Tài liệu Cu van btct du ung luc

CỪ VÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ CHỐNG XÓI LỞ CỬA RA KÊNH XẢ TRẠM BƠM YÊN SỞ (HÀ NỘI) Nguyễn Hồng Văn - Đinh Trọng Tân Công ty Tư vấn 13 (HEC13) 1. GIỚI THIỆU Chống xói lở các công trình xây dựng, giao thông, cầu cảng, công trình thủy lợi là vấn đề quan trọng cho việc đảm bảo an toàn của công trình. Từ trước đến nay, giải pháp truyền thống thông thường sử dụng là cọc bê tông cốt thép (BTCT) và tường chắn để gia cố bảo vệ bờ, hố móng công trình, nhưng do khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công dài, chi phí cao dẫn đến hiệu quả đầu tư không cao. Cách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã phát minh ra loại “Cọc ván BTCT dự ứng lực”, được ứng dụng thành công vào Việt Nam năm 1999-2001 tại cụm công trình nhiệt điện Phú Mỹ (Bà Rịa - Vũng Tàu) tạo nên sự đột phát lớn cho giải pháp thiết kế trong việc xử lý chống xói lở công trình. Với nhiều tính năng vượt trội: cường độ chịu lực cao nhờ tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ cứng, khả năng chịu lực của ván, giảm trọng lượng cho công trình, dễ thay cọc mới khi cọc cũ gặp sự cố, sản xuất theo quy trình công nghệ tiên tiến nên chất lượng được kiểm soát chặt chẽ, năng suất cao, chủng loại đa dạng, giá thành thấp, đặc biệt là thi công dễ dàng, chính xác không cần mặt bằng rộng, giảm thiểu tối đa công tác dẫn dòng thi công, v.v… Vì vậy, việc ứng dụng công nghệ cọc ván BTCT dự ứng lực ngày càng được áp dụng rộng rãi cho các công trình tại Việt Nam. Một số công trình điển hình như: Kè Bạc Liêu, công trình lấn biển Kiên Giang, kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè (TP. Hồ Chí Minh), dự án phát triển giao thông vận tải khu vực đồng bằng Bắc Bộ (dự án WB6), hạng mục Kè bảo vệ bãi giữa Nhật Tân, kè Tầm Xá (Hà Nội), kênh làm mát nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn (Thanh Hóa), v.v... 2. XỬ LÝ CHỐNG XÓI LỞ CỬA RA KÊNH XẢ TRẠM BƠM YÊN SỞ Hạng mục cải tạo kênh xả của trạm bơm Yên Sở thuộc gói thầu số 6.4 của Dự án thoát nước nhằm cải thiện môi trường Hà Nội - Dự án II do Ban QLDA Thoát nước Hà Nội quản lý; Tổng công ty TVXD Thủy Lợi Việt Nam - CTCP (HEC) thực hiện công tác Tư vấn thiết kế và giao cho Công ty Tư vấn 13 triển khai. Nhiệm vụ của hạng mục công trình là chống sạt lở cho kênh và cửa ra kênh xả, đảm bảo an toàn cho công trình trong mọi điều kiện vận hành trạm bơm. a) Hiện trạng công trình Kênh xả của trạm bơm Yên Sở đưa vào vận hành từ năm 2000, kênh dài 1 672m gồm: kênh dẫn 1 600m và đoạn cửa ra nối tiếp với sông Hồng dài 72m. Thông số thiết kế kênh: Qtk=90m3/s, Bk=15.00m, i=0.01%, m=3, n=0.035, htk=8.45m, ∇đáy= +2.30m. Gia cố đáy kênh bằng lớp rọ đá (2.0×1.0×0.5)m, mái kênh được gia cố bởi đá xây vữa M100 dày 30cm. Những năm gần đây, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, sử dụng nguồn nước không hợp lý dẫn đến thay đổi lớn thủy lực dòng chảy, chế độ thủy văn sông Hồng. Vào đỉnh điểm các mùa mưa bão trạm bơm Yên Sở thường phải hoạt động với công suất tối đa Q=90m3/s, ngay cả khi mực nước sông xuống quá thấp <+2.50m để đảm bảo an toàn cho hệ thống thoát nước chống ngập của toàn thành phố Hà Nội. Mặt khác, do nhu cầu thoát nước thải của thành phố, vào mùa khô, khi mực nước sông Hồng tại vị trí cửa xả xuống tới H90%YS (11-5) = −6cm, trạm bơm Yên Sở vẫn phải được vận hành xả nước thải theo lưu lượng yêu cầu. Tại vị trí C34D+32.5m (cửa ra) được gia cố bằng nhiều lớp rọ thép xếp chồng, tạo thành bậc nước H=3.00m. Phía ngoài cửa xả (phần thềm sông Hồng) địa chất là lớp cát, phù sa thềm sông. Do đặc điểm của vùng cửa ra có chế độ thủy lực rất phức tạp bởi sự xáo trộn giữa dòng chảy của sông và dòng chảy của từ kênh xả, kết hợp với thực trạng tại khu vực này có tình trạng bơm hút cát trái phép không quản lý triệt để. Kể từ khi đưa vào sử dụng năm 2000 đến nay, phạm vi cửa xả phải sửa chữa 13 lần (bù đá, rọ đá vào những vị trí sạt lở, sạt lún,…) để có thể tiếp tục vận hành tiêu thoát mưa úng và nước thải của thành phố Hà Nội. Cửa xả trạm bơm Yên Sở (nhìn từ hạ lưu sông Hồng) b) Cửa xả và kênh xả trạm bơm Yên Sở (nhìn từ ngoài sông) gia cố rọ đá trước mùa mưa Giải pháp thiết kế Tính toán nối tiếp đường mặt nước từ mực nước thiết kế trong kênh xả (+10.75m) đến mực nước sông Hồng min mùa kiệt (–0.06m) trong điều kiện chế độ thủy lực rất phức tạp bởi sự xáo trộn giữa dòng chảy vuông góc. Các phương án tiêu năng truyền thống như: đào bể tiêu năng, dầm tiêu năng hoặc mở rộng dần chiều rộng kênh đoạn cửa ra tới Bk=136.00m đều không khả thi hoặc không phù hợp với điều kiện thực tế của công trình. Để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho cửa ra trạm bơm Yên Sở trong mọi điều kiện vận hành không phụ thuộc vào mực nước và diễn biến lòng sông Hồng, Tư vấn thiết kế đã đưa ra giải pháp và bảo vệ thành công trước hội đồng phản biện (gồm Chủ đầu tư, Ban QLDA, Tư vấn thẩm tra và các cơ quan ban ngành có liên quan): − Tại vị trí cuối cửa ra (Cọc C34D+32.5m) tiến hành đóng 2 hàng cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực SW600B-1000 dài 21m, cách nhau 3m; chiều rộng phạm vi xử lý 80m (tính từ tim kênh, ra mỗi bên 40m). Dầm bê tông M300 liên kết đỉnh 2 hàng cừ SW600B-1000 và nối tiếp đường mặt nước từ kênh xả ra sông bằng các bậc rọ đá, kích thước dầm Bdầm =4.6m, L=5.0m, dày δ=1.0m; cao trình đỉnh dầm +2.30m. − Đoạn cửa ra nối tiếp với sông Hồng (thềm sông) nạo vét tới cao trình –1.50m tạo hố xói tiêu năng; gia cố bằng 2 lớp thảm đá (dài 12m, rộng 80m, kích thước 1 thảm 3.0×2.0×0.3m) nối tiếp theo chiều dòng chảy là 1 lớp rồng đá (dài 20m, rộng 80m, kích thước 1 rồng đá Φ0.6×10m). Sơ đồ làm việc của cửa ra trạm bơm Yên Sở sau khi gia cố Mặt cắt ngang cừ ván BTCT dự ứng lực c) Tính toán ổn định, kết cấu cừ ván BTCT dự ứng lực SW600B-1000 − Tính toán xác định kích thước phạm vi gia cố bằng cừ ván BTCT dự ứng lực: Thông số cừ ván SW600B - 1000 định hình, mục 3-1, tiêu chuẩn JISA5373:2004 như sau: + H=600 mm, L=21 m, W=996 mm, t=120 mm + Tiết diện : F= 2078 cm2 + Cáp: 24 D15.25, thép chủ: 16D20 + Mô men cho phép: M=590 KNm + Bê tông cốt thép: mác 60 Mpa (mẫu hình trụ D15×30cm, tuổi 28 ngày) Tính toán tường cừ bằng bê tông dự ứng lực trong trường hợp vận hành với công suất tiêu Q=90m3/s và mực nước sông Hồng có H90%YS (11-5) = −6cm. Kết quả tính toán thủy lực cho thấy, nếu không gia cố hạ lưu ở cửa ra (thềm sông) thì cửa ra sẽ bị xói đến cao trình −5.5m, để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của công trình phải gia cố đoạn cửa ra đến cao trình −1.5m bằng rọ đá, thảm đá, rồng đá kết hợp với cừ ván BTCT DUL SW600B-1000. Tính toán lựa chọn số lượng hàng cừ và chiều sâu cần gia cố: bố trí 1 hàng, 2 hàng, 3 hàng; chiều dài cừ 18m, 21m. Được kết quả sử dụng 2 hàng cừ với chiều sâu là 21m. Sử dụng chương trình Plaxis để tính toán chiều sâu đóng cừ, chiều dài cừ và kiểm tra điều kiện chuyển vị đầu cừ cho phép. Kết quả tính toán: Chuyển vị: δ=4.19cm<[δ]=12.2cm; Mô men: M=277.3kNm<[M]=590 kNm Mô hình tính toán Kết quả chuyển vị, 2 hàng cừ phía kênh và phía sông − Kết quả chuyển vị Kết quả mômen, 2 hàng cừ phía kênh và phía sông Kiểm toán kết cấu cừ ván BTCT dự ứng lực SW600B-1000 Sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam có tham khảo một số tiêu chuẩn có liên quan trong hệ thống tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản và bộ tiêu chuẩn ASTM của Hoa Kỳ để tính toán kiểm toán khả năng chịu lực của cừ ván BTCT dự ứng lực SW600B-1000. d) Biện pháp thi công Biện pháp thi công bằng búa rung kết hợp xói nước: Khi ép cừ ván bằng búa rung kết hợp với xói nước áp lực cao xuống đáy cừ qua từ 02÷06 ống thông từ đầu cừ đến đáy cừ (cỡ D15÷D17) đã đặt sẵn khi đúc cừ. Dưới sức nặng của bản thân cọc và sức mạnh của tia nước bắn ra phía mũi cọc mà cọc tự động hạ xuống, lắp búa rung vào đầu cọc kết hợp với tia nước để hạ cọc đến cao độ thiết kế. Đổ Bê tông liên kết và ngàm hệ thống đỉnh 2 hàng cừ ván vào với nhau. 3. KẾT LUẬN Với những ưu điểm vượt trội so với cọc BTCT truyền thống: khả năng chịu nén và chịu kéo, mô men chống uốn, xoắn, tuổi thọ cao, giá thành phù hợp, thi công dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, giảm bớt diện thích mặt bằng cần phải giải toả, giảm thiểu tối đa công tác dẫn dòng thi công, v.v… cừ ván BTCT DƯL SW600B - 1000 là sự lựa chọn tối ưu cho phương án xử lý chống xói lở, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình trong mọi điều kiện vận hành trạm bơm Yên Sở. Áp công nghệ mới cừ ván BTCT DƯL giúp các kỹ sư thiết kế có thêm sựa lựa chọn trong quá trình tính toán so chọn các phương án, giải pháp thiết kế phù hợp nhằm giảm giá thành công trình, tăng hiệu quả đầu tư cho các dự án. Công nghệ này đặc biệt thích hợp với các công trình kè, bảo vệ bờ sông, biển và bảo vệ hố móng công trình xây dựng, v.v… khi cừ BTCT DƯL là 1 bộ phận của công trình. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hồ sơ thiết kế gói thầu số 6.4 của Dự án thoát nước nhằm cải thiện môi trường Hà Nội – Dự án II, giai đoạn Thiết kế bản vẽ thi công. HEC13, tháng 12/2014. 2. Japanese Industrial Standards (JIS). 3. American Society for Testing and Materials (ASTM). 4. TCVN 6260-2009. Xi măng Poolang hỗn hợp - Yêu cầu kỹ thuật. 5. TCVN 9394:2012. Đóng và ép cọc - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu. 6. TCVN 7888:2008. Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước. 7. TCVN 9114:2012. Sản phẩm bê tông ứng lực trước - Yêu cầu kỹ thuật và kiểm tra chấp nhận. 8. 22 TCN 272-05. Tiêu chuẩn thiết kế cầu.