Thiết kế kỹ thuật thi công giàn đỡ đầu giếng biển đông 1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1.1 Sự phát triển của công trình biển thế giới Các loại công trình biển được xây dựng để đáp ứng nhu cầu các hoạt đông của con người trên biển trong nhiều lĩnh vực

LỜI CẢM ƠN

-   -

Đối với mỗi sinh viên ngành Xây dựng công trình biển sắp ra trường, đồ án tốt nghiệp là rất quan trọng, nó trực tiếp đánh giá về những kiến thức mà sinh viên đã gặt hái được trong suốt quá trình học tập tại trường Hoàn thành đồ án tốt nghiệp cũng mang lại cho sinh viên rất nhiều kiến thức mới và có những hiểu biết cũng như đánh giá tốt hơn, sâu hơn những kiến thức mà mình đã được học tập trên lớp

Một phần quan trọng của việc làm đồ án tốt nghiệp là tạo cho em khả năng làm việc độc lập, khả năng lập luận, rèn luyện tư duy cũng như khả năng phân tích và giải quyết các vấn đề Những điều mà bất kì một sinh viên nào cũng cần phải có trước khi trở thành một kỹ sư

Để đạt được những mong muốn đó, em đã tích cực làm việc và nghiên cứu đề tài: “Thiết kế kỹ thuật thi công giàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1” trong khoảng thời gian từ tháng 10/2010 đến tháng 1/2011 dưới sự hướng dẫn tận tình của Ths.VŨ ĐAN CHỈNH Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy!

Nhân đây em cũng xin gửi lời đồng cảm ơn đến tất cả các thầy cô, và các bạn sinh viên K51 trong Viện Xây dựng công trình biển - trường Đại học Xây Dựng

đã giúp đỡ em trong suốt 5 năm đại học

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 11 tháng 1 năm 2011

Sinh viên

PHẠM VĂN TOÁN

MỤC LỤC

1.2.1 Quá trình hình thành và phát triển tập đoàn dầu khí Việt Nam 11 1.2.2 Các hoạt động kinh doanh của tập đoàn dầu khí Việt Nam 12 1.2.3 Các mục tiêu hoạt động của Tập đoàn dầu khí Việt Nam 13

1.3 Số liệu đầu vào phục vụ thiết kế và thi công 14

1.3.4.1 Điều kiện về khí tượng hải văn,địa chất công trình 15

1.3.4.1.2 Điều kiện về địa chất công trình 20 1.3.5 Mặt bằng và các thiết bị thi công 21

2.1 Cơ sở xây dựng phương án 23

2.1.1 Cơ sở xây dựng phương án 25 2.1.2 Nguyên tắc xây dựng phương án 25

2.2 Xây dựng phương án kết cấu 27

2.2.1 Lựa chọn phương án kiến trúc KCĐ 27

2.2.2 Lựa chọn phương án kết cấu Panel 28

2.2.3 Lựa chọn phương án kết cấu Diafragm 30

2.2.4 Lựa chọn phương án kết cấu móng và cọc 32

2.2.5 Lựa chọn tiết diện ống 34

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT KHỐI CHÂN ĐẾ 37

A.THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU 37 I.TÍNH TOÁN KẾT CẤU 37

I.2.7 Xác định tổ hợp tải trọng 58

III.2 Tính toán và kiểm tra sức chịu tải dọc trục của cọc 69

III.2.3 Kiểm tra sức chịu tải của cọc và lựa chọn chiều sâu chôn cọc 74

B THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC PHỤ TRỢ 75

I.XÁC ĐỊNH CAO ĐỘ GIÁ CẬP TÀU 75

II.THIẾT KẾ CHỐNG ĂN MÒN 75

II.1 Thiết kế chống ăn mòn điện hóa 75

II.1.1 Nguyên lý chống ăn mòn điện hóa 75

II.1.2 Tính toán hệ thống anode hi sinh 76 II.1.2.1 Cơ sở tính toán 76

CHƯƠNG 4 BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỦ ĐẠO VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG 80 I.BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỦ ĐẠO 80

I.3 Thi công đánh chìm lắp đặt và hoàn thiện khối chân đế 89

I.4 Chọn búa đóng cọc 94

II AN TOÀN LAO ĐỘNG 94

PHẦN PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 7 KẾT QUẢ TÍNH ANODE CHỐNG ĂN MÒN 254

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1.1 Sự phát triển của công trình biển thế giới

Các loại công trình biển được xây dựng để đáp ứng nhu cầu các hoạt đông của con người trên biển trong nhiều lĩnh vực bao gồm:

 Thăm dò và khai thác khoáng sản( chủ yếu là dầu mỏ và khí đốt)

 Nghiên cứu khí tượng và hải văn biển

độ sâu nước có kết cấu chủ yếu là kết cấu thép Từ đó đến nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cho nên đã có nhiều dạng công trình biển cho các khu vực nước sâu hơn ra đời

1.1.1 Công trình biển cố định (Fixed Structures)

 Công trình biển thép (Jacket)

 Công trình biển bê tông trọng lực (Gravity)

 Công trình biển lai giữa bê tông và thép (Hybrid Steel and Concrete): là loại có thân bằng thép và đế bằng bê tông cốt thép

Sử dụng các kết cấu cố định là phương án xây dựng với mục đích làm cho công trình có chu kỳ dao động nhỏ hơn hẳn vùng tập trung năng lượng sóng

1.1.1.1 Công trình biển thép( Jacket)

Là loại công trình được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay.Công nghệ xây dựng công trình loại này đã trải qua một thời gian dài, từ loại kết cấu nhỏ ở vùng nước nông, đến những công trình lớn ở vùng nước sâu xây dựng ở biển Bắc và ở vùng vịnh Mexico Các dàn loại này thường đòi hỏi phải hoạt động trong vòng 25 năm trở lên Cho tới nay trên thế giới đã xây dựng được trên 6000 công trình, trong đó có khoảng 4000 chiếc xây dựng ở vùng vịnh Mexico Trên thực tế hầu như mọi công nghệ mới sử dụng trong chế tạo và lắp dựng các dàn đều xuất phát từ vịnh Mexico và vùng biển Bắc Kết cấu công trình lớn nhất thế giới hiện nay là dàn Bullwinkle do hãng Shell xây dựng ở vịnh Mexico vào năm

1985 ở vùng nước sâu 1615ft (492m), kết cấu chân đế bằng thép nặng 56000T Nói chung các dàn thép cố định tỏ ra có nhiều ưu điểm về tính an toàn khi khai thác Điều này giải thích một phần lý do dàn cố định bằng thép được sử dụng rộng rãi

Xu hướng phát triển của kết cấu công trình biển thép:

 Về dạng kết cấu: Ngày càng lớn với độ sâu nước ngày càng tăng

 Về trọng lượng kết cấu: Ngày càng giảm thiểu trọng lượng nhờ sự phát triển các công nghệ chế tạo vật liệu thép có trọng lượng giảm mà độ bền tăng cao, phương pháp thiết kế kết cấu nhẹ như thay đổi trong từng đoạn với tiết diện thanh biên đứng của kết cấu chân đế và thay đổi tiết diện tại các nút là nơi tập trung ứng suất, điều này cho phép giảm trọng lượng tổng thể kết cấu

 Phát triển dàn nhẹ, dàn vệ tinh và kết cấu đỡ đầu giếng: đây là xu hướng mới của loại kết cấu Jacket cho phép điển hình hoá kết cấu và

trang thiết bị, đảm bảo công nghệ đơn giản, tin cậy, giảm trọng lượng, giá thành xây dựng…

 Về cọc: xu hướng tăng kích thước các cọc phụ,cọc váy, giảm bớt hoặc

bỏ các cọc đóng trong ống chính Điều này làm đơn giản kết cấu tổng thể và giảm bớt thời gian thi công trên biển

 Tăng khả năng thi công của thiết bị đóng cọc

 Đối với kết cấu thượng tầng: việc xây dựng bộ phận thượng tầng của các dàn thường được tổ chức phụ thuộc vào các cấu hình sau:

+ Thượng tầng gồm nhiều khối Block Module

+ Thượng tầng kiểu bán toàn khối

+ Thượng tầng kiểu toàn khối

+ Thượng tầng kiểu tấm phẳng, kiểu mặt boong

Công nghệ thượng tầng không cần thiết bị cẩu lắp, đây là một kỹ thuật mới, lắp trọn kết cấu thượng tầng lên đỉnh kết cấu Jacket mà không cần dùng bất kỳ một loại cẩu nổi chuyên dụng nào như công nghệ truyền thống Theo phương pháp này, việc lắp đặt thượng tầng được thực hiện nhờ một hoặc hai sà lan vận chuyển thông thường Nhờ đó giảm được đáng kể thời gian thi công trên biển Công nghệ này cũng đã tính đến các điều kiện khác nhau của biển, trọng lượng thượng tầng…

1.1.1.2 Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép

Dàn bê tông trọng lực là kết cấu công trình có tiềm năng phát triển mạnh, thích hợp với vùng nước sâu Dàn bê tông trọng lực được xây dựng dựa nhờ một

số ưu điểm nổi bật sau:

 Ổn định bằng trọng lượng bản thân của nó theo nguyên lý móng nông

 Tuổi thọ công trình cao

 Tận dụng được nguyên vật liệu địa phương, tiết kiệm thép đặc chủng

 Khả năng chống ăn mòn của môi trường biển cao

 Chi phí duy tu bảo dưỡng ít hơn so với công trình biển thép

 Tận dụng được các khoang (xilô) của công trình làm bể chứa

 Khả năng chịu lực tốt, chu kỳ dao động nhỏ, khả năng xuất hiện mỏi ít Dàn khoan biển trọng lực đầu tiên là công trình EKOFISKI ở biển Bắc do công ty DORIS ENGINEERING của Pháp thiết kế và hoàn tất năm 1973 ở độ sâu 70m nước Các công trình dàn bê tông trọng lực trên thế giới có độ sâu từ 42

 303m nước, phần lớn được xây dựng ở biển Bắc

1.1.2 Công trình biển mềm (Compaliant Structures)

 Công trình biển nổi (Floating Structures)

 Công trình biển neo đứng

 Công trình biển trụ mềm

 Công trình biển neo xiên

Công trình biển mềm là loại công trình được sử dụng vào việc khai thác những mỏ nhỏ hoặc khai thác ở những độ sâu rất lớn, không kinh tế khi xây dựng những công trình biển cố định Công trình loại này có thể sử dụng làm bể chứa dầu đồng thời làm kết cấu bến cập tàu Ngày nay các công trình dạng này đã đạt tới độ sâu hơn 1000m

Các công trình biển mềm được thiết kế sao cho chu kỳ dao động riêng vượt hẳn ra ngoài vùng tập trung năng lượng song

1.1.3 Đường ống biển

Dùng để vận chuyển các sản phẩm khai thác được từ các giếng về nơi xử lý, hoặc vận chuyển nước ép vỉa nhằm duy trì áp suất khai thác Đây là loại hình đang phát triển mạnh mẽ Hiện nay công nghệ chế tạo đường ống đã được chuyên môn hoá rất cao và chiếm một tỷ lệ lớn trong công tác xây dựng các công trình

biển Các loại đường ống rất đa dạng về chủng loại, chiều dài, kích thước tiết

diện cũng như độ sâu đặt ống ngày càng tăng

1.1.4 Công trình dàn tự nâng Jackup

Đây là loại công trình biển có khả năng di chuyển được, có thể dùng để thăm

dò, khai thác Loại công trình này có thể làm việc độc lập hoặc kết hợp cùng các

loại CTB khác nhằm giảm chi phí cho việc xây dựng tại các vùng nước sâu

1.2 Giới thiệu ngành dầu khí Việt Nam

Dầu khí là ngành công nghiệp có tiềm năng phát triển hết sức to lớn và toàn

diện của đất nước Toàn bộ các hoạt động liên quan đến việc phát hiện, khai thác

và làm gia tăng giá trị của nguồn tài nguyên dầu khí tại Việt Nam được chính phủ

Việt Nam giao nhiệm vụ cho tập đoàn Dầu khi Việt Nam thực hiện

Với tiền thân là Tổng cục Dầu khí, Tổng công ty Dầu mỏ và Khí đốt Việt

Nam, Tổng công ty Dầu khí Việt Nam; Tập đoàn Dầu khí Việt Nam

(Petrovietnam) được hình thành theo quyết định số 198/2006/QĐ-TTg ngày

29/08/2006 của Thủ tướng Chính phủ Hện nay với hơn 50 đơn vị thành và các

công ty liên doanh, lực lượng lao động với hơn 22.000 người và doanh thu 2006

đạt 174.300 tỷ đồng (khoảng 11 tỷ đô la Mỹ), Tập đoàn Dầu khí Việt Nam hoạt

động trong lĩnh vực dầu khí và các lĩnh vực khác không chỉ ở lãnh thổ Việt Nam

mà còn cả ở nước ngoài

1.2.1 Quá trình hình thành và phát triển tập đoàn dầu khí Việt Nam

 1961 - Đoàn Địa chất 36 thuộc Tổng cục Địa chất được thành lập để

thực hiện nhiệm vụ tìm kiếm, thăm dò dầu khí tại Việt Nam

 1969 - Đoàn Địa chất 36 được tổ chức lại và đổi tên thành Liên đoàn

Địa chất 36

 1975 - Tổng cục Dầu khí Việt Nam được thành lập trên cơ sở Liên đoàn địa chất 36 và Vụ Dầu khí thuộc Tổng cục Hoá chất

 1977 - Công ty Dầu khí Việt Nam (Vietnam Oil & Gas Company – Petrovietnam) trực thuộc Tổng cục Dầu khí Việt Nam được thành lập

để thực hiện nhiệm vụ hợp tác với các công ty nước ngoài trong lĩnh vực thăm dò, khai thác dầu khí tại Việt Nam

 4/1990 - Tổng cục Dầu khí Việt Nam được sát nhập vào Bộ Công nghiệp nặng

 6/1990 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam (Vietnam Oil & Gas Corporation – Petrovietnam) được tổ chức lại trên cơ sở các đơn vị cũ của Tổng cục Dầu khí Việt Nam

 5/1992 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam tách khỏi Bộ Công nghiệp nặng và trực thuộc Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam, trở thành công ty dầu khí quốc gia với tên giao dịch quốc tế là Petrovietnam

 5/1995 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam được Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam quyết định là Tổng công ty Nhà nước với tên giao dịch quốc tế là Petrovietnam

 8/2006 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam được Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam quyết định là Công ty mẹ - Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (gọi là Tập đoàn dầu khí Việt Nam) theo Quyết định số 199/2006/QĐ-TTg ngày 29 tháng 8 năm 2006 Tên giao dịch quốc tế: VIETNAM OIL AND GAS GROUP; gọi tắt là PETROVIETNAM

1.2.2 Các hoạt động kinh doanh của tập đoàn dầu khí Việt Nam

 Nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dò, khai thác, chế biến, tàng trữ, vận chuyển dầu khí làm dịch vụ về dầu khí;

 Xuất nhập khẩu vật tư, thiết bị dầu khí, sảm phẩm dầu khí, hoá dầu;

 Kinh doanh và phân phối các sản phẩm dầu, khí, các nguyên liệu hóa phẩm dầu khí;

 Khảo sát, thiết kế, xây dựng, khai thác, sửa chữa các công trình, phương tiện phục vụ dầu khí, dân dụng;

 Tư vấn đầu tư xây dựng, thiết kế các công trình, phương tiện phục vụ dầu khí, dân dụng; sản xuất và kinh doanh vật liệu xây dựng;

 Đầu tư kinh doanh bất động sản;

 Đầu tư kinh doanh điện;

 Hoạt động tài chính, chứng khoán, ngân hàng; bảo hiểm;

 Đào tạo, cung ứng nhân lực dầu khí, xuất khẩu lao động;

 Kinh doanh khách sạn, du lịch, văn phòng giao dịch

1.2.3 Các mục tiêu hoạt động của Tập đoàn dầu khí Việt Nam

Mục tiêu chiến lược của Tập đoàn: “Phát triển ngành Dầu khí trở thành một ngành kinh tế - kỹ thuật quan trọng, đồng bộ, bao gồm tìm kiếm thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, tàng trữ, phân phối, dịch vụ và xuất, nhập khẩu Xây dựng Tập đoàn Dầu khí mạnh, kinh doanh đa ngành trong nước và quốc tế.” Các mục tiêu cụ thể là:

 Đẩy mạnh đầu tư công tác tìm kiếm thăm dò, gia tăng trữ lượng có thể khai thác một cách hợp lý, ưu tiên các vùng khó khăn Phấn đấu gia tăng trữ lượng dầu khí hàng năm đạt 35-40 triệu tấn dầu quy đổi

 Khai thác và sử dụng hợp lý, hiệu quả, tiết kiệm nguồn tài nguyên dầu khí trong nước để sử dụng lâu dài; đồng thời tích cực mở rộng hoạt động khai thác dầu khí ở nước ngoài Phấn đấu khai thác 25-38 triệu tấn quy dầu/năm trong đó khai thác dầu thô giữ ổn định ở mức 18-20 triệu tấn/năm và khai thác khí 6-17 tỷ m3/năm

 Tích cực phát triển thị trường tiêu thụ khí trong nước, sử dụng khí tiết kiệm, hiệu quả kinh tế cao Xây dựng và vận hành an toàn hệ thống đường ống dẫn khí quốc gia; sẵn sàng kết nối với đường ống dẫn khí khu vực Đông Nam Á phục vụ cho nhu cầu xuất nhập khẩu khí Sản xuất 10-15% tổng sản lượng điện của cả nước

 Tích cực thu hút đầu tư của mọi thành phần kinh tế, đặc biệt là đầu tư từ nước ngoài để phát triển nhanh công nghiệp chế biến dầu khí Kết hợp

có hiệu quả giữa các công trình lọc, hoá dầu, chế biến khí để tạo ra được các sản phẩm cần thiết phục vụ nhu cầu của thị trường ở trong nước và làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác

 Tích cực thu hút đầu tư từ các thành phần kinh tế, tăng nhanh tỷ trọng doanh thu từ dịch vụ

 Tăng cường phát triển tiềm lực khoa học công nghệ, đầu tư trang thiết

bị hiện đại để hiện đại hoá nhanh ngành Dầu khí; xây dựng lực lượng quản lý cán bộ, công nhân dầu khí mạnh cả về chất và lượng để điều hành các hoạt động dầu khí cả ở trong nước và ở nước ngoài

1.3 Số liệu đầu vào phục vụ thiết kế và thi công

1.3.1 Nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ : Thiết kế kỹ thuật thi công giàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1

1.3.2 Giới thiệu về dàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1

Dự án Biển Đông 1 bao gồm trong đó có mỏ khí Hải Thạch và mỏ khí Mộc Tinh cách bờ biển Việt Nam khoảng 340km về phía nam Độ sâu nước tại mỏ khí Mộc Tinh từ 114m đến 118m , còn độ sâu nước của mỏ Hải Thạch là từ 130m đến 145m Cả 2 mỏ khí Hải Thạch và Mộc Tinh đều thuộc bể Nam Côn Sơn Sau khi khai thác sản phẩm được đưa về đất liền để xử lý qua hệ thống đường ống

Nam Côn Sơn Giàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1 là một công trình thuộc dự án Biển Đông 1 được xây dựng tại mỏ khí Hải Thạch

1.3.3 Số liệu thượng tầng

Trọng lượng thượng tầng : 1064 T

Chức năng : dàn đầu giếng

Số lượng đầu giếng : 16 đầu giếng

1.3.4 Số liệu điều kiện môi trường

1.3.4.1 Điều kiện khí tượng hải văn, địa chất công trình

Công trình được xây dựng ở ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam, thuộc bể Nam Côn Sơn, tại toạ độ 07°20’40’’ Bắc và 108°18’43’’Đông, có độ sâu nước 132.7m

1.3.4.1.1 Số liệu khí tượng hải văn

Ws10min (m/s)

Ws1min (m/s)

Ws3sec (m/s) 1-year

Tz (s)

Tp (s)

Hc (m)

Số liệu dòng chảy cho dưới bảng sau:

- Từ độ sâu 40m đến đáy: dày 50mm

+ Mực nước biển

- Mực nước trung bình (MNTB) là MSL = 133.85 m

- Biên độ triều cao nhất (H.A.T) so với MNTB: +0,94 m

- Biên độ triều thấp nhất (L.A.T) so với MNTB: -1,36 m

- Mực nước dâng do bão so với MNTB: +0,13 m

1.3.4.1.2 Số liệu địa chất công trình

Số liệu địa chất tại nơi xây dựng công trình được cho dưới bảng sau:

lớp

Bề dày trung bình (m)

Chiều sâu (m)

Trọng lượng riêng trong nước

w(kN/m3)

Góc

ma sát trong

 (độ)

Sức kháng cắt Su (kPa)

Sức kháng mũi (kPa)

 Tổng diện tích của khu cảng là 71200 m2

 Diện tích khu vực chế tạo là 66000 m2

 Áp lực nền cho phép 35 T/m2

 Đặc trưng phân đoạn 14-17 của cảng

+Đường trượt chịu được áp lực P=120T/m

Các loại máy móc phục vụ thi công

Các loại cẩu xích tự hành DEMAG do Đức sản xuất

+ Loại CC-2000:

- Chiều dài cần 72m: 01 chiếc

- Chiều dài cần 60 m: 01 chiếc

- Chiều dài cần 36 m: 02 chiếc

- Sức nâng lớn nhất: 300T ứng với tầm với 18m

Các loại máy nâng hạ có sức nâng khác nhau, các loại xe kéo móc với tải trọng khác nhau

Các loại xe ô tô tải trọng 5T, 10T, 12T, , các loại thiết bị phục vụ bơm trám

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CHÂN ĐẾ

2.1 Cơ sở, nguyên tắc xây dựng phương án

Việc đầu tiên cần phải làm khi xây dựng phương án kết cấu là từ số liệu đầu vào ta phải xác định được lý thuyết sóng tính toán, hướng đặt công trình, và chiều cao công trình

 Xác định hướng đặt công trình

Hướng đặt công trình phụ thuộc vào một số yếu tố sau:

+ Hướng tải trọng môi trường cực hạn

+ Chức năng chính của giàn

+ Thuận lợi cho việc bố trí giá cập tàu để giảm tối đa tải trọng do môi trường tác động khi cập tàu hoặc tác động trực tiếp lên giá cập tàu

+ Sơ đồ quy hoạch của cụm mỏ (các dàn đã xây dựng và dự kiến các dàn

Do đó ta sẽ chọn hướng đặt công trình như sau:

 Xác định chiều cao KCĐ

Chiều cao KCĐ được xác định như sau:

HKCĐ = d + Hđỉnh sóng + Htriều + Hnước dâng + Htĩnh không Trong đó:

 Hđỉnh sóng = µ.Hmax = 0,7 x 16,4 = 11,48m (tính theo lý thuyết sóng Stokes bậc 5 thì µ = 0,6  0,75)

 Htriều = +0,94m

 Hnước dâng = +0,13m

 Htĩnh không là độ tĩnh không của công trình, là khoảng cách từ đỉnh sóng lớn nhất tới mép dưới của sàn thượng tầng Theo tiêu chuẩn API RP 2A WSD thì Δo ≥ 1,5m

 d là độ sâu nước tại vị trí xây dựng công trình d = 132.7 m

Thay các giá trị vào biểu thức trên ta xác định được:

Suy ra: HKCĐ = 132.7 + 11,48 + 0,94 + 0,13 + 1,5= 146,75 m

Chọn HKCĐ = 147 m

2.1.1 Cơ sở xây dựng phương án

Đối với mỗi công trình, việc phân tích lựa chọn phương án kết cấu phải dựa vào các yêu cầu có mối quan hệ tương tác với nhau rất chặt chẽ

2.1.2 Nguyên tắc xây dựng phương án

Sau khi đã có cơ sở và đưa ra các tiêu chí thiết kế, để xây dựng được phương án kết cấu phù hợp nhất với các số liệu đầu vào, người thiết kế cần phải tuân theo một số nguyên tắc nhất định theo sơ đồ sau:

SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

SỐ LIỆU MÔI TRƯỜNG

- Độ sâu nước thiết kế

- Các loại tải trọng môi trường tác

động lên công trình

- Điều kiện địa chất

YÊU CẦU CÔNG NGHỆ, CHỨC NĂNG THƯỢNG TẦNG

- Đảm bảo đỡ đầu giếng

- Giàn Jackup có thể cập để khai thác

- Vận chuyển sản phẩm dễ dàng

- Giảm tối đa thời gian thi công trên biển

- Tận dụng các trang thiết bị thi công sẵn

XÂY DỰNG SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN

ĐƯA RA CÁC TIÊU CHÍ THIẾT KẾ

CÁC TIÊU CHÍ THIẾT KẾ

NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN KÍCH

THƯỚC CÁC CẤU KIỆN CHÍNH CỦA

KẾT CẤU

- Điều kiện bền, ổn định của công trình

- Điều kiện chống chọc thủng trong thanh

chủ

- Điều kiện độ mảnh

- Điều kiện chịu áp lực thuỷ tĩnh

NGUYÊN TẮC CẤU TẠO PANEL

- Điều kiện môi trường, địa chất

- Cơ cấu truyền lực các loại thanh xiên

- Độ ổn định của công trình

NGUYÊN TẮC CẤU TẠO DIAFRAGM

- Chức năng của giàn

- Thiết kế sàn công tác và sàn chống lún

NGUYÊN TẮC CẤU TẠO NÚT

- Các dạng nút cơ bản trong công trình biển bằng thép

- Góc giới hạn giữa các ống để đảm bảo điều kiện chịu lực và thi công hàn

ĐƯA RA CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

2.2 Lựa chọn phương án kết cấu

Các bước xây dựng phương án để đi đên quyết định lựa chọn phương án được cho trong sơ đồ sau:

2.2.1 Lựa chọn phương án kiến trúc KCĐ

THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN ĐƯA RA

- Chiều cao công trình

- Cao độ giá cập tàu

- Thi công trên bờ

- Thi công hạ thuỷ

- Thi công vận chuyển

- Thi công đánh chìm

- Thi công đóng cọc

- Thi công rỡ bỏ

TÍNH TOÁN TỔNG THỂ

- Tính toán dao động riêng và đánh giá ảnh hưởng động

- Tính toán nội lực, chuyển vị,

- Kiểm tra ổn định tổng thể

- Kiểm tra chuyển vị cho phép

- Tính lún công trình

KIỂM TRA CÁC CẤU KIỆN CHÍNH

- Kiểm tra điều kiện bền của các phần tử ống

- Kiểm tra chọc thủng tại các nút

- Đánh giá lại sức chịu tải của cọc

ĐÁNH GIÁ TỔNG THỂ PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.2.2 Lựa chọn phương án kết cấu Panel

Nguyên tắc lựa chọn kết cấu panel phụ thuộc trực tiếp vào các điều kiện môi trường, cơ cấu truyền lực của các thanh xiên Một số dạng thanh xiên trong panel điển hình được cho dưới bảng sau:

Đặc điểm Kiểu Xiên

chữ X

Xiên chữ K

Xiên đơn

- Chịu tải trọng đứng tốt X

- Bậc siêu tĩnh lớn, làm chậm phá huỷ luỹ tiến X

- Thiết kế cho công trình ở độ sâu nước lớn X

- Tăng độ ổn định cho công trình tốt nhất X

Chức năng của giàn là quản lý đầu giếng vì vậy ta thiết kế khối chân đế phải có 4 mặt đầu nghiêng thì vẫn phải có nơi lắp đặt giá cập tầu thẳng để giàn Jackup có thể cập vào dễ dàng để khai thác dầu khí Công trình được xây dựng tại

độ sâu nước 132.7m nên trọng lượng công trình rất lớn, phải dùng đường trượt để vận chuyển KCĐ ra mép cảng Vì công trình có 4 mặt đều nghiêng nên ta phải thiết kế thêm 2 đường ống song song Ta quyết định chọn khoảng cách 2 ống dùng để kéo trượt trên mặt Panel là 18m (bằng khoảng cách 2 đường trượt của bãi lắp ráp PTSC)

Thiết kế các thanh xiên trong Panel kiểu chữ X để tăng khả năng chịu lực cho kết cấu, làm giảm mômen uốn do độ lệch tâm gây ra Dưới đây là thiết kế sơ

bộ 2 mặt Panel chính của KCĐ

2.2.3 Lựa chọn phương án kết cấu Diafragm

Diafragm thiết kế để làm nhiệm vụ chống xoắn cho công trình, đỡ hệ thống ống Conductor đảm bảo các ống này không bị gãy trong quá trình thi công và sử dụng, phụ thuộc vào số ống Conductor cho trước Nhiệm cụ là thiết kế giàn đỡ 16 đầu giếng Diafragm còn có tác dụng làm tăng độ cứng tổng thể công trình.Vì vậy

ta quyết định phương án kết cấu Diafragm với cao độ và hính dáng như sau:

Dựa vào chiều cao công trình, góc hợp bởi giữa các thanh từ 300 ÷ 600 mà

ta xác định được cao trình Diafragm như sau:

DIAFRAGM 1 EL (+)7600 DIAFRAGM 2 EL (-)10000 DIAFRAGM 3 EL (-)32000 DIAFRAGM 4 EL (-)63000 DIAFRAGM 5 EL (-)104000 DIAFRAGM 6 EL (-)131000

2.2.4 Lựa chọn phương án kết cấu móng và cọc

Do công trình xây dựng ở độ sâu nước 132.7m là rất lớn, nếu thiết kế cọc lồng trong ống chính thì chiều dài và khối lượng cọc sẽ khá lớn, vì vậy ta quyết

định sử dụng cọc váy để giữ ổn định công trình và làm giảm khối lượng cọc đáng

kể Mỗi cụm cọc có 2 cọc được bố trí như hình dưới

Liên kết giữa cọc với ống chính là các mối hàn và các bản mã bằng thép, đảm bảo khả năng truyền lực

Trong thiết kế không có Diafragm sát mặt đáy biển, ta thiết kế sàn chống lún tại chân các cụm váy

Cao độ của váy cọc từ EL (-) 122450 xuống EL (-) 132700

2.2.5 Lựa chọn tiết diện ống

Việc chọn các thanh trong kết cấu công trình biển thép phải đảm bảo được

ổn định cục bộ và ổn định tổng thể dưới điều kiện môi trường khai thác và điều kiện môi trường cực hạn Đối với các phần tử kết cấu dạng ống, chọn theo độ

mảnh cho phép (theo quy phạm API RP 2A-WSP, 20th, Edition, 1993)

  λ r

 k là hệ số phụ thuộc vào liên kết ở hai đầu thanh

 r là bán kính quán tính của tiết diện,

Lựa chọn ống váy cho cọc váy tiết diện là 2375x40

Lựa chọn tiêt diện cọc là 2032x40

Dưới đây là bảng thống kê đầy đủ các loại tiết diện sử dụng để thiết kế

Tiết Diện Vật Liệu Hình Dáng X1000X20 API Grade 5L X52 Hình Ống X1000X25 API Grade 5L X53 Hình Ống X1000X30 API Grade 5L X54 Hình Ống X1250X25 API Grade 5L X55 Hình Ống

X1250X32 API Grade 5L X56 Hình Ống X1700X38 API Grade 5L X57 Hình Ống X1700X45 API Grade 5L X58 Hình Ống X1700X50 API Grade 5L X59 Hình Ống X2032X40 API Grade 5L X60 Hình Ống X2375X40 API Grade 5L X61 Hình Ống X2500X45 API Grade 5L X62 Hình Ống X457X12.7 API Grade 5L X63 Hình Ống X508X12.7 API Grade 5L X64 Hình Ống X508X19.05 API Grade 5L X65 Hình Ống X508X25.4 API Grade 5L X66 Hình Ống X609.6X12.7 API Grade 5L X67 Hình Ống X610X19.05 API Grade 5L X68 Hình Ống X660.4X12.7 API Grade 5L X69 Hình Ống X660X25.4 API Grade 5L X70 Hình Ống X762X15.9 API Grade 5L X71 Hình Ống X762X20 API Grade 5L X72 Hình Ống X762X25 API Grade 5L X73 Hình Ống X800X20 API Grade 5L X74 Hình Ống X800X25 API Grade 5L X75 Hình Ống X800X40 API Grade 5L X76 Hình Ống X812.8X15.9 API Grade 5L X77 Hình Ống X863.6X19.1 API Grade 5L X78 Hình Ống X900X20 API Grade 5L X79 Hình Ống X900X25 API Grade 5L X80 Hình Ống X900X30 API Grade 5L X81 Hình Ống cone API Grade 5L X82 Chóp cụt

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT KHỐI CHÂN ĐẾ A.THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU

I.TÍNH TOÁN KẾT CẤU

I.1 Tính toán dao động riêng

 Việc tính toán dao động riêng của công trình nhằm mục đích đánh giá

sự ảnh hưởng động do tải trọng môi trường tác dụng lên công trình

 Do công trình biển làm việc trong môi trường khắc nghiệt, chịu tác động của môi trường có bản chất động, nên việc tính toán lực tĩnh sẽ không chính xác để đánh giá phản ứng của công trình Vì vậy ta phải xét đến ảnh hưởng động

 Trên thực tế tính toán đối với các công trình biển cố định bằng thép, người ta thấy nếu chu kỳ dao động riêng của công trình Tmax  3s thì ảnh hưởng động coi như không đáng kể Khi đó có thể tính toán kết cấu theo phương pháp tựa tĩnh, tức là ta đi xác định hệ số kđ rồi nhân hệ số

đó vào giá trị tải trọng đầu vào hoặc giá trị nội lực đầu ra khi tính toán

Hệ số kđ được xác định như sau:

kd =

2

1 1

2 2

1 t

o

2 1

1 u

+ uo là biên độ của chuyển vị động

+ ut là chuyển vị cực đại do tác dụng tĩnh của tải trọng

+ 1 là tần số của dạng dao động riêng của kết cấu, 1 = 2/Tdđr

+ /1 là hệ số giảm chấn lấy bằng 0,08

+  là tần số vòng của sóng tác dụng

I.1.1 Phương trình động lực học

Phương trình chuyển động của hệ (DKBCĐ), sau khi đã thực hiện rời rạc hóa

sơ đồ kết cấu (qui khối lượng về nút theo phương pháp phần tử hữu hạn), có dạng

dao động tổng quát của hệ nhiều bậc tự do :

I.1.2 Sơ đồ kết cấu

a Mô hình hóa khối chân đế

Khối chân đế được mô hình hóa theo sơ đồ không gian bằng phần mềm Sap2000v12:

b Mô hình hóa sự làm việc giữa cọc và áo cọc (skirt sleeves)

Để đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa cọc với ống chính nên giữa cọc và áo cọc (skirt sleeves) được lấp đầy bằng một lớp bê tông bơm trám Tuy nhiên việc khai báo tiết diện trong chương trình tính có đầy đủ các thành phần: cọc, ống

chính, vữa bơm trám là không thể thực hiện được Chính vì vậy để kể đến sự làm việc đồng thời của các thành phần trên người ta tiến hành mô hình hoá thành một tiết diện tương đương

Công thức quy đổi:

EtđAtđ = E1.A1+ E2.A2 .+ E3.A3

Etđ.Itđ = E1.I1+ E2.I2+ E3 I3+ E1, E2, E3, Etđ: Modun đàn hồi của ống chính, cọc, vữa bơm trám và thanh tương đương

A1, A2, A3 ,Atđ: Diện tích tiết diện của ống chính , cọc, vữa bơm trám và thanh tương đương

+ I1, I2, I3,Itđ Mômen quán tính của ống chính, cọc, vữa bơm trám và thanh tương đương

Trong tính toán thực hành : Coi Etđ = E1 =E2 =Estell bỏ qua thành phần vữa bơm trám

c.Mô hình hóa sự làm việc của cọc với đất nền

Sơ đồ tính của hệ được mô tả dưới dạng khung không gian,liên kết giữa hệ kết cấu với nền đất được coi là ngàm Do đất không phải là tuyệt đối cứng, vị trí được coi là ngàm được chuyển xuống vị trí mà chuyển vị hầu như bằng không và

độ sâu này được coi là độ sâu ngàm giả định Độ sâu ngàm giả định phục thuộc vào các yếu tố:

Điều kiện địa chất của các lớp trên cùng

 Kích thước của cọc

 Trạng thái chịu lực của công trình

Trong tính toán độ sâu ngàm  được lấy theo kinh nghiệm có thể xác định sơ

bộ :

 Với đất sét:  = (3,5  4,5)Dc

 Với đất bùn, phù sa:  = (7  8,5)Dc

 Trường hợp không có số hiệu về địa chất công trình thì lấy  = 6DC Theo số liệu địa chất tại nơi xây dựng công trình 2 lớp trên cùng là sét cứng với tổng chiều sâu lên tới 15(m) nên ta sẽ chọn chiều sâu ngàm giả định là 6Dc

Ta có 6Dc= 6x2.5 = 15(m) Ta chọn chiều sau ngàm giả định là 15 (m)

d Sơ đồ kết cấu