Tài liệu Nghiên cứu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phái trên ứng dụng cho các cửa sông ven biển

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Vũ Hoàng Hưng, người đã hướng dẫn, giúp đỡ,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. Hà Nội, ngày tháng Tác giả Bùi Văn Hậu năm 2018 BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết ở phía trên ứng dụng cho các cửa sông ven biển ”. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường. Tác giả Bùi Văn Hậu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................1 BẢN CAM KẾT ..............................................................................................................2 MỤC LỤC ....................................................................................................................... 3 MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 9 1. Tính cấp thiết của Đề tài .............................................................................................. 9 2. Mục đích của Đề tài .....................................................................................................9 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ..................................................................9 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN .............................................................. 11 1.1 Tổng quan về các mô hình đập dâng dạng cửa van đã được xây dựng trên thế giới và tại Việt Nam ..............................................................................................................11 1.1.1. Cửa van phẳng tự động trục đứng .......................................................................11 1.1.2. Cửa van phẳng tự động trục ngang ......................................................................13 1.1.3. Cửa van phẳng trục dưới ..................................................................................... 15 1.1.4. Cửa van chữ nhân ................................................................................................ 20 1.1.5. Cửa van cổng .......................................................................................................23 1.1.6. Cửa van trụ xoay..................................................................................................25 1.1.7. Cửa van thùng nổi................................................................................................ 27 1.1.8. Cửa van phẳng nhịp lớn....................................................................................... 28 1.2. Tổng quan về cửa van phao nhịp lớn .....................................................................31 1.2.1. Hình thức kết cấu cửa van phao ..........................................................................31 1.2.2. Điều kiện tính toán .............................................................................................. 33 1.2.3. Phương pháp tính toán ......................................................................................... 34 1.3. Khả năng ứng dụng cửa van phao chữ nhân cho các công trình cửa sông ven biển .......................................................................................................................................34 1.4. Đề xuất cải tiến kết cấu cửa van để ứng dụng cho vùng triều ................................ 35 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN KẾT CẤU CỬA VAN PHAO CHỮ NHÂN ĐÁP ỨNG YÊU CẦU LÀM VIỆC HAI CHIỀU ......................................................... 36 2.1. Kết cấu cửa van phao chữ nhân có cửa phụ điều tiết .............................................36 2.3. Nghiên cứu cải tiến vật chắn nước đáy cửa ............................................................ 41 2.4. Nghiên cứu giải pháp chống ăn mòn cho cửa van..................................................41 2.4.1. Bản chất của quá trình ăn mòn ............................................................................41 2.4.2. Hình thức ăn mòn ................................................................................................ 42 2.4.3. Biện pháp chống ăn mòn cửa van........................................................................44 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỬA VAN PHAO CHỮ NHÂN CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP DÂNG NƯỚC HỒNG QUỲNH – THÁI BÌNH..................................................45 3.1. Mục tiêu, nhiệm vụ công trình đập dâng nước Hồng Quỳnh .................................46 3.2. Địa điểm xây dựng .................................................................................................47 3.3. Các giải pháp kiến trúc, xây dựng ..........................................................................49 3.4. Bố trí tổng thể công trình........................................................................................ 49 3.4.1. Bố trí chi tiết các hạng mục công trình ............................................................... 49 3.4.2. Các thông số cơ bản............................................................................................. 50 3.5. Lựa chọn phương án kỹ thuật, công nghệ .............................................................. 51 3.5.1. Hạng mục công trình thủy công ..........................................................................51 3.5.2. Hạng mục khu quản lý ......................................................................................... 52 3.5.3. Hạng mục cơ khí cửa van và thiết bị điều khiển .................................................53 3.5.4. Hệ thống và thiết bị điện ..................................................................................... 53 3.5.5. Hệ thống thiết bị quan trắc ..................................................................................54 3.6. Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên cửa van .................................................54 3.7. Phương pháp phân tích kết cấu cửa van .................................................................56 3.8. Mô hình hóa kết cấu cửa van ..................................................................................56 3.8.1. Sơ đồ tính toán .....................................................................................................56 3.8.2. Cơ sở của việc xây dựng mô hình tính toán ........................................................ 57 3.8.3. Mô hình tính toán ................................................................................................ 62 3.9. Kết quả tính toán ....................................................................................................64 3.10. Kết luận Chương 3................................................................................................ 70 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Ứng suất cho phép của vật liệu cửa van (daN/cm2) ......................................33 Bảng 3.1. Đánh giá cường độ các cấu kiện chính ........................................................ 68 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cửa van phẳng tự động trục đứng .................................................................11 Hình 1.2. Cửa van cống Long Hải – Tiền Giang có một phần bản mặt hạ lưu .............12 Hình 1.3. Cửa van tự động trục đứng cống Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang)...................... 12 Hình 1.4. Kích thước các bộ phận chính cửa van cống Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang) ...13 Hình 1.5. Cửa van phẳng tự động trục ngang ................................................................ 14 Hình 1.6. Một loại cửa van phẳng tự động trục ngang trên kênh .................................14 Hình 1.7. Cửa van phẳng trục dưới ...............................................................................16 Hình 1.8. Vị trí cửa van trên bản đáy ............................................................................16 Hình 1.9. Cửa van cống khi đóng được nhìn từ phía thượng lưu ..................................16 Hình 1.10. Cửa van được nhìn từ bờ phải sông Tô Châu ..............................................17 Hình 1.11. Bố trí tổng thể công trình đập cửa sông sông Tô Châu (đơn vị: mm) .........18 Hình 1.12. Mặt cắt ngang kết cấu bản đáy cống ........................................................... 19 Hình 1.13. Kết cấu trục đáy cửa ....................................................................................20 Hình 1.14. Cửa van chữ nhân hình cung .......................................................................21 Hình 1.15. Cửa van chữ nhân hình cung .......................................................................21 Hình 1.16. Cửa van chữ nhân hình cung công trình chống lũ Chung Lâu (Trung Quốc) .......................................................................................................................................22 Hình 1.17. Cấu tạo cánh van ......................................................................................... 23 Hình 1.18. Cửa van cổng Hình 1.19. Cấu tạo cánh cửa ................................................24 Hình 1.20. Cửa van ở trạng thái đóng Hình 1.21. Cửa van ở trạng thái mở ...............24 Hình 1.22. Phương thức đóng mở cửa van ....................................................................26 Hình 1.23. Cửa van ở trạng thái mở và đóng ................................................................ 26 Hình 1.24. Cửa van trụ xoay công trình ngăn sông Thames ở Anh .............................. 26 Hình 1.25. Cửa van thùng nổi ....................................................................................... 27 ....................................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 1.26. Cửa van công trình phòng lũ Tân Sạp ......................................................... 27 Hình 1.27. Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều ......................................29 Hình 1.28. Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều ......................................29 Hình 1.29. Kết cấu giàn chính có thanh cánh hạ cong hai chiều...................................30 Hình 1.30. Cửa van công trình sông Ems ......................................................................30 Hình 1.31. Cánh cửa độc lập ......................................................................................... 31 Hình 1.32. Cánh cửa dạng cửa van chữ nhân ................................................................ 32 Hình 1.33. Mặt cắt ngang cửa........................................................................................ 32 Hình 2.1. Các loại cửa van đã được ứng dụng trong thực tiễn ......................................36 Hình 2.2. Bố trí tổng thể công trình...............................................................................37 Hình 2.3. Mặt cắt ngang kết cấu cửa van ......................................................................38 Hình 2.4. Nối tiếp giữa hai cánh cửa .............................................................................40 Hình 2.5. Vật chắn nước đáy cửa ..................................................................................41 Hình 2.6. Bản mặt cửa van cống Lân II – Thái Bình bị ăn mòn do hà bám dày đặc ....44 Hình 2.7. Cửa van cống Nghi Quang – Nghệ An bị hà bám dày đặc ........................... 44 Hình 2.8. Bảo vệ cửa van cống Việt Yên và Cổ Tiểu bằng a nốt hy sinh ..................... 45 Hình 3.1. Vị trí xây dựng đập Hồng Quỳnh .................................................................48 Hình 3.2. Vị trí tuyến xây dựng đập Hồng Quỳnh ........................................................ 48 Hình 3.3. Bố trí tổng thể công trình...............................................................................50 Hình 3.4. Bố trí tổng thể công trình...............................................................................52 Hình 3.5. Cấu tạo một cánh cửa van .............................................................................57 Hình 3.6. Phần tử SHELL63 ......................................................................................... 62 Hình 3.7. Xây dựng mô hình hình học kết cấu phao ..................................................... 63 Hình 3.8. Xây dựng mô hình hình học khung đỡ cánh van...........................................63 Hình 3.9. Kết hợp mô hình phao và khung đỡ cánh van ...............................................63 Hình 3.10. Xây dựng mô hình cánh van clape trên phao ..............................................63 Hình 3.11. Chi tiết bộ phận cánh van clape ...................................................................63 Hình 3.12. Mô hình cửa van phao chữ nhân .................................................................63 Hình 3.13. Mô hình phần tử hữu hạn một cánh van ...................................................... 64 Hình 3.14. Mô hình phần tử hữu hạn tổng thể kết cấu cửa van ....................................64 Hình 3.15. Chuyển vị tổng thể cửa van .........................................................................64 Hình 3.16. Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ hạ lưu .............................................64 Hình 3.17. Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ thượng lưu .....................................65 Hình 3.18. Chuyển vị tổng thể hệ thống phao và trụ pin ..............................................65 Hình 3.19. Chuyển vị tổng thể hệ thống phao ............................................................... 65 Hình 3.20. Ứng suất chính S1 của phao ........................................................................65 Hình 3.21. Ứng suất chính S3 của phao ........................................................................65 Hình 3.22. Ứng suất chính S1 của trụ ...........................................................................66 Hình 3.23. Ứng suất chính S3 của trụ ...........................................................................66 Hình 3.24. Ứng suất chính S1 của phao và trụ .............................................................. 66 Hình 3.25. Ứng suất chính S3 của phao và trụ .............................................................. 66 Hình 3.26. Ứng suất chính S1 của tổng thể cửa van ..................................................... 66 Hình 3.27. Ứng suất chính S3 của tổng thể cửa van ..................................................... 66 Hình 3.28. Ứng suất chính S1 những điểm đặc biệt trên phao......................................67 Hình 3.29. Ứng suất chính S3 những điểm đặc biệt trên phao......................................67 Hình 3.30. Ứng suất chính S3 những điểm đặc biệt trên trụ .........................................67 Hình 3.31. Ứng suất chính S1 những điểm đặc biệt trên trụ .........................................67 Hình 3.32. Chuyển vị tổng thể cửa van .........................................................................69 Hình 3.33. Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ hạ lưu .............................................69 Hình 3.34. Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ thượng lưu .....................................69 Hình 3.35. Ứng suất chính S1 một cánh cửa van nhìn từ thượng lưu ........................... 69 Hình 3.36. Ứng suất chính S3 một cánh cửa van nhìn từ thượng lưu ........................... 69 Hình 3.37. Ứng suất chính S1 một tại vị trí có gắn tời kéo ...........................................69 Hình 3.38. Ứng suất chính S3 một tại vị trí có gắn tời kéo ...........................................70 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Những năm gần đây mực nước trên các hệ thống sông thuộc đồng bằng Bắc Bộ bị hạ thấp một cách rõ rệt. Sự thiếu hụt trầm trọng của nguồn nước ảnh hưởng không nhỏ đến các ngành kinh tế - xã hội. Thực trạng này không chỉ xảy ra ở các sông vùng đồng bằng Bắc Bộ mà còn đối với cả các hệ thống sông ngòi ở miền Trung. Điều này được phản ánh trên các phương tiện thông tin đại chúng mấy năm trở lại đây. Giải pháp khoa học công nghệ “xây dựng các công trình điều tiết nước trên sông” là một trong những giải pháp mang tính lợi dụng tổng hợp nguồn nước theo hướng đa mục tiêu nhằm khắc phục tình trạng cạn kiệt nước trên các hệ thống sông hiện nay. Thông qua phân tích ưu nhược điểm của các giải pháp đã có, đề tài “Nghiên cứu kết cấu đập dâng nước sông mùa kiệt dạng cửa van phục vụ tưới chủ động ở vùng đồng bằng Bắc Bộ” do Tổng hội Xây dựng Việt Nam chủ trì, PGS.TS. Vũ Hoàng Hưng thực hiện lần đầu tiên đề xuất một dạng đập dâng dạng cửa van có thể đáp ứng được các yêu cầu khi dâng nước trên sông. Giải pháp này phù hợp cho những vị trí sông có yêu cầu bề rộng thông thủy từ 60m ~ 120m. Tuy nhiên do vị trí xây dựng công trình gần cửa sông ven biển nên ngoài nhiệm vụ dâng nước còn phải thực hiện nhiệm vụ ngăn triều. Vì vậy việc cải tiến kết cấu và nghiên cứu tính toán khả năng chịu lực để đảm bảo các yêu cầu là việc làm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích của Đề tài Nghiên cứu cải tiến kết cấu và tính toán kết cấu đập dâng nước dạng cửa van phao chữ nhân có cửa phụ điều tiết nước ở trên trong trường hợp cửa van làm việc hai chiều. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu  Cách tiếp cận Tổng kết các dạng đập dâng dạng cửa van vùng triều, phân tích ưu nhược điểm từ đó làm cơ sở cho việc cải tiến kết cấu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phía trên ứng dụng cho ngăn cửa sông ven biển.  Phương pháp nghiên cứu - Thu thập thông tin, kế thừa các nghiên cứu đã có. - Phân tích lý luận các lực tác dụng lên đập dâng và tính toán kết cấu của cửa van. - Sử dụng mô hình toán, ứng dụng trong phần mềm ANSYS. 4. Kết quả đạt được - Cải tiến kết cấu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phía trên. - Tính toán được các lực tác dụng lên đập dâng nước dạng cửa van phao chữ nhân. - Kết quả tính cho đập Hồng Quỳnh 2 trên sông Hóa. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP DÂNG DẠNG CỬA VAN 1.1 Tổng quan về các mô hình đập dâng dạng cửa van đã được xây dựng trên thế giới và tại Việt Nam Cửa van là bộ phận cơ khí quan trọng trong công trình thủy lợi dùng để đóng mở các lỗ hoặc điều tiết lưu lượng nước chảy qua. Nhiều cửa van còn đóng vai trò như một đập dâng nước để đáp ứng các yêu cầu lợi dụng tổng hợp nguồn nước đa mục tiêu. 1.1.1. Cửa van phẳng tự động trục đứng Cửa van phẳng tự động trục đứng là chỉ loại cửa van được tạo thành từ một cánh phẳng chuyển động quay quanh một trục thẳng đứng, khi mực nước chênh lệch đủ lớn như hình 1.1. Cửa van này thường gặp trong các cống vùng ven biển đồng bằng sông Cửu Long như Gò Công, Long Hải (Tiền Giang), Đôi Ma, Rạch Chanh (Long An), Luỳnh Huỳnh, Số 2 (Kiên Giang), Sáu Quế (Sóc Trăng). Khi mực nước phía đồng cao hơn mực nước phía biển, cửa van tự động mở để thoát nước ra biển; khi mực nước phía biển cao hơn mực nước phía đồng, cửa van tự động đóng để ngăn nước biển xâm nhập vào nội đồng, do đó còn có tên gọi khác là cửa van phẳng tự động thủy lực trục đứng. Về mặt hình thức làm việc gần giống như cánh van cửa van chữ nhân, về mặt cấu tạo thường có thêm bản mặt phía đồng để tạo hộp rỗng, lợi dụng lực đẩy nổi làm giảm nhẹ lực đóng mở thủy lực (hình 1.2 và 1.3). Tấm chặn cửa Cánh cửa Trục quay Hình 1.1. Cửa van phẳng tự động trục đứng Hình 1.2. Cửa van cống Long Hải – Tiền Giang có một phần bản mặt hạ lưu Hình 1.3 là hình ảnh cống Luỳnh Huỳnh trên sông Vàm Cỏ thuộc xã Tân Phước, huyện Gò Công đông, tỉnh Kiên Giang, cách biển 18km, được xây dựng từ năm 1998. Công trình gồm 3 cánh cửa van phẳng tự động trục đứng có kích thước 7,845m  5,3m. Phần động kết cấu cửa van làm bằng thép CT3. Mỗi cánh cửa được gia công thành hai mảnh từ nhà máy và lắp ráp hoàn chỉnh tại công trường. Bề mặt kết cấu được phủ kẽm sau đó phun phủ thêm một lớp sơn epoxy để chống ăn mòn. Hình 1.3. Cửa van tự động trục đứng cống Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang) Kết cấu cửa van phẳng loại nhiều dầm chính tiết diện chữ [No400, bản mặt và dầm phụ đứng làm bằng thép bản dày 8mm, trụ biên tiết diện ngang cũng có dạng chữ [No400 để bố trí trục quay, bản mặt đều có ở phía trước và sau. Vật chắn nước đáy bằng cao su tấm, vật chắn nước bên bằng cao su chữ P. Chi tiết các bộ phận kết cấu cửa van cho ở hình 1.4 [1]. Cửa van cống Luỳnh Huỳnh được đóng hoàn toàn từ tháng 2 ~ 6 hàng năm, thời gian còn lại đóng mở thường xuyên để điều chỉnh mực nước trong kênh. Hình 1.4. Kích thước các bộ phận chính cửa van cống Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang) Ưu điểm: Lợi dụng áp lực nước để giảm một phần lực đóng mở Cửa van dạng phao, lực đóng mở nhẹ Nhược điểm: Khẩu độ cửa van không lớn, ngăn cản dòng chảy về mùa lũ. 1.1.2. Cửa van phẳng tự động trục ngang Cửa van phẳng tự động trục ngang là chỉ loại cửa van có bản mặt phẳng chuyển động quay quanh một trục nằm ngang khi mực nước trước cửa van cao đủ lớn như hình 1.5. Khi mực nước trước cửa van dần dần tăng lên đến một vị trí nào đó làm cho mômen do áp lực nước lớn hơn mômen do trọng lượng bản thân cửa van và lực ma sát đối với điểm gối tựa, cửa van tự động mở đến một góc đổ nhất định, tại vị trí góc mở này mômen do áp lực nước bằng mômen do trọng lượng bản thân đối với điểm gối tựa, cửa van ở trạng thái cân bằng mới. Khi lưu lượng không thay đổi, góc mở cũng không thay đổi. Khi mực nước thượng lưu giảm nhỏ khiến mômen do trọng lượng bản thân cửa van lớn hơn mô men do áp lực nước, cửa van tự động đóng lại. Để cửa van không bị đóng mở đột ngột và ổn định trong trong quá trình làm việc, phía sau cửa van bố trí thêm xy lanh. Hình 1.5. Cửa van phẳng tự động trục ngang (1) Cánh van; (2) Chân chống; (3) Gối tựa; (4) Xy lanh; (5) Mố đỡ Hiện nay loại cửa van này được ứng dụng tương đối rộng rãi trong các công trình thủy lợi thủy điện vừa và nhỏ. Nó có khả năng tự động điều tiết hồ chứa, điều tiết mực nước mà không cần thiết bị cơ điện với thao tác đóng mở thủ công nên tiết kiệm nhân công và vật tư. Hình 1.6 là hình ảnh hệ thống cửa van phẳng tự động trục ngang trên kênh. Hình 1.6. Một loại cửa van phẳng tự động trục ngang trên kênh Về mặt tổng thể kết cấu cửa van phẳng tự động trục ngang gần giống với cửa van hình cung, chỉ khác bản mặt là phẳng. Kết cấu phần động cửa van bao gồm các bộ phận: cánh van (1), chân chống (2), thanh chống hai đầu khớp (3) và trục bản lề (4). Kết cấu phần cánh van (1) giống như kết cấu cửa van phẳng gồm có bản mặt, dầm chính ngang, dầm phụ và dầm biên (trụ biên) được nối với nhau bằng liên kết hàn. Mỗi cánh van được tựa lên hai chân chống và truyền tải trọng lên mố đỡ thông qua gối bản lề. Kết cấu chân chống (2) có dạng như càng van cửa van hình cung được tạo thành từ hệ thanh chống chịu nén. Xy lanh (3) được nối bản lề từ chân chống đến mố đỡ có nhiệm vụ giữ ổn định cửa van trong quá trình làm việc. Về nguyên tắc cửa van có thể làm việc tự động theo chế độ thủy lực, để bảo đảm cửa van vận hành an toàn, tự động hóa quản lý, nâng cao mức độ an toàn sản xuất, cải thiện điều kiện làm việc, thường lắp thêm máy đóng mở xy lanh thủy lực. Ưu điểm: Cửa van đóng mở tự động Nhược điểm: Ngăn cản dòng chảy và giao thông thủy khi không bố trí âu thuyền. 1.1.3. Cửa van phẳng trục dưới Cửa van phẳng trục dưới (còn được gọi là cửa van clapê trục dưới) là chỉ loại cửa van được tạo thành từ một cánh phẳng chuyển động quay quanh một trục cố định nằm ngang sát dưới đáy công trình như hình 1.7 và 1.8. Khi cần ngăn nước, cửa van được dựng lên ở vị trí đứng; khi cần tháo nước, cửa van được quay ngang nằm song song với đáy lòng dẫn. Để vận hành cửa van thường sử dụng xylanh thủy lực gắn tại hai đầu cửa. Cũng giống như cửa van phẳng tự động trục ngang, cửa van phẳng trục dưới cũng được chế tạo dạng hộp rỗng để giảm lực mở cửa van trong nước. Hiện nay loại cửa van này được sử dụng tương đối rộng rãi do nó đáp ứng được với mọi loại khẩu độ khác nhau từ một vài mét đến hàng trăm mét. Một số công trình ở Việt Nam như Phú Cam, Thảo Long (Thừa Thiên – Huế), một số cống lớn khu vực đồng bằng sông Cửu Long đều sử dụng loại cửa van này. Trục quay Bản đáy Hình 1.7. Cửa van phẳng trục dưới Hình 1.8. Vị trí cửa van trên bản đáy Một ví dụ về cống đập ngăn sông Tô Châu nằm tại vị trí cửa ra sông Tô Châu nhập vào sông Hoàng Phố, TP Thượng Hải, Trung Quốc ứng dụng cửa van loại này. Công trình hoàn thành năm 2005. Hình 1.9. Cửa van cống khi đóng được nhìn từ phía thượng lưu (1) Bố trí tổng thể công trình Căn cứ vào chức năng và yêu cầu thi công cùng với quy mô công trình và hiện trạng công trình xung quanh,… đơn vị thiết kế đã xác định phương án tổng thể công trình như sau: Bề rộng lòng cống: 100 m bằng bề rộng cửa sông Tô Châu; Cao trình ngưỡng cống: – 1,5 m; Cao trình đỉnh cửa van: 6,26 m; Ngăn nước bằng cửa van thép phẳng đóng mở xoay quanh trục ở đáy (cửa van clapê); Kích thước cửa van: 100 m  9,76 m; Đường kính trục đáy:  2000 mm; Đóng mở cửa van bằng pít tông thủy lực 2  2  6300/4000 kN – 5100 mm. Công trình bao gồm các bộ phận chủ yếu: mố cống, cọc thép ống, bản đáy cống, gian máy đóng mở, cọc thép bản chống thấm, thảm bảo vệ đáy thượng hạ lưu...Ngoài gian máy đóng mở, mố đỡ bản đáy cống với thảm bảo vệ đáy thượng hạ lưu được thi công tại hiện trường còn lại đều sử dụng cấu kiện chế tạo sẵn. Sau khi hoàn thành chế tạo ngoài hiện trường, cửa van sẽ được lai dắt đến vị trí công trình và đánh chìm. Giải pháp này khi thi công không cần phải xây dựng đê quai, bảo đảm trong thời gian thi công không làm gián đoạn dòng chảy sông Tô Châu, ảnh hưởng không nhiều đến môi trường xung quanh. Hình 1.10. Cửa van được nhìn từ bờ phải sông Tô Châu Cánh cửa van được quay quanh trục ở đáy với phạm vi góc xoay từ 0 đến 90 độ, khi cánh cửa đóng hoàn toàn nó ở vị trí thẳng đứng, khi cánh cửa mở hoàn toàn nó nằm song song với đáy sông. Trong phạm vi 100 m chiều dài đáy cửa van bố trí tổng cộng 10 gối đỡ, thiết bị đóng mở được đặt trong phòng máy ở hai bờ. Toàn bộ thiết bị được bố trí ở dưới mặt nước hoặc dưới mặt đất nên không làm mất đi cảnh quan hiện có. Bộ phận dưới nước của cửa van theo thiết kế 30 năm mới phải duy tu, giảm nhẹ công tác quản lý vận hành. Khi cửa van mở hoàn toàn, nó nằm ngang bằng với mặt đáy sông nên không ảnh hưởng đến vận tải thủy. (2) Công trình thủy công Bố trí tổng thể công trình đập cửa sông sông Tô Châu được cho ở hình 1.11. Bố trí mặt bằng Mặt cắt ngang cống Hình 1.11. Bố trí tổng thể công trình đập cửa sông sông Tô Châu (đơn vị: mm) Mố cống: Kết cấu nền mố cống kiểu đài cọc hình thức giếng chìm vỏ thép, phía dưới bố trí hệ cọc. Sử dụng cọc thép ống đường kính 60 mm, chiều dài 60 m và chiều dày thép là 18mm. Đài cọc bằng vỏ thép rỗng được chế tạo trước, vận chuyển nổi đến hiện trường và được lấp đầy bằng bê tông. Kích thước giếng chìm mố biên cống là 30 m16 m4 m được chia thành 8 khoang, kích thước giếng chìm mố giữa là 18 m13 m4 m và được chia thành 4 khoang. Bản đáy cống: Bản đáy cống có hình thức thùng chìm bê tông cốt thép đơn khối chế tạo trước; Kích thước thùng chìm bản đáy cống 99 m  14 m  6,35 m (dài  rộng  cao). Mặt hai bên thượng hạ lưu bản đáy cống được bọc vỏ thép, bốn góc thùng chìm theo chiều dài được gắn thép góc. Sau khi lắp đặt bản đáy cống vào vị trí, đáy bản đáy cống ở cao trình – 8,15 m, cao trình đỉnh bản đáy -1,80 m (cạnh thượng lưu rộng 2,62 m) và – 3,75 (cạnh hạ lưu rộng 11,38 m). Trong thùng chìm được bố trí các vách dọc và ngang tạo thành 245 khối rỗng độc lập, trong đó từ cao trình -3,75 m trở lên có 35 khối rỗng, từ cao trình – 3,75 m trở xuống có 210 khối rỗng. Độ dày vách ngăn dọc từ 180 mm đến 200 mm; độ dày vách ngăn ngang trừ vị trí dưới trục bản lề cửa van là 250 mm còn lại đều là 160 mm, xem hình 1.12. Hình 1.12. Mặt cắt ngang kết cấu bản đáy cống (3) Thiết bị cơ khí Thiết bị kết cấu kim loại cống chủ yếu bao gồm cánh cửa van với trục bản lề, hệ thống đóng mở pít tông thủy lực, hệ thống xói bùn đáy cửa, hệ thống khóa, hệ thống thoát nước gian máy đóng mở…Cánh cửa van được đặt giữa hai mố cống, máy đóng mở pít tông thủy lực được đặt ở hai đầu trong phòng máy. Cánh cửa van và trục đáy được liên kết với nhau bằng bu lông. Kết cấu trục đáy như hình 13, đây là một trong những kết cấu quan trọng nhất của cống. Vật liệu trục đáy là Q345C và được thiết kế theo điều kiện chịu lực xoắn và uốn. Cửa van được đóng mở thông qua 4 pít tông thủy lực, mỗi bên hai chiếc. Hình 1.13. Kết cấu trục đáy cửa Ưu điểm: Kết cấu nhịp lớn, dễ thao tác vận hành; Không ngăn cản dòng chảy trong mùa lũ. Nhược điểm: Không tạo dòng chảy môi trường khi công trình đang dâng nước. 1.1.4. Cửa van chữ nhân Cửa van chữ nhân là chỉ loại cửa van được tạo thành từ hai cánh có mặt chắn nước là phẳng hoặc hình cung chuyển động trên mặt bằng quay quanh trục bản lề đặt thẳng đứng như hình 1.14. Khi cần ngăn nước, cửa van được đưa ra đặt tiếp giáp nhau; khi cần thông thuyền, cửa van được kéo vào buồng van. Đối với cửa van chữ nhân bản phẳng được ứng dụng rộng rãi trong các âu thuyền. Đối với cửa van chữ nhân hình cung được ứng dụng không nhiều do nó chỉ thích hợp với công trình ngăn nước có khẩu độ đặc biệt lớn, mặt bằng bố trí cửa rộng (hình 1.15). Khối mặt cửa van có kết cấu hộp rỗng có thể bơm nước từ ngoài vào hoặc rút nước từ trong ra nhằm mục đích tăng tải trọng khi đóng cửa hoặc giảm nhỏ lực khi mở cửa. Công trình ngăn triều Maeslant (Hà Lan, bề rộng thông thủy 360m), công trình ngăn sóng thành phố Saint Petersburg (Nga, bề rộng thông thủy 200m), công trình chống lũ Chung Lâu (Trung Quốc, bề rộng thông thuyền là 90m) đều sử dụng loại hình cửa van này.