TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BỘ
MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO
I. Số liệu tính toán.
1. Kết cấu công trình bến : Cầu tàu cừ sau
2. Phương pháp tính kết cấu :
3. Số liệu về địa chất công trình:chiều dày và chỉ tiêu cơ lý các lớp đất theo bảng sau:
Lớp Mô tả lớp đất h
(m)
Độ sệt
B
γ
(T/m
3
)
ϕ
(Độ)
C
(T/m
2
)
1 Cát pha hạt mịn lẫn bùn sét 3,0 0,77 1,70 12,0 1,80
2 Sét pha màu nâu hồng dẻo mềm 4,0 0,55 1,78 16,0 3,25
3 Sét pha dẻo cứng đến nửa cứng - 0,23 1,85 18,0 3,85
Bảng 1: Chiều dày và chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất.
4. Số liệu về khí tượng, thủy văn :5. Số liệu về tàu thiết kế :
- Trọng tải tàu : 6,000 DWT;

2.1.1 Các cao trình bến
a. Cao trình mặt bến (CTMB)
Cao trình mặt bến lấy theo 2 tiêu chuẩn sau :
 Tiêu chuẩn thiết kế chính.
+). ∇CTMB = ∇MNTB + a
a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hóa và quá trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn thiết
kế. Ta lấy a = 2,0 (m).
→ ∇CTMB = 2,6 + 2= 4,6 (m).
 Tiêu chuẩn kiểm tra.
+). ∇CTMB = ∇MNCTK + a
a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hóa và quá trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn kiểm
tra. Ta lấy a = 1.0(m)
→ ∇CTMB = 4,5 + 1= 5,5 (m).
Vậy ta chọn cao trình mặt bến bằng: ∇CTMB = 5,5 (m)
b. Chiều sâu trước bến.
Chiều sâu trước bến là độ sâu nước tối thiểu sao cho tàu cập bến không bị vướng
mắc.Trong đó có kể đến mớn nước của tàu khi chứa đầy hàng theo quy định và các độ
sau dự phòng khác.
Ta có công thức xác định độ sâu trước bến như sau:
H
0
= H
ct
+ Z
4
(m).
Trong đó :
H
ct
- Là chiều sâu chạy tàu , H

1
, Z
2
, Z
3
, Z
4
.
(Được lấy trong tiêu chuẩn 22-TCN-207-92 )
Z
0
= 0.026 x B
t
= 0,026 x 16,1 = 0,4186 (m).
Z
1
= 0.06 x T = 0,03 x 7,3 = 0,438 (m).
Z
2
= 0 (m).
Z
3
= 0,15 (m).
Z
4
= 0,5 (m).
Ta có chiều sâu chạy tàu là:
H
ct
= 7,3 + 0,4186 + 0,438 + 0,09 + 0,15 = 8,4 (m).

b
= 134 (m).
Ta chia bến thành 3 phân đoạn, hai phân đoạn dài 46 (m).một phân đoạn dài 42 (m)
2.1.3 Chiều rộng bến
Chiều rộng bến cầu tàu được xác định theo :
• Công nghệ bốc xếp trên bến.
• Dựa vào độ dốc ổn định mái dốc và chiều cao trước bến.
Với : B = m.H
Trong đó:
H - chiều cao trước bến. H = 13,7 (m).
m - Độ dốc ổn định của mái đất dưới gầm cầu tàu m = cotgα ;
chọn m= 2.
=> B = m x H = 3,0 x 13,7 = 27,4 (m) .
Nhưng do công nghệ thiết bị bốc xếp trên bến là Cần trục bánh lốp không cần chiều
rộng bến quá lớn nên chọn :
Chiều rộng bến B = 20 (m).
2.2 Giải pháp kết cấu bến
2.2.1 Hệ kết cấu bến
Công trình bến cầu tàu nói chung so với các loại bến mái nghiêng khác như : Trọng
lực, tường cừ, thì bến cầu tầu nổi bật với đặc điểm sau :Kết cấu nhẹ, ít tốn vật liệu,có
nhiều cấu kiện được đúc sẵn cho nên thi công nhanh và khá dễ dàng. Ngoài ra bến
cầu tầu cừ sau là giải pháp cho các kết cấu trên nền đất yếu,ổn định mái dốc kém và
thiết kế bến cho tàu có tải trọng lớn. Chính vì thế với số liệu thiết kế cho ban đầu thì
em chọn giải pháp bến cầu tầu cừ sau, kết cấu bệ là bản có dầm.
2.2.2 Phân đoạn bến
- Với chiều dài bến là : L
b
= 134 (m).
- Vậy ta chia bến thành 3 phân đoạn ,hai phân đoạn bên ngoài dài 46 (m), một phân
đoạn bên trong dài 42 (m).

q
ban
= γ
bt
.b.h
Trong đó:
b : Bề rộng dải bản tính toán.(b= 3,5 m)
h
b
: Chiều dày giả định của bản (h
b
= 30cm).
q
ban
= 2,5.0,3.3,5 = 2,625 (T/m.)
3.2.2 Tải trọng bản thân dầm ngang.
Trọng lượng bản thân dầm ngang có dạng phân bố đều trên chiều dài, có giá trị trên một
mét dài (trừ đi phần dầm nằm liền khối trong bản) là :
q
dn
= 2,5.(1,0 – 0,3).0,7 = 1,225 T/m
3.2.3 Tải trọng bản thân dầm dọc.
Xét một đoạn dầm dọc có chiều dài 4,0 m nằm vuông góc và phân bố đều về 2 phía của
một dầm ngang bất kì. Tải trọng bản thân dầm dọc có dạng tải trọng tập trung đặt tại
điềm giao nhau của dầm ngang và dầm dọc và được tính như sau.
P1 = 2,5.( 1,0 – 0,3).0,7.(4,0 – 0,7) = 4,043 (T).
3.2.4 Tải trọng bản thân vòi voi.
Tải trọng bản thân vòi voi được tính một cách tương đối theo các kich thước đã chọn và
thiên về an toàn, có dạng tập trung đặt tại đầu dầm ngang và có giá trị.
P

ξ
−
=
Trong đó:
• A
q,
A
n
– diện tích cản gió theo hướng ngang tàu và dọc tàu (m
2
)
• V
q
, V
n
– thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió có suất
đảm bảo 2%, m/sec
• ξ
q
,ξ
n
- hệ số lấy theo bảng 26/22TCN222-95 - trang 65
Kết quả tính toán tải trọng gió được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3
Trường hợp A
q
A
n
V
q

Vl
2

Nw = 0,59
.
At
.
Vt
2
Trong đó:
• A
l
, A
t
– tương ứng là diện tích chắn nước theo hướng ngang và hướng dọc
tàu, m
2
, được xác định theo các công thức sau : A
l
= T.L
w
; A
t
= T.B
t
(với L
w
=107 m, B
t
= 16,1 m)

• Q
tot
= (Wq + Qw) : lực ngang do tác động tổng hợp của gió, sóng, dòng chảy,
kN.
• L
tx
– Chiều dài đoạn tiếp xúc giữ tàu với công trình.
Ta có: L
b
= 134 (m) > L
w
= 107 (m)
Kết quả tính toán tải trọng tựa tàu được thể hiện trong bảng sau.
Bảng 5
Trường hợp W
q
Qw Q
tot
L
tx
q
kN kN kN m kN/m
Đầy hàng 104,95 115,21 220,16 44 5,50
Không hàng 158,23 45,76 203,99 32 7,01
3.3.4 Tải trọng va tàu khi tàu cập bến.
Theo mục 5.8/22TCN222 – 95 – trang 69, ta có: khi tàu cập vào công trình bến cảng thì
động năng va chạm của tàu E
q
(kJ) được xác định theo công thức.


Nhận xét: Động năng khi tàu chở đầy hàng lớn hơn khi tàu không có hàng, do đó ta chỉ
tính giá trị động năng khi tàu chở đầy hàng.
E
q
= 41,89 (kJ)
- Với Năng lượng biến dạng của thiết bị đệm tính được như trên,dựa vào Hình 9 - Phụ lục
6/22TCN222-95 “Tiêu chuẩn thiết kế công trình bến cảng biển” dùng phương pháp đồ thị
ta chọn loại đệm 800H với các đặc điểm như sau:
+ Cấu tạo bằng cao su, μ=0,5.
+ Dạng liên kết cứng
+ Chiều dài tiêu chuẩn : L = 2,5 (m)
+ Chiều cao giới hạn : 800 (mm).
Vậy :
- Tải trọng va tàu theo phương vuông góc với mặt bến là: F
q
= 160 kN.
- Tải trọng va tàu theo phương song song với mép bến:
F
n
= µ.F
q
= 0,5.160 = 80 kN.
Bố trí đệm tàu tại các đầu dầm ngang, mỗi phân đoạn có 2 đệm tàu dọc tuyến mép bến.
3.3.5 Tải trọng neo tàu.
Theo mục 5.11/22TCN222 – 95 - trang 71,tải trọng kéo của các dây neo phải xác định
bằng cách phân phối thành phần vuông góc với mép bến của lục Q
tot
(kN) cho các bich
neo. Lực Q
tot

được xác định theo công thức:
tot
q
Q
S
n
=
βα
cos.cos.SS
n
=
β
sin.SS
v
=
Lấy n

=6
Theo kết quả tính toán tải trọng do gió (bảng 5) và tải trọng do dòng chảy (bảng 6) tác
động lên tàu theo phương vuông góc với mép bến, ta có kết quả tính toán tải trọng neo
tàu được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 8
Trường
hợp
Q
tot
α β
S S
n
S

(mm)
H
(mm)
Số
hiệu
bulôn
g
Lực
căng
Tấn
HW2
0
598 838 838 635 305 456 305 64 7 20
3.4 Tải trọng sóng tác dụng lên cầu tàu
Do công trình bến nằm trong bể cảng và được ngăn cách bởi hệ thống đê chắn sóng, do
đó có thể coi trong bể cảng không có sóng.vì vậy tải trọng sóng tác dụng lên tàu trong
trường hợp này bằng không.
3.5 Tải trọng do hàng hóa và thiết bị
Sơ đồ tải trọng khai thác trên bến
Hình 2.
q = 3T/m²
20 m
3.6 Áp lực đất
Áp lực đất tác dụng lên cừ được qui định theo (22TCN207-95).
- σ
a
= (q+∑ γ
i
.h
i

a
,λ
p
: Hệ số áp lực đất chủ động và bị động
- λ
ac
,λ
ac
: Hệ số áp lực đất chủ động và bị động có kể đến lực dính.
- k’ ,k : Hệ số giảm áp lực đất chủ động và tăng áp lực đất bị động.(CTB cảng).
Bỏ qua ma sát giữa cừ và đất tức là (∂=0) nên ta có công thức sau :
λ
a
= tan
2
(45° -φ/2) ; λ
p
= tan
2
(45° + φ/2)
λ
ac
= 2tan(45° -φ/2) ; λ
pc
= 2tan(45° + φ/2)
Bảng 10 : Áp lực đất chủ động lên tường cừ
STT
Cao
trình h
i

(T/m
2
)
1 5.5 0 1.8 24 0 0 0.422
1.29
9 0 3 1.265
2 1.5 4 1.8 24 7.2 7.2 0.422
1.29
9 0 3 4.302
3 1.5 0 1.7 12 0 7.2 0.656
1.62
0 1.8 3 3.773
4 0.7 0.8 1.7 12 1.36 8.56 0.656
1.62
0 1.8 3 4.665
5 0.7 0 0.7 12 0 8.56 0.656
1.62
0 1.8 3 4.665
6 -11.2 11.9 0.7 12 8.33 16.89 0.656
1.62
0 1.8 3 10.128
7 -11.2 0 0.78 16 0 16.89 0.568
1.50
7 3.25 3 6.396
8 -15.2 4 0.78 16 3.12 20.01 0.568
1.50
7 3.25 3 8.168
Bảng 11 : Áp lực đất bị động lên tường cừ
STT
Cao

) σ
pi
(T/m
1 -3.1 0 0.7 12 0 0 1.525 2.470 1.8 0 4,446
2 -11.2 8.1 0.7 12 5.67 5.67 1.525 2.470 1.8 0 13,092
3 -11.2 0 0.78 16 0 5.67 1.761 2.654 3.25 0 18,611
4 -15.2 4 0.78 16 3.12 8.79 1.761 2.654 3.25 0 24,105
Từ bảng trên xác định được biểu đồ áp lực đất lên tường cừ.
- Chọn mực nước thấp thiết kế làm mực nước tính toán áp lực đất lên tường cừ.
- Xác định mặt phẳng ngang để xác định chiều dài tự do của cừ và tính áp lực đất bị
động, chọn tại trung điểm mái nghiêng.(tại cao trình -3,1)
- Kết quả tính toán áp lực đất lên cừ được thể hiện ở bảng 10 và 11.
- Giải cừ theo phương pháp đồ giải kết quả được thể hiện ở hình vẽ.
• Các bước cơ bản của phương pháp đồ giải :
+ Xây dựng biểu đồ áp lực đất
+ Quy đổi áp lực đất về các lực tập trung
+ Vẽ đa giác lực (theo một tỉ lệ độ dài với η)
+ Vẽ các đường song song với các đường thẳng nối tâm O tương ứng ở đa giác
lực  Đa giác dây
Từ đa giác dây và đường nối khép kín của đa giác dây ta xác định được chiều sâu chôn
cừ tính toán.
t
p
= t
0
+ Δ
t
≈ (1,1 ÷ 1,2).t
0
theo (22TCN207-92)

max
= ymax1 = ymax2 = 1.44 (T) : tung độ max của đa giác dây.
+ η = 10 m : Tọa độ cực của đa giác lực
CHƯƠNG 4
PHÂN PHỐI LỰC NGANG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG
4.1. Xác định sơ bộ chiều dài tính toán của cọc
Sơ đồ xác định chiều dài cọc tính toán sơ bộ.
A1
A2
B
C
D
E
F
Chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau :
l
tt
= l
0
+ η.d
Trong đó: l
o
– Là chiều dài tự do của cọc (là khoảng cách từ trục dầm tới mặt đất)
η là hệ số kinh nghiệm ở đây ta chọn η= 7; Đường kính cọc d = 0,4 m
Ta có bảng số liệu xác định chiều dài tính toán cọc sơ bộ như sau:
Bảng 12
Chiều dài tính toán
của cừ được lấy tại điểm
có mômen lớn nhất ,(điểm y1max)
L

∑
=
ix
i
iy
C
H
yH
y
.
Trong đó:
•

∑
ix
H
;
∑
iy
H
- là tổng các giá trị phản lực do chuyển vị ngang đơn vị của các
cọc trong phân đoạn cầu tàu theo phương x và y.
•
xi,yi - Tọa độ của đầu cọc thứ i đối với gốc tọa độ ban đầu.
•
i
ix
yH .
∑
,

H
=
iy
H
= Q =
3
12
i
l
EJ
Trong đó:
• E - Modul đàn hồi của tiết diện cọc. Bê tông Mac 350 có E=2,9 .10
6
(T/m
2
).
• I – Mô men quán tính của tiết diện cọc, cọc tiết diện 40x40, có :
I = 2,13.10
-3
(m
4
).
• l – Chiều dài tính toán của cọc m. Do cọc của bến cầu tàu được ngàm vào nền đất
có dạng mái nghiêng nên chiều dài tính toán của các hàng cọc dọc bến là khác
nhau.
• Với hàng cọc chụm đôi :
( )
1
2
22

,
iy
H
ở đầu cọc được thể hiện ở bảng tính ở phần phụ lục.
Kết quả tính toán
ix
H
∑
= 14016 (T)
iy
H
∑
= 36573 (T)
iy
.H X
∑
= 804601 (T.m)
ix
.H Y
∑
= 204095 (T.m)
Từ đó ta tính được tọa độ tâm đàn hồi :
X
C
iy i
iy
H .X
H
=
∑

12
E
D
C
B
A
4.2.2 Xác định lực ngang lên đầu cọc
a. Lực ngang là lực tựa tàu
Tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên đoạn chiều dài tiếp xúc giữa thân tàu và bến.
xét cho một phân đoạn bến thì tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên toàn bộ chiều
dài phân đoạn bến đó. Do đó ta tính lực tựa của tàu lên một bước cọc.
•
Lực tựa theo phương X = 0
•
Lực tựa theo phương Y = q.a = 0,701.4 = 2,804 (T)
Trong đó :
-
q : lực tựa của tàu (theo bảng 5).
-
a : Bước cọc theo phương dọc bến.

b. Lực ngang là lực neo tàu
Lực neo tàu tác động lên từng phân đoạn của cầu tàu thông qua lực căng dây neo. Thành
phần lực ngang của dây neo này là: S
q
và S
n
đã tính toán ở trên. Trong hai trường hợp tàu
đầy hàng và không hàng thì trường hợp tàu đầy hàng có tải trọng neo lớn hơn do đó lấy
tải trọng neo trong trường hợp này để tính toán.

=
+
∑ ∑
= -8,78 x 10
-6
(rad)
Δ
x
= (ΣX / ΣH
ix
)= 9,05 x 10
-4
(m).
Δ
y
= (ΣY / ΣH
iy
) = -2,0 x 10
-4
(m).
Lực ngang phân bố theo cả 2 phương cho cọc bất kì thứ i được xác định bằng các biểu
thức :
H
ix
=
ix
H
.(Δ
x
±

A1 A2 B C D E F Tổng
(T) (T) (T) (T) (T) (T) (T) (T)
1 0.0214
0.0213
7
0.0353
1 0.05345
0.0876
6
0.16012
4 0.67292
1.052196
9
2 0.0214
0.0213
7
0.0353
1 0.05345
0.0876
6
0.16012
4 0.67292
1.052196
9
3 0.0214
0.0213
7
0.0353
1 0.05345
0.0876

0.0353
1 0.05345
0.0876
6
0.16012
4 0.67292
1.052196
9
7 0.0214
0.0213
7
0.0353
1 0.05345
0.0876
6
0.16012
4 0.67292
1.052196
9
8 0.0214
0.0213
7
0.0353
1 0.05345
0.0876
6
0.16012
4 0.67292
1.052196
9

4 0.67292
1.052196
9
12 0.0214
0.0213
7
0.0353
1 0.05345
0.0876
6
0.16012
4 0.67292 1.052196
Tổng 0.2564 0.2564
0.4237
1 0.64139
1.0519
8
1.92148
5 8.07499 12.62636
Sai số = (12.71- (12.6264))*100%/(12.71)=0.65 %
Bảng 14
BẢNG PHÂN BỐ LỰC NEO TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG Y
Thứ
tự
A1 A2 B C D E F Tổng
(T) (T) (T) (T) (T) (T) (T) (T)
1 -0.0066
-0.0066 -0.0002 -0.00038 -0.0006 -0.0012 -0.00522 -0.020856
2 -0.0404

Ta có tải trọng va tàu bao gồm 2 thành phần đã tính được ở trên là :
-Thành phần vuông góc với tuyến mép bến: F
q
= 16 (T).
-Thành phần song song với tuyến mép bến: F
n
= 8 (T).
Sơ đồ phân phối lực va tàu lên các đầu cọc của phân đoạn bến như hình vẽ dưới đây.

C(22,0 ;14,56)
X
Y
Chuyển các thành phần lực va về tâm đàn hồi ta có:
ΣX = F
n
= - 8 (T)
ΣY = F
q
= 16 (T).
M
o
= 8 x (14,56 + 2,5) + 16 x 22 = 488,48 (T.m)
Các thành phần chuyển vị:
φ
0
2 2
ix i ix i
M
H .y H .x
=

ix
=
ix
H
.(Δ
x
±
'
i
y
.φ).
H
iy
=
iy
H
.(Δ
y
±
'
i
x
.φ).
Trong đó
'
i
x
,
'
i

-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-
0.4006 -0.6616
7 -0.0170
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-
0.4006 -0.6616
8 -0.0170
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-
0.4006 -0.6616
9 -0.0170
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-
0.4006 -0.6616
10 -0.0170
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-
0.4006 -0.6616
11 -0.0170
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-
0.4006 -0.6616
12 -0.0170
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-
0.4006 -0.6616
Tổng -0.2040 -0.2040 -0.3219 -0.4627 -0.7160 -1.2241
-
4.8069 -7.9397

8
0.0068
6
0.0107
2
0.0181
5
0.0342
8
0.1485
8 0.59396
4
0.2543
6
0.2543
6
0.0093
0
0.0145
3
0.0246
0
0.0464
6
0.2013
6 0.80496
5
0.3210
3
0.3210

7
0.0166
2
0.0259
5
0.0439
5
0.0829
9
0.3597
0 1.43795
8
0.5210
5
0.5210
5
0.0190
6
0.0297
6
0.0504
0
0.0951
7
0.4124
8 1.64895
9
0.5877
2
0.5877

6
0.0263
7
0.0411
8
0.0697
5
0.1317
0
0.5708
2 2.28194
12
0.7877
4
0.7877
4
0.0288
1
0.0449
9
0.0762
0
0.1438
8
0.6236
0 2.49294
Tổng
5.0524
5
5.0524

0.33967
2.6862
2.78297
2 0.99287
-0.5394
0 0.45347
-0.3096
0.52018
2.6862
2.89678
3 0.99287
-0.5394
0 0.45347
-0.3763
0.70068
2.6862
3.01058
4 0.99287
-0.5394
0 0.45347
-0.4430
0.88119
2.6862
3.12439
5 0.99287
-0.5394
0 0.45347
-0.5097
1.0617
2.6862

-0.5394
0 0.45347
-0.8433
1.96423
2.6862
3.80713
11 0.99287
-0.5394
0 0.45347
-0.9100
2.14474
2.6862
4.92094
12 0.99287
-0.5394
0 0.45347
-0.9767
2.32523
2.6862
4.03473
Bảng18
Kết luận : khung ngang số 12 là khung ngang nguy hiểm nhất.
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT CẤU BẾN CẦU TÀU
5.1.
Các tổ hợp tải trọng
5.1.1.
Các phương án tải trọng
• Tải trọng tác dụng lên bến bao gồm 3 loại:
- Tải trọng thường xuyên : tải trọng bản thân công trình, lực neo cừ.
- Tải trọng tạm thời dài hạn : Tải trọng hàng hóa và thiết bị công nghệ trên bến.

C
D
E
F
q
ban

= 2,625 (T/m)
P
dd
= 4,043 (T)
P
vv
= 7 (T)
q
dn
= 1,225 (T/m)
q
hh
= 12 (T/m)
315350350350350250
Ra = 35,36 (T)
P
neo tau
= 1,2 (T)
b.
Tải trọng bản thân (bản, dầm dọc, dầm ngang, vòi voi),tải trọng hàng hóa
thiết bị , tải trọng do neo cừ, tải trọng do va tàu.
A1
A2