nghiên cứu kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền cho các công trình ngăn sông vùng ven biển đồng bằng sông cửu long

Vì vậy song song với việc nghiên cứu các giải pháp xây dựng các công trình ngăn sông thì Âu thuyền cũng được phát triển để đáp ứng được nhu cầu giao thông thuỷ, đảm bảo an toàn thuận tiệ

- -

NGUYỄN VIỆT ANH

NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

ÂU THUYỀN CHO CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Chiến, PGS.TS Trần Đình Hòa - 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 ThS Trần Văn Thái và 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 giúp đỡtác giả trong công việc và nghiên cứu

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 động viên trong suốt quá trình viết luận văn

Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2013

Tác giả

BẢN CAM KẾT

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu và phương pháp tính toán âu

thuyền cho các công trình ngăn sông vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu 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

Học viên

Nguyễn Việt Anh

2.1.1 Những vấn đề cần xem xét khi thiết kế âu thuyền trong công trình ngăn

45T

2.1.2 Đề xuất một số giải pháp kết cấu âu thuyền phù hợp với địa hình, địa chất

3.1 Kết cấu buồng âu trên nền đất yếu (bao gồm phần móng cọc phía dưới và

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

mang lại hiệu quả cao bởi những ưu điểm như chuyên chở được khối lượng hàng hóa lớn, có kích thước cồng kềnh, tốc độ vận chuyển trung bình khá lớn, chi phí nhiên liệu bỏ ra trong quá trình vận chuyển nhỏ v.v

Từ xa xưa, khi những phương tiện vận chuyển hiện đại chưa phát triển thì thuyền bè là phương tiện quan trọng để vận chuyển hàng hoá và cũng nhờ đó con người đi lại khắp mọi nơi trên thế giới Những cửa sông lớn và mạng lưới các sông nối liền với biển có một vai trò hết sức lớn lao trong sự phát triển của nhân loại Ngày nay, cho dù con người đã phát minh chế tạo ra rất nhiều loại phương tiện khác phục vụ cho vận chuyển hàng hoá nhưng tàu bè vẫn giữ vai trò quan trọng cho việc lưu thông hàng hoá bởi những ưu điểm vốn có và đặc biệt là phương tiện đưa con người đi lại trên toàn thế giới Tuy nhiên, trong quá trình phát triển của xã hội loài người do vấn đề thiếu hụt nguồn năng lượng cũng như quá trình đô thị hóa phát triển nhanh nên việc xây dựng các công trình ngăn sông để giải quyết những vấn đề bức thiết đó vô tình đã làm cản trở sự lưu thông của thuyền bè dẫn tới việc vận tải bằng đường thủy gặp nhiều khó khăn

Vì vậy song song với việc nghiên cứu các giải pháp xây dựng các công trình ngăn sông thì Âu thuyền cũng được phát triển để đáp ứng được nhu cầu giao thông thuỷ, đảm bảo an toàn thuận tiện cho tàu bè qua lại, đặc biệt là trên các con sông lớn, các vùng cửa sông ven biển Đồngbằng sông Cửu Long có lưu lượng tàu bè với tải trọng và kích thước khác nhau thường xuyên qua lại

Trong những năm vừa qua, bên cạnh các công nghệ truyền thống và một số công nghệ mới về xây dựng công trình ngăn sông đã được áp dụng khá hiệu quả vào thực tế như CN đập Trụ đỡ, CN đập xà lan,.v.v thì vấn đề thiết kế âu thuyền phục

vụ vận tải thủy vẫn còn chưa được quan tâm đúng mức Do đó các giải pháp về kết cấu âu thuyền cũng là một trong những nội dung cần phải được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện

Đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền

cho các công trình ngăn sông vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long” nhằm

từng bước tiếp cận một cách mạnh mẽ, sâu rộng hơn các công nghệ mới, góp phần phục vụ nhu cầu cấp bách của thực tế sản xuất có một ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, đo đạc khảo sát thực tế hiện trạng những vị trí đề xuất xây dựng công trình, từ đó đề ra phương án cụ thể phù hợp với tình hình điều kiện cụ thể của nước ta

+ 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 phân tích, tổng hợp

4 Kết quả đạt được

kết quả nghiên cứu đã có trong nước và trên thế giới, xác định những vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu bổ sung;

Long;

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU

Trong các loại hình vận tải thì vận tải bằng đường thủy có giá thành rẻ nhất và mang lại hiệu quả cao bởi những ưu điểm như chuyên chở được khối lượng hàng hóa lớn, có kích thước cồng kềnh, tốc độ vận chuyển trung bình khá lớn, chi phí nhiên liệu bỏ ra trong quá trình vận chuyển nhỏ v.v

Trên thế giới, các công trình ngăn sông lớn nói chung và âu thuyền nói riêng được xây dựng khá sớm với nhiều hình thức kết cấu và biện pháp thi công khác nhau Các âu thuyền được xây dựng trong công trình ngăn sông trên thế giới thường kết hợp đa mục tiêu (giao thông thủy, du lịch…) vì vậy chúng được thiết kế với nhiều kiến trúc mang tính thẩm mỹ rất cao và phù hợp với quy hoạch tổng thể nên trở thành những điểm du lịch hấp dẫn

Việt Nam có một hệ thống sông ngòi dày đặc từ bắc vào nam và rất nhiều cửa sông lớn đổ ra biển như: Sông Hồng, sông Thái Bình (Bắc Bộ), sông Mã, sông Lam, sông Thạch Hãn, sông Trà Khúc (Trung Bộ), hệ thống sông Đồng Nai và sông Cửu

tế xã hội nước ta như cấp nước tưới, sinh hoạt, dân sinh, công nghiệp, phát điện, vận tải thuỷ…Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, tình hình biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng phức tạp, ảnh hưởng rất nhiều tới quy luật dòng chảy, từ đó ảnh hưởng bất lợi tới tình hình phát triển kinh tế xã hội, đời sống dân sinh

Điều này đặt ra rất nhiều thách thức cho việc nghiên cứu các giải pháp xây dựng các công trình ngăn sông lớn nhằm đảm bảo các mục tiêu như ngăn mặn, giữ ngọt, giao thông, dân sinh kinh tế Việc ngăn sông lớn kết hợp với xây dựng các giải pháp Âu thuyền sẽ đạt được nhiều mục đích như giữ nước và đáp ứng được nhu cầu giao thông thuỷ, đảm bảo an toàn thuận tiện cho tàu bè qua lại, đặc biệt là trên các con sông lớn, các vùng cửa sông ven biển Đồngbằng sông Cửu Long có lưu lượng tàu bè với tải trọng và kích thước khác nhau thường xuyên qua lại

1.2 Tổng quanvề âu thuyền[4]

Âu thuyền là công trình thủy công đưa tàu bè qua nơi có mực nước chênh lệch bằng cách cho tàu vào trong buồng âu và thay đổi mực nước trong buồng âu cân bằng dần dần với mực nước thượng lưu, hạ lưu

[4]

1.2.1 Cấu tạo chung của âu thuyền

Âu thuyền gồm 3 bộ phận chủ yếu: thân âu, đầu âu và kênh dắt thuyền

Đầu âu: có nhiệm vụ giữ độ chênh lệch mực nước giữa thượng hạ lưu với

buồng âu và đặt các thiết bị của âu như cửa âu, hệ thống cấp tháo nước, thiết bị đóng mở cửa âu, van cấp tháo, phai sửa chữa, dây an toàn chống thuyền va vào cửa

Đầu âu gồm có đầu âu trên và đầu âu dưới, ngoài ra với âu đa cấp còn có đầu

âu giữa

Buồng âu: là phần giới hạn bởi đầu âu trên và đầu âu dưới, là nơi để chứa tàu

thuyền và đưa tàu lên xuống theo mực nước thay đổi

Kích thước buồng âu thuyền được tính toán, xác định dựa trên số liệu thống

kê, quy hoạch của con sông có công trình ngăn nước như đập, cống xem xét đến giao thông thuỷ trong tương lai Kết cấu buồng âu thuyền có thể là một khoang tường thẳng đứng bằng BTCT hoặc là một đoạn sông gia cố hai bờ bằng BTCT hoặc bằng đá xây Mặt cắt ngang buồng âu có thể là hình chữ nhật, hình thang, hoặc kết hợp cả hình chữ nhật và hình thang

Loại mặt cắt chữ nhật thường được sử dụng, nhất là trong trường hợp cột nước cao Loại này có ưu điểm là lợi dụng được toàn bộ chiều rộng của buồng âu để đậu thuyền, do vậy tiết kiệm được lượng nước tiêu hao mỗi lần tháo qua âu

Loại mặt cắt hình thang dùng khi cột nước thấp, loại này có kết cấu đơn giản Song thuyền chỉ đậu được trong phạm vi bằng chiều rộng đáy buồng âu, để đảm bảo khi mực nước trong buồng âu hạ thấp, đáy thuyền không chạm vào bờ dốc buồng

âu Vì vậy lượng nước mỗi lần tháo qua âu sẽ tốn hơn

Loại kết cấu kết hợp bao gồm phần ở đáy theo mặt cắt chữ nhật, có dạng tường chắn đất ở hai bên, phía trên là mái dốc theo mặt cắt hình thang Loại này tiết kiệm được một phần tường chắn đất và khắc phục được một phần nhược điểm mặt cắt hình thang Loại này được sử dụng trong trường hợp có cột nước vừa và nhỏ Kết cấu buồng âu cũng như bất kỳ công trình thuỷ lợi khác, nó phụ thuộc vào địa chất nền Ở nền đá tức địa chất tốt thì buồng âu có thể đào ngay vào đá thậm chí có thể tận dụng vách đá để làm tường âu, nhưng ở những nơi nền mềm yếu, kết cấu buồng âu phải vững chắc hơn và nền cần được xử lý để có thể xây dựng

Hệ thống cấp tháo nước:Hệ thống này nhằm mục đích dẫn nước vào buồng âu

hoặc tháo nước về hạ lưu làm cho mực nước trong buồng âu ngang bằng với mực nước thượng lưu hoặc hạ lưu khi đưa thuyền qua âu

Khi thiết kế các hệ thống dẫn tháo nước cho các âu thuyền cần phải thoả mãn các điều kiện sau đây:

+ Lấy nước từ thượng lưu vào để đưa thuyền qua âu một cách tiết kiệm nhất + Thời gian làm đầy và tháo cạn buồng âu là ít nhất với mọi khả năng có thể + Phải đảm bảo trạng thái thuỷ lực ở trong buồng âu ổn định khi thuyền di chuyển trong thời gian qua âu (không bị va chạm và di động mạnh), cơ động được trong buồng âu và trong kênh dẫn

Hệ thống dẫn tháo nước gồm hai loại chủ yếu: dẫn tháo tập trung và dẫn tháo phân tán Loại tập trung như dẫn nước qua lỗ cửa chính, vòng quanh đầu âu hoặc ngưỡng đáy âu Loại phân tán nước được dẫn phân tán dọc theo tường âu hoặc đáy buồng âu

Kênh đầu âu: (kênh dắt tàu) là bộ phận nhằm đảm bảo tàu ra vào âu được xuôi

thuận an toàn, gồm có:

Kênh đầu âu thượng lưu: là bộ phận nối tiếp đầu âu trên với kênh dẫn thượng lưu;Kênh dẫn đầu âu hạ lưu: là bộ phận nối tiếp đầu âu dưới với kênh dẫn hạ lưu Trên mỗi kênh đầu âu có:

+ Tường dẫn hướng: để hướng tàu ra vào âu thuận lợi, dễ dàng

+ Bến đợi: nơi để tàu neo đỗ chờ đợi qua âu

+ Đê chắn sóng: bảo vệ tàu, công trình khỏiảnh hưởng của sóng lớn

Kênh dẫn: là đoạn tiếp theo kênh đầu âu với tuyến sông hay kênh đào

1.2.2 Phân loại âu thuyền[15]

3- Ngưỡng âu; 4-Khối nước cấp tháo 1- Cửa âu; H-Cột nước chênh lệch; Hình 1-4: Âu thuyền đa cấp

SRbR- Độ sâu các buồng âu

Âu thuyền đơn cấp:Tàu thuyền vượt qua cột nước chênh lệch thượng hạ lưu

chỉ qua một buồng âu thuyền

Âu thuyền đa cấp:Âu thuyền có từ hai buồng âu trở lên, bố trí nối tiếp nhau để

tàu có thể vượt qua cột nước chênh lệch lớn

Cửa van bố trí ngập (dưới mực nước hạ lưu)

Cửa van bố trí không ngập (trên mực nước hạ lưu)

ngập

lượng

1.2.2.3 Theo số lượng buồng âu bố trí theo hàng ngang

Âu thuyền đơn tuyến: Trên tuyến chạy tàu, tại một mặt cắt ngang chỉ có một

buồng âu

Âu thuyền đa tuyến: Bố trí song song 2 buồng âu trở lên trên mặt cắt ngang

Âu thuyền đa tuyến thường được xây dựng tại vùng sông có mật độ tàu bè lớn, mà xây âu đơn tuyến thì không đáp ứng được yêu cầu thông thuyền

Để tiện cho thiết kế và thi công, 2 âu thuyền có thể giống nhau, tùy theo tình hình vận tải và tiết kiệm nước mà có thể thiết kế 2 âu thuyền không giống nhau (tuyến ngắn và tuyến dài)

1.2.2.4 Theo phương pháp cấp tháo nước

Trường hợp này cửa âu thuyền đồng thời làm nhiệm vụ cửa van cấp tháo nước Loại này thường áp dụng nơi có cột nước chệnh lệch nhỏ

Cấp tháo nước tập trung bằng đường ống ngắn, dùng với âu thuyền nhỏ, cột nước thấp, ống ngắn có thể bố trí vòng ngang đầu âu hoặc luồn dọc đứng trong tường đầu âu trên

nước cao

Hình 1-12: Cấp nước phân tán bằng đường ống dài

1.2.3 Cửa van dùng trong âu thuyền[15]

Cửa van dùng trong âu thuyền (cửa thông thuyền) là kết cấu ngăn chăn nước hoặc tháo nước ở phía đầu âu để đưa thuyền bè từ thượng lưu xuống hạ lưu, hoặc ngược lại bằng khối nước trong bụng âu chứ không phải dùng lực cơ giới nâng hạ thuyền bè

Cửa này thường bố trí đầu âu trên, được thả chìm xuống trong khe van để cho thuyền bè từ phía thượng lưu đi xuống hạ lưu hoặc ngược lại Cho nước chảy đầy bụng âu bằng cách kéo cửa van lên và sử dụng cột nước chênh lệch đã tạo thành từ phía thượng lưu vào bụng âu Cột nước chênh lệch không lớn hơn 15m thường khoảng 5 ÷ 6m Việc nâng hạ cửa phải dùng thiết bị có sức nâng lớn nên cồng kềnh

và do đó làm giá thành xây dựng cao

Cửa này dùng ở âu thuyền là loại cửa cung chìm sập xuống để thuyền bè đi qua ở trên, thường dùng ở đầu âu trên Cửa cung dùng trong trường hợp này củng giống như cửa phẳng chìm đều dùng để tháo nước đầy bụng âu Cửa dùng xích hoặc

xi lanh thủy lực nâng hạ từ hai bên

Cửa chữ nhân thường dùng ở đầu âu dưới đối với âu thuyền đơn cấp Đối với

âu thuyền đa cấp có thể dùng ở đầu âu trên và các đầu âu giữa Với đầu âu trên khi

có cột nước dao động lớn thì dùng cửa chữ nhân không kinh tế vì kết cấu cồng kềnh

và chế độ nội lực cũng như cơ cấu đóng mở phân bố không hợp lý

Cửa gồm có các bộ phận chính: Tấm bưng, hệ thống dầm chính ngang hoặc đứng, bộ phận trục quay, bộ phận tựa và làm chuẩn, dầm chéo và các thiết bị chắn nước bằng gỗ hay cao su Thiết bị đóng mở cửa có thể dùng tời, thanh răng bánh răng hoặc xi lanh thủy lực

Hình 1-15: Cửa van phẳng kéo lên

Cửa phẳng này dùng cho các âu thuyền kiểu giếng có cột nước chênh lệch cao, thường bố trí phía đầu âu dưới và trước tường ngực Khi cho thuyền đi qua cần đảm bảo tĩnh không thông thuyền không bị vướng Cửa phẳng kéo lên làm việc trong điều kiện nước cân bằng nhờ có hành lang thoát nước

Là một loại cửa phẳng xoay chung quanh các trục tựa nằm ngang, cửa thường dùng ở đầu âu thượng lưu Do kết cấu cửa có các gối tựa củng như bản thân cửa đều nằm dưới nước nên việc kiểm tra và sửa chữa có nhiều khó khăn

Là một loại cửa cung kép có trục quay thẳng đứng, kết cấu cửa chịu lực khỏe,

thích hợp dùng ở các âu thuyền chênh mực nước cao hoặc ở vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều chịu lực nước hai chiều

Cửa gồm có các bộ phận chính: Tấm bưng, hệ thống dầm chính ngang hoặc đứng, bộ phận trục quay, bộ phận càng van và các thiết bị chắn nước bằng gỗ hay cao su

Là một loại cửa phẳng phao, một đầu phía trên có gắn xe chạy, một đầu phía dưới cùng gắn bánh xe lăn và chạy trên các đường ray tương ứng Cửa đóng mở được nhờ một hệ thống xích kéo liên tục Lúc cửa đóng, nó chịu một áp lực nước và toàn bộ áp lực nước đó được truyền vào bê tông đầu âu qua hai dầm đứng ở hai đầu cửa Khi mở cửa cho thuyền bè qua lại, cửa được kéo vào buồng bên cạnh

Cửa phẳng đẩy ngang được dùng làm cửa chính, cửa sự cố hoặc cửa sửa chữa Van thông nước cân bằng cửa âu thường bố trí ngay trên cửa chính mà không

bố trí hành lang và cửa thông nước riêng

Là một loại cửa van dùng ở âu thuyền có cột nước thấp và không có bố trí hành lang tháo nước Đó là một loại của có kết cấu không gian phức tạp gắn liền với hai đĩa chịu xoắn lắp đối trọng để cân bằng với trọng lượng tấm bưng chắn nước

Đối trọng bố trí liền với cửa ở hai phía vách âu thuyền Việc đóng mở cửa nhờ một

cơ cấu làm xoay đĩa để tháo nước cho thuyền bè qua lại

1.3.1 Âu thuyền trên thế giới[4]

Kênh đào Panama với chiều dài 80,5 km kết nối Đại Tây Dương và Thái Bình Dương lại với nhau, theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Việc xây dựng kênh đào này

là một trong những dự án lớn nhất và khó khăn nhất từ trước tới nay, nó ảnh hưởng rất lớn đến việc vận tải thuỷ giữa hai Đại Tây Dương, xoá bỏ hành trình dài và nguy hiểm từ trước đến nay khi thuyền cần đi từ biển Đại Tây Dương đến Thái Bình Dương và ngược lại Hệ thống kênh đào này được sử dụng từ năm 1914 Với 3 chiếc âu thuyền để nâng và hạ các chiếc thuyền lớn với độ cao trên mực nước biển

là 26 m qua hệ thống đường thuỷ nội địa Ba âu thuyền trên hệ thông kênh này là: Gatun, Pedro Miguel và Miraflores Các con tàu bắt đầu từ vùng biển Đại Tây Dương đến vùng biển Thái Bình Dương bắt đầu từ âu thuyền Gatun và kết thúc là

âu thuyền Miraflores Hàng năm có khoảng 14.000 tàu thuyền qua lại và mang theo khoảng 203 triệu tấn hàng hoá theo số liệu quản lý của Panama trong năm 2006

Hình 1-19: Hệ thống âu thuyền trên kênh đào Panama

khoang âu là: chiều rộng là 33,5 (m), chiều dài tính cả chiều dài tường hướng thuyền và khoang chờ là 1900 (m), nâng thuyền lên xuồng từ mực hồ Gatun và biển Đại Tây Dương là 26 (m)

Hình 1-21: Âu thuyền Pedro Miguel, kênh đào Panama

Âu thuyền Pedro Miguel cách âu Miraflores 1700 (m), là âu thuyền có 1 tầng

với hai khoang âu kích thước của mỗi khoang âu là: rộng 33,5 (m), dài 305 (m) tính

cả chiều dai tường hướng thuyền và khoang chờ là 1400 (m), với tổng độ nâng là 9,5 (m)

Âu thuyền Miraflores là âu thuyền hai tầng với hai khoang âu kích thước của

mỗi khoang âu là: rộng 33,5 (m), dài 305 (m) tính cả chiều dai tường hướng thuyền

và khoang chờ là 1700 (m), với tổng độ nâng là 16,5 (m)

Cùng với quy mô rông lớn của công trình thủy điện Tam Hiệp trên sông Dương tử - Trung Quốc Nơi đây còn là nơi có một hệ thống âu thuyền 5 cấp hai chiều đưa thuyền từ sông Yangtze lên sông Chongqing với độ chênh 113m Tổng chiều dài âu 1621m, mỗi buồng âu rộng 34 m Âu thuyền này đã được đưa vào sử dụng từ năm 2003 và cho phép các con tầu có trọng tải 10.000 tấn đi qua

Hình 1-24: Âu thuyền Eisenhower, Massena – Mỹ

Đây là âu thuyền nối liền kênh Elbe và kênh Mittetlland, xây dựng năm

1975, âu đơn cấp một chiều Âu thuyền dài 190m rộng 12m, buồng âu dài 185m,

tổng chiều cao nâng hạ 23m, thời gian một lượt tàu thuyền qua âu là 14 phút Âu thuyền này có ba hồ nước điều tiết bên hông giúp giảm tới 60% lượng nước qua âu thuyền và được tái sử dụng

Nằm trên hệ thống kênh nối liền từ biển Allantic và hồ Great, âu thuyền Sault hay thường gọi là âu thuyền Soo có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho các tàu thuyền có kích thước dài 225,5 (m) rộng 23,8 (m) đi qua âu Âu thuyền Soo hầu như làm việc suốt thời gian trong năm nhưng được kiểm tra và bảo dưỡng trong khoảng thời gian từ 15 tháng I cho đến 25 tháng II hàng năm Âu đóng cửa lâu hơn nếu gặp những năm thời tiết khắc nghiệt Với độ chênh mực nước giửa thượng và hạ lưu âu

là 6,4 (m) Hệ thống âu gồm có 4 âu là: Âu thuyền Poe, âu Macarthur, âu Davis và

âu Sabin

Âu thuyền Macarthur được xây dựng năm 1943 với kích thước dài 24,0 (m) rộng 24,4 (m) và sâu 9,5 (m) Âu thuyền Poe xây dựng năm1968 dài 365,76 (m) rộng 33,5 (m) và sâu 9,8 (m) Cả hai âu hiện đang làm việc rất tốt và vận hành thường xuyên Có khả năng cho phép 5 tàu có tải trọng 72,0 (tấn) qua âu cùng một lúc Hàng hoá vận chuyển ở đây chủ yếu là vật liệu xây dựng và khách du lịch

Âu thuyền Davis xây dựng năm 1918 và âu thuyền Sabin xây dựng năm

1919 Cả hai âu có độ sâu 7,0 (m) Hiện hai âu này ít sử dụng vì âu không đủ chiều sâu

Âu thuyền gồm có 2 âu thuyền cạnh nhau, âu nhỏ dài 45.7m rộng 8.5m Âu lớn dài 251.5m rộng 24.4m Âu thuyền có 3 nhiệm vụ:

biển trung bình

1.3.2 Âu thuyền trong nước[4]

Đập Thảo Long được xây dựng bằng công nghệ đập trụ đỡ bằng bê tông cốt thép trên sông Hương – Huế cách của biển Thuận An khoảng 4km Dùng để nâng

hạ tàu thuyền từ biển Đông ra vào sông Hương – Thừa Thiên Huế Có một khoang

âu thuyền rộng 8m với chiều dài buồng âu là 52m nếu tính cả tường hướng thuyền thượng và hạ lưu là 72,0m, chiều sâu 3,2m, của ngăn nước thượng hạ lưu âu thuyền

là cửa van phẳng trục đứng điều khiển bằng xi lanh thuỷ lực vận hành bằng hệ cửa van net Âu thuyền đảm bảo cho tàu bè tải trọng 50 tấn qua lại dễ dàng và nhanh chóng Công trình thuộc dự án Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long – Thừa Thiên Huế Công trình do Viện Khoa Học Thuỷ Lợi Việt Nam thiết kế Công trình đưa vào vận hành năm 2006

1.3.2.2 Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau

Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau được thi công bằng bêtông cốt thép có mặt cắt hình chữ với chiều dài 206m gồm đầu âu thượng và hạ dài 28m, thân âu dài 150m, chiều rộng thông thuyền là 14m, cao trình đáy âu là -3,5m và đỉnh âu là + 2m Cửa van dạng chữ nhân bằng thép không rỉ đóng mở bằng hệ thống xi lanh thuỷ lực Âu thuyền cho phép 3 xà lan 250 tấn, 1 xà lan 500 tấn và các phương tiện dân dụng khác qua âu, đồng thời ngăn mặn giữ ngọt vào mùa khô và tiêu úng vào mùa mưa Công trình thuộc dự án nâng cấp hai tuyến đường thuỷ phía nam do Công ty Bách

năm 2006

của luận văn

Đồng bằng sông Cửu Long có hệ thống sông ngòi, kênh rạch chằng chịt, chính nhờ hệ thống sông ngòi này đã làm màu mỡ cho đất đai, giúp phát triển nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, giao thương buôn bán, vận chuyển hàng hóa nguyên vật liệu và các vật phẩm giúp phát triển nền kinh tế Có thể nói giao thông thủy ở đồng bằng sông Cửu Long còn có ý nghĩa quan trọng hơn giao thông đường bộ bởi

rất nhiều lợi ích rõ nét mà nó đem lại Tuy nhiên đi kèm với nó là lũ lớn vào mùa mưahay sự xâm nhập của nước biển, khó có thể chuyển đổi nhanh giữa nông nghiệp

và nuôi trồng thủy hải sản

Do đó từ rất nhiều năm nay, việc xây dựng các công trình ngăn sông tại vùng này đã được chú trọng Các công trình ngăn sông (cống, đập) có tác dụng ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu thoát lũ vào mùa mưa, ngăn sự xâm mặn khi nước biển dâng cao bảo

vệ đất và nhà cửa, cơ sở hạ tầng Nhưng việc ngăn sông đồng nghĩa với cản trở giao thông, vận tải Mâu thuẫn giữa các lợi ích khi kiểm soát nguồn nước đặt ra bải toán phải có giải pháp dung hòa Từ nhiều năm trở lại đây người dân vùng đồng bằng sông Cửu long đã có sáng kiến sử dụng cầu kéo thuyền vắt qua đập ngăn sông, tuy nhiên cầu kéo chỉ có thể kéo được các thuyền nhỏ với tải trọng hạn chế

Do đó dễ dàng nhận thấy rằng, việc chú trọng vào xây dựng âu thuyền khi xây dựng các công trình ngăn sông, đặc biệt là công trình ngăn sông lớn là cần thiết và

năng của các công trình cống, đập ngăn sông

Những đặc điểm chính khi xây dựng âu thuyền vùng này là yêu cầu chênh lệch cột nước không lớn, tuy nhiên hệ thống kênh rạch nhiều và thông nhau khiến việc tính toán mực nước phức tạp hơn so với các công trình miền bắc, đồng thời địa chất nền mềm yếu, các lớp đất mặt có hệ số thấm lớn, cường độ nhỏ và chiều dày lớn yêu cầu phải có giải pháp gia cố bờ, xử lý nền móng cũng như biện pháp thi công phù hợp Ngoài ra dạng công trình ngăn sông (cống, đập) cũng là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến bố trí chung và kết cấu âu thuyền

Vì vậy khi thiết kế giải pháp âu thuyền cho vùng đồng bằng Sông Cửu Long cần quan tâm tới các đặc điểm trên từ đó có hướng nghiên cứu, thiết kế phù hợp

Trên đây, tác giả đã giới thiệu tổng quan một số loại hình âu thuyền và cửa van âu thuyền trên thế giới và trong nước Qua quá trình nghiên cứu, tác giả nhận thấy rằng trên thế giới, âu thuyền đóng một vai trò quan trọng trong công trình ngăn sông Có thể nói phần lớn các công trình ngăn sông lớn trên thế giới đều được bố trí

âu thuyền với nhiều loại hình thức kết cấu khác nhau, các âu thuyền được xây dựng thường kết hợp giao thông thủy và du lịch (đa mục tiêu) nên tính mỹ thuật rất cao

và để lại những dấu ấn đặc biệt về kỹ thuật và khoa học công nghệ Tại Việt Nam, các công trình ngăn sông lớn nói chung và âu thuyền nói riêng chưa được chú trọng đầu tư nghiên cứu và xây dựng,

Trong luận văn này tập trung nghiên cứu giải pháp kết cấu cho âu thuyền ở đồng bằng sông Cửu Long, tức các âu thuyền có độ chênh cột nước không cao, và xây dựng trên nền đất yếu

Chương 2 LỰA CHỌN KẾT CẤU ÂU THUYỀN TRONG XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG VÙNG ĐỒNG BẰNG

SÔNG CỬU LONG

2.1.1 Những vấn đề cần xem xét khi thiết kế âu thuyền trong công trình ngăn sông và điều tiết nước khu vực đồng bằng Sông Cửu Long

Trong tình hình khí hậu thay đổi theo chiều hướng bất lợi, nước biển dâng kết hợp triều cường gây ra tình trạng ngập lụt cho các thành phố lớn nằm trong khu vực, kèm theo ngập lụt là tình trạng xâm mặn rất khó kiểm soát ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng tới sản xuất nông nghiệp, đời sống dân sinh và các ngành kinh tế

mặn, giữ ngọt phục vụ sản xuất nông nghiệp cũng như bảo vệ đời sống dân sinh là một yêu cầu bức thiết và phải được triển khai xem xét một cách khoa học bài bản Cùng với sự nghiên cứu phát triển công nghệ ngăn sông, việc nghiên cứu các giải pháp đảm bảo an toàn thuận tiện cho giao thông thuỷ khi xây dựng các đập ngăn sông cũng đồng thời phải được tiến hành

Đồng bằng sông Cửu Long có mật độ sông ngòi chằng chịt, đặc biệt có rất nhiều con sông có mật độ tàu bè qua lại rất lớn, nhiều tàu có tải trọng hàng trăm,

thuyền phải có quy mô lớn, thời gian vận hành âu thuyền phải nhanh và đảm bảo an toàn khi tàu bè ra vào âu

Để thiết kế âu thuyền cho những công trình ngăn sông nói chung, trước hết phải xác định được mật độ tàu bè qua lại khu vực xây dựng công trình, tải trọng của các loại tàu bè đó xét đến sự phát triển giao thông thuỷ trong tương lai và xác định luồng lạch trên sông để bố trí âu thuyền hợp lý Lựa chọn hình thức kết cấu âu thuyền cũng là một vấn đề cần được chú ý, nhất là vấn đề về cấp nước buồng âu, hình thức cửa van âu thuyền

Trong phần này, ngoài các nguyên tắc chung khi thiết kế âu thuyền như lựa chọn tính toán kích thước buồng âu, chọn cao trình ngưỡng âu mà các tài liệu và giáo trình đã trình bày,tác giảxin đề xuất lựa chọn một số loại kết cấu cho âu thuyền

Cửu Long

2.1.2 Đề xuất một số giải pháp kết cấu âu thuyền phù hợp với địa hình, địa chất khu vực đồng bằng sông Cửu Long[4][15]

Nhìn chung, khi địa chất nền công trình mềm yếu, kết cấu âu thuyền thường bằng BTCT đổ liền khối Mặt cắt buồng âu thuyền trong trường hợp cột nước cao tốt nhất là dạng chữ nhật Loại này có ưu điểm là lợi dụng được toàn bộ chiều rộng của buồng âu để đậu thuyền, do vậy tiết kiệm được lượng nước tiêu hao mỗi lần tháo qua âu

a Mặt cắt hình chữ nhật b Mặt cắt hình thang

Buồng âu kiểu tường và đáy liền khối có thể dùng cho các âu thuyền có cột nướccao (H ≥ 8 ÷ 10 m) Loại này có ưu điểm là lực truyền xuống nền phân bố tương đối đều, do vậy được sử dụng khi địa chất nền tương đối xấu Tường bên của

âu chỉ cần thoả mãn yêu cầu chịu lực, không xét đến vấn đề ổn định do đó kích thước tường có thể giảm bớt Bản đáy đúc liền tường sẽ phải khá dày và có thể cần nằm trên hệ cọc gia cố để ổn định khi địa chất nền yếu, dạng này phù hợp với kết

cấu đập trụ đỡ, có thể tận dụng trụ pin biên và bệ trụ làm 1 phần tường âu và 1 phần bản đáy âu

Ngoài ra bản đáy âu có thể dùng kết cấu hộp để giảm bớt khối lượng cũng như có thể chế tạo modul lắp ghép.Dạng này phù hợp khi xây dựng công trình ngăn sông theo dạng đập xà lan Do đặc điểm thi công của đập xà lan là thi công ở nơi khác rồi kéo đến vị trí xây dựng công trình, đánh chìm xuống nên âu thuyền dạng

Trong trường hợp nền âu thuyền địa chất yếu, chênh lệch cột nước cao, móng âu thuyền phải sử dụng móng cọc thì âu thuyền dạng này rất phù hợp với giải pháp ngăn sông dạng đập trụ đỡ

Với buồng âu có bản đáy đặc kiểu dầm công xôn thì một nhánh bản đáy được

bổ đôi bởi khớp nối theo trục dọc của buồng âu, do đó một nửa buồng âu là một tường có đáy là công xôn dài bằng một nửa chiều rộng của buồng, tại khe hở khớp nối của bản đáy có đặt thiết bị chống thấm Do bản đáy của buồng bị khớp nối dọc

bổ đôi mà các phần của buồng có khả năng lún tự do (không phụ thuộc lẫn nhau), điều đó cho phép giảm chiều dày của bản đáy theo dọc trục âu thuyền Loại này kết cấu đòi hỏi không được có ứng suất kéo trong nền dưới công xôn khi buồng âu đầy nước cũng như khi không có nước Mô men uốn tại ngàm là lớn nhất do đó bản đáy

có chiều dày thay đổi và lớn dần về sát tường bên Loại này thường dùng khi địa chất nền xấu, tiết kiệm vật liệu và khi âu có chiều rộng Ba ≥ 20 m

Với các âu thuyền nhỏ lượng nước cấp cho buồng âu không đáng kể nên hệ thống cấp nước có thể bố trí ngay trên cửa van ngăn buồng âu tuy nhiên đối với các tuyến vận tải thủy lớn cần các loại âu lớn nên bố trí hệ thống cấp nước dạng phân tán để tránh hiện tượng xáo trộn nước buồng âu có thể gây mất an toàn trong quá trình vận hành Vì vậy trên trụ âu thuyền bố trí các đường hầm cấp nước và các hành lang kiểm tra Chân trụ âu bố trí các cửa xả - cấp nước buồng âu

Để thi công tường âu có thể dùng đê quây, tuy nhiên việc đắp đê quây thi công sẽ ảnh hưởng đến tiến độ thi công cũng như giao thông thủy nên biện pháp thi công tốt nhất là trong khung vây hẹp

Đối với âu thuyền của công trình ngăn sông lớn nói chung thì tường âu cũng

có thể sử dụng loại kết cấu lắp ghép như cọc cừ bản BTCT Với kết cấu loại này, tường âu thuyền được tạo thành bởi hai hàng cọc cừ bản BTCT ở giữa là đất đắp

Hỡnh 2-4: Âu thuyền xõy dựng bằng cọc cừ bản BTCT

Với kết cấu buồng õu thuyền kiểu này cú thể mở rộng ra để tạo cảnh quan cho cụng trỡnh bằng cỏch bố trớ cỏc bồn hoa, thảm cỏ Chống thấm nước từ thượng,

hạ lưu cụng trỡnh vào õu thuyền bằng đường viền đứng Tường õu giỏp đất bố trớ đường hầm cấp nước và hành lang kiểm tra Lũng õu thuyền đổ bờ tụng trong nước hoặc thi cụng trong khụ sau khi ngăn hai đầu bằng tường cừ thộp

Đường hầm cấp nước và kiểm tra Bản đáy (bê tông vữa dâng)

Dầm giằng Bồn hoa Dầm giằng Bồn hoa