Giải pháp thiết kế và biện pháp thi công ống khói bê tông cốt thép nhà máy nhiệt điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ THANH HÙNG

C
C

GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ BIỆN PHÁP THI CƠNG ỐNG
KHĨI BÊ TÔNG CỐT THÉP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

R
L
T.

DU

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Đà Nẵng, năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ THANH HÙNG

GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ BIỆN PHÁP THI CƠNG ỐNG
KHĨI BÊ TÔNG CỐT THÉP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

C
C

R
L
T.

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng và Cơng nghiệp
Mã số: 85.80.201

DU

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM MỸ

Đà Nẵng, năm 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu độc lập của tôi. Các số liệu khoa
học, tài liệu viện dẫn nêu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 12 năm 2020
Tác giả

Lê Thanh Hùng

C
C

DU

R
L
T.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TÓM TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1-1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ
KẾT CẤU ỐNG KHĨI ......................................................................................... 1-3
1.1. Tổng quan về cơng trình nhà máy nhiệt điện ............................................... 1-3
1.2. Giới thiệu về kết cấu ống khói bê tơng cốt thép nhà máy nhiệt điện ........... 1-4
1.3. Giới thiệu về biện pháp thi công ống khói bê tơng cốt thép nhà máy nhiệt điện
............................................................................................................................. 1-6

C
C

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...................................................................................... 1-7
CHƯƠNG 2. TRÌNH BÀY GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ỐNG KHĨI BÊ
TƠNG CỐT THÉP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN .................................................... 2-9

R
L
T.

DU

2.1. Tổng quan ..................................................................................................... 2-9
2.1.1. Tổng quan về giải pháp thiết kế ............................................................ 2-9
2.1.2. Mô tả về ống khói ................................................................................ 2-10
2.1.3. Vật liệu ................................................................................................ 2-12
2.1.4. Điều kiện tự nhiên khu vực cơng trình ................................................ 2-12
2.2. Tải trọng tác dụng lên cơng trình ............................................................... 2-13
2.2.1. Tĩnh tải (D) .......................................................................................... 2-13
2.2.2. Hoạt tải (L) .......................................................................................... 2-16
2.2.3. Tải trọng động đất (E) ......................................................................... 2-16
2.2.4. Tải trọng gió (W) ................................................................................. 2-19
a.

Gió dọc: ............................................................................................. 2-20

b.

Gió ngang: ......................................................................................... 2-20

1.1.5. Ứng suất nhiệt (T) ............................................................................... 2-23
2.3. Tổ hợp tải trọng .......................................................................................... 2-25
2.3.1. Giai đoạn thi công ............................................................................... 2-25
a.

Tổ hợp tải trọng dài hạn (SLS): ......................................................... 2-25

b.

Tổ hợp tải trọng giới hạn (ULS):....................................................... 2-25


2.3.2. Giai đoạn vận hành .............................................................................. 2-26
a.

Tổ hợp tải trọng dài hạn (SLS): ......................................................... 2-26

b.

Tổ hợp tải trọng giới hạn (ULS):....................................................... 2-26

2.4. Mô phỏng kết cấu bằng phần mềm ............................................................ 2-27
2.4.1. Thuộc tính chung ................................................................................. 2-28
2.4.2. Khai báo tải trọng ................................................................................ 2-31
2.4.3. Phân tích mơ hình ................................................................................ 2-35
2.5. Kiểm tra chuyển vị ngang của đỉnh vỏ ống khói ........................................ 2-36
2.6. Kiểm tra cường độ của ống khói ................................................................ 2-37
2.6.1. Cường độ theo phương đứng: .............................................................. 2-37
2.6.2. Cường độ tính tốn theo phương ngang: ............................................. 2-38
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .................................................................................... 2-39
CHƯƠNG 3. TRÌNH BÀY BIỆN PHÁP THI CƠNG ỐNG KHĨI BÊ TÔNG CỐT
THÉP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ....................................................................... 3-40

C
C

R
L
T.

3.1. Tổng quan về các biện pháp thi cơng ống khói bê tơng cốt thép ............... 3-40

DU

3.1.1. Giới thiệu công nghệ ván khuôn leo .................................................... 3-40
3.1.2. Giới thiệu về công nghệ ván khuôn trượt ............................................ 3-40
3.2. Mô tả hệ thống ván khuôn trượt ................................................................. 3-41
3.3. Kiểm tra kết cấu hệ thống ván khuôn trượt ................................................ 3-43
3.3.1. Vật liệu sử dụng................................................................................... 3-44
3.3.2. Mô phỏng bằng phần mềm .................................................................. 3-44
a.

Tổng quan .......................................................................................... 3-44

b.

Khai báo tiết diện............................................................................... 3-46

3.3.3. Phân tích tải trọng ................................................................................ 3-47
a.

Trọng lượng bản thân “D1” ............................................................... 3-47

b.

Các tĩnh tải do các bộ phận khác gắn trên vành gông “D2” .............. 3-47

c.

Tải trọng từ sàn thi cơng chính “D3” ................................................. 3-47

d.

Tải trọng do khung treo ống dẫn khói “D4,i” ..................................... 3-48

e.

Hoạt tải thi cơng trên sàn thi cơng chính “L1” .................................. 3-50

f.

Hoạt tải vật liệu trên sàn thi cơng chính “L2”.................................... 3-50

g.

Tải trọng do lực ma sát của tấm ván khuôn trượt “L3” ..................... 3-51

h.

Tải trọng do giá treo ròng rọc của tời 30kN “F1,i” ............................ 3-51


i.

Tải trọng do tời phụ 5kN “F2” ........................................................... 3-52

3.3.4. Kết quả tính tốn ................................................................................. 3-52
a.

Kiểm tra cường độ của các thanh trong giá nâng .............................. 3-52

b.

Kiểm tra chuyển vị của các thanh trong giá nâng ............................. 3-53

c.

Kiểm tra hệ thống kích thủy lực ........................................................ 3-53

3.4. Quy trình thi cơng hệ thống ván khuôn trượt ............................................. 3-54
3.4.1. Lắp dựng hệ thống ván khuôn trượt .................................................... 3-55
3.4.2. Công tác trượt hệ thống ván khuôn ..................................................... 3-58
3.4.3. Công tác bê tông cốt thép .................................................................... 3-59
3.4.4. Tháo dỡ hệ thống ván khuôn trượt .................................................. 3-66
a.

Cơng tác chuẩn bị ............................................................................ 3-66

b.

Quy trình tháo dỡ hệ thống ván khuôn trượt ................................. 3-66

C
C

3.5. Xử lý bề mặt bê tông .................................................................................. 3-66

R
L
T.

3.6. Công tác vận chuyển vật liệu xây dựng và nhân sự ................................... 3-67
3.7. Các yếu tố bất lợi của thời tiết .................................................................... 3-70

DU

3.8. Sai số cho phép khi thi công ván khuôn trượt ............................................ 3-70
3.8.1. Đường kính ngồi ................................................................................ 3-70
3.8.2. Chiều dày vỏ ống khói ......................................................................... 3-70
3.8.3. Lỗ mở và tấm nhúng ............................................................................ 3-71
3.8.4. Sai số cho phép theo phương đứng của tâm vỏ ống khói .................... 3-71
3.8.5. Chiều dày bê tông bảo vệ .................................................................... 3-71
3.8.6. Chiều cao tổng thể ............................................................................... 3-71
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .................................................................................... 3-72
CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG
.............................................................................................................................. 4-73
4.1. Đánh giá phương án thiết kế kết cấu vỏ ống khói BTCT NMNĐ Vĩnh Tân 4
mở rộng .............................................................................................................. 4-73
4.1.1. Về mức độ đáp ứng của công trình với mục đích sử dụng .................. 4-73
4.1.2. Về độ bền của cơng trình ..................................................................... 4-73
4.1.3. Về độ ổn định cơng trình ..................................................................... 4-73
4.1.4. Một số lưu ý và đề xuất để nâng cao hiệu quả thực hiện .................... 4-73


a.
Ảnh hưởng của các yêu cầu công nghệ đến giải pháp thiết kế kết cấu vỏ

ống khói BTCT NMNĐ................................................................................. 4-74
b.

Lựa chọn các loại vật liệu xây dựng .................................................. 4-74

c.

Lựa chọn các tiêu chuẩn tính tốn tải trọng và tổ hợp tải trọng ........ 4-74

d.

Lựa chọn phương pháp tính tốn ....................................................... 4-74

4.2. Đánh giá phương án biện pháp thi công kết cấu vỏ ống khói BTCT NMNĐ
Vĩnh Tân 4 mở rộng .......................................................................................... 4-75
4.2.1. Về sự đảm bảo chất lượng cơng trình.................................................. 4-75
4.2.2. Về tiến độ thi công .............................................................................. 4-75
4.2.3. Sự phù hợp với Tiêu chuẩn TCVN 9342:2012 ................................... 4-75
4.2.4. Một số đặc điểm riêng của biện pháp thi cơng ống khói BTCT NMNĐ ....
....................................................................................................................... 4-76

C
C

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 .................................................................................... 4-76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 4-77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 4-78
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

DU

R
L
T.


TÓM TẮT LUẬN VĂN
GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ BIỆN PHÁP THI CƠNG ỐNG KHĨI BÊ TƠNG
CỐT THÉP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Học viên:
Lê Thanh Hùng
Chun ngành:
Kỹ thuật xây dựng Cơng trình Dân dụng và Cơng nghiệp
Mã số:
Khóa: K36 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN
Tóm tắt: Ống khói bê tơng cốt thép (BTCT) trong nhà máy nhiệt điện
(NMNĐ) luôn được xem là một kết cấu phức tạp và khó thi cơng. Tuy nhiên, ở
nước ta hiện nay, giải pháp thiết kế ống khói BTCT chưa được phổ biến và quy
trình tổng quát vẫn chưa được đề cập cụ thể trong các giáo trình, tài liệu hay các
tiêu chuẩn. Ngồi ra, với xu thế phát triển các công nghệ thi công hiện đại, có nhiều
cơng nghệ thi cơng kết cấu ống khói BTCT được nghiên cứu và áp dụng, với nhiều
ưu điểm khác nhau. Nội dung của Đề tài là trình bày một giải pháp thiết kế ống
khói BTCT theo Tiêu chuẩn Mỹ ACI 307-08 và biện pháp thi công cụ thể theo công
nghệ thi công ván khuôn trượt. Đề tài sẽ giới thiệu một quy trình tổng thể từ đó làm
cơ sở để đối chiếu với các trường hợp khác nhau, để có thể áp dụng trong cơng tác
lập dự án, thiết kế, thi cơng ống khói BTCT NMNĐ cũng các kết cấu khác tương
tự trong lĩnh vực xây dựng.
Từ khóa: Ống khói bê tơng cốt thép; tải trọng gió; tải trọng động đất; ván
khuôn trượt; ACI 307-08.

C
C

R
L
T.

DU

METHOD FOR ENGINEERING AND CONSTRUCTION OF REINFORCED
CONCRETE CHIMNEYS IN THERMAL POWER PLANTS
Abstract: The reinforced concrete (R.C) chimneys in thermal power plants
(T.P.P) are usually the complicated structures and hard to construction. However,
in Vietnam, method for engineering R.C chimney had not yet been common and
overall procedure had not been presented in any curriculums, documents or
standards. Moreover, with the development of construction technical, some
construction technicals for R.C chimney had been studied and applied, with
diffirent adventages. The content of this Topic is presentation a specific method for
engineering arrording to American Standard ACI 307-08 and specific construction
technical using slipform system. Topic will present an overall procedure, what is a
basis for comparison with different cases and applied in project planning,
engineering, construction for the R.C chimneys in T.P.P or any similar structures
in construction sector.
Key words: Reinforced concrete chimney; wind load; earthquake load;
slipform; ACI 307-08.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Kích thước hình học của ống khói ............................................................ 2-10

Bảng 2.2. Bảng chỉ tiêu đất nền đặc trưng ................................................................ 2-13
Bảng 2.3. Tĩnh tải áp dụng lên vỏ ống khói và ống dẫn khói.................................... 2-15
Bảng 2.4. Bảng khai báo chỉ tiêu cơ lý của vật liệu .................................................. 2-30
Bảng 2.5. Bảng khai báo thông số tiết diện của các phần tử ..................................... 2-31
Bảng 2.6. Bảng khai báo vị trí các liên kết ................................................................ 2-31
Bảng 2.7. Bảng khai báo tải trọng tập trung .............................................................. 2-31
Bảng 2.8. Bảng khai báo tải trọng phân bố ............................................................... 2-32
Bảng 2.9. Bảng khai báo tải trọng tập trung .............................................................. 2-33
Bảng 2.10. Bảng khai báo tải trọng phân bố ............................................................. 2-33

C
C

Bảng 2.11. Chu kỳ và tần số dao động riêng trong hai giai đoạn.............................. 2-35
Bảng 3.1. Bảng tiến độ quy trình thi cơng ................................................................. 3-55

DU

R
L
T.


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tổng thể cơng trình NMNĐ Vĩnh Tân 4 và Vĩnh Tân 4 mở rộng .............. 1-4
Hình 1.2. Cơng tác lắp đặt ống dẫn khói ..................................................................... 1-5
Hình 1.3. Cấp bê tơng cho hệ ván khn trượt............................................................ 1-6
Hình 1.4. Bên trong vỏ ống khói trong q trình thi cơngp ........................................ 1-7
Hình 2.1. Bố trí chung của kết cấu ống khói ............................................................. 2-11
Hình 2.2. Phổ gia tốc nền đàn hồi và phổ gia tốc nền thiết kế .................................. 2-18

Hình 2.3. Mơ hình kết hợp vỏ ống khói và ống dẫn khói, chỉ áp dụng trong giai đoạn
vận hành ..................................................................................................................... 2-29
Hình 2.4. Phần đỉnh, phần sàn dẫn phía trên và sàn dẫn phía dưới vỏ ống khói và ống
dẫn khói ..................................................................................................................... 2-30
Hình 2.5. Ba dạng dao động đầu tiên của mơ hình tổng thể ..................................... 2-36

C
C

Hình 2.6. Biểu đồ kéo nén của tiết diện vỏ ống khói ................................................ 2-38

R
L
T.

Hình 3.1. Ván khn leo cho cơng trình có dạng trụ rỗng ........................................ 3-40
Hình 3.2. Hệ thống ván khn trượt trước khi bắt đầu thi cơng ............................... 3-41

DU

Hình 3.3. Hình vẽ mô phỏng cấu tạo hệ thống ván khuôn trượt ............................... 3-43
Hình 3.4. Mặt cắt ngang hệ thống ván khn trượt................................................... 3-43
Hình 3.5. Mơ hình kết cấu giá nâng và sàn thi cơng chính ....................................... 3-44
Hình 3.6. Đặt tên các nút trong mơ hình ................................................................... 3-45
Hình 3.7. Đặt tên các thanh trong mơ hình ............................................................... 3-45
Hình 3.8. Khai báo tiết diện....................................................................................... 3-46
Hình 3.9. Khai báo tiết diện cho dầm thép hướng tâm và dầm trịn trung tâm ......... 3-46
Hình 3.10. Tải trọng D2 gán trực tiếp lên vành gông và ti kích ................................ 3-47
Hình 3.11. Tải trọng D3 phân bố trên các dầm thép hướng tâm ................................ 3-48
Hình 3.12. Khung treo ống dẫn khói được nâng lên trong q trình trượt................ 3-48

Hình 3.13. Vị trí treo khung thép trên giá nâng ........................................................ 3-49
Hình 3.14. Tải trọng D4 gán trên giá nâng ................................................................ 3-49
Hình 3.15. Tải trọng L1 gán trên sàn thi cơng chính ................................................. 3-50
Hình 3.16. Tải trọng L2 gán trên sàn thi cơng chính ................................................. 3-50
Hình 3.17. Tải trọng do ma sát trượt “L2” gán lên các gối ........................................ 3-51
Hình 3.18. Tải trọng do giàn treo tời 30kN “L1,i” ..................................................... 3-51
Hình 3.19. Tải trọng do tời 5kN “L2” ........................................................................ 3-52


Hình 3.20. Hệ số thiết kế của các dầm trịn trung tâm .............................................. 3-52
Hình 3.21. Hệ số thiết kế của các thanh trên giá nâng .............................................. 3-53
Hình 3.22. Bố trí kích thủy lực trên giá nâng ............................................................ 3-54
Hình 3.23. Đánh dấu chu vi và lỗ mở cửa chính ....................................................... 3-56
Hình 3.24. Vị trí đặt hệ thống điểu khiển bằng tia laser............................................ 3-57
Hình 3.25. Mặt cắt hệ thống điều khiển bằng tia laser .............................................. 3-57
Hình 3.26. Bảng mục tiêu và điểm phát tia laser ...................................................... 3-57
Hình 3.27. Điều chỉnh chiều dảy vỏ ống khói ........................................................... 3-58
Hình 3.28. Gầu chứa bê tơng được nâng bằng cần cẩu ............................................. 3-60
Hình 3.29. Bê tơng được đổ từ sàn thao tác chính .................................................... 3-61
Hình 3.30. Bê tơng bê trong ván khn trượt ............................................................ 3-62
Hình 3.31. Đầm bê tơng bằng đầm dùi ...................................................................... 3-63

C
C

Hình 3.32. Cột tạm khu vực cửa chính được loại bỏ khi bê tơng đạt cường độ........ 3-64

R
L
T.

Hình 3.33. Vận chuyển cốt thép bằng tời 5kN .......................................................... 3-64
Hình 3.34. Tấm đế của hệ thống cầu thang bộ .......................................................... 3-65

DU

Hình 3.35. Bề mặt bê tông được xoa phẳng sau khi ra khỏi ván khuôn.................... 3-67
Hình 3.36. Tời điện 3 tấn đặt ở mặt đất ..................................................................... 3-68
Hình 3.37. Rịng rọc di động được lắp đặt tại khung thép trên sàn thao tác chính ... 3-69
Hình 3.38. Vận chuyển người, cốt thép và bê tông ................................................... 3-70


CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BTCT: Bê tông cốt thép
NMNĐ: Nhà máy nhiệt điện
TCVN 2737:1995: Tiêu chuẩn Việt Nam 2737:1995 “Tải trọng và tác động –
Tiêu chuẩn thiết kế”
TCVN 5574:2018: Tiêu chuẩn Việt Nam 2737:1995 “Kết cấu bê tông và bê
tông kết thép – Tiêu chuẩn thiết kế”
TCVN 9342:2012: Tiêu chuẩn Việt Nam 2737:1995 “Cơng trình bê tơng cốt
thép tồn khối xây dựng bằng cốt pha trượt – Thi công và nghiệm thu”
ACI 307-08: Tiêu chuẩn Mỹ ACI 307-08 “Code Requirement for Reinforced
Concrete Chimneys”
ACI 314-18: Tiêu chuẩn Mỹ ACI 314-18 “Building Code Requirements for
Structural Concrete”
ACI 347-04: Tiêu chuẩn Mỹ ACI 347-04 “Guide to Formwork for Concrete”
ASCE 7-05: Tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05 “Minimum Design Loads for
Buildings and Other Structures”
UBC 97: Tiêu chuẩn Mỹ UBC 97 “Uniform Building Code”

C
C

DU

R
L
T.


1

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Với chiều cao lớn của mình, ống khói bê tơng cốt thép (BTCT) vẫn luôn được
xem là kết cấu phức tạp và đặc biệt nhạy cảm với tải trọng gió và tải trọng động
đất. Do vậy, ở một số nước như Mỹ, Trung Quốc có tiêu chuẩn riêng về thiết kế
ống khói BTCT, đặc biệt là ống khói cao.
Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn chuyên dùng cho việc
thiết kế ống khói BTCT. Việc tính tốn thiết kế chỉ theo tiêu chuẩn TCVN
2737:1995 và TCVN 5574:2018 và các tiêu chuẩn liên quan khác.
Vì vậy, trong các dự án nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) trong nước, để có thể
thiết kế và thi cơng các kết cấu ống khói BTCT đều phải sử dụng tiêu chuẩn nước
ngoài và cũng do các nhà thầu nước ngoài thực hiện.
Việc nghiên cứu, nhận xét, đánh giá phương án thiết kế và biện pháp thi cơng
cho kết cấu ống khói BTCT từ cơ sở dữ liệu là các dự án đã và đang thi công là một
vấn đề đáng được quan tâm và tìm hiểu. Từ thực tế đó, trong khn khổ Luận văn
Thạc sĩ kỹ thuật, học viên lựa chọn đề tài “Giải pháp thiết kế và biện pháp thi
cơng ống khói bê tơng cốt thép nhà máy nhiệt điện” với mong muốn có được
những kiến thức sát thực hơn về giải pháp kỹ thuật cho công tác thiết kế và thi công

cho loại kết cấu này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát: Trên cơ sở dữ liệu là tài liệu thiết kế, các tài liệu hướng
dẫn và các tiêu chuẩn quốc tế (ACI 307-08, ACI 318-14, ASCE 7-05…) đề tài tập
trung nghiên cứu giải pháp tính tốn thiết kế và biện pháp thi cơng của kết cấu ống
khói BTCT NMNĐ.
Mục tiêu cụ thể: Trình bày được giải pháp thiết kế và biện pháp thi cơng của
kết cấu ống khói BTCT cho một dự án NMNĐ, cụ thể là dự án NMNĐ Vĩnh Tân
4 mở rộng. Bao gồm các mục tiêu cụ thể sau:

Lựa chọn sơ bộ vật liệu, kích thước, giải pháp kỹ thuật.

Tính tốn các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu.

Tính tốn kết cấu và kiểm tra các điều kiện giới hạn về cường độ và điều
kiện làm việc.

Lập biện pháp thi công.

Đáng giá phương án thiết kế và biện pháp thi công.

Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thực hiện.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Hạng mục ống khói BTCT của NMNĐ Vĩnh Tân 4
mở rộng.
1.

C
C

DU

R
L
T.


2
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, trình bày giải pháp thiết kế và biện pháp
thi công kết cấu vỏ ống khói BTCT theo Tiêu chuẩn Mỹ ACI 307-08 và các tiêu
chuẩn liên quan.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu như sau:
Thu thập, tổng hợp các số liệu về các yêu cầu kỹ thuật, các thống số công
nghệ của kết cấu ống khói.
Xác định tải trọng tác động lên ống khói. Tính tốn kết cấu và kiểm tra
các điều kiện ổn định.
Tính tốn, lập biện pháp thi cơng ống khói BTCT.
Dựa vào kết quả nghiên cứu thực tiễn và lý thuyết, tổng hợp lại các kết
quả và đưa ra các đánh giá phương thiết kế và thi cơng ống khói BTCT.
Từ các đánh giá đó, đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả thực hiện.
Dựa vào kết quả nghiên cứu, phân tích, so sánh các vấn đề tồn tại trong tính
tốn để có đề xuất hợp lý.
5. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Cơ sở khoa học của đề tài bao gồm: các tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng như
bê tông, cốt thép, kết cấu thép…; các tiêu chuẩn về tải trọng như tĩnh tải, hoạt tải,
tải trọng gió, tải trọng động đất…; các giả thuyết về vật liệu BTCT, mơ hình tính
tốn, sơ đồ tính…; các tiêu chuẩn tính tốn về cấu kiện BTCT, tiêu chuẩn tính tốn
riêng cho kết cấu ống khói BTCT…và các báo cáo khảo sát địa chất, địa hình, khí
tượng, thủy văn...

Cơ sở thực tiễn của đề tài bao gồm: các hồ sơ thiết kế của kết cấu ống khói
BTCT đã thi cơng; các cơng nghệ thi cơng ống khói BTCT hiện đang được áp dụng
trên thế giới; các phần mềm mơ phỏng, tính tốn kết cấu phổ biến hiện nay và các
đánh giá, đề xuất về kết cấu ống khói BTCT đã được nghiên cứu trước đây.
6. Nội dung luận văn
Nội dung luận văn được trình bày trong 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về cơng trình nhà máy nhiệt điện và kết cấu ống khói.
Chương 2. Trình bày giải pháp thiết kế kết cấu ống khói bê tơng cốt thép nhà
máy nhiệt điện.
Chương 3. Trình bày biện pháp thi cơng ống khói bê tơng cốt thép nhà máy
nhiệt điện.
Chương 4. Đánh giá giải pháp thiết kế và biện pháp thi công.

C
C

DU

R
L
T.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT
ĐIỆN VÀ KẾT CẤU ỐNG KHĨI
1.1. Tổng quan về cơng trình nhà máy nhiệt điện
Ngày nay, điện năng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong sự phát
triển của mỗi quốc gia. Đặc biệt Việt Nam là một trong những nước đang phát triển

có nhu cầu lớn về việc tiêu thụ điện năng, bên cạnh đó chính sách mở cửa của Việt
Nam như hiện nay, thu hút sự đầu tư nước ngoài vào Việt Nam ngày một gia tăng
trên tất cả các lĩnh vực, đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất, do đó địi hỏi phải
tăng cường sản xuất điện năng đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế, đó là một nhu
cầu hết sức cấp bách.
Theo tính tốn của Tập đồn điện lực Việt Nam (EVN), trong giai đoạn đến
năm 2030, nhu cầu sử dụng điện sẽ tiếp tục tăng trưởng ở mức cao. Ngành điện cần
phải đảm bảo sản xuất 265-278 tỷ kWh vào năm 2020 và khoảng 572-632 tỷ kWh
vào năm 2030. Vì thế việc phát triển của các cơng trình nhà máy nhiệt điện
(NMNĐ) đóng một vài trị chủ đạo trong sự phát triển của nền kinh tế đất nước.
Theo “Báo cáo chuyên đề Bảo vệ môi trường tại các nhà máy nhiệt điện than
Việt Nam” của Bộ TNMT trước Quốc hội ngày 21/6/2017:
Hiện tại ở Việt Nam có khoảng 20 NMNĐ than đang hoạt động với tổng
công suất 15.000 MW.
Đến năm 2025, tổng công suất NMNĐ than khoảng 47.600MW chiếm
khoảng 55% sản lượng điện sản xuất.
Đến năm 2030, tổng công suất NMNĐ than khoảng 55.300MW chiếm
khoảng 53,3% sản lượng điện sản xuất.
Để đảm bảo mục tiêu phát triển kinh tế khoảng 7%/năm thì tốc độ phát
triển điện tương ứng phải phải đảm bảo 11%/năm mới đáp ứng mục tiêu
phát triển kinh tế.
Công trình nhà máy nhiệt điện là cơng trình năng lượng, có quy mơ xây dựng
lớn, sử dụng ngun lý đốt nhiên liệu tạo ra nhiệt lượng làm quay tua-bin máy phát
điện, sản sinh ra điện năng. Cơng trình nhà máy nhiệt điện gồm các hạng mục xây
dựng chính như sau:
Khu vực Nhà máy chính: bao gồm gian tua-bin, gian khử khí, gian
bunker than, gian lị hơi, nhà điều khiển trung tâm, hệ thống lọc bụi tĩnh
điện, các quạt khói/quạt gió, ống khói…
Hệ thống thải xỉ: bao gồm các silơ tro xỉ, nhà quạt gió silơ tro bay…
Hệ thống xử lý nước: bao gồm hệ thống xử lý nước thải, xử lý nước khử

khoáng, sinh hoạt, dịch vụ và xử lý nước thơ. Trong đó bao gồm các bồn
bể chứa nước, xử lý nước, các nhà xử lý nước…

C
C

DU

R
L
T.


4
-

-

Hệ thống nước làm mát tuần hoàn: Bao gồm nhà bơm nước làm mát,
kênh lấy nước làm mát, đường ống nước làm mát, đường ống thải nước
làm mát, cống xả thải…
Hệ thống cung cấp than: bao gồm các băng tải than, các tháp chuyển tiếp
than, kho than, nhà điều khiển hệ thống cấp than, hồ bùn than…
Hệ thống cung cấp dầu nhiên liệu: bao gồm khu bồn dầu, trạm bơm cấp
dầu…
Hệ thống điện: bao gồm máy biến áp chính, máy biến áp tự dùng tổ máy,
bể thu dầu sự cố…
Khu vực phụ trợ: kho chứa Amoniac, trạm điều chế Hydro…
Các hạng mục khác bao gồm: san lấp, gia cố nền, đường giao thơng nội
bộ, hệ thống thốt nước mặt, cây xanh và cảnh quan...

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.1. Tổng thể cơng trình NMNĐ Vĩnh Tân 4 và Vĩnh Tân 4 mở rộng

1.2. Giới thiệu về kết cấu ống khói bê tơng cốt thép nhà máy nhiệt điện
Ống khói NMNĐ có chức năng dẫn khói, khí nóng từ nhà máy ra bầu khơng
khí bên ngồi. Để đảm bảo các u cầu về mơi trường, ống khói của các NMNĐ
có cơng suất lớn thường có chiều cao từ 200m đến 250m.
Ống khói NMNĐ thường có kết cấu gồm 2 phần: phần ống dẫn khói và phần
kết cấu đỡ:
Phần ống dẫn khói chính là phần dẫn khói của ống khói, được làm bằng
kết cấu thép. Vật liệu thép và lớp sơn phủ có khả năng chống ăn mịn
axit. Bên trong ống thép có lớp vật liệu cách nhiệt Borosilicate Block.


5
-

Phần kết cấu đỡ ngồi việc đỡ ống dẫn khói cịn là nơi bố trí các thiết bị
cơng nghệ, sàn thao tác… và thường được làm bằng kết cấu thép hoặc
kết cấu bê tơng cốt thép. Trong đó, kết cấu BTCT thường được sử dụng
do có độ cứng và tính ổn định cao hơn. Ngoài ra, với đặc điểm là kết cấu

siêu cao có vận tốc gió lớn nên hệ thống thiết bị công nghệ, thang máy,
thang bộ cần được bao bọc trong vỏ BTCT để đảm bảo điều kiện an tồn
trong vận hành, bảo trì và đảm bảo cho các thiết bị cơng nghệ được hoạt
động tốt.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.2. Cơng tác lắp đặt ống dẫn khói


6

1.3. Giới thiệu về biện pháp thi cơng ống khói bê tơng cốt thép nhà máy nhiệt
điện
Có hai cơng nghệ thi cơng ống khói bê tơng cốt thép phổ biến trên thế giới và
trong nước hiện hay là công nghệ ván khuôn trượt và công nghệ ván khuôn leo.
Trong số đó, cơng nghệ ván khn trượt có nhiều ưu điểm về thời gian thi
cơng và tính liền khối của của kết cấu.
Thời gian thi cơng trung bình của kết cấu ống khói bê tơng cốt thép cao khoảng
200 m sử dụng công nghệ ván khuôn trượt là khoảng 4 tháng. Trong thời gian đó,
bê tơng được đổ liên tục và hệ ván khn được trượt lên bằng hệ kích và ti chống.

C

C

R
L
T.

DU

Hình 1.3. Cấp bê tơng cho hệ ván khn trượt


7
Do tính phức tạp của cơng nghệ và u cầu về an tồn, chất lượng thi cơng
cao, nên hiện nay trong nước có rất ít nhà thầu sở hữu cơng nghệ thi cơng ván
khn trượt cho kết cấu ống khói.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.4. Bên trong vỏ ống khói trong q trình thi công

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Thông qua các nội dung nghiên cứu trên, trong Chương 1, tác giả đã khái quát
về công trình nhà máy nhiệt điện, đặc điểm của kết cấu ống khói và phân loại các

8
loại kết cấu ống khói. Ngồi ra, tác giả cũng đã nêu tổng quan về các công nghệ thi
công ống khói bê tơng cốt thép.
Chương 2 sẽ trình bày về giải pháp thiết kế ống khói bê tơng cốt thép nhà máy
nhiệt điện.

C
C

DU

R
L
T.


9

CHƯƠNG 2. TRÌNH BÀY GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ỐNG
KHĨI BÊ TƠNG CỐT THÉP NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
2.1. Tổng quan

2.1.1. Tổng quan về giải pháp thiết kế
Hệ kết cấu ống khói BTCT hồn chỉnh bao gồm các kết cấu chính sau:
Hệ kết cấu cấu đài móng BTCT và cọc;
Hệ kết cấu vỏ ống khói bê tơng cốt thép;
Hệ kết cấu ống dẫn khói kết cấu thép;
Các sàn thao tác, lối đi, cầu thang kết cấu thép;

Hệ cấu đài móng BTCT đổ tồn khối với kết cấu vỏ ống khói BTCT, chịu toàn
bộ tải trọng bên trên và truyền vào hệ thống cọc, thường là cọc khoan nhồi.
Ống dẫn khói được bố trí bằng cách treo ở đỉnh ống dẫn khói vào vỏ ống khói
nhằm tránh ứng suất nén. Sàn treo ống dẫn khói được bố trí ở cao độ EL. +207,3m
và 02 sàn dẫn có nhiệm vụ dẫn hướng cho ống dẫn khói được bố trí ở cao độ EL.
+127,2m và EL. +50,4m.
Các sàn thao tác, lối đi, cầu thang được liên kết trực tiếp vào vỏ ống khói tại
các vị trí theo thiết kế.
Cường độ và sự ổn định của hệ kết cấu ống khói BTCT được tính toán và
kiểm tra cho cả hai giai đoạn sau:
Giai đoạn thi công: Hệ kết cấu được thể hiện trong giai đoạn thi cơng
kết cấu ống khói, bao gồm kết cấu ống khói, các kết cấu tạm (như hệ ván
khn...) và hệ kết cấu đài móng và cọc; các tải trọng tạm thời như (tải
trọng thi công) cũng được áp dụng.
Giai đoạn vận hành: Hệ kết cấu hoàn chỉnh được thể hiện trong giai
đoạn vận hành nhà máy, bao gồm toàn bộ các hệ kết cấu đài móng và
cọc, hệ kết cấu vỏ ống khói, hệ kết cấu ống dẫn khói, các sàn thảo tác,
lối đi, cầu thang phục vụ vận hành; các tải trọng vận hành dự kiến sẽ
được áp dụng.
Vỏ ống khói BTCT được thiết kế cho các tác động của trọng lượng bản thân,
nhiệt độ, gió và động đất phù hợp với Tiêu chuẩn ACI 318.
Đối với tải trọng gió, ống khói BTCT phải được thiết kế để chịu được các lực
gió theo cả hướng gió dọc và gió ngang. Ngồi ra, tiết diện trịn rỗng phải được
thiết kế để chịu được tải trọng gây ra bởi tải trọng phân bố theo chu vi.
Các bước thiết kế kết cấu ống khói bê tơng cốt thép bao gồm:
Khảo sát các số liệu đầu vào như: số liệu địa hình, địa chất, thủy văn; các
yêu cầu về kỹ thuật, công nghệ; thông số của vật liệu xây dựng; ...

C
C

DU

R
L
T.


10
-

-

Tính tốn các loại tải trọng tác dụng lên cơng trình bao gồm: tĩnh tải (D),
hoạt tải (L), tải trọng động đất (E), tải trọng gió (W) và ứng suất do nhiệt
độ (T);
Mô phỏng kết cấu bằng phần mềm; gán các loại tải trọng lên mơ hình;
xác định các tần số dao động riêng và kiểm tra chuyển vị công trình;
Tính tốn kiểm tra cường độ và độ ổn định của kết cấu vỏ ống khói
BTCT;

2.1.2. Mơ tả về ống khói
Ống khói Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng nằm ở xã Vĩnh Tân, huyện
Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận. Đây là loại ống khói có kết cấu chính làm bằng bê
tơng cốt thép và có 1 ống dẫn khói bằng thép cacbon đường kính trong Di=6450mm
ở bên trong.
Chiều cao ống khói là 213,50m, tại chân ống khói, bố trí 01 lỗ mở rộng 7,2m
để phục vụ q trình thi cơng và vận hành.
Kết cấu ống khói bao gồm vỏ bằng bê tơng cốt thép có bề dày và đường kính
thay đổi theo bảng sau:

Bảng 2.1. Kích thước hình học của ống khói

C
C

Cao độ

DU

R
L
T.

Đường kính ngồi

Chiều dày vỏ

[m]

[m]

+208,80

11,90

0,30

+152,50

11,90

0,30

+82,50

12,86

0,40

EL.

+2,50
13,96
0,50
Ống dẫn khói được treo bởi hệ kết cấu thép, gọi là sàn treo, nằm ở cao độ
EL.+207,30m và được dẫn hướng cũng như giảm chấn bằng 4 gối giảm chấn ngang
đặt ở 2 hệ kết cấu thép, gọi là sàn dẫn, nằm ở các cao độ EL.+127,20m và
EL.+50,40m.
Ống khói cũng được bố trí hệ thống cầu thang bộ và vận thăng điện từ cao độ
EL.+3,80m đến cao độ EL.+201,00m. Trên vỏ ống khói cũng bố trí các lỗ mở để
bố trí cửa ra vào chính, lỗ vào ống dẫn khói, cửa ra hành lang bảo trì, các cửa thơng
gió và các cửa sổ bố trí đèn cảnh báo.
Kết cấu móng ống khói được thiết kế dạng móng cọc đài thấp với đài cọc bê
tơng cốt thép hình trịn, có đường kính 26,66m, dày 2,8m. Cao độ đày đài là EL.0,30m theo hệ tọa độ Hòn Dấu.
Hệ cọc bao gồm 90 cọc khoan nhồi đường kính 0,8m, dài 20m nằm trên 5
đường tròn đồng tâm.


11

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.1. Bố trí chung của kết cấu ống khói


12

2.1.3. Vật liệu
Sử dụng bê tông C30/37 cho cọc khoan nhồi, đài móng và vỏ ống khói có:
Cường độ chịu nén đặc trưng (mẫu lăng trụ 150x300): f’c=30 N/mm2
Mô-đun đàn hồi: Ec=4700√𝑓′𝑐 =25743 N/mm2
Sử dụng cốt thép CB400-V theo TCVN 1651-2:2008 có:
Giới hạn chảy: fy=400 N/mm2.
Mơ-đun đàn hồi: Es=200.000 N/mm2
Lớp bê tông bảo vệ đối với cọc khoan nhồi là 120mm, đối với đài cọc là
100mm (mặt dưới) và 75mm (mặt bên và mặt trên), đối với vỏ ống khói là 50mm.

2.1.4. Điều kiện tự nhiên khu vực cơng trình
Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng được xây dựng tại xã Vĩnh Tân,
huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận, cách Thị trấn Phan Rí khoảng 25-30km về phía
Tây Nam, cách thành phố Hồ Chí Minh 240km và cách thành phố Phan Thiết 45km
theo đường Quốc lộ 1.
Điều kiện địa hình của khu vực tương đối bằng phẳng, độ dốc dần từ Bắc

xuống khu vực ven biển phía Nam, đây là vùng trung du ven biển địa
hình chủ yếu là đồi cát và cồn cát ven biển, địa chất tốt chủ yếu là cát, đá
phong hóa và phiến đá mồ cơi, cao độ trung bình so với mặt nước biển
từ 0 đến 7m.
Số liệu địa chất được lấy từ báo cáo khảo sát địa chất của Dự án NMNĐ
Vĩnh Tân 4 mở rộng. Các lớp đất trong khu vực khảo sát tính từ mặt đất
đến độ sâu khoan lớn nhất 50m bao gồm:
 Lớp 1 (tQIV): Độ sâu từ 0,0-6,4m: Đất san lấp: Cát sét màu xám vàng,
chứa 20-25% dăm sạn kích thước 3-10mm, kết cấu chặt vừa.
 Lớp 2 (mQIV2-3): Độ sâu từ 6,4-14,8m: Kết vón mảng màu xám vàng,
nâu vàng, kết cấu chặt – rất chặt, xen kẹp cát sét tại 6,7-8,0m; 8,79,0m; 10,7-11,0m; 11,4-12,4m; 12,9-13,0m.
 Lớp 3 (mQIV2-3): Độ sâu từ 14,8-18,5m: Cát sét màu nâu vàng, nâu đỏ,
kết cấu chặt, xen kẹp kết vón tại 15,6-16,1m; 17,3-17,7m. Từ 17,818,0m: Dăm sạn màu nâu đen, cứng chắc trung bình, kích thước 510mm.
 Lớp 4 (mQIV2-3): Độ sâu từ 18,5-25,0m: Cát sét màu xám trắng, xám
vàng, nâu đỏ, chứa 20-25% dăm sạn kích thước 5-20mm và san hơ.
Đoạn 24,0-24,6m: Andezit màu xám xanh, vỡ thành dăm kích thước
2-10cm, cứng chắc trung bình. Đoạn 24,6-25m: San hơ màu xám
trắng, kém cứng.

C
C

DU

R
L
T.


13

 Lớp 5 (HW IA1): Độ sâu từ 25,0-32,0m: Đới phong hóa mãnh liệt.
Granite phong hóa thành cát sét lẫn 15-20% sạn kích thước 2-4mm
màu xám đen, xám vàng, nâu đỏ, kết cấu chặt.
 Lớp 6 (Fr IIA): Độ sâu từ 32,0-50,0m: Đới đá tươi nứt nẻ. Granit màu
xám trắng, đốm đen, cứng chắt nứt nẻ yếu.
Bảng 2.2. Bảng chỉ tiêu đất nền đặc trưng

Các chỉ tiêu cơ lý

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 4

Lớp 5

Độ ẩm tự nhiên W (%)

4,7

12,8

15,3

15,3

17,2

Tự nhiên w

1,94

2,08

2,06

1,95

2,12

Khô d

1,85

1,84

1,79

1,69

1,81

Đẩy nổi sub

0,94

1,08

1,06

0,95

1,12

Tỷ trọng GS

2,67

2,67

2,69

2,68

2,71

Hệ số rỗng tự nhiên e0

R
L
T.

3

Dung trọng (g/cm )

C

C

0,432

0,454

0,503

0,586

0,497

30,2

31,1

33,5

36,9

33,2

28,8

75,9

81,1

70,1

93,8

Gh chảy: LL

33,9

36,8

30,1

48,8

35,4

Gh dẻo: PL

21,5

20,0

14,9

24,5

18,3

Cs dẻo: PI

12,4

16,8

15,2

24,3

17,1

Độ sệt: B

1,4

0,4

0,0

0,4

0,1

Lực kháng cắt (kG/cm2)

ctc

0,146

0,191

0,168

0,233

0,164

Góc ma sát trong (độ)

tc

34o27’ 30o27’ 31o13’ 29o38’ 29o49’

Độ rỗng n (%)
Độ bão hòa Sr (%)
Giới hạn Atterberg (%)
Theo TCVN

DU

Hệ số nén lún av1-2 (cm2/kG)
-

0,012

0,022

0,023

0.024

0,019

Các số liệu điều kiện khí tượng như nhiệt độ, gió sử dụng thiết kế tuân
theo QCVN 02:2009/BXD Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia – Số liệu điều
kiện tự nhiên dung trong xây dựng.

2.2. Tải trọng tác dụng lên cơng trình

2.2.1. Tĩnh tải (D)
-

Tải trọng bản thân của vỏ BTCT và ống dẫn khói: Trong giai đoạn
thi cơng, tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân của vỏ bê tông “D1” và
ống dẫn khói “D7”, các kết cấu phụ trợ, lớp cách nhiệt và các tấm gia
cường chỉ được áp dụng trong giai đoạn vận hành.
 BTCT 𝛾𝑐 = 24,0 𝑘𝑁/𝑚3