LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trương Đình
Dụ người đi đầu trong nghiên cứuý tưởng cửa van cung chìm người đã hướng dẫn,
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.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong Trung tâm công trình đồng
bằng ven biển & đê điều – Viện Thủy Công - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam là
những người đã sát cánh cùng tác giả trong thời gian công tác cũng như thời gian
thực hiện luận văn này.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố; Mẹ; Vợ và anh chị
em trong gia đình đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành quá trình học
tập và viết luận văn. Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2012.
Tác giả Đoàn Văn Đồng BẢN CAM KẾT

0T1.2.2. Tổng quan các loại cửa van trên thế giới.0T 9
0T1.2.3. Đánh giá chung về cửa van trong nước và trên thế giới0T 15
0T1.2.4. Phân tích đặc điểm, nhiệm vụ và yêu cầu ứng dụng cửa van trong công trình
chống ngập thành phố Hồ Chí Minh.
0T 16
0T1.3. Lựa chọn loại cửa van cho công trình công trình chống ngậpúng khu vực
thành phố Hồ Chí Minh.
0T 19
0T1.3.1. Ưu nhược điểm của loại cửa van kéo đứng.0T 20
0T1.3.2. Ưu nhược điểm của loại cửa van cung chìm.0T 21
0T1.4. Kết luận.0T 21

0TCHƯƠNG II- NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỬA VAN CUNG
CHÌM
0T 23
0T2.1. Giới thiệu chung về cửa van cung chìm.0T 23 0T2.1.1. Khái niệm về cửa van cung chìm0T 23
0T2.1.2. Phạm vi ứng dụng và phân loại:0T 23
0T2.1.3. Các bộ phận chính0T 24
0T2.1.4. Nguyên lý hoạt động:0T 26
0T2.1.5. Ưu nhược điểm.0T 27
0T2.1.6. Tính mới công nghệ.0T 28
0T2.2. Tính toán thiết kế cửa van cung chìm.0T 29
0T2.2.1. Xác định các thông số cơ bản cửa van cung chìm0T 29
0T2.2.2. Các lực có thể tác dụng vào cửa van cung chìm.0T 30
0T2.2.3. Tổ hợp tải trọng.0T 35
0T2.2.4. Phương pháp tính toán thiết kế cửa van cung chìm0T 36
0T2.2.5. Bố trí kết cấu0T 38

0TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ0T 79
0TTÀI LIỆU THAM KHẢO0T 81
0TPHỤ LỤC BẢN VẼ0T 82

DANH MỤC BẢNG BIỂU

0TBảng 1-1.0T 0TDanh mục các cống lớn trên tuyến đê bao dự kiến đầu tư xây dựng0T 5
0TBảng 1-2.0T 0TCửa van kéo đứng một số công trình trên thế giới0T 9
0TBảng 3-1.0T 0TBảng nội lực giàn cửa van kéo đứng.0T 69

DANH MỤC HÌNH VẼ

0THình 1-1.0T 0TCống đập Thảo Long-Huế0T 6
0THình 1-2.0T 0TCống bình triệu – thành phố Hồ Chí Minh0T 6
0THình 1-3.0T 0TCống Tân Đệ-Thái Bình0T 7
0THình 1-4.0T 0TCống Đồng Quan-Hà Nội0T 7
0THình 1-5.0T 0TCống Liên Mạc có 3 khoang B= 10 m0T 7
0THình 1-6.0T 0TCống Đa Độ-Hải Phòng0T 8
0THình 1-7.0T 0TCống Đò Điểm ngăn mặn0T 8
0THình 1-8.0T 0TCửa van trụ quay đập đáy0T 8
0THình 1-9.0T 0TĐập ba ra Đô Lương0T 8
0THình 1-10.0T 0T(Spijkenisse, Netherlands, 1996)0T 10
0THình 1-11.0T 0TCửa van 80m tại Công trình ngăn triều Ravenswaay0T 11
0THình 1-12.0T 0TCông trình ngăn triều Krimpen và Bố trí cửa van 80m0T 11

0THình 3-4.0T 0TCắt ngang cống bố trí cửa van cung chìm0T 56
0THình 3-5.0T 0TMặt bằng cống bố trí cửa van cung chìm0T 56
0THình 3-6.0T 0TMô hình 3D cửa bố trí cửa van cung chìm0T 57
0THình 3-7.0T 0TÁp lực nước tác dụng lên cửa van0T 60
0THình 3-8.0T 0TMô hình tính toán cửa van.0T 60
0THình 3-9.0T 0TSơ đồ xác định lực tác dụng lên cửa van cung.0T 63
0THình 3-10.0T 0TÁp lực nước thượng lưu và hạ lưu lên cửa van0T 63
0THình 3-11.0T 0TVị trí dầm chính0T 64
0THình 3-12.0T 0TBố trí dầm ngang0T 65
0THình 3-13.0T 0TNội lực M11 và M22 trên bản mặt cửa van.0T 65
0THình 3-14.0T 0TSơ đồ tính toán kiểm tra của giàn0T 68
0THình 3-15.0T 0TSơ đồ tính toán kiểm tra của giàn cửa cung0T 75
0THình 3-16.0T 0TSơ đồ tính toán kiểm tra của giàn đứng.0T 78

1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Tình hình ngập úng ở khu vực thành phố Hồ Chí Minhđã vàđang được phản
ánh nhiều trên các phương tiện thông tin báo chí, nómang tính thời sự rất nóng
bỏng. Đỉnh triều cường tại nơi đây ngày càng lập mức kỷ lục, tần suất xuất hiện
ngày càng nhiều. Sự ngập úng do triều cường đã gây ra hậu quả nghiêm trọng đến
đời sống khu vực dân cư sống ởđây đặc biệt là vùng địa hình thấp và đồng thờiảnh
hưởng lớn đến phát triển kinh tế xã hội của khu vực Thành Phố.
Trước tình hình ngập úng diễn ra ởkhu vực thánh phố Hồ Chí Minh, vừa qua
Thủ tướng Chính phủ đã có Quyếtđinh số: 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 về việc
phê duyệt Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
Việc ngập úng khu vực thành phốHồ Chí Minh đã ảnh hưởng lớn đến phát triển
toàn diện của khu vực kinh tế bậc nhất nước ta. Muốn giải quyết chồng ngập cho
thành phốHồ Chí Minh thì phải xây dựng tuyếnđê bao và làm các công trình ngăn

thập và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, đo đạc khảo sát thực tế hiện
trạng những vị trí đề xuất xây dựng công trình, từ đó đề ra phương án cụ thể phù
hợp với tình hình điều kiện cụ thể của nước ta.
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Nghiên cứu lý thuyết;
+ Phân tích đánh giá;
+ Sử dụng các phần mềm về phân tích kết cấu. 3

CHƯƠNG I- TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về tính hình ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh
1.1.1. Nguyên nhân gây ngập úng.
Bàn về nguyên nhân gây ngập úng ở thành phố Hồ Chí Minh trong thuyết minh
quy hoạch đã kết luận rằngnguyên nhân gây ngập úng là do mưa, lũ và triều cường.
1.1.2. Giải pháp chống ngập úng cho thành phố Hồ Chí Minh.
Để làm cho đất khỏi bị ngập không có cách nào khác là phải xây dựng hệ thống
đê bao và các cống kiểm soát triều cường.
1.1.3. Hiện trạng ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh
Do hơn 50% diện tích đất của thành phố có cao trình thấp hơn +1,0 m, trong lúc
mực nước đỉnh triều đã xẩy ra mấy năm nay hầu hết lớn hơn +1,0m, lúc cao nhất là
1,54m. Riêng thủy triều đã làm ngập sâu những vùng đất thấp. Vì vậy ở thành phố
Hồ Chí Minh nhiều khi trời nắng nhưng nhiều đường phố vẩn bị ngập. Nếu lúc này
mà có tổ hợp mưa thì mực nước lại cao hơn nhiều, bởi vì do triều cao nước mưa
không thoát ra được thì ngập úng lại nặng hơn, đặc biệt khi có ba tổ hợp: triều
cường, lại có mưa và có lũ thượng nguồn thì ngập lụt càng nghiêm trọng.
1.1.2.1. Ảnh hưởng của ngập úng đến phát triển sản xất nông nghiệp.
Khác với xây dựng đô thị, có thể tôn nền để xây nhà, nhưng trong nông nghiệp

minh hiện đại thì trước tiên nhà ở và đường xá phải được khô ráo thường xuyên, khi
mưa đường vẫn không bị ngập nước. Vì vậy trên thế giới không có thành phố nào
để cho ngập nước. Tóm lại muốn phát triển đô thị thì phải chống ngập úng tuyệt
đối. Phương án chống ngập úng thế nào thì phải tính toán kinh tế kỹ thuật.
1.1.3.5. Muốn phát triển kinh tế xã hội phải thực hiện quy hoạch chống úng ngập.
Tất cả quy hoạch và dự án trước đây về chống ngập cho thành phố chưa đề cập
đến kiểm soát triều hoặc có đề cập nhưng chỉ cho khu vực nhỏ nên chưa toàn diện,
chưa thể giải quyết được hiện tượng ngập úng hiện tại và nhất là nay mai chịu ảnh
hưởng mạnh của nước biển dâng.
5

Để chống ngập cho thành phố Hồ Chí Minh thì trước mắt phải thực hiện được
quy hoạch mà Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn lập và được Thủ tướng
Chính Phủ phê duyệt theo Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008. Trong đó
vấn đề cốt lõi là làm 12 cống lớn kiểm soát triều trên tuyến đê bao.
Danh mục các cống lớn trên tuyến đê bao dự kiến đầu tư xây dựng
STT

Tên công trình
Quy mô
Hình thức
vận hành
Chủ đầu tư
dự kiến
Bề rộng
(m)
Cao
trình đáy
(m)
1

9 Cống Kênh Hàng 120 -4.0 Có điều khiển
Tỉnh Long
An
10
Cống (Âu thuyền)
Thủ Bộ
80
-4.0
Tự động
Bộ Nông
nghiệp và
PTNT
120 -8.0 Có điều khiển
11
Cống (Âu thuyền)
Bến Lức
60 -4.0 Có điều khiển
Tỉnh Long
An
12 Cống kênh Xáng Lớn 20 -4.0 Có điều khiển nt
(Theo Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày28/10/2008 của Thủ tướng Chính phủ).
Việc đắp đê và làm đường thì có thể nói ở nước ta hoàn toàn chủ động về kỹ
thuật, không có gì phải băn khoăn nhiều. Nhưng việc thiết kế và thi công những
6

công trình ngăn sông sâu và rộng thì nhiều đơn vị tư vấn ở nước ta còn ít kinh
nghiệm, nhiều năm qua họ thiết kế nhiều cống nhưng đều là loại cống có bề rộng
khoang cống 20m và độ sâu nhỏ 10m. Đặc biệt về cửa van thì họ chưa bao giờ thiết
kế loại cửa van lớn hơn 30m, tuy có thể học tập kinh nghiệm của nước ngoài nhưng
sẽ gặp nhiều khó khăn.

Cửa van phẳng áp dụng rất nhiều trong công trình thủy lợi ở nước ta vì kết cấu,
vận hành đơn giản, tiện lợi, độ tin cậy cao. Các cửa này có khẩu độ nhỏ hơn 20m.
Cống Đồng Quan-Sông Nhuệ khẩu độ BxH=10x6m gồm hai thớt; Cống Tân Đệ ở
Thái Bình có khẩu độ 5m. Các cống dọc sông Omon-Xà no- Hậu Giang cửa van
phẳng có khẩu độ nhỏ hơn 10m. Cống Liên Mạc:Công trình đầu mối lấy nước quan
trọng phân lũ về đập đáy cho Sông Hồng, gồm 3 khoang cửa van phẳng khẩu độ
nhỏ hơn 10m.vv… Hình 1-3.
2B
Cống Tân Đệ-Thái Bình
Hình 1-4.
3B
Cống Đồng Quan-Hà Nội
Hình 1-5.
4B
Cống Liên Mạc có 3 khoang B= 10 m
8 1.2.1.3. Cửa cung:
Có cửa van cung như cống Cầu Xe (Hải Dương), cống Lân (Thái Bình), cống
Đa Độ (Hải Phòng). . . có khẩu độ 8m đóng mở bằng tời điện. Cống Đò Điểm ở Hà
Tĩnh hai khoang cửa van cung khẩu độ 16m, đóng mở bằng xi lanh thủy lực. Tuy
nhiên các cửa van cung ứng dụng trong thủy lợi hoặc thủy điện ở nước ta có khẩu
độ nhỏ hơn 20m, chiều cao nhỏ hơn 10m, kết cấu dùng thép tấm định hình.

1.2.2. Tổng quan các loại cửa van trên thế giới.
1.2.2.1. Cửa van kéo đứng(cửa van phẳng).
Cửa van phẳng là dạng kết cấu cửa van khi làm việc được nâng lên hạ xuống
theo phương thẳng đứng. Loại cửa van này khi ngăn nước cửa hạ xuống và kéo lên
cao phía trên không khi không ngăn nước.
Dạng kết cấu cửa này được áp dụng ở một số công trình trên thế giới:
Cửa van kéo đứng một số công trình trên thế giới
Tên công trình
Bề rộng
khoang cửa
(m)
Chiều
cao cửa
(m)
Mực nước
trước cửa
(m)
Chênh
lệch cột
nước
(m)
Ghi chú
Cống ngăn lũ
Ravenswaay, Hà
lan
80
11,6
7,4
4,5
01 cửa kéo

Công trình Ravenswaay: Được xây dựng trên kênh giao thông thủy nội địa nối
giữa sông Rhine và sông Waal. Công trình bảo vệ cho khu vực trũng không bị ngập
lụt trong thời kỳ nước sông lớn. Kết cấu cửa van bao gồm hệ dầm dàn hình cung;
các tấm thép mặt được đỡ bởi hệ thống dầm thẳng đứng liên kết với hệ dầm dàn.
Cửa van được đóng mở bởi tời điện với sự hỗ trợ của đối trọng. Truyền lực ép của
nước qua các bánh xe dẫn hướng trong khi kéo cửa. Khi không sử dụng cửa van
được kéo lên tạo ra tĩnh không 10m trên mực nước dâng bình thường. Cửa van được
đóng xuống khi lũ lớn xảy ra. Âu tàu bên cạnh cửa ngăn lũ cho phép tàu thuyền qua
lại khi đóng cửa cống.
11 Hình 1-11. Cửa van 80m tại Công trình ngăn triều Ravenswaay
Công trình ngăn sóng biển KRIMPEN, Hà Lan.

Hình 1-12. Công trình ngăn triều Krimpen và Bố trí cửa van 80m
Công trình được xây dựng trên sông Hollandsche Ijssel, chỗ giao giữa sông này
và sông Rhine, cách Biển bắc khỏang 30km. Tổ hợp công trình Krimpen là một
phần của hệ thống công trình bảo vệ bờ biển của Hà lan. Với lý do an tòan người ta
đã lắp đặt 2 cửa van trên cùng một cửa tạo nên rào chắn kép. Các cửa này tương tự
như cửa van tại công trình Ravenswaay, đóng khi có dự báo nước dâng do bão biển.
Âu tàu biển được xây dựng bên cạnh cống ngăn triều.
1.2.2.2. Cửa van cung:
Cửa van cung là một loại cửa van có mặt cắt ngang kết cấu phần động dạng
hình cung, phần hình cung được liên kết với càng van và càng được gắn với gối bản
lề trên trụ pin. Cửa van cung với kết cấu cửa dạng hình cung khi làm việc cửa quay
12

quanh một trục nằm ngang đi qua tâm trục quay của hai gối bản lề. Cửa có thể được
nâng lên cao hay hạ xuống thấp tùy theo cách bố trí trên công trình.

Hình 1-15.
9B
Cống trình sông Thame
Hình 1-16.
10B
London, United Kingdom
1.2.2.4. Cửa van cung trục đứng:
Cửa van quạt trục đứng liên kết bản lề đặt tại tâm quay của cung tròn cửa van.
Bản mặt cửa van bố trí ở mặt của cung. Đối với loại cửa van này do áp lực nước có
hướng tác dụng xuyên tâm cho nên các thanh phần lực gây mất ổn định trong quá
14

trình vận hành là rất ít. Đối với kết cấu cửa van dạng này có thể đóng mở với các
mực nước khác nhau.
Dạng kết cấu cửa này được áp dụng ở một số công trình trên thế giới:
Công trình đập Maeslant:Công trình được xây dựng với nhịp cửa van rộng
360m. Cửa van có thể nổi lên trong quá trình di chuyển bằng động cơ di động.

Hình 1-17. Hoek van Holland, Netherlands, 1997
Công trình ngăn triều ST. PETERSBURG, NGA.
Cửa van hình quạt có khoang nổi kiểu như đã xây dựng tại Rotterdam, Hà lan
đã được lựa chọn để xây dựng trên công trình ngăn triều tại St. Peterburg, Nga để
ngăn cách giữa vịnh Neve và Biển Phần Lan. Bề rộng cửa thông tàu tới 200m và
mỗi cửa van hình quạt có bán kính quạt 126m.

Hình 1-18. Cửa van hình quạt có khoang nổi công trình ngăn triều St. Peterburg.
15

Công trình ngăn lũ trên kênh HARVEY, MỸ.


1.2.4. Phân tích đặc điểm, nhiệm vụ và yêu cầu ứng dụng cửa van trong
công trình chống ngập thành phố Hồ Chí Minh.
1.2.4.1. Đặc điểm của van trong công trình chống ngập thành phố Hồ Chí Minh.
Cũng như các công trình thủy lợi ở vùng ven biển khác, công trình chống ngập
ở thành phố Hồ Chí Minh phải có các cửa van để làm nhiệm vụ ngăn triều tháo lũ
và điều tiết mực nước khi cần thiết. Nhưng cửa van trong công trình chống ngậpúng
khu vực thành phố Hồ Chí Minh có những đặc điểm mà hầu như các công trình
thủy lợi khác ở nước ta không có. Đó là:
a). Quy mô cửa van lớn.
Do phải xây dựng các công trình trên các sông rộng hàng trăm mét và sâu tới
20m, như sông Mương Chuối, sông Thủ Bộ , sông Kinh Lộ… nên không thể làm
các khoang cống hẹp 10m như các công trình ở nội đồng mà phải làm các khoang
cống rộng để tiêu thoát nhanh và giao thông thủy, đúng tầm là loại công trình cấp 1,
đã được phê duyệt. Ở đây chiều rộng cửa van hơn 30m, chiều cao có thể lên tới 15m
hay còn lớn hơn. Do vậy trọng lượng cửa van có thể tới 400 tấn. Đối với nước ngoài
quy mô cửa van như vây là chuyện thường tình, nhưng đối với nước ta là vấn đề
đáng lo ngại, nhất là vấn đề chế tạo, vận chuyển và lắp đặt.
b). Cửa van làm việc trong thành phố lớn.
17

Đây là một đặc điểm quan trọng, bởi công trình ở đô thị phải có nét hài hòa với
các công trình đô thị. Tuy cũng là công trình thủy lợi nhưng không thể làm hình
thức như công trình ở đồng ruộng nên phải coi như là công trình kiến trúc trên sông
vùng đô thị.
c). Cửa van làm việc trong điều kiện bán nhật triều:
Cửa van vừa phải chịuáp lực nước từ Biển đông có biên độ lớn; làm việc trong
tình trạng phảiđón nhận các trận lũ từ thượng lưu đổ về và áp lựclượng nướcmưa
trong lưu vực gây ngậpúng.
d). Chế độ việc làm việc của cửa van rất phức tạp.
Nhiệm vụ của cống vừa phải ngăn triều đến một cao trình nào đó, vừa phải đảm