rộng 40m).

Cánh van
Gối bản lề

Hình 1.18. Cửa van cổng

Hình 1.19. Cấu tạo cánh cửa

Hình 1.20 và hình 1.21 là hình ảnh cửa van cổng cơng trình cống cửa sơng Tam Xoa
khi ở trạng thái đóng và mở. Cơng trình được khởi cơng tháng 08/2004 và hồn thành
trong vịng 18 tháng.

Hình 1.20. Cửa van ở trạng thái đóng

Hình 1.21. Cửa van ở trạng thái mở

Kết cấu cánh van kiểu dầm hộp được tạo bởi liên kết hàn từ ba dầm chính và hai bản
mặt trong và ngồi sơng. Hình thức đóng mở bằng tời điện, mỗi cửa bố trí hai máy
đóng mở. Khi ở trạng thái nằm ngang cửa van chắn nước hoặc cho nước tràn qua, trên


đỉnh tràn bố trí cầu cơng tác để đi lại kiểm tra. Khi cửa van mở hoàn toàn, cửa van bị

khóa ở vị trí so với mặt phẳng nằm ngang mợt góc 60o. Mợt số thơng số khác của cơng
trình như sau:
Số lượng cửa:

2 cánh;

Bề rộng cửa van:

40m;

Chiều cao cửa van:

5,15 ~ 6,56m;

Bán kính trong của bản mặt:

21,2m;

Bán kính ngồi của bản mặt:

22,8m;

Khoảng cách tai van:

42m;

Trọng lượng một cánh cửa: 270 tấn.
Ưu điểm:
Kết cấu nhịp lớn;
Ít ngăn cản dịng chảy trong mùa lũ.

Nhược điểm:
Kết cấu phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao.
1.1.6. Cửa van trụ xoay
Cửa van trụ xoay là cửa van có kết cấu bản chắn nước là một phần của trụ tròn được
gắn lên hai đĩa tròn, tâm trục đặt ở hai đầu trụ pin. Đĩa tròn được gắn với cơ cấu
chuyển đợng song phẳng như hình 1.22. Khi cửa van mở hoàn toàn, phần chắn nước
nằm song song với đáy cơng trình; khi cửa van chắn nước, phần chắn nước được đưa
đến vị trí thẳng đứng như hình 1.23. Mợt số cơng trình điển hình trên thế giới sử dụng
loại hình cửa van này như cơng trình ngăn sơng Thames (Anh), cơng trình ngăn sơng
EMS (Đức).
Hình 1.24 là hình ảnh cửa van cơng trình ngăn sơng Thames ở Anh được hồn thành
năm 1984. Cơng trình này có chiều rộng 523m được phân thành 10 khoang trong đó 4
khoang rộng 61m, 2 khoang rộng 31,5m cho phép thuyền bè qua lại và 4 khoang rộng
31,5m không cho phép thuyền bè qua lại (1 ở bờ Nam và 3 ở bờ Bắc). Các khoang cho
phép thuyền bè qua lại sử dụng cửa van kiểu trụ xoay với bán kính cung tròn bằng
27m, cao 18m.