Tài liệu Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây phục vụ thi công đập trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS Trương Đình Dụ đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường. 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 trong quá trình nghiên cứu. Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ môn Đập Trụ đỡ, các đồng nghiệp thuộc nhóm thực hiện phản biện dự án cống Mương Chuối đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay và cung cấp nhiều thông tin bổ ích. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Phạm Đức Hưng BẢN CAM KẾT Họ và tên học viên: Phạm Đức Hưng Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn”. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên cao học Phạm Đức Hưng MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU.................................................................................................. 1  CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................... 5  1.1. Giới thiệu chung công nghệ Đập trụ đỡ:................................................................. 5  1.1.1. Hoàn cảnh ra đời: ................................................................................................. 5  1.1.2. Kết cấu, nguyên lý làm việc của Đập Trụ đỡ :..................................................... 5  1.1.2.1. Kết cấu Đập trụ đỡ : .......................................................................................... 5  1.1.2.2. Nguyên lý làm việc : ......................................................................................... 7  1.1.3. Tình hình ứng dụng ngoài thực tế :...................................................................... 7  1.2. Tổng quan về khung vây thi công:.......................................................................... 9  1.2.1. Khái niệm khung vây thi công : ........................................................................... 9  1.2.2. Cấu tạo khung vây:............................................................................................... 9  1.2.3. Một số dạng khung vây thi công trụ cầu giao thông:......................................... 11  1.2.3.1. Khung vây cọc ván thép truyền thống: ........................................................... 11  1.2.3.2. Khung vây sử dụng cọc ống thép:................................................................... 16  1.2.3.3. Khung vây cọc ống thép dạng giếng (Móng cọc SPSP). ................................ 17  1.2.4. Khung vây thi công công trình ngăn sông: ........................................................ 19  1.2.5. Nhận xét: ............................................................................................................ 25  1.3. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn:............................................................... 26  CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ KHUNG VÂY PHỤC VỤ THI CÔNG ĐẬP TRỤ ĐỠ Ở CÁC SÔNG CÓ CỘT NƯỚC LỚN .............................................................................................. 27  2.1. Quy hoạch xây dựng công trình ngăn sông lớn: ................................................... 27  2.2. Các giải pháp kết cấu khung vây móng Đập trụ đỡ có cột nước sâu:................... 30  2.2.1. Giải pháp khung vây truyền thống cừ ván thép: ................................................ 30  2.2.2. Giải pháp kết cấu khung vây bằng cọc ống thép : ............................................. 31  2.3. Lựa chọn kết cấu khung vây thi công móng Đập trụ đỡ cột nước sâu: ................ 31  2.4. Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định kết cấu khung vây:............................. 32  2.4.1. Sơ đồ kết cấu khung vây cải tiến: ...................................................................... 33  2.4.2. Nguyên tắc làm việc của các bộ phận kết cấu: .................................................. 33  2.5. Phương pháp tính toán kết cấu khung vây cừ ván thép [5];[7];[11] : ......................... 34  2.5.1. Tải trọng tính toán:............................................................................................. 35  2.5.2. Tính chiều dày lớp bê tông bịt đáy: ................................................................... 35  2.5.3. Tính ổn định chống lật của tường cọc ván thép [5];[7];[11] : .................................. 36  2.5.4. Tính toán độ bền các bộ phận của khung vây [5];[7];[11] : ..................................... 37  2.5.4.1. Kiểm tra độ bền của cọc ván thép:.................................................................. 37  2.5.4.2. Tính toán vành đai (khung chống): ................................................................. 37  2.5.4.3. Tính toán thanh chống:.................................................................................... 38  2.5.4.4. Tính toán cọc định vị (cột chống) ................................................................... 38  CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU KHUNG VÂY CẢI TIẾN CHO CÔNG TRÌNH CỐNG MƯƠNG CHUỐI ..................................................................... 41  3.1. Tổng quan về công trình cống Mương Chuối [8] :................................................. 41  3.1.1. Vị trí công trình :................................................................................................ 41  3.1.2. Tóm tắt nội dung quyết định đầu tư ................................................................... 42  3.1.3. Đặc điểm địa chất công trình : ........................................................................... 45  3.2. Bố trí tổng thể công trình: ..................................................................................... 51  3.3. Các phương án kết cấu khung vây: ....................................................................... 53  3.4. Kết cấu khung vây cải tiến :.................................................................................. 54  3.5. Tính toán kiểm tra ổn định kết cấu khung vây cải tiến:........................................ 55  3.5.1. Tính toán chiều dày bê tông bịt đáy:.................................................................. 55  3.5.2. Tính toán kiểm tra kết cấu khung vây [11]: ........................................................ 59  3.5.2.1. Điều kiện ổn định của khung vây: .................................................................. 59  3.5.2.2. Tính toán các lực tác dụng vào khung vây...................................................... 59  3.5.2.3. Tính toán ổn định các kết cấu khung vây........................................................ 62  3.5.2.4. Tính toán ổn định tổng thể khung vây ............................................................ 67  3.6. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật khung vây cải tiến và khung vây SPSP: ....... 71  CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP THI CÔNG............................................................. 74  4.1. Trình tự thi công khung vây và trụ pin Đập Trụ Đỡ:............................................ 74  4.2. Biện pháp thi công cọc ván thép: .......................................................................... 77  4.2.1. Công nghệ đóng cừ bằng búa rung. ................................................................... 77  4.2.1.1. Khái quát và những cải tiến của búa rung....................................................... 77  4.2.1.2. Cấu tạo của búa rung và nguyên lý đóng cọc ................................................. 78  4.2.1.3. Phân loại các phương pháp. ............................................................................ 79  4.2.2. Phương pháp xuyên nén bằng máy nén. ............................................................ 80  4.2.2.1. Nguyên lý nén ép. ........................................................................................... 80  4.2.2.2. Các phương pháp nén ép................................................................................. 81  4.2.2.3. Thi công trên nền đá cứng............................................................................... 81  4.2.2.4. Phương pháp quản lý thi công......................................................................... 82  4.2.3. Phương pháp nén ép sử dụng mũi khoan ........................................................... 82  4.3. Biện pháp thi công đóng cọc ống thép [19] : .......................................................... 82  4.3.1. Phương pháp thi công bằng búa đóng:............................................................... 82  4.3.2. Phương pháp thi công bằng búa rung: ............................................................... 83  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 84  1.  Kết luận :.................................................................................................................. 84  2.  Kiến nghị : ............................................................................................................... 85  DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1. Kết cấu chung Đập trụ đỡ ............................................................................... 7  Hình 1-2. Cống Sông Cui – Long An ............................................................................. 8  Hình 1-3. Cống ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long.............................................................. 8  Hình 1-4. Công trình cống Biện Nhị............................................................................... 8  Hình 1-5. Cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè.................................................. 9  Hình 1-6. Mặt bằng khung vây ..................................................................................... 10  Hình 1-7. Cắt ngang khung vây .................................................................................... 10  Hình 1-8. Mặt cắt cừ dạng chữ Z .................................................................................. 11  Hình 1-9. Mặt cắt cừ dạng chữ U.................................................................................. 11  Hình 1-10. Mặt cắt cừ dạng hộp.................................................................................... 11  Hình 1-11. Khung vây thi công trụ cầu Kiền................................................................ 12  Hình 1-12. Khung vây thi công trụ cầu Đại Phước – Đồng Nai................................... 12  Hình 1-13. Cắt ngang trụ cầu Sông Mã – Thanh Hóa................................................... 13  Hình 1-14. Cắt ngang khung vây trụ cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng ................................. 13  Hình 1-15. Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Phú Long ......................................... 14  Hình 1-16. Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Hàm Luông[6] ................................... 15  Hình 1-17. Một số hình dạng vòng vây cọc ống thép ................................................... 16  Hình 1-18. Một số hình ảnh thi công cầu Thanh Trì- Hà Nội [12];[17] ............................ 17  Hình 1-19. Cấu tạo móng cọc dạng giếng SPSP........................................................... 18  Hình 1-20. Thi công trên sà lan ở dự án cầu Nhật Tân................................................. 19  Hình 1-21. đóng cọc ống thép làm vòng vây thi công ở dự án cầu Thanh Trì ............. 19  Hình 1-22. Mặt bằng khung vây trụ cầu Nhật Tân [12];[17] ............................................. 19  Hình 1-23. Thi công các trụ ở công trình EMS –Đức [13] ............................................. 20  Hình 1-24. Khung vây cừ larsen thi công trụ[13] ........................................................... 20  Hình 1-25. Dự án Mose – Venice – Italia [13] ................................................................ 21  Hình 1-26. Khung vây thi công trụ Thảo Long............................................................. 22  Hình 1-27. Khung vây thi công trụ Nhiêu Lộc – Thị Nghè .......................................... 23  Hình 1-28. Khung vây thi công cống Nhà Mát............................................................. 23  Hình 1-29. Khung vây Cống Bà Đầm C ....................................................................... 24  Hình 1-30. Khung vây thi công cống Biện Nhị - tỉnh Cà Mau [21]................................ 25  Hình 2-1. Quy hoạch chống ngập úng khu vực TP. Hồ Chí Minh [14] .......................... 28  Hình 2-2. Mặt bằng khung vây truyền thống ................................................................ 33  Hình 2-3. Cắt ngang khung vây truyền thống............................................................... 33  Hình 2-4. Mặt bằng khung vây cải tiến......................................................................... 33  Hình 2-5. Cắt ngang khung vây cải tiến........................................................................ 33  Hình 2-6. Sơ đồ khung vây cọc ván thép [11] ................................................................. 34  Hình 2-7. Sơ đồ tải trọng tác dụng vào vành đai [11] ..................................................... 38  Hình 2-8. Sơ đồ tính toán vành đai [11] .......................................................................... 38  Hình 2-9. Sơ đồ tính toán cột chống [11] ........................................................................ 39  Hình 3-1. Vị trí cống Mương Chuối [8] ......................................................................... 41  Hình 3-2. Mặt bằng bố trí công Mương Chuối [8] ......................................................... 51  Hình 3-3. Cắt ngang công Mương Chuối [8].................................................................. 52  Hình 3-4. Khung vây cống Mương chuối theo dạng SPSP........................................... 53  Hình 3-5. Mặt bằng khung vây cải tiến......................................................................... 55  Hình 3-6. Cắt ngang khung vây cải tiến........................................................................ 55  Hình 3-7. Áp lực dòng chảy.......................................................................................... 61  Hình 3-8. Áp lực đất chủ và bị động............................................................................. 61  Hình 3-9. Áp lực sóng và áp lực thủy tĩnh.................................................................... 61  Hình 3-10. Mô hình tính toán khung vây...................................................................... 63  Hình 3-11. Ứng suất lớn nhất xuất hiện trong cừ ......................................................... 64  Hình 3-12. Nội lực trong khung chống tầng 1 .............................................................. 65  Hình 3-13. Nội lực trong khung chống tầng 2 .............................................................. 65  Hình 3-14. Nội lực trong khung chống tầng 3 .............................................................. 65  Hình 3-15. Nội lực trong khung chống tầng 4 .............................................................. 66  Hình 3-16. Nội lực trong khung chống tầng 5 .............................................................. 66  Hình 3-17. Mô hình tính toán ổn định khung vây......................................................... 67  Hình 3-18. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 1 tầng ........ 68  Hình 3-19. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 2 tầng ........ 68  Hình 3-20. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 3 tầng ........ 69  Hình 3-21. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ - văng chống 4 tầng ....... 69  Hình 3-22. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ - hút tầng 5 ..................... 70  Hình 3-23. Biến dạng của khung vây khi hút cạn......................................................... 70  Hình 4-1. Lắp dựng khung chống K5 ........................................................................... 74  Hình 4-2. Lắp dựng khung chống K4,K3,K2,K1.......................................................... 74  Hình 4-3. Thi công đóng cừ ván thép ........................................................................... 75  Hình 4-4. Thi công đổ cát lấp,rải đá hộc....................................................................... 75  Hình 4-5. Thi công đổ bê tông bịt đáy .......................................................................... 76  Hình 4-6. Bơm nước khung vây.................................................................................... 76  Hình 4-7. Lắp dựng thanh chống chéo.......................................................................... 76  Hình 4-8. Thi công bệ trụ pin........................................................................................ 77  Hình 4-9. Thi công thân trụ pin..................................................................................... 77  Hình 4-10. Cấu tạo búa rung đóng cừ ván thép [19] ....................................................... 78  Hình 4-11. Búa rung không sử dụng công nghệ hỗ trợ [19] ........................................... 79  Hình 4-12. Búa rung sử dụng cắt bằng tia nước phun cao áp....................................... 80  Hình 4-13. Hạ cọc ván thép bằng phương pháp nén ép [19] ........................................... 80  Hình 4-14. Đóng cọc ông thép bằng búa Diezel ........................................................... 83  Hình 4-15. Hạ cọc ống thép bằng búa rung .................................................................. 83  DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1. Quy mô các công trình theo quy hoạch chống ngập úng TP HCM [14] ....... 29  Bảng 3-1. Thông số thiết kế chính công trình cống Mương Chuối [8]....................................... 43  Bảng 3-2. Bảng thông số cơ lý của các lớp [8] .............................................................. 47  Bảng 3-3. Tính chất cơ lý địa chất Ví trí Cống [8] ........................................................ 50  Bảng 3-4. Các thông số nén ba trục và nén đơn cho cống ........................................... 50  Bảng 3-5. Đặc trưng kỹ thuật của cọc cừ ván thép Larsen SP V................................. 54  Bảng 3-6. Cường độ chịu lực cho phép của cọc cừ ván thép ....................................... 54  1 PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài: Biến đổi khí hậu đang là một trong những thách thức mà con người trên trái đất phải đương đầu, ảnh hưởng tới tất cả các vấn đề xã hội, tới tất cả các quốc gia như: tác động tới yếu tố tự nhiên, môi trường, phát triển kinh tế (trong đó nông – lâm nghiệp ảnh hưởng nhiều nhất), đời sống – xã hội….[8] (a) Ngập lụt do triều cường (b) Lúa chết do nhiễm mặn (c) Thiếu nguồn nước ngọt (d) Diện tích đất liền bị thu hẹp Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam [8] Nhiều kết quả nghiên cứu dự báo của thế giới cho biết rằng, ở ĐBSCL biến đổi khí hậu sẽ gây cạn kiệt mùa khô, làm giảm nguồn nước tới 30 – 40%, gây tăng lũ lụt mùa mưa hơn 30% và đặc biệt gây ra nước biển dâng cực kỳ nguy hiểm. Cũng theo dự báo của thế giới, Việt Nam là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nhiều nhất của nước biển dâng, 50 năm nữa nước biển có thể dâng lên 75cm và sẽ làm ngập nhiều vùng đất 2 canh tác và khu dân cư, nếu ta không có giải pháp phòng chống. Do vậy việc đầu tư xây dựng các công trình ngăn các cửa sông lớn là cần thiết; Công trình ngăn sông truyền thống đã có từ rất lâu và áp dụng rộng rãi ở nước ta, chúng có thể được xây dựng theo các cách sau: Cách 1: Đào móng trên bãi lồi ở đoạn sông cong để xây dựng cống, dẫn dòng thi công qua dòng sông, khi xây dựng xong cống thì đào kênh dẫn thượng hạ lưu nối cống với sông và đắp đập ngăn sông. Cách này thường áp dụng cho những sông có đoạn cong. Cách 2: Đào kênh dẫn dòng để tháo lũ thi công, đắp đập tạm (đê quai) ở giữa sông, thượng hạ lưu vị trí xây cống, bơm khô, đào móng và xây dựng cống, xong phá đập tạm và san kênh dẫn dòng. Trong trường hợp thi công kịp trong một mùa khô thì không cần đào kênh dẫn dòng. Cách này thường áp dụng cho sông thẳng, hẹp và nông. Cách 3: Lần lượt đắp đê quai theo từng phân đoạn từ bờ ra để tạo hố móng và thi công từng phần cống trong phân đoạn đó. Cách này áp dụng cho sông rộng nhưng nông. Các phương pháp xây dựng cống theo công nghệ truyền thống Các công trình ngăn sông theo dạng truyền thống thích hợp đối với sông có bề rộng vừa và nhỏ, cột nước không lớn (dưới 6m).Tuy nhiên để ngăn các sông rộng và cột nước sâu tới 20m, nền địa chất yếu thì rất khó khăn bởi vì không thể đắp đê quây trong lòng sông sâu. Trường hợp thi công hố móng trên khô trong điều kiện nền địa chất yếu cũng rất tốn kém để đảm bảo ổn định mái hố móng đồng thời gây 3 ảnh hưởng đến môi trường, chiếm dụng một diện tích đất rất lớn, thời gian thi công kéo dài…Do vậy, để có thể ngăn được sông rộng và sâu thì chỉ có thể nghiên cứu giải pháp công trình để thi công được cống ngay trên lòng sông trong khung vây hẹp. Điều này cũng có nghĩa là việc có làm được cống hay không phụ thuộc vào việc có làm được khung vây hay không. Vì vậy, nghiên cứu vấn đề ổn định khung vây thi công ở các sông có cột nước lớn, nền địa chất yếu là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Đề tài luận văn :” Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn” sẽ tập trung nghiên cứu giải pháp cải tiến kết cấu khung vây để tăng cường độ ổn định trên cơ sở kế thừa các công nghệ đã và đang áp dụng trên thế giới cũng như trong nước. II. Mục đích của đề tài: Mục đích của đề tài là nghiên cứu lựa chọn và đề xuất giải pháp tăng cường ổn định cho khung vây để phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở sông có cột nước lớn. Áp dụng cho công trình cống Mương Chuối, huyện Nhà Bè, thành phố Hồ Chí Minh. III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tương nghiên cứu: Khung vây thi công cho Đập trụ đỡ cột nước sâu. - Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn: 9Nghiên cứu tổng quan về công nghệ Đập trụ đỡ; 9Nghiên cứu tổng quan về khung vây thi công; 9Phân tích, đề xuất một giải pháp kết cấu khung vây thi công Đập trụ đỡ trường hợp cột nước sâu; 9Đề xuất giải pháp cải tiến để tăng cường ổn định khung vây 9Đề xuất một số biện pháp thi công khung vây Đập trụ đỡ cột nước sâu. Công trình áp dụng : Cống Mương Chuối – TP Hồ Chí Minh. IV. Cách tiêp cận và phương pháp nghiên cứu: - Cách tiếp cận: Tiếp cận bằng 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 4 trình ngăn sông trên thế giới cũng như trong nước đã có kết hợp tìm hiểu, thu thập và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, từ đó đề ra phương án cụ thể phù hợp với tình hình điều kiện cụ thể của nước ta . - Phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu. + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng. + Phương pháp chuyên gia. + Phương pháp phân tích, tổng hợp. V. Kết quả đạt được của luận văn: + Tổng quan chung về công nghệ Đập Trụ đỡ; + Tổng quan một số dạng khung vây thi công; + Đề xuất, nghiên cứu giải pháp tăng cường độ ổn định khung vây thi công phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn; + Phương pháp tính toán ổn định kết cấu khung vây cho phương án chọn; + Giới thiệu một số biện pháp thi công khung vây. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu chung công nghệ Đập trụ đỡ 1.1.1. Hoàn cảnh ra đời Công trình ngăn sông vùng ven biển với mục đích ngăn mặn, giữ ngọt và tiêu lũ để tạo nguồn nước cho dân sinh, nông nghiệp ở nước ta đã được nghiên cứu và xây dựng rất nhiều. Hầu hết các công trình ngăn sông từ trước đến nay đều được xây dựng theo công nghệ truyền thống: Công trình dạng khối tảng bằng BTCT làm việc theo nguyên lý trọng lực, được thi công trong hố móng khô bằng cách đào móng trên bãi hoặc đắp đê quây vây quanh hố móng, dẫn dòng thi công, đào hố móng và bơm khô nước. Các công trình xây dựng theo công nghệ truyền thống này còn một số nhược điểm sau: Công trình thu hẹp dòng chảy nên làm thay đổi cảnh quan môi trường tự nhiên, khối lượng công trình lớn, khối lượng giải phóng mặt bằng lớn, thời gian thi công kéo dài, giá thành đầu tư cao nên hiệu quả công trình thấp. Đặc biệt đối với một số sông lớn, nơi nước sâu, sông rộng, địa chất nền mềm yếu thì công nghệ này khó thực hiện hoặc thực hiện được nhưng với giá thành cao. Công nghệ mới trong xây dựng công trình ngăn sông ở nước ta đã được Viện Khoa học Thuỷ lợi đề xuất và nghiên cứu 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 KC 12-10 thuộc chương trình khoa học công nghệ KC 12 từ năm 1991÷ 1995 do GS.TS Trương Đình Dụ làm chủ nhiệm [10]. Đề tài đã đề xuất và nghiên cứu nguyên lý làm việc mới, thay đổi kết cấu cống được một số giải pháp công trình để đổi mới công nghệ thi công cho cống vùng triều: từ thi công trong hố móng khô sang thi công dưới dòng chảy,kiểu công trình này được gọi là Đập Trụ Đỡ. 1.1.2. Kết cấu, nguyên lý làm việc của Đập Trụ đỡ 1.1.2.1. Kết cấu Đập trụ đỡ Đập Trụ đỡ là công trình ngăn sông bao gồm các trụ bằng bê tông cốt thép, các trụ này chịu lực cho toàn bộ công trình, móng trụ là các cọc cắm sâu vào nền, giữa 6 các trụ có dầm đỡ van liên kết với trụ, dưới dầm đỡ van và trụ là cừ chống thấm đóng sâu vào nền, các thanh cừ liên kết với nhau, đỉnh cừ liên kết với dầm đỡ van và trụ, trên dầm đỡ van là cửa van kết hợp với các trụ để ngăn và điều tiết nước. Trụ pin của công trình liên kết trực tiếp với hệ thống cọc hoặc thông qua bệ đỡ. Hệ thống cọc có thể là cọc bê tông cốt thép thường đúc sẵn hoặc cọc bê tông cốt thép dự ứng lực hoặc cọc ống bê tông cốt thép đúc ly tâm hoặc cọc khoan nhồi hoặc cọc ống thép nhồi bê tông cốt thép. Dầm đỡ van nhận một phần lực do cửa van tác dụng và truyền về các trụ, có kết cấu dầm hoặc hộp phao được đúc sẵn rồi lắp ghép vào vị trí, hoặc đúc tại chỗ. Cừ chống thấm được đóng liên tục giữa hai bờ tạo thành vách đứng ngăn nước thấm dưới đáy công trình, liên kết vào đáy dầm đỡ van và trụ. Cừ được nhiều đơn vị trong và ngoài nước chế tạo sẵn, có thể được làm bằng thép, nhựa, composite, bê tông cốt thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực. Cửa van sử dụng trong đập Trụ đỡ có thể là cửa van sập trục trên, cửa van sập trục dưới, cửa van phẳng, cửa van cánh, cửa tự động thủy lực, cửa van cung, cửa van cao su hay cửa van phao các loại. Cửa van được vận hành đóng mở bằng thiết bị đóng mở. Đập Trụ đỡ chịu lực tập trung ở các trụ bằng hệ cọc nên có thể kết hợp làm cầu giao thông với tất cả các kết cấu cầu thông dụng. Tuy nhiên khẩu độ nhịp cầu phụ thuộc vào việc lựa chọn khẩu độ khoang để đảm bảo khả năng chế tạo cửa van. Đập Trụ đỡ được thiết kế mở rộng khẩu độ thoát nước đảm bảo lưu tốc qua công trình nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của đất nền nên kết cấu gia cố chống xói cho thượng hạ lưu chỉ cần bằng thảm đá hoặc tấm BTCT. 7 Chú dẫn : (1) Cọc chịu lực đáy (2) Cừ chống thấm (3) Bệ trụ (4) Trụ pin (5) Tháp van (6) Cầu giao thông (7) Dầm van 9 9 (8) Cửa van (9) Gia cố Hình 1-1. Kết cấu chung Đập trụ đỡ 1.1.2.2. Nguyên lý làm việc Ổn định: - Ổn định nhờ hệ cọc ngàm trong đất; - Lực ngang hoàn toàn do các cọc trong móng trụ chịu. Chống thấm: - Chống thấm bằng đường viền đứng tạo bởi các bản cừ đơn, liên tục dưới cống và nối tiếp với hai bờ. Tiêu năng: - Công trình mở rộng gần bằng với lòng dẫn tự nhiên nên ít co hẹp dòng chảy - Tốc độ dòng chảy qua cống nhỏ nên không cần có kết cấu tiêu năng kiên cố, chỉ cần gia cố nhẹ lòng dẫn bằng thảm đá hoặc thảm bê tông. 1.1.3. Tình hình ứng dụng ngoài thực tế Công nghệ Đập Trụ đỡ đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình ngăn sông vùng ven biển với mục đích ngăn mặn, giữ ngọt và tiêu lũ để tạo nguồn nước cho dân sinh, nông nghiệp ở nước ta. Một số công trình tiêu biểu : 8 1. Cống Sông Cui, huyện Châu Thành, tỉnh Long An [18]: Gồm 2 cửa mỗi cửa 7,5m. Chênh lệch mực nước 3m. Cầu giao thông H13-X60, bề rộng mặt cầu 5m, cửa van tự động 2 chiều. Hình 1-2. Cống Sông Cui – Long An 2. Cống Thảo Long - Huế [19] : Quy mô lớn nhất nước ta hiện nay, có chiều rộng thoát nước 480,5m, gồm 15 khoang cửa mỗi khoang rộng 31,5m, cửa van Clape trục dưới, nhịp cầu 33m, mặt cầu rộng 10m, tải trọng cầu H30-XB80. Chênh lệch mực nước 1,2m Hình 1-3. Cống ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long 3. Cống Biện Nhị - Cà Mau[21] : Quy mô công trình có chiều rộng thoát nước 30m, gồm 3 khoang cửa mỗi khoang rộng 10,5m, cửa van tự động 1 chiều, nhịp cầu 12,3m, mặt cầu rộng 6 m, tải trọng cầu H13XB80. Chênh lệch mực nước 2m Hình 1-4. Công trình cống Biện Nhị 9 4. Công trình cống Nhiêu Lộc Thị Nghè – TP Hồ Chí Minh [22] : Gồm 2 cửa mỗi cửa 7,5m. Chênh lệch mực nước 3m.Cầu giao thông H13-X60, bề rộng mặt cầu 5m, cửa van tự động 2 chiều. Hình 1-5. Cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè Ngoài ra còn có một loạt các công trình lớn nhỏ khác đã được xây dựng nằm rải rác ở các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long như : Đá Hàn, Ba Thôn, Hà Giang...đã đem lại hiệu quả kinh tế xã hội cao. Năm 2008, Chính phủ phê duyệt quy hoạch thủy lợi chống ngập úng cho TP Hồ Chí Minh tại Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 [14] . Hàng loạt các Cống lớn được quy hoạch đầu tư xây dựng như : Cống Tân Thuận, Phú Xuân, Mương Chuối, Sông Kinh, Kinh Lộ..v.v. Khẩu độ cống từ 60m -:-120m. Công nghệ chủ yếu được lựa chọn để xây dựng các cống này là công nghệ Đập Trụ đỡ. 1.2. Tổng quan về khung vây thi công 1.2.1. Khái niệm khung vây thi công Khung vây là công trình phụ tạm trong giai đoạn thi công có tác dụng ngăn không cho nước xâm nhập vào hố móng nhằm đảm bảo hố móng khô và tạo ra không gian hẹp giữa sông để thi công các trụ cầu giao thông hoặc các trụ của Đập trụ đỡ. 1.2.2. Cấu tạo khung vây Kết cấu khung vây truyền thống có cấu tạo cơ bản theo sơ đồ như sau: 10 ChiÒu réng khung v©y ChiÒu réng khung v©y ChiÒu dµi khung v©y ChiÒu dµi khung v©y Hình 1-6. Mặt bằng khung vây Trong đó : Hình 1-7. Cắt ngang khung vây + Lớp cừ chịu lực(1) đối xứng phía ngoài cắm vào nền, tựa vào vành đai(2) phía trong vừa làm nhiệm vụ kín nước, vừa tham gia chịu áp lực nước truyền vào và để giảm lưu lượng, áp lực thấm lên đáy móng. + Hệ khung chống(3) phía trong liên kết với vành đai và nhận lực đối xứng từ 4 phía truyền vào, các thanh chống này làm việc theo sơ đồ chịu nén hướng tâm, có khả năng chịu lực rất cao đóng vai trò quan trọng làm cho khung vây cân bằng và ổn định trong một không gian hẹp. + Hệ thống các cọc định vị(4)liên kết phía ngoài được đóng sâu vào lớp đất cứng để tăng cường độ ổn định tổng thể cho khung vây. + Lớp bê tông bịt đáy(5) có tác dụng chống thấm và chống đẩy bục hố móng. Đồng thời nó cũng đóng vai trò là điểm tựa như một khung chống của phần cừ cắm vào nền, nơi có áp lực ngoài tác dụng vào lớn nhất. Tùy theo chênh lệch mực nước trong và ngoài khung vây mà bố trí các tầng khung chống. Cột nước càng cao thì hệ khung chống càng dày, cột nước thấp thì khung chống thưa. Đồng thời quan hệ giữa lớp cừ kín nước và khung chống là hỗ trợ nhau, nếu cừ có độ cứng lớn thì khung chống bố trí thưa và ngược lại nếu chọn cừ có độ cứng yếu hơn thì khung chống phải dày hơn. 11 1.2.3. Một số dạng khung vây thi công trụ cầu giao thông 1.2.3.1. Khung vây cọc ván thép truyền thống Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng tường cọc bản bằng gỗ để làm tường vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước. Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước. Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng. Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện. Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (Ω), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau. Hình 1-8. Mặt cắt cừ dạng chữ Z Hình 1-9. Mặt cắt cừ dạng chữ U Hình 1-10. Mặt cắt cừ dạng hộp Thi công trụ cầu bằng khung vây cừ larsen được dùng phổ biến trên thế giới . Tai Việt Nam, hầu hết các trụ cầu đều được thi công dựa vào kết cấu khung vây dạng này. Một số công trình tiêu biểu như là : + Công trình cầu Kiền – Hải Phòng : xây dựng bên phà Kiền - QL 10, trên sông Cấm.