Bài giảng Công trình bến cảng

2 Nội dung môn học TT Nội dung Số tiết LT Số tiết BT Chương 1 Các vấn đề chung về công trình bến cảng 3 0 Chương 2 Tải trọng và tác động lên công trình bến 4 2 Chương 7 Các công trình ph

Trang 2

2

Nội dung môn học

TT Nội dung Số tiết (LT) Số tiết (BT)

Chương 1 Các vấn đề chung về công trình bến cảng 3 0

Chương 2 Tải trọng và tác động lên công trình bến 4 2

Chương 7 Các công trình phụ trợ của bến 3 0

Đồ án Thiết kế kỹ thuật một công trình bến cảng 5 10

Trang 3

3

Nội dung Chương 1

Chương 1: Các vấn đề chung về công trình bến cảng

1.1 Khái niệm và phân loại công trình bến

1.1.1 Khái niệm và chức năng của công trình bến.

1.1.2 Phân loại công trình bến.

1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu công trình bến.

1.3 Xác định các kích thước cơ bản của bến.

1.4 Hình dạng và vị trí tuyến bến.

Trang 4

4

Chương 1: Các vấn đề chung về công trình bến cảng

1.1. Khái niệm về cảng, bến tàu và công trình bến

• Cảng Thượng Hải của Trung Quốc Cảng nằm ở cửa sông Trường Giang

• Có diện tích 3.619 km2, bao gồm tổng cộng 125 bến với tổng chiều dài bến vào

Trang 5

5

• Cảng lớn thứ 2 trên Thế Giới và đứng sau cảng Thượng Hải đó là cảng

Singapore

• Cảng xuất nhập trên 500 triệu tấn hàng hóa mỗi năm.

• Các bến cảng kết nối với 600 cảng trên toàn cầu và nhận được trung bình

140.000 tàu mỗi năm.

Trang 6

6

1.1.1 Cảng

• Cảng là tập hợp các công trình và thiết bị cho phép tàu đỗ yên

tĩnh, xếp dỡ hàng hóa, đưa hành khách xuống tàu và ngược lại

nhanh chóng, tiện lợi tập trung, bảo quản, bao gói, và phân

loại hàng hóa phục vụ những nhu cầu của tàu đỗ trong cảng.

• Vì vậy các Cảng trở thành những đầu mối giao thông quan

trọng Tính chất xung yếu và phức tạp của đầu mối giao thông

này phụ thuộc vào vị trí địa lý, vai trò và nhiệm vụ của Cảng

Trang 7

3. Vận tải đường oto

4. Vận tải đường sông

5. Vận tải đường ống

Hình 1‐1: Sơ đồ cảng là đầu mối giao thông

Trang 8

8

1.1.2.Bến tàu.

Chức năng chủ yếu của cảng là vận chuyển hàng hóa từ vận tải

thủy lên bờ hay ngược lại. Quá trình này được mô tả trên hình

1.2. Hàng hóa có thể chuyển theo hai phương án

‐ Phương án trực tiếp: Từ tàu thủy lên tàu hỏa (2) và ô tô (4)

hoặc lên tàu sông (1).

‐ Phương án gián tiếp: Từ tàu thủy lên bãi (3) và kho (5); phân

loại, xếp đống (6); chuyển tiếp lên tàu hỏa (7) và ô tô (8). Hàng

hóa trên bờ đưa xuống tàu theo chiều ngược lại.

Hình 1_ 2 Sơ đồ bốc xếp hàng qua bến.

Trang 9

9

1.1.1 Khái niệm và chức năng của công trình bến.

• Là bộ phận quan trọng nhất trong số các công trình xây dựng

của bến. Nó là gianh giới giữa khu đất và khu nước của cảng,

tạo điều kiện tốt nhất cho tàu tiếp xúc với bờ, bảo đảm cho

tàu neo đậu và bốc xếp hàng hóa đồng thời bảo đảm cho các

thiết bị xếp dỡ và phương tiện vận chuyển trên bến làm việc

an toàn, thuận tiện.

Phân loại công trình bến.

• Các công trình bến có thể được phân loại dựa vào các đặc

điểm như: Hình dáng mặt cắt, vị trí đối với bờ, vật liệu xây

dựng, kiểu kết cấu, thời hạn phục vụ, công dụng, vốn đầu tư.

1.2. Khái niệm và phân loại công trình bến

Trang 10

10

a) Phân loại theo mặt cắt

Trang 11

11

b) Phân loại theo vị trí công trình đối với bờ

Trang 12

12

c) Phân loại theo vật liệu xây dựng

Vật liệu xây dựng có thể dùng để làm công trình bến là gỗ,

thép, bê tông, bê tông cốt thép và vật liệu hỗn hợp

d) Phân loại theo quy mô công trình

Trang 13

13

f) Phân loại theo đặc điểm kết cấu

• Theo đặc điểm kết cấu và tính toán, các công trình bến

Trang 14

14

Trang 15

15

Bến kiểu tường góc

Tường cừ là loại tường chắn gồm

nhiều cây cừ riêng lẻ đóng sát

nhau và tính ổn định của nó là nhờ

gối neo (nếu có) và phần chân cừ,

ngàm trong đất nền.

Trang 16

16

Bến kiểu móng cọc

Trang 17

17

• Khi thiết kế công trình bến, người ta đề ra các phương

án kết cấu có thể sử dụng được, sau đó căn cứ vào các

chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật (giá thành, thời hạn xây dựng, độ

lâu bền và các yêu cầu khai thác) tiến hành so sánh để

lựa chọn phương án kết cấu hợp lý.

• Để có thể đề xuất các phương án kết cấu cần phải biết

các yếu tố ảnh hưởng đến kiểu kết cấu công trình bến

như

1 Điều kiện tự nhiên nơi xây dựng,

2 Các yêu cầu sử dụng,

3 Điều kiện thi công

4 Điều kiện vật tư

1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu công trình bến.

Trang 18

18

1.3.1 Điều kiện tự nhiên nơi xây dựng.

• Trong số những yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến giải pháp kết cấu bến thì địa

chất công trình nơi xây dựng là điều kiện tiên quyết

• Đối với các loại đất mềm và cho phép hạ cọc bằng những phương pháp

khác nhau (đóng, ép, xói, rung, xoắn) thì công trình bến kiểu cọc là hợp lý

hơn trọng lực và trường là phương án kết cấu được kiến nghị đầu tiên.

• Các công trình bến kiểu trọng lực sử dụng hợp lý với đất nền là đá, nửa đá

hay sét chặt và không cho phép đóng cọc bến trọng lực có thể xây dựng

trên đất cho phép đóng cọc nếu thi công theo phương pháp trên khô (trước

lúc ngập của hồ chứa nước).

• Sau yếu tố địa chất công trình phải kể đến điều kiện thủy văn Trong nhiều

trường hợp, tình hình thủy văn nơi xây dựng quyết định hình dáng và kích

thước của công trình bến, quyết định việc phân bố theo chiều cao các đoạn

nghiêng trung gian ở các bến khách và việc phân bố thiết bị neo cập tàu

• Với những biên độ dao động của mực nước lớn hơn 4,0 mét việc tuân theo

nguyên tắc này đòi hỏi phải có những giải pháp sáng tạo khi vạch ra

phương án kết cấu bệ cọc cao.

• Trên một số sông có vật trôi về mùa lũ , không nên dùng kiểu bệ cọc cao hay

bệ cọc cao với cừ sau vì đề phòng các vật trôi va chạm làm gãy cọc.

• Sau cùng, tính chất và mức độ ăn mòn của môi trường nước cũng có ảnh

hưởng đến việc dùng bến trọng lực hay móng cọc.

Trang 19

19

1.3.2 Các yêu cầu sử dụng

• Kiểu và kết cấu công trình bến liên hệ chặt chẽ với sơ đồ cơ

giới hóa Các quá trình bốc xếp trên bến, loại và các đặc trưng

kỹ thuật của máy xếp dỡ, vận chuyển cũng như việc bố trí

hoạt động của chúng trên bến quyết định phạm vi, quy luật và

giá trị của các tải trọng tác dụng lên công trình bến Sơ đồ bốc

xếp đòi hỏi khu đất trước bến đủ rộng, trong nhiều trường hợp

phải dùng bến liền bờ như trọng lực hoặc tường cừ Việc tạo

ra một mặt bằng hẹp ở xa bờ và nối với bờ bằng đường dãn

thích hợp hơn cả là dùng móng cọc Ở các cảng sông, khi bốc

xếp hàng rời, công trình bến thường là các trụ độc lập xây

dựng trên mái nghiên của bờ.

•

• Để có thể tiếp nhận tàu chuyên dụng và có kích thước lớn,

các công trình bên phải cấu tạo đặc biệt đủ sức chịu đựng tác

dụng của các tải trọng do tàu.,

Trang 20

20

1.3.3 Điều kiện thi công

• Trình độ, trang bị và điều kiện thi công cũng là một nhân tố

ảnh hưởng (nhiều khi rất đáng kể) đến giải pháp kết cấu cụ

thể của công trình bến Nếu thi công trong nước thì tường cừ

và móng cọc là các phương án hợp lý nhất Tường cừ cọc

ống bê tông cốt thép đôi khi có thể cạnh tranh được với tường

cừ thường nếu như có cơ sở công nghiệp chế tọa cọc và các

đội thi công được trang bị búa rung Bến trọng lực, đặc biệt là

kiểu khối xếp, đòi hỏi phải có cần trục nổi với sức nâng lớn và

các thiết bị chuyên dùng để tạo lớp đệm.

•

• Khả năng chế tạo vận chuyển, cẩu lắp trong quá trình xây

dựng cũng quyết định kích thước các bộ phận kết cấu công

trình.

•

• Ở nước ta, nhiều đội thi công được trang bị các búa đóng cọc

khác nhau và có nhiều kinh nghiệm xây dựng các công trình

móng cọc.

Trang 21

21

1.3.3 Điều kiện vật tư

• Khả năng cung cấp vật liệu, đặc biệt là vật liệu tại chỗ

(gỗ, cát, đá dăm, đá hộc, đất đắp v.v ) cũng giữ vai trò

nhất định khi lựa chọn kết cấu bến.

• Tường cừ thép đối với nhiều nước tiên tiến trên thế giới

là loại kết cấu thi công nhanh và kinh tế.

• Khi chọn kết cấu bến, người ta sẽ nghiêng về phương án

tiêu tốn ít nhất các vật liệu quý hiếm, tăng cường sử

dụng các vật liệu có thể chủ động trong kế hoạch và tận

dụng vật liệu địa phương.

Trang 22

22

Trang 23

23

Sau đây là bảng tổng kết phạm vi sử dụng có lợi của các loại kết cấu

bến (bảng 1.3)

Trang 24

24

1.4.1 Chiều dài bến

• Chiếu dài bến cho tuyến mép bến liên tục cảng biển được xác

định phụ thuộc vào chiều dài tàu thiết kế l t và khoảng cách dự

phòng d :

l b = l t + d

1.4 Xác định các kích thước cơ bản của bến.

Trang 25

- Khi nối tiếp giữa bến với phần kè ốp bờ, trị số l bđược tính bắt đầu từ nới có

đủ độ sâu tính toán của bến đó.

• - Số liệu trong bảng 1-3 cũng là cơ sở để định ra chiều rộng của

các bến nhô

• Nếu quá trình xếp dỡ mà tàu phải xê dịch dọc bến thì chiều dài lb

sẽ là:

l b = l t + d + l d

l d là chiều dài dịch chuyển công nghệ của tàu

Trang 26

26

1.4.1 Chiều dài bến- Trong sông

Trang 27

27

1.4.1 Chiều dài bến- Trong sông

Trang 28

28

1.4.2 Chiều rộng bến

• Khái niệm chiều rộng bến được hiểu theo hai khía cạnh: Ổn định của

kết cấu và đủ thuận tiện cho các thao tác bốc dỡ hàng hóa Chiều rộng

ổn định B cũng tùy thuộc vào mỗi loại kết cấu.

• Đối với bến trọng lực:

B = (0.6-0.8)H H- chiều cao trước bến

• Đối với cầu tàu dọc bờ: B = m.H

m: là độ dốc mái ổn định của mái đất dưới gầm cầu tầu: m = cotg β

• Đối với bến tường cừ:

B = Ln

L n là chiều dài thanh neo

Chiều rộng B xác định theo công nghệ bốc xếp hàng cũng rất khác nhau;

thường lấy bằng chiều rộng tuyến mép bến B t :

B = Bt

Trang 29

29

1.4.3 Mực nước thấp thiết kế (MNTTK)

• Mực nước thấp tính toán lấy theo bảo đảm suất quy định Bảo

đảm suất phụ thuộc vào hiệu số giữa mực nước có bảo đảm suất

50% với mưc nước thấp nhất Mực nước thấp nhất là mực nước

năm thấp nhất với tần suất 1 lần trong 25 năm (Bảo đảm suất

4%)

Trang 30

30

1.4.3 Mực nước cao thiết kế (MNCTK)

• Mực nước cao thiết kế phải lấy theo quy định của các tiêu chuẩn

thiết kế công trình thủy; chủ yếu phụ thuộc vào cấp công trình bến

(hình 1-6)

- 1% đối với các công trình bến cấp I

- 5% đối với các công trình bến cấp III

- 10% đối với các công trình bến cấp IV

Trang 31

H 0 chiều sâu thiết kế: H 0 = H ct + Z 4

H ct = T+Z 0 +Z 1 +Z 2 +Z 3 là chiều sâu chạy tàu

Trang 32

32

• Dựa vào chiều sâu địa hình Hđh quá trình thiết kế được đơn giản hóa

nhiều Từng cấu kiện ứng với mỗi loại kết cấu bến được định hình hóa,

tạo điều điều kiện thuận lợi cho công nghệ chế tạo và giảm giá thành

xây dựng.

Trang 33

33

Trang 34

34

• Vạch phương án tối ưu của tuyến bến trên mặt bằng, cần phải thỏa mãn

những yêu cầu sau:

• Chiều dài đủ để bố trí hết số lượng bến theo quy định về khoảng cách

giữa các bến riêng biệt cũng như các khu bến

• Kích thước khu bến đủ rộng.

• Bố trí hợp lý thiết bị xếp dỡ, diện tích kho bãi và các công trình cũng

như là hệ thống đường sắt, đường oto, đường ống…

• Hợp lý về hình dạng kích thước khu nước, đặc biệt là vừng nước sát

bến.

• Tiện ích khi tàu vào bến, buộc neo và rời bến

• Tầu đỗ yên tĩnh ở bến, tránh ảnh hưởng của sóng và gió

Trang 35

35

• Sau khi chọn hình dạng mặt bằng tuyến bến,bước quyết định là vị trí

mép bến là rất quan trọng Mép bến là đường tiếp cận khả dĩ của boong

tàu tính toán với bờ ứng với mực nước thấp thiết kế.

Trang 36

1

Nội dung Chương 2

Chương 2: Tải trọng và tác động lên công trình bến

2.1 Các loại tải trọng, tác động và tổ hợp tải trọng.

2.7 Nguyên tắc chung tính toán công trình bến.

2.1.1 Các tải trọng tác

động lên công trình bến

• Tùy theo tính chất và

thưòi gian tác động của

các tải trọng trên công

trình bến người ta chia

những tải trọng này thành

hai loại: tải trọng thường

xuyên và tải trọng tạm

thời Trong đó các tải

trọng tạm thời lại được

Trang 37

• 2.1.1.1 Tải trọng thường xuyên:

• Là tải trọng tác động lên công trình

hay kết cấu công trình trong suốt

quá trình khai thác, bao gồm:

- Trọng lượng bản thân của công trình

2.1 Các loại tải trọng, tác động và tổ hợp tải trọng

2.1.1 Các tải trọng tác động lên công trình bến

2.1.1.2 Tải trọng tạm thời

• Là tải trọng tác động lên công trình trong một thời gian hoặc từng

thời kỳ nhất định trong quá trình xây dựng và khai thác công trình.

a) Tải trọng tạm thời tác động lâu dài:

• Tải trọng tác động lên công trình trong một thưòi gian tương đối dài.

- Tải trọng do các máy bốc xếp di động, các phương tiện vận tải và hàng hóa

xếp trên bến;

- Áp lực chủ động của đất do ảnh hưởng của tải trọng tạm thời trên bến;

- Áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau công trình bến cao hơn mực nước

trước bến, trong điều kiện hệ thống công trình thoát nước ngầm của bến vẫn

hoạt động bình thường.

b) Tải trọng tạm thời tác động tức thời:

• Tải trọng tác động lên công trình trong một thời gian ngắn

- Tải trọng do sóng;

- Tải trọng do tàu: lực neo tàu, lực tựa tàu và lực va khi tàu cặp bến;

- Tải trọng ngang do cần cẩu;

- Tải trọng tác động trong giai đoạn xây lắp

Trang 38

3

2.1.1 Các tải trọng tác động lên công

trình bến

2.1.1.2 Tải trọng tạm thời

c) Tải trọng tạm thời đặc biệt:

• Tải trọng tác động lên công trình trong

thời gian ngắn, trong điều kiện đặc biệt

- Áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau

công trình bến cao hơn mực nước trước

bến, trong điều kiện chỉ có một nửa hệ

thống công trình thoát nước ngầm còn

hoạt động được;

- Tải trọng do động đất, sóng thần.

• Các tải trọng nói trên được chọn để

ghép vào với nhau thành nhiều tổ hợp

khác nhau Công trình bến được tính

toán theo hai loại tổ hợp tải trọng: Tổ

hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt.

2.1.2.Các tổ hợp tải trọng:

• Khi tính toán công trình bến hay kết cấu của nó người ta phải tổ hợp tất

cả các tải trọng có thể đồng thời tác dụng lên công trình gây trạng thái

ứng suất biến dạng bất lợi nhất cho công trình hay các bộ phận của

nó.

2.1.2.1 Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm:

• Các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời tác động lâu dài và

một trong số các tải trọng tạm thời tác động tức thời Trong đó tải trọng

tạm thời tác động tức thời được chọn đưa vào tổ hợp cơ bản phải là tải

trọng gây ảnh hưởng nhiều nhất đối với trạng thái ứng suất, biến dạng

của toàn bộ kết cấu hoặc của từng bộ phận kết cấu và nền công trình

ngoài ra phải lựa chọn thành phần và cách xếp đặt các tải trọng sao

cho có được tổ hợp bất lợi nhất.

2.1.2.2) Tổ hợp tải trọng đặc biệt.

• Gồm các tải trọng thường xuyên các tải trọng tạm thời có khả năng xảy

ra cùng một lúc và một trong số các tải trọng tạm thời đặc biệt Trong

đó các tải trọng tạm thời tác động nhanh được nhân với hệ số tổ hợp

n1 = 0,8 để xét đến việc trong thực tế tải trọng tạm thời đặc biệt và các

tải trọng tạm thời khác ít có xác suất đạt đến giá trị lớn nhất trong cùng

một lúc.

Trang 39

• Ngoài những tải trọng kể trên, khi thiết kế công trình bến phải xem xét

những tác động khác có ảnh hưởng đến an toàn và tuổi thọ công trình

như khả năng đất nền bị bào xói do dòng chảy, sóng, hoặc chân vịt của

tàu, khả năng các cấu kiện bị han gỉ hoặc bị tác động bao mòn của phù

sa.

• Tải trọng dùng để tính toán kết cấu và nền công trình có thể có hai giá

trị Tiêu chuẩn và tính toán Việc sử dụng giá trị nào để tính toán phải

phù hợp với quy định của từng bài toán cụ thể.

• Giá trị tiêu chuẩn của từng loại tải trọng được quy định trên cơ sở quan

trắc những yếu tố tạo ra tải trọng đó và chỉnh biên các số liệu quan trắc

bằng phương pháp xác suất thống kế Giá trị tính toán của tải trọng

được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với hệ số vượt tải n

Nếu việc giảm nhỏ trị số của một tải trọng nào đó sẽ ảnh hưởng xấu

đến khả năng chịu tải của công trình hoặc từng bộ phận công trình thì

giá trị tính toán của tải trọng dó được xác định bằng cách nhân giá trị

tiêu chuẩn với số nghịch đảo của hệ số vượt tải (1/n).

• Trong bảng 2.1 ghi giá trị hệ số vượt tải của các tải trọng thường gặp

trong tính toán công trình bến.

2.1.2.Các tổ hợp tải trọng:

2.1.2.2) Tổ hợp tải trọng đặc biệt.

Trang 40

5

• Trọng lượng bản thân của các cấu kiện công trình bến được xác

định trên cơ sở kích thước hình học của cấu kiện và dung trọng vật

liệu dùng để chế tạo ra cấu kiện đó Trường hợp công trình nằm

dưới mực nước tính toán, khi xác định trọng lượng các cấu kiện

phải trừ đi lực đẩy nổi thủy tĩnh tác dụng lên cấu kiện.

• Trọng lượng đất lấp tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt nằm

ngang của công trình lấy bằng tích số giữa dung trọng đất và chiều

cao lớp đất lấp Dung trọng đất trong trạng thái đẩy nổi (nằm dưới

nước) được xác định có xét đến độ rỗng của đất theo công thức:

Trong đó:

γr : Tỷ trọng bình quân của các hạt rắn, thông thường;

γr = 2,65 ÷ 2,75 T/m3;

ε: Hệ số độ rỗng.

Đối với đất cát trong tính toán thực tế có thể lấy γđn = 1,0 T/m3.

2.2.Trọng lượng bản thân của các cấu kiện công trình bến

2.3.1 Áp lực thủy tĩnh

• Áp lực thủy tĩnh tác động lên công trình bến xuất hiện khi mực nước

trong lòng bến cao hơn mực nước trước bến Nguyên nhân dẫn đến

sự chênh lệch này giữa hai mực nước thường là do mực nước

trước bến hạ xuống khi triều rút, khi chịu tác động của gió theo

hướng từ bờ ra biển, hoặc khi mực nước dao động theo mùa cũng

có khi, mực nước ngầm dâng lên do nước mưa rào hoặc nước thải

ra từ các máy bốc xếp thủy lực.

• Có những loại kết cấu công trình bến có khả năng thoat nước, nhờ

đó áp lực thủy tĩnh của ngước ngầm hầu như không xuất hiện Đó là

những công trình bến có kết cấu dạng chuồng, dạng tường cừ bằng

cọc bê tông cốt thép không có khóa liên kết, dạng tường trọng lực

trên đệm đá có lăng thể giảm tải lòng bến v.v…

• Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm thường xuất hiện ở các công trình

bến dạng tường cừ bằng thép đóng vào tầng sét, hoặc dưới chân

tường có tầng sét, có tác dụng như tầng không thấm nước.

2.3 Áp lực thủy tĩnh và tải trọng do sóng

Tiêu đề	Công Trình Bến Cảng
Trường học	Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Xây Dựng Công Trình Cảng Đường Thủy
Thể loại	Bài Giảng
Năm xuất bản	2020

Định dạng
Số trang	302
Dung lượng	14,57 MB