Bộ giáo dục và đào tạo bộ nông nghiệp và PTNT
Trờng đại học thủy lợi
0o0 PHAN ĐìNH TUấN
Nghiên cứu phơng pháp tính toán thiết kế
đập xà lan bản dầm phục vụ công trình
ngăn sông vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hà Nội - 2010
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trương Đình Dụ,
PGS.TS Trần Đình Hòa, ThS Trần Văn Thái, TS Nguyễn Trung Việt những người đã
hướng dẫn, vạch ra những định hướng khoa học để tác giả hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng
ven biển và đê điều – Viện Thủy Công - Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam là những
người đã sát cánh cùng tác giả nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ Đập xà
lan bản dầm ứng dụng cho khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
Xin cảm ơn lãnh đạo tỉnh, sở, ban quản lý dự án của các tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau,
Ban quản lý Đầu tư và Xây dựng thủy lợi 10 – Bộ NN&PTNT.
Xin cảm ơn 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.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia
đình đã đông viên trong suốt quá trình viết luận văn.
Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2010.
TÁC GIẢ
Phan Đình Tuấn
2.1.1. Cấu tạo và bố trí kết cấu 17
2.1.2. Nguyên lý thiết kế [4] 19
2.2. Nguyên tắc chung khi thiết kế đập xà lan bản dầm. 20
2.2.1. Nguyên tắc chung[4] 20
2.2.2. Lựa chọn vị trí[4] 20
2.3. Phương pháp thiết kế Đập xà lan bản dầm 21
2.3.1. Cách xác định các kích thước, cao trình cơ bản của đập xà lan [4] 21
2.3.2. Phân tích lựa chọn loại hình cửa van áp dụng cho công đập xà lan bản dầm
29
2.3.3. Phân tích lực và tổ hợp lực tác dụng 30
2.3.4. Ổn định kết cấu[11] 34
2.3.5. Ổn định hạ chìm 40
2.3.6. Ổn định thấm[11], [13], [15] 46
2.3.7. Ổn định nền, lún đáy đập xà lan [1],[2], [10], [14] 50
2.3.8. Ổn định trượt lật[11], [13], [15] 54
2.4. Biện pháp thi công Đập xà lan bản dầm[4] 61
3.4. Thiết kế công trình 71
3.4.1. Thiết kế tính toán ổn định công trình 71
3.4.2. Thiết kế biện pháp thi công 82
3.5. Phân tích hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và phạm vi ứng dụng đập xà lan bản dầm 86
3.5.1. Hiệu quả kinh tế xã hội 86
3.5.2. Hiệu quả về kỹ thuật 87
3.5.3. Phạm vi áp dụng 87
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89
1.
Kết luận 89
2.
Kiến nghị 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91
PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HOÀN
THIỆN CÔNG TRÌNH 92
Hình 1-5: Dự án ngăn các cửa sông ở Venice - Italia 9
Hình 1-6: Cắt dọc đập xà lan BTCT 11
Hình 1-7: Cắt ngang xà lan BTCT 11
Hình 1-8: Mô hình đập Xà lan 12
Hình 1-9: Cắt dọc đập xà lan tường bản sườn 12
Hình 1-10: Cắt ngang đập xà lan tường bản sườn 12
Hình 1-11 : Cống Phước Long - Bạc Liêu 14
Hình 1-12 : Cống Rạch Lùm – Cà Mau 14
Hình 2-1: Cắt ngang kết cấu đập xà lan bản dầm 18
Hình 2-2: Mặt bằng kết cấu đập xà lan bản dầm 18
Hình 2-3: Cắt dọc kết cấu đập xà lan bản dầm 19
Hình 2-4: Phối cảnh đập xà lan bản dầm dùng cửa van clape 19
Hình 2-5: Xác định chiều rộng cống hợp lý 22
Hình 2-6: Cách tìm chiều rộng cống tối ưu 24
Hình 2-7: Các kích thước và ký hiệu cơ bản đập của xà lan 25
Hình 2-22: Xà lan sẽ tiếp tục nghiêng hơn 45
Hình 2-23: Xác định Mh, Mn, Mch 45
Hình 2-24: Sơ đồ tính thấm 47
Hình 2-25: Sơ đồ tính thấm 49
Hình 2-26: Sơ đồ tính toán lún công trình 52
Hình 2-27: Thí nghiệm nén lún không nở hông 53
Hình 2-28: Sơ đồ tính trượt hỗn hợp 56
Hình 2-29: Đồ thị xác định L’
1
57
Hình 2-30: Đồ thị quan hệ t
gh
~ p
gh
58
Hình 2-31: Quan hệ giưa R’gh~ ’~Rgh~ 58
Hình 2-32: Chế tạo xà lan trên bờ 64
Hình 3-1: Kí hiệu kết cấu 71
Hình 3-2: Áp lực đất mang cống tác dụng lên xà lan 72
tổ hợp 1) 103
Phụ lục 3-5: Kiểm tra nứt hệ dầm cột của xà lan(dùng nội lực ở tổ hợp 2 để tính)
104
Phụ lục 3-6: Kiểm tra nứt bản đáy và tường bên(dùng nội lực ở tổ hợp 2 để tính)
105
Phụ lục 3-7: Tính toán lực tác dụng lên xà lan tổ hợp ngăn mặn. 106
Phụ lục 3-8: Tổ hợp lực tác dụng lên công trình trường hợp ngăn mặn 109
Phụ lục 3-9: Tính toán lực tác dụng lên xà lan tổ hợp giữ ngọt. 110
Phụ lục 3-10: Tổ hợp lực tác dụng lên công trình trường hợp giữa ngọt 113
Phụ lục 3-11: Tính toán lún cống xà lan. 114
Phụ lục 3-12: Bảng tính toán ứng suất gây lún và ứng suất tăng thêm. 114
Phụ lục 3-13: Tính toán thấm qua công trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn
115
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 1
MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện nay, một số tỉnh thuộc đồng bằng Sông Cửu Long như Bến Tre, Trà Vinh,
Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang…đã và đang lập điều
chỉnh qui hoạch sản xuất: Qui hoạch vùng trồng lúa để đảm bảo an toàn lương thực
(vùng sinh thái nước ngọt) và chuyển đổi cơ cấu sản xuất (vùng sinh thái nước mặn).
Vì vậy, đề tài nghiên cứu của luận văn : “Nghiên cứu phương pháp tính toán thiết
kế đập xà lan bản dầm để phục vụ xây dựng công trình ngăn sông vùng triều” rất có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn:
Là đập xà lan bản dầm, phạm vi nghiên cứu là đập xà lan bản dầm bằng vật liệu
bê tông cốt thép có khẩu độ thoát nước < 10m
3. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu phương pháp tính toán thiết kế đập xà lan bản dầm để xây dựng công
trình ngăn sông vùng triều.
4. Cách tiếp cần và phương pháp nghiên cứu.
- Cách tiếp cận:
+ Tiếp cận một cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân khoa
học hay các phương tiện thông tin đại chúng; qua các kết quả nghiên cứu công trình
ngăn sông trên thế giới cũng như trong nước đã có.
+ Tìm hiểu, thu thập và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, khảo sát thực
tế hiện trạng những vị trí đề xuất xây dựng công trình.
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu.
+ Tổng hợp lý thuyết
+ Sử dụng các phần mềm về phân tích kết cấu và địa kỹ thuật.
5. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu đối với loại đập xà lan bản dầm. Nội dung nghiên
cứu của luận văn bao gồm:
Tổng quan về công nghệ đập xà lan; Sơ đồ bố trí kết cấu đập xà lan bản dầm;
Phương pháp tính toán kết cấu; Phương pháp tính toán ổn định; Phương pháp hạ chìm;
Biện pháp thi công; Thiết kế ứng dụng cho 01 công trình ngoài thực tế.
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 3
Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG
ĐẬP XÀ LAN
đánh đắm hoàn thiện công trình.
Đập Veerse gat
Đập Veerse gat được xây dựng để bảo vệ cho vùng Walcheren, Bắc - Beveland
và Nam - Beveland khỏi các thảm họa từ thủy triều biển Bắc. Công trình được hoàn
thiện năm 1961.
Thi công đúc xà lan trong hố móng
Di chuyển xà lan đến vị trí công trìnhLắp ghép và hạ chìm xà lan
Công trình đã hoàn thiện
Hình 1-1: Một số hình ảnh cống Veerse gat dam
Nói chung kết cấu đập Veerse gat khá phức tạp. Xà lan là kết cấu rỗng lớn được
chia ra thành các vách ngăn. Điều đặc biệt là trên các xà lan đều có các lỗ hổng có gắn
cửa van, điều này là cần thiết vì các xà lan không những phải ngăn nước mà còn phải
cho thủy triều chảy vào và rút ra trong suốt quá trình thi công.
Cống Oosterschelde
Cống Oosterschelde là một công trình vĩ đại của Hà Lan, là công trình kiểm soát
lũ dài gần 3 km, xuyên qua ba con sông của vùng Đông Schelde, cửa van phẳng, mỗi
cửa rộng 41,3 m, tổng 2.480 m. Công trình khởi công vào năm 1976 và hoàn thành
ngày 04/10/1986, giá thành xây dựng công trình này vào khoảng 3 tỷ đô la Mỹ. Công
trình này được đánh giá là kỳ quan thứ 8 của thế giới.
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 5
Toàn bộ đập được tạo thành bởi 65 trụ dạng hộp rỗng, được chế tạo ở nơi khác
sau đó di chuyển đến và lắp đặt vào vị trí. Giữa các trụ là 62 cửa van bằng thép, mỗi
cửa rộng 41,3 m, cao 5,9 11,9 m, nặng 480 T, đóng mở bằng xi-lanh thủy lực. Tổng
vận tải thủy, có rất nhiều công trình ngăn sông lớn được xây dựng. Trong đó, đập
Braddock là một điển hình cho việc xây dựng công trình ngay trên sông với nguyên lý
dạng phao. Đập gồm 5 khoang, mỗi khoang rộng 33,6 m.
Toàn bộ đập được ghép bởi hai đơn nguyên xà lan bê-tông, những xà lan này
được đúc trong hố móng cách vị trí công trình 25,9 dặm trong khi các phần việc tại vị
trí hố móng công trình cũng được hoàn thiện. Mỗi đơn nguyên bao gồm ngưỡng cửa
van, một phần bể tiêu năng và phần đế trụ pin. Đơn nguyên 1 có chiều dài theo tim đập
là 101,6 m bao gồm những khoang tràn tự do, khoang cửa van điều tiết chất lượng
nước và một khoang cửa van thông thường. Đơn nguyên 2 có chiều dài theo tim đập là
80,8 m gồm hai khoang cửa van thông thường. Mỗi đơn nguyên đều có kích thước từ
thượng lưu về hạ lưu là 31,9 m và tất cả các khoang cửa rộng 33,6 m.
Sau khi các đơn nguyên được chế tạo xong trong hố móng, chúng được làm nổi
và di chuyển ra vị trí công trình đánh chìm xuống vị trí được chuẩn bị sẵn.
Hình 1-3: Các bước xây dựng Đập Bradock - Mỹ
Chế tạo các xà lan trong hố móng Thi công nền móng công trình
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 8 Di chuyển xà lan đến vị trí công trình
Định vị, hạ chìm xà lan
Cống ngăn mặn Montezuma
Cống ngăn mặn Montezuma trên cửa sông Montezuma, được thiết kế và xây
dựng để ngăn nước mặn xâm nhập vào sông Sacramento từ vịnh San Fransisco. Công
trình gồm 3 đơn nguyên bê-tông cốt thép dạng phao nổi được đúc sẵn trên một ụ nổi ở
- Ngoài ra nguyên lý đánh đắm cửa van phao Clape trục trên đã được ứng dụng
để làm khô đường hầm khi thi công nhà máy thuỷ điện Hoà Bình vào khoảng năm
1980.Ở đây người ta đã dùng cửa van phao Clape trục trên đặt cuối đường hầm, khi
bơm nước vào cửa van phao Clape, cửa van sẽ chìm xuống và bịt kín đường hầm.
- Khi thi công cảng Cái Lân- Quảng Ninh, các chuyên gia tư vấn Jica(Nhật Bản)
và Tedy (Việt Nam) đã chọn phương án bến cảng thùng chìm, các thùng chìm có kích
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 10
thước dài x rộng x cao =20x11x16m được đúc trên ụ nổi, sau đó đánh chìm ụ nổi để
kéo các thùng ra vị trí lắp ghép thành cảng.
- Tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long trong những năm trước đây, trước tình
hình bức xúc của thực tế sản xuất, hàng năm phải thi công hàng trăm đập tạm, năm
2002 Công ty cổ phần bê tông đúc sẵn 620 đã sản xuất 01 đập phao thời vụ có kích
thước 8x4x4m, để ngăn một kênh nhỏ hơn 10m, sâu 2 đến 2,5m. Do chưa được nghiên
cứu thiết kế đầy đủ nên đập phao loại này không giải quyết được việc điều tiết dòng
chảy vì không có cửa van.
Nguyên lý mới cơ bản của công nghệ cống đập xà lan của Viện Khoa học Thuỷ
lợi Việt Nam [3] là không cần xử lý nền hoặc xử lý nhẹ trên nền đất yếu có
= 3
o
÷5
o
. Di chuyển xà lan không cần phương tiện hỗ trợ nổi.
- Năm 1992 - 1995 trong đề tài KC-12-10 đã có kết quả nghiên cứu cống đập xà
lan.
- Năm 2003 đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu thiết kế chế tạo đập xà lan di động” đã
được triển khai và có kết quả nghiên cứu[3].
- Năm 2004 thực hiện dự án SXTN cấp nhà nước DAĐL-2004/06: “Hoàn thiện
Hình 1-6: Cắt dọc đập xà lan BTCT
Hình 1-7: Cắt ngang xà lan BTCT
1. Cửa van 2. Hộp đáy 3. Vách dọc giữa 4. Vách ngang giữa
5. Dầm dọc 6. Trụ pin 7. Tời 8. Nắp hầm
9. Hệ thống bơm 10. Đường ống 11. Cầu thang 12. Lan can
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 12
Hình 1-8: Mô hình đập Xà lan
b. Kết cấu xà lan bản dầm bê tông cốt thép.
IIIIII
III II I
DÇm ngangDÇm ngang
DÇm ®ì cöa van, phai
CÇu giao th«ng
- Chế tạo xà lan :
+ Phần xà lan được chế tạo ngay vị trí công trình, trong nhà máy, trong hố thi
công hoặc được đúng bằng hệ nổi
+ Lắp đạt cửa van và thiết bị vậ hành lên phần xà lan
+ Hạ thuỷ để di chuyển đến vị trí xây dựng công trình
- Lắp dựng công trình:
+ Hố móng được đào bằng máy hút bùn và làm bằng bằng máy chuyên dụng
+ Dùng tàu kéo lai dắt phần xà lan vào vị trí xác định xây dựng công trình tiến
hành bơm nước vào thân xà lan và đánh đắm.
+ Đắp đất mang cống và lát bảo vệ mái thượng hạ lưu
1.1.2.5. Tình hình ứng dụng đập xà lan ngoài thực tế
- Năm 1992, trong đề tài khoa học cấp nhà nước "Nghiên cứu áp dụng công nghệ
tiên tiến trong cân bằng, bảo vệ và sử dụng có hiệu quả nguồn nước Quốc gia" mã số
KC12-10 [3] do GS.TS Trương Đình Dụ làm chủ nhiệm đã đề xuất công nghệ đập xà
lan di động. Công nghệ đập xà lan di động được thiết kế thi công theo nguyên lý tối
ưu, kết cấu nhẹ thích hợp với nền đất yếu có chênh lệch cột nước thấp, lưu lượng tiêu
đơn vị nhỏ đã khắc phục được các nhược điểm trên của công trình truyền thống.
- Năm 2003 được nghiên cứu sâu hơn trong đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu thiết kế
chế tạo đập ngăn mặn di động, phục vụ chuyển đổi cơ cấu kinh tế vùng ĐBSCL.
- Giai đoạn năm 2004-2007 được nghiên cứu tiếp trong dự án cấp nhà nước
"Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo thi công và quản lý vận hành đập xà lan di
động áp dụng cho vùng triều phục vụ các công trình ngăn sông vùng ven biển".[4]
- Năm 2006-2008: Các công nghệ ngăn sông mới đã được tổng kết và đồng thời
một số công nghệ mới được đề xuất trong đề tài cấp Bộ "Nghiên cứu các giải pháp
thiết kế, xây dựng công trình ngăn sông lớn vùng ĐBSCL", do PGS.TS. Trần Đình
Hoà – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam làm chủ nhiệm. [8]
Sau khi các đề tài nghiên cứu được đánh giá, tổng kết, công nghệ đập xà lan di
động đã ứng dụng thử nghiệm thành công vào một số công trình như:
+ Năm 2004: Hoàn thành công trình Phước Long – Bạc Liêu, chênh lệch cột
nước H=0.7m, độ sâu 3,7m, chiều rộng kênh 32m, chiều rộng cống 12m.
- Khả năng di chuyển của công trình trong trường hợp thay đổi vị trí tuyến do
yêu cầu chuyển đổi sản xuất không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn làm lợi
kinh tế rất nhiều do sử dụng lại kết cấu công trình và không mất chi phí phá dỡ.
- Thay thế được đập tạm bằng đất lạc hậu, tránh lãng phí và gây ô nhiễm môi
trường.
+ Hiệu quả kỹ thuật
- Đập Xà lan mở thêm một hướng đi mới cho công nghệ ngăn sông, thúc đẩy sự
phát triển công nghệ mới trong xây dựng công trình thủy lợi nói chung.
- Sử dụng khả năng chịu lực của nền tự nhiên để xây dựng công trình mà không
phải xử lý nền đất yếu một cách tốn kém.
- Tối ưu hóa được kết cấu, tiết kiệm nguyên vật liệu.
- Thi công nhanh, giảm được diện tích chiếm đất xây dựng công trình.
- Công trình mang tính kiên cố bền vững, quản lý vận hành dễ dàng.
- Đập Xà lan có thể chế tạo lắp đặt theo tính chất công nghiệp.
+ Hiệu quả xã hội
- Đập Xà lan được thi công lắp đặt ngay trên lòng sông vì thế không phải đền bù
giải phóng mặt bằng, di dời nhà cửa để xây dựng công trình như công nghệ truyền
thống.
- Đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế của khu vực chịu ảnh hưởng triều để
nâng cao đời sống nhân dân, góp phần ổn định tình hình xã hội ở vùng ven biển.
- Công nghệ đập Xà lan mang lại hiệu quả cao hơn trong xây dựng cho những
vùng giao thông kém phát triển, vận chuyển nguyên vật liệu khó khăn, điều kiện tự
nhiên phức tạp như vùng sâu, vùng xa bán đảo Cà Mau.
- Tính năng di động của đập Xà lan đáp ứng được yêu cầu quy hoạch mở, phát
triển kinh tế trong tương lai, góp phần vào công cuộc hiện đại hóa nông nghiệp.
- Không làm ô nhiễm môi trường khu vực do thi công đắp và phá dỡ đập tạm gây
nên. Công nghệ đập Xà lan gần như không làm thay đổi cảnh quan môi trường tự
nhiên (không phải làm mặt bằng và dẫn dòng thi công ).
Đề tài: Nghiên cứu PPTTTK đập xà lan bản dầm phục vụ CTNS vùng triều
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 16
Copyright: Tài liệu đại học ©