Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công

B ẢN CAM KẾT Họ và tên học viên: Bùi Cao Cường Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công”.. Ch

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Tr ần Đình Hòa

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, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học 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 phát triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài đê biển Vũng Tàu – Gò Công

đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay, cung cấp nhiều thông tin bổ ích và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn Ban chỉ đạo và chủ nhiệm của các đề tài trong cụm 6 đề tài thuộc chương trình: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng tuyến đê biển đa mục tiêu Vũng Tàu – Gò Công” đã cung cấp cho tác giả những số

liệu đầu vào cần thiết dùng trong quá trình làm luận văn

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Hà N ội, ngày tháng năm 2014

Tác gi ả

Bùi Cao Cường

B ẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên: Bùi Cao Cường

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công”

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

Bùi Cao Cường

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1 Giới thiệu chung vùng nghiên cứu [2],[5],[6] .7

1.2 Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trên thế giới [5], [13] 11

1.2.1 Âu thuyền Baudoudin – Bỉ 12

1.2.2 Âu thuyền Zandvlied và Bezendrecht – Bỉ 13

1.2.3 Âu thuyền Francois, Le Havre – Pháp 15

1.2.4 Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan 16

1.2.5 Âu thuyền Zeebrugge – Bỉ 17

1.2.6 Âu thuyền tại Wilhelmshaven – Đức 19

1.2.7 Âu thuyền Bassin Loubet – Pháp 20

1.2.8 Âu thuyền trên đê biển Saint Petersburg – Nga 21

1.2.9 Âu thuyền trên đê biển Seamangeum – Hàn Quốc 22

1.2.10 Âu thuyền trên đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên 23

1.3 Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trong nước 24

1.3.1 Âu thuyền Thảo Long 25

1.3.2 Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau 26

1.3.3 Âu tàu Rạch Chanh – Long An 26

1.4 Kết luận chương 1 27

1.5 Những vấn đề nghiên cứu của luận văn 29

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG 30

2.1 Vị trí và quy mô công trình 30

2.1.1 Vị trí công trình dự kiến 30

2.1.2 Quy mô công trình 32

2.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của công trình 32

2.3 Điều kiện tự nhiên của vùng dự án [2], [5] 33

2.3.1 Đặc điểm về thủy văn thủy lực 33

2.3.2 Đặc điểm về khí tượng 35

2.3.3 Đặc điểm về bão 36

2.3.4 Đặc điểm về thủy triều 36

2.3.5 Đặc điểm về địa hình 37

2.3.6 Đặc điểm về địa chất 38

2.3.7 Một số đặc điểm chính của âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công 39

2.4 Một số giải pháp kết cấu âu có thể áp dụng cho xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công 40

2.4.1 Giải pháp kết cấu âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối 40

2.4.2 Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng bản đáy đặc, tường âu kiểu dầm công xôn (kết cấu tường âu dạng trọng lực) 42

2.4.3 Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng cọc, cừ 43

2.4.4 Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng phao hộp xà lan 45

2.5 Nghiên cứu phương pháp tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công 47

2.5.1 Phương pháp sức bền vật liệu 47

2.5.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 48

2.6 Kết luận chương 2 48

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG THEO PHƯƠNG ÁN PHAO HỘP XÀ LAN 50

3.1 Bố trí tổng thể và đề xuất kết cấu các bộ phận công trình 50

3.1.1 Bố trí tổng thể công trình 50

3.1.2 Kết cấu đầu âu 51

3.1.3 Kết cấu thân âu (buồng âu) 52

3.1.4 Cửa van âu thuyền 52

3.1.5 Các hạng mục khác 53

3.2 Các thông số thiết kế 53

3.3 Tính toán xác định các kích thước cơ bản của âu thuyền 55

3.3.1 Chiều dài hữu ích của buồng âu Lk1 55

3.3.2 Chiều rộng hữu ích của buồng âu Bk1 56

3.3.3 Chiều sâu trên ngưỡng và cao trình đáy buồng âu 56

3.3.4 Cao trình đỉnh tường âu 57

3.4 Tính toán kiểm tra ổn định âu thuyền 58

3.4.1 Kiểm tra ổn định nổi của đơn nguyên buồng âu 58

3.4.2 Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền 64

3.4.3 Ổn định kết cấu đơn nguyên buồng âu 70

3.5 Kết luận chương 3 74

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH 76

4.1 Biện pháp thi công đầu âu 76

4.2 Biện pháp thi công buồng âu 77

4.2.1 Phương pháp thi công tại chỗ 78

4.2.2 Thi công theo phương pháp thùng chìm [4] 79

4.2.3 Thi công kết hợp 84

4.3 Kết luận chương 4 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

HÌNH MINH HỌA

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Hình 1.1 Phạm vi ảnh hưởng của dự án 8

Hình 1.2 Tuyến luồng Sài Gòn – Vũng Tàu và luồng Soài Rạp – Hiệp Phước 9

Hình 1.3 Tuyến luồng sông Đồng Nai và tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải 11

Hình 1.4 Tuyến luồng sông Dinh 11

Hình 1.5 Mặt bằng âu Baudouin nhìn từ Google Earth 12

Hình 1.6 Cắt ngang kết cấu buồng âu 13

Hình 1.7 Tàu qua âu Baudouin 13

Hình 1.8 Tổng thể âu Zandvlied (trái) và Bezendrecht (phải) 14

Hình 1.9 Cắt ngang kết cấu buồng âu Zandvlied 14

Hình 1.10 Cắt ngang kết cấu buồng âu Bezendrecht 15

Hình 1.11 Tàu qua âu Zandvlied và Bezendrecht 15

Hình 1.12 Tổng thể âu Francois, Le Havre từ Google Earth 16

Hình 1.13 Cắt ngang kết cấu buồng âu 16

Hình 1.14 Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan 17

Hình 1.15 Cắt ngang kết cấu buồng âu Terneuzen 17

Hình 1.16 Tổng thể âu Zeebrugge từ Google Earth 18

Hình 1.17 Cắt ngang buồng âu 18

Hình 1.18 Tàu qua âu Zeebrugge 18

Hình 1.19 Âu thuyền tại Wilhelmshaven 19

Hình 1.20 Cắt ngang kết cấu buồng âu 19

Hình 1.21 Mặt bằng và cắt ngang âu Bassin Loubet 20

Hình 1.22 Kết cấu Âu thuyền Bassin Loubet 20

Hình 1.23 Vị trí tuyến đê biển St Peterburg và cống hàng hải S1, S2 21

Hình 1.24 Cống hàng hải S1, S2 trên tuyến đê 22

Hình 1.25 Đê biển Seamangeum và các hạng mục trên đê 23

Hình 1.26 Đê NamPho – Bắc Triều Tiên 24

Hình 1.27 Âu thuyền trên đê biển Nam Pho 24

Hình 1.28 Âu thuyền Thảo Long – Thừa Thiên Huế 25

Hình 1.29 Âu thuyền Tắc Thủ - Cà Mau 26

Hình 1.30 Âu tàu Rạch Chanh – Long An 27

Chương 2 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp tính toán âu thuy ền Vũng Tàu – Gò Công Hình 2.1 Vị trí dự kiến vùng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công [5] 30

Hình 2.2 Bố trí âu thuyền trên đê chính[5] 31

Hình 2.3 Các phương án bố trí âu trên đê phụ [5] 31

Hình 2.4 Đường mực nước lớn nhất theo một số kịch bản 34

Hình 2.5 Biểu đồ hướng gió 35

Hình 2.6 Đường mực nước thực đo tháng 6 năm 2012 [2] 37

Hình 2.7 Cắt dọc địa hình tại vị trí tuyến đê chính [5] 38

Hình 2.8 Cắt ngang buồng âu có tường âu và bản đáy liền khối 41

Hình 2.9 Hình ảnh 3D âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối 41

Hình 2.10 Cắt ngang buồng âu 43

Hình 2.11 Kết cấu đầu âu 44

Hình 2.12 Kết cấu buồng âu dạng cọc, cừ 44

Hình 2.13 Cắt ngang buồng âu dạng phao hộp xà lan 46

Chương 3 : Tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công theo phương án phao hộp xà lan Hình 3.1 Bình đồ vị trí hố khoan trên tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công[5] 38

Hình 3.1 Bố trí tổng thể âu thuyền 50

Hình 3.2 Mặt bằng âu thuyền 51

Hình 3.3 Kết cấu đầu âu 52

Hình 3.4 Cửa van âu thuyền [2] 53

Hình 3.5 Cắt ngang kết cấu phao hộp xà lan 59

Hình 3.6 Mặt bằng kết cấu phao hộp xà lan 60

Hình 3.7 Sơ đồ kiểm tra chiều cao mạn khô F của xà lan 61

Hình 3.8 Diễn biến tâm nổi và tâm ổn định khi nghiêng 62

Hình 3.9 Mặt bằng bố trí cọc đầu âu 69

Hình 3.10 Cách xác định Klx 70

Hình 3.11 Kết quả tính toán nội lực trong kết cấu 73

Chương 4 : Nghiên cứu đề xuất phương án thi công công trình Hình 4.1 Hình ảnh thi công công trình tại chỗ [15] 77

Hình 4.2 Thi công đơn nguyên trên hệ nổi 78

Hình 4.3 Hố móng chế tạo các đơn nguyên 80

Hình 4.4 Chế tạo đơn nguyên trên hệ nổi và đường triền 80

Hình 4.5 Hạ thủy và di chuyển phao 81

Hình 4.6 Định vị và hạ chìm phao 82

Hình 4.7 Thiết bị hỗ trợ di chuyển, định vị và hạ chìm [12] 83

Hình 4.8 Khớp nối liên kết các đơn nguyên phao hộp xà lan 84

Hình 4.9 Thi công kết hợp 85

BẢNG BIỂU Chương 2 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp tính toán âu thuy ền Vũng Tàu – Gò Công

Bảng 2.1 Tần suất mực nước giờ tại trạm hải văn Vũng Tàu (khi chưa có đê biển Vũng Tàu – Gò Công)[2]

33Bảng 2.2 Mực nước cực trị tại Vũng Tàu (khi chưa có đê biển Vũng Tàu – Gò Công)[2] 34Bảng 2.3 Mực nước đồng thời tại âu thuyền trên đê chính [2]

34Bảng 2.4 Nhiệt độ trung bình, thấp nhất, cao nhất tháng và năm tại Vũng Tàu [2] 35Bảng 2.5 Số ngày mưa trung bình tháng và năm [2]

36Bảng 2.6 Tốc độ gió gần khu vực Vũng Tàu tương ứng với chu kỳ lặp lại 36Bảng 2.7 Mực nước đỉnh triều tại các trạm thủy văn ứng với tần suất xuất hiện [2] 37Bảng 2.8 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 39

Chương 3 : Tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công theo phương án phao h ộp xà lan

Bảng 3.1.Các loại mực nước thiết kế âu 54Bảng 3.2.Trị số độ sâu an toàn nhỏ nhất dưới bụng tàu phụ thuộc vào chiều sâu đặt

ngưỡng 57

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang là một vấn đề hết sức nóng bỏng và

bức thiết hiện nay bởi những tác động tiêu cực và ngày càng rõ rệt của nó đến đời

sống của loài người trên toàn thế giới nói chung và người dân Việt Nam nói riêng Các hiện tượng thời tiết cực đoan thường xuyên xảy ra với mức độ và cường độ ngày càng cao như hạn hán, lũ lụt, triều cường, xâm nhập mặn…gây ảnh hưởng rất

lớn đến cuộc sống của người dân

Tại Việt Nam, biến đổi khí hậu và nước biển dâng cũng đã ảnh hưởng rất lớn đến đời sống xã hội Bão lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, triều cường… xảy ra theo chiều hướng ngày càng tăng về số lượng và cường độ ngày càng mạnh đã gây ra rất nhiều thiệt hại cho người dân Theo thống kê thì năm 2013, số lượng cơn bão và áp

thấp nhiệt đới đã lên đến 18 vượt mức kỷ lục năm 1964 (16 cơn) đặc biệt là cơn bão

số 14 (tên quốc tế là Haiyan) được coi là cơn bão mạnh nhất trong lịch sử đổ bộ vào nước ta gây ra rất nhiều thiệt hại cho người dân Mới đây, ngày 5/12/2013, triều cường tại thành phố Hồ Chí Minh đã đạt mốc lịch sử là 1,68m Đây là đỉnh triều cao

nhất trong hơn 60 năm qua đã làm cho thành phố Hồ chí Minh và khu vực phụ cận

bị ngập lụt nặng nề, đời sông người dân bị đảo lộn, nền kinh tế đặc biệt là kinh tế nông nghiệp bị thiệt hại rất lớn…Đây mới chỉ là một trong số rất nhiều ảnh hưởng

của biến đổi khí hậu đến đời sống xã hội hiện nay

(a) Ngập lụt do triều cường (b) Lúa chết do nhiễm mặn

(c) Thiếu nguồn nước ngọt (d) Siêu bão Haiyan đổ bộ vào Việt Nam Hình 1 Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam (nguồn Internet)

Ảnh hưởng rõ rệt và thường xuyên của biến đổi khí hậu đến đời sống xã hội ở

Việt Nam phải kể đến khu vực thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) và khu vực phụ

cận Mặc dù là một thành phố lớn nhưng mỗi khi triều cường dâng cao lại gây nên tình trạng ngập úng gây ảnh hưởng nghiêm trọng và làm đảo lộn đời sống của người dân Để giải quyết tình trạng ngập úng do triều cường và lũ ở TP.HCM, Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng khu vực TP.HCM theo quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 Tuy nhiên do vấn đề kinh phí và giải phóng mặt bằng nên cho đến thời điểm này, dự án mới chỉ triển khai được giai đoạn

lập dự án và chỉ có duy nhất công trình cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè chuẩn bị được hoàn thành và đã phát huy hiệu quả Chính vì vậy thành phố Hồ Chí Minh và khu vực phụ cận vẫn còn bị ngập nặng mỗi khi triều cường dâng cao

Để khắc phục những tồn tại của các dự án đang triển khai và giải quyết triệt để

vấn đề ngập úng cho thành phố Hồ Chí Minh và vùng phụ cận, ý tưởng xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu đến Gò Công đã được Tổng cục Thủy lợi - Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn đề xuất Công trình được kỳ vọng ngoài việc giải quyết triệt để ngập úng cho TP.HCM và vùng phụ cận còn là một công trình lợi

dụng tổng hợp đa mục tiêu và mang lại hiệu quả rất lớn về kinh tế, môi trường và xã

hội

Hình 2 Vị trí tuyến đê biển đề xuất nhìn từ Google Earth [5]

Theo ý tưởng đề xuất, tuyến đê biển từ Gò Công đến gần Vũng Tàu (cách Vũng Tàu 5 km), nối tiếp với tuyến đê nhánh đi vào rừng Cần Giờ Chiều dài tuyến

đê chính dài 28km, một cống kiểm soát triều, thoát lũ rộng từ 1000÷1500m, cao trình ngưỡng -12,0m và tổ hợp Âu thuyền, sau đó kết nối với Vũng Tàu bằng cầu giao thông rộng 22,5m, dưới cầu các loại tàu bè đi lại bình thường vào khu vực vịnh Gành Rái Tuyến đê phụ dài 13km nối từ đầu cầu phía đê chính đi vào Cần Giờ chiều sâu bình quân gần 4,5m Khi công trình hoàn thành sẽ tạo được hồ chứa có

diện tích mặt nước khoảng 40.000ha, dung tích 2,5 tỷ m3

, tạo ra một tuyến đường giao thông quan trọng nối Vũng Tàu và các tỉnh Đông Nam Bộ…

Tuy nhiên, đây là một vấn đề quá lớn, cả về tính chất công trình, quy mô công trình và các tác động khác mà khi xây dựng công trình gây ra Đó là vấn đề tác động đến môi trường đặc biệt là khu vực rừng Cần Giờ, vấn đề giao thông vận tải thủy vào khu vực cảng biển trọng điểm phía Nam…Do vậy, Chính phủ đã có chủ trương

thực hiện ý tưởng một cách thận trọng bằng các bước đi cụ thể Bước đi đầu tiên là

thực hiện đề án “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng

tuyến đê biển đa mục tiêu Vùng Tàu - Gò Công”, bao gồm 6 đề tài với các mục tiêu

và nhiệm vụ cụ thể

Giao thông thủy với hệ thống các cảng biển và cảng sông có một tầm quan

trọng đặc biệt đối với sự phát triển kinh tế, xã hội của khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và vùng kinh tế trong điểm phía Nam nói chung Việc xây dựng tuyến đê biển khép kín tại cửa ra của sông Soài Rạp và sông Lòng Tàu sẽ ảnh hưởng đến việc lưu thông hàng hóa của khu vực Chính vì vậy, việc nghiên cứu xây

dựng âu thuyền để đảm bảo giao thông thủy là một vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu khi xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công

Trên thế giới, âu thuyền đã được nghiên cứu và xây dựng rất phổ biến, nhiều công trình lớn, kết cấu phức tạp đã được xây dựng như hệ thống âu thuyền trên kênh đào Panama, âu thuyền trên sông Dương Tử, âu thuyền Zandvilied và Bezendrecht - Bỉ, Âu thuyền Falkirk Wheel - Scotland… Các âu thuyền này bên

cạnh nhiệm vụ giúp tàu thuyền qua lại dễ dàng thì chúng còn được thiết kế và xây

dựng có tính thẩm mỹ cao và trở thành điểm du lịch hấp dẫn, mang lại hiệu quả

tổng hợp rất cao Tại Việt Nam, âu thuyền cũng đã được nghiên cứu, xây dựng từ lâu, tuy nhiên hầu hết các công trình âu thuyền tại Việt Nam đều là những công trình nhỏ, kết cấu và vận hành đơn giản, không được chú trọng bảo dưỡng và sửa

chữa nên đến nay chúng đều xuống cấp và hầu hết là không đảm bảo được nhiệm

vụ Trong những năm gần đây, việc xây dựng âu thuyền trong các công trình ngăn sông tại Việt Nam đã được chú trọng hơn Mặc dù vậy, các công trình âu thuyền

mới được xây dựng trong một vài năm trở lại đây vẫn chưa được ứng dụng các tiến

bộ khoa học kỹ thuật trong thiết kế và thi công nên kết cấu âu thuyền vẫn mang tính truyền thống, kích thước âu không lớn, kết cấu đơn giản và tính thẩm mỹ của công trình chưa cao Các âu thuyền mới xây dựng trong một vài năm gần đây phải kể đến như âu thuyền Tắc Thủ, âu thuyền Thảo Long, âu thuyền Đò Điệm…Mặc dù có nhiều công trình âu thuyền mới được nghiên cứu và xây dựng nhưng hiện nay, trình

độ công nghệ xây dựng âu thuyền ở nước ta, đặc biệt là các âu thuyền lớn còn tụt

hậu rất xa so với các nước trên thế giới và trong khu vực

Âu thuyền trong dự án đê biển Vũng Tàu – Gò Công là một âu thuyền lớn, làm việc trong điều kiện phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như sóng, bão,

thủy triều…nên việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu cũng như biện pháp thi công hợp lý là một vấn đề hết sức phức tạp và cần thiết để đảm bảo mục tiêu cũng như nhiệm vụ của dự án nói chung và của công trình âu thuyền nói riêng

Đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công” trên cơ sở nghiên cứu kế thừa các công nghệ xây dựng đã và

đang phát triển trên thế giới cũng như trong nước để đề xuất giải pháp về kết cấu âu thuyền hợp lý

II Mục đích của đề tài

Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương án và tính toán kết cấu cho hạng mục

âu thuyền công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công

III Cách tiếp 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 về âu thuyền 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, nghiên cứu 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 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

IV Kết quả đạt được của luận văn

 Tổng quan về các loại hình kết cấu công trình âu thuyền;

 Phân tích một số giải pháp kết cấu công trình âu thuyền và đề xuất lựa chọn phương án âu thuyền ứng dụng để xây dựng trên tuyến Vũng Tàu – Gò Công

 Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu cho phương án chọn

 Tính toán kết cấu cho hạng mục âu thuyền của phương án lựa chọn

 Nghiên cứu đề xuất biện pháp thi công công trình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu chung vùng nghiên cứu [2],[5],[6]

Vùng hạ du lưu vực sông Đồng Nai nằm ở vùng cửa sông của nhiều con sông

lớn thuộc hệ thống sông Đồng Nai, nên chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của những biến động dòng chảy trên sông, thủy triều từ biển Đông, trong đó tác động từ thủy triều mang tính thống trị Địa hình của vùng hạ du này thấp trũng, hướng ra biển với trên 60% đất đai có cao trình thấp dưới +2m Ở phía thượng lưu nhiều hồ chứa lớn đã và đang được xây dựng, lũ được giữ lại, lưu lượng bình quân mùa lũ giảm, nên dòng

chảy trong sông yếu dần Ngược lại, dòng triều tác động ngày càng mạnh lên và đang có xu thế ngày càng gia tăng, vấn đề xâm nhập mặn và thiếu nước ngọt đã và đang xảy ra nghiêm trọng trên sông Sài Gòn, ảnh hưởng trực tiếp đến các nhà máy

cấp nước trong vùng

Vùng Đồng Tháp Mười (ĐTM) với diện tích khoảng 750.000 ha, là vùng trũng thấp rất khó thoát nước, những tác động do hoạt động của con người nên xu hướng ngập lũ trong nội đồng ngày càng gia tăng về chiều sâu ngập và thời gian

ngập (chênh lệch mức nước max giữa Tân Châu (trên sông) và Mộc Hóa (mực nước trong đồng) giảm từ 2,5 đến 3m xuống còn 1,5m trong 40 năm qua Tổng lượng nước tiêu thoát từ ĐTM ra sông Tiền khoảng 70%, nhưng xu hướng này ngày càng

hạn chế do các khu dân cư tiếp tục phát triển sâu vào vùng ĐTM Hướng tiêu thuận

lợi cho vùng ĐTM là sông Vàm Cỏ Tuy nhiên, do tác động của nước biển dâng, sự gia tăng của động năng dòng triều nên vấn đề tiêu thoát theo hướng này cũng ngày càng khó khăn Đây là vùng khó tiêu nhất, ngập sâu và dài ngày nhất của Đồng

bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Nhiều vùng chua phèn của vùng ĐTM như Bắc Đông, Bo Bo vẫn chưa được giải quyết, môi trường vùng giáp nước không được cải thiện, nếu tăng được khả năng thoát lũ ra sông Vàm Cỏ thì thời gian ngập và độ sâu

ngập trong vùng sẽ giảm đáng kể, diện tích đất phèn sẽ được cải tạo và thu hẹp Vấn

đề xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt xảy ra thường xuyên tác động lớn đến sản xuất

của tỉnh Long An Hiện tại vào mùa khô chúng ta vẫn phải xả nước từ hồ Dầu Tiếng

xuống sông Vàm Cỏ để đẩy mặn, đây chỉ là giải pháp tình thế

a Vùng ng ập do lũ (Đồng Nai, Sài Gòn),

tri ều và mưa

b Vùng ng ập do lũ (Sông Mê Kông),

tri ều và mưa Hình 1.1 Ph ạm vi ảnh hưởng của dự án

Dự án đê biển Vũng Tàu - Gò Công liên quan trực tiếp đến vùng hạ du lưu vực

hệ thống sông Đồng Nai, và một phần khu vực Đồng Tháp Mười bao gồm các tỉnh Bình Dương, Đồng Nai, TP.HCM, Tây Ninh, Long An, Đồng Tháp và Tiền Giang,

với tổng diện tích 1.080.520 ha Dự án được đề xuất với kỳ vọng xây dựng một công trình có nhiệm vụ tổng hợp: ngăn triều, ngăn mặn, thoát lũ và phát triển kinh

tế cho một khu vực rộng lớn của các khu vực Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh, Long An và Tiền Giang

Khu vực nghiên cứu ảnh hưởng đến giao thông thủy là Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (nay là vùng kinh tế động lực phía Nam) bao gồm TP Hồ Chí Minh, tỉnh Đồng Nai, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, tỉnh Bình Dương, tỉnh Bình Phước,

tỉnh Tây Ninh, tỉnh Long An và tỉnh Tiền Giang và Nhóm cảng biển Đông Nam Bộ (nhóm 5 – khu vực thành phố Hồ Chí Minh – Đồng Nai – Bà Rịa Vũng Tàu, bao

gồm cả các cảng Long An, Tiền Giang trên sông Soài Rạp, Bình Dương và Côn Đảo) Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam với hệ thống cảng biển nhóm 5 có một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội của khu vực, là đầu mối thông

thương với Quốc tế Chính vì vậy khu vực đang được chú trọng nghiên cứu và đầu

tư phát triển theo Quyết định số 2190/QĐ-TTg ngày 24 tháng 12 năm 2009 của

Thủ Tướng Chính Phủ Về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển

Việt Nam đến năm 2020, định hướng đến năm 2030

Dự án đê biển Vũng Tàu – Gò Công ảnh hưởng trực tiếp đến giao thông thủy

của 5 tuyến luồng giao thông thủy chính đó là tuyến luồng Vũng Tàu – Sài Gòn, Tuyến luồng Soài Rạp – Hiệp Phước, Tuyến luồng sông Đồng Nai, tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải, tuyến luồng sông Dinh

Tuyến Luồng Sài Gòn–Vũng Tàu bắt đầu từ phao số “0” qua Vịnh Gành Rái

dẫn vào cảng Sài Gòn qua các sông: Sông Ngã Bảy, sông Lòng Tàu, sông Nhà bè và sông Sài Gòn, tổng chiều dài 91km (khoảng 49,13 hải lý)

Luồng Soài Rạp là luồng dẫn từ Biển Đông vào khu công nghiệp Hiệp Phước

và giáp với sông Nhà Bè tại ngã ba sông Lòng Tàu Luồng Hiệp Phước chỉ mơí khai thác tuyến luồng từ Nhà Bè vào khu công nghiệp Hiệp Phước Hiện tại, các tàu biển

có tải trọng lớn ra vào cảng SPCT (Cảng container trung tâm Sài Gòn) và các cảng khác trên sông Soài Rạp vẫn đi theo luồng Lòng Tàu qua Ngã 3 Bình Khánh đến sông Soài Rạp

a.Tuyến luồng Sài Gòn – Vũng Tàu b.Tuyến luồng Soài Rạp – Hiệp Phước Hình 1.2 Tuy ến luồng Sài Gòn – Vũng Tàu và luồng Soài Rạp – Hiệp Phước

Đoạn luồng tuyến Sông Đồng Nai bắt đầu từ ngã ba sông Nhà Bè, sông Sài Gòn và sông Đồng Nai tới cảng Đồng Nai dài khoảng 36km Tại đoạn đầu tuyến đến khu vực cảng Bến Nghé, thuộc khu vực Cát Lái - Tp Hồ Chí Minh có chiều dài 9,5km, bề rộng, tuyến luồng hiện đang thông qua cho tàu tới 20.000DWT Đoạn này hiện thuộc quyền quản lý của Cục Hàng hải Việt Nam Đoạn còn lại vào tới

cảng Đồng Nai, tuy hầu hết lòng sông khá sâu nhưng sông uốn khúc quanh co với bán kính cong không lớn, chỗ cong nhất có bán kính R = 400m Đoạn luồng này

hiện đang khai thác cho tàu trọng tải tới 5.000DWT và thuộc quyền quản lý của Cục Đường thủy nội địa Việt Nam

Hệ thống sông Thị Vải là hợp lưu của ba con sông lớn Thị Vải, Gò Gia và Cái Mép Sông Thị Vải-Cái Mép chạy theo hướng Bắc Nam, bắt đầu từ địa phận tỉnh Đồng Nai, phần lớn chảy qua địa phận tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, gần như song song

với quốc lộ 51 Chiều dài tuyến sông khoảng 46,5km, độ sâu trung bình từ 15-20m,

chỗ sâu nhất đạt tới 60m, bề rộng trung bình 500-600m, có chỗ rộng tới 1.000m Quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam đến năm 2020, định hướng đến năm 2030, đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt bằng Quyết định số

2190/QĐ-TTg ngày 24/12/2009, theo đó quy mô quy hoạch các cảng khu vực Cái Mép - Thị Vải như sau:

Khu cảng Cái Mép: Cho tàu trọng tải đến 80.000÷100.000DWT;

Khu cảng Phú Mỹ, Mỹ Xuân (Thị Vải): Cho tàu trọng tải đến 50.000 ÷ 80.000 DWT;

Khu Phước An, Gò Dầu: Cho tàu trọng tải đến 30.000 ÷ 60.000DWT;

a Tuy ến luồng sông Đồng Nai b Tuy ến luồng Cái Mép – Thị Vải Hình 1.3 Tuy ến luồng sông Đồng Nai và tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải

Tuyến luồng sông Dinh có tổng

chiều dài từ phao số "0" vào tới

cảng Vietsov Petro là 15,2km

Đoạn 1: từ phao số “5” luồng

Sài Gòn – Vũng Tàu đến vũng

quay tàu cảng Vietsovpetro, bề

rộng đáy luồng Bđáy=150m;

Đoạn 2: từ vũng quay tàu cảng

Vietsovpetro đến thượng lưu

cảng Vinaoffshore + 200m có

bề rộng đáy luồng Bđáy=100m;

Hình 1.4 Tuy ến luồng sông Dinh

Đoạn 3: từ thượng lưu cảng + 200m đến cặp phao “15”, “20” bề rộng đáy luồng

Bđáy = 100m

1.2 Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trên thế giới [5], [13]

Trong các loại hình giao thông thì giao thông vận tải thủy là loại hình mang

lại hiệu quả kinh tế cao nhất vì giá thành rẻ mà khối lượng chuyên chở lớn Từ xa xưa, con người đã sử dụng thuyền bè để đi lại và vận chuyển hàng hóa đến khắp nơi trên thế giới, cùng với đó các công trình âu thuyền cũng được xây dựng từ rất lâu

nhằm đưa tàu thuyền từ nơi có mực nước cao đến nơi có mực nước thấp và ngược

lại cũng như đưa tàu thuyền vượt qua các công trình ngăn sông Ngày nay, với trình

độ khoa học công nghệ ngày càng phát triển thì âu thuyền càng được chú trọng nghiên cứu và xây dựng để có thể phát triển giao thông vận tải thủy, mang lại hiệu

quả kinh tế, xã hội cao Tại các nước phát triển, giao thông vận tải thủy rất được chú

trọng phát triển như Hà Lan, Bỉ, Đức, Pháp, Mỹ cùng với đó là các công trình âu thuyền lớn được xây dựng với nhiều hình thức kết cấu khác nhau

Căn cứ vào kết cấu buồng âu thì một số loại hình kết cấu âu thuyền thường được sử dụng bao gồm: âu thuyền có buồng âu dạng liền khối, buồng âu tường

trọng lực, buồng âu kiểu đáy phân ly, buồng âu dạng cọc cừ, buồng âu dạng hộp phao

1.2.1 Âu thuyền Baudoudin – Bỉ

Âu thuyền Baudouin nằm phía Bắc của cảng Antwerp, cách âu Kruisschans khoảng 250m Chiều dài âu là 467m (chiều dài buồng âu là 360m), chiều rộng

buồng âu B=45m Chiều dài đoạn kênh dẫn vào âu là 428m

Hình 1.5 M ặt bằng âu Baudouin nhìn từ Google Earth

Hình 1.6 C ắt ngang kết cấu buồng âu

Buồng âu thuyền có kết cấu

tường trọng lực bằng bê tông cốt

thép (BTCT) dạng L và không có

tường chống Chiều cao tường bên

của buồng âu là 18,25m (cao trình

đáy buồng âu -10.25m, cao trình

đỉnh tường âu +8.00m), cao trình

đáy tường âu là -12.75m Chiều

dày của tường buồng âu là 2,5m

Đáy buồng âu là các tấm bê tông Hình 1.7 Tàu qua âu Baudouin

cốt thép có kích thước 10x10x1m đặt trên nền được gia cố bằng tầng lọc cát và sỏi dày 60cm Để tránh bị đẩy nổi, trên các tấm BTCT này có đục lỗ đường kính 0,2m

Để đóng mở buồng âu, người ta thiết kế cửa âu bằng các xà lan thép dài 51m, rộng 8,6m

1.2.2 Âu thuyền Zandvlied và Bezendrecht – Bỉ

Đây là hai âu thuyền lớn nhất và có kỹ thuật phức tạp nhất thế giới nằm cách

cảng Antwerp 16 km về phía hạ lưu, chúng kết nối sông Western Schelt và cảng Antwerp, chúng được đặt tên theo tên hai thị trấn bên cạnh chúng

Âu thuyền Zandvilied (phía bắc) được hoàn thành năm 1967 dài 500m, rộng 57m và cao 21,5m với 4 cửa van phẳng đẩy ngang rộng 60m cao14m Âu thuyền Bezendrecht (lớn nhất thế giới) hoàn thành năm 1989 dài 500m rộng 68m và cao 21,5m với 4 cửa van phẳng đẩy ngang rộng 71m cao 14m

Cũng tương tự như âu Baudouin, kết cấu buồng âu thuyền Zandvlied và Bezendrecht cũng có dạng tường trọng lực bằng BTCT dạng L, chiều cao tường 21,5m Bản đáy buồng âu thuyền có kết cấu bằng các tấm BTCT lắp ghép dày 1m

có đục lỗ đặt trên nền tầng lọc cát và sỏi Tường âu được chia thành các đơn nguyên dài 22m và được nối với nhau bằng khớp nối

Hình 1.8 T ổng thể âu Zandvlied (trái) và Bezendrecht (phải)

Hình 1.9 C ắt ngang kết cấu buồng âu Zandvlied

Hình 1.10 C ắt ngang kết cấu buồng âu Bezendrecht

Hình 1.11 Tàu qua âu Zandvlied và Bezendrecht

1.2.3 Âu thuyền Francois, Le Havre – Pháp

Để xây dựng một khu công nghiệp lớn khoảng 12000ha giữa sông Seine và kênh Tancarville cũ, năm 1962, âu thuyền Francois được xây dựng Chiều dài

buồng âu giữa hai cửa là 400m, chiều rộng bường âu B=67m, độ sâu mực nước khoảng 22,80m có thể cho tàu có trọng tải 250000 tấn vào khu công nghiệp Ngay

cả khi mực nước thủy triều xuống thấp ở độ sâu 14,5m cũng có thể cho tàu có trọng

tải 65000 tấn qua

Buồng âu thuyền có kết cấu tường trọng lực BTCT dạng L liền khối Cao trình đáy buồng âu là -14.50, cao trình đỉnh tường âu là +9.50 Chiều dày bản đáy âu là 4,50m, chiều dày tường âu từ 2,00 ÷ 5,00m

Hình 1.12 T ổng thể âu Francois, Le Havre từ Google Earth

Hình 1.13 C ắt ngang kết cấu buồng âu

1.2.4 Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan

Terneuzen là âu thuyền mới thay thế âu thuyền phía Tây được xây dựng từ năm 1907 và có thể cho tàu có trọng tải 50.000 tấn từ Westerschelde đến cảng Gent

Buồng âu có chiều dài 355m và chiều rộng 40m Kết cấu buồng âu đạng tường

trọng lực BTCT dạng L liền khối với bản đáy âu, cao trình đáy buồng âu -12,82, cao trình đỉnh tường âu +6,00

a.Mặt bằng âu nhìn từ Google Earth b.Hình ảnh tàu qua âu

Hình 1.14 Âu thuy ền Terneuzen - Hà Lan

Hình 1.15 C ắt ngang kết cấu buồng âu Terneuzen

1.2.5 Âu thuyền Zeebrugge – Bỉ

Âu Zeebrugge cũng là một trong những âu thuyền lớn nhất thế giới khi đó, âu được hoàn thành năm 1985 Chiều dài âu là 500m, chiều rộng buồng âu B=57m và sâu 18,5m Cao trình đáy buồng âu là -15.0, cao trình đỉnh tường âu là +8.00 Âu có

thể cho tàu có trọng tải 125000 tấn đi qua

Kết cấu buồng âu dạng tường cừ kết hợp với hệ cọc BTCT đóng xiên, phía trên là tường BTCT Bản đáy buồng âu cũng có kết cấu bằng các tấm BTCT có đục

lỗ thoát nước

Cửa van âu thuyền dạng cửa phẳng đẩy ngang dài 58,6m, cao 24,2m, chiều dày cửa van phần dưới 9,90m phần trên 10,40m nặng khoảng 2000T

Hình 1.16 T ổng thể âu Zeebrugge từ Google Earth

Hình 1.17 C ắt ngang buồng âu

Hình 1.18 Tàu qua âu Zeebrugge

1.2.6 Âu thuyền tại Wilhelmshaven – Đức

Hai âu thuyền tại lối vào Wilhelmshaven có chiều rộng buồng âu B = 60m, chiều rộng cửa vào 57m, chiều dài buồng âu là 350m và khoảng cách giữa hai âu thuyền là 150m Cao trình đáy buồng âu là –15,65, cao trình đỉnh tường âu là +3,45

Kết cấu buồng âu thuyền dạng tường đứng BTCT kết hợp với cọc ván thép Tường âu BTCT dạng L có phần bệ dày 11m, tường âu được đặt trên hệ cọc thép đóng xiên và hai hàng cọc ván thép IP30 dài khoảng 16m, giữa hai hàng cọc thép này người ta đổ bê tồng dày trung bình 1,75m Độ sâu mực nước tại đầu âu khi thủy triều lên cao khoảng 15,30m và mực nước thấp khoảng 11,70m

Hình 1.19 Âu thuy ền tại Wilhelmshaven

Hình 1.20 C ắt ngang kết cấu buồng âu

1.2.7 Âu thuyền Bassin Loubet – Pháp

Âu thuyền Bassin Loubet có kết cấu buồng âu dạng hộp phao với tường và

bản đáy âu được chia thành các ô và vách bằng BTCT Chiều dài âu thuyền 165,5m, chiều rộng buồng âu B = 25m, chiều dày tường âu là 5m, chiều dày bản đáy âu 3m Cao trình đáy âu -5,50m, cao trình đỉnh tường âu +11,00m Buồng âu được gia cố

nền bằng cọc có đường kính D=1,65m

a Mặt bằng âu từ Google Earth b Cắt ngang buồng âu

Hình 1.21 M ặt bằng và cắt ngang âu Bassin Loubet

Hình 1.22 K ết cấu Âu thuyền Bassin Loubet

1.2.8 Âu thuyền trên đê biển Saint Petersburg – Nga

Dự án đê biển Saint Petersburg được bắt đầu từ năm 1978 và sau khi bị tạm

dừng kéo dài từ những năm 1990 đến đầu những năm 2000, dự án được tiếp tục

thực hiện lại vào năm 2005 và cuối cùng được khánh thành vào năm 2011.Vị trí công trình nằm gần vịnh Neva và vịnh Phần Lan, nối liền các thị trấn Gorki; Kronstadt và Lomonosov với chiều dài tổng cộng là 25.4km, trong đó có 22.2km băng ngang vịnh Phần Lan ở độ sâu trung bình 2.9m

Các hạng mục chính của công trình gồm đê biển, các cửa xả và công trình

cống hàng hải S1, S2

Hình 1.23 V ị trí tuyến đê biển St Peterburg và cống hàng hải S1, S2

a Cống S1 rộng 200m, sâu 16m b Cống S2 rộng 100m, sâu 7m

c Tàu qua cống S1 d Cống hàng hải S2

Hình 1.24 C ống hàng hải S1, S2 trên tuyến đê

Mục đích của hai cống hàng hải là cho phép qua lại các loại tàu thuyền

sông-biển với mớn nước 5,3m quanh năm Dùng cho các tàu “sông pha biển” qua lại Chiều rộng luồng dẫn 110m, sâu 7m với cửa ngăn dạng nâng hạ Khi mực nước bình thường, cửa được hạ chìm xuống đáy kênh dẫn trong một rãnh bê tông thấp hơn cao độ đáy kênh Trong thời gian lũ lụt, cửa ngăn nhanh chóng được nâng lên

nhờ 4 xi-lanh thủy lực để bịt kín kênh dẫn

1.2.9 Âu thuyền trên đê biển Seamangeum – Hàn Quốc

Đê biển Saemangeum cách thành phố Seoul khoảng 200km về phía nam Nó

có một hệ thống đường giao thông ở phía trên Đê biển mang tên Saemangeum bao quanh một vùng biển có diện tích 401km2

bằng khoảng 2/3 diện tích thành phố Seoul Với chiều dài 33,9 km; nằm giữa biển Hoàng Hải và cửa sông Saemangeum

Dự án được tiến hành từ năm 1991 và được hoàn thành năm 2010 Dự án được kỳ

vọng sẽ mang lại lợi ích to lớn cho phát triển công nghiệp, nông nghiệp, nuôi trồng

thủy sản và kết nối giao thông thuận lợi giữa hai khu vực quan trọng là Gunsan và Buan (rút ngắn khoảng cách giữa 2 khu vực này từ 99 km xuống còn 33 km)

a.Tổng thể tuyến đê biển b.Cửa xả Sinsi

Hình 1.25 Đê biển Seamangeum và các hạng mục trên đê

Các hạng mục chính của công trình bao gồm một hệ thống đê biển có chiều dài 33,9 Km, hai cửa cống xả nước, cửa Sinsi có tổng cộng 10 khoang cửa van cung

2 mặt thượng lưu và hạ lưu Kích thước mỗi cửa rộng 30m, cao 15m và trọng lượng

mỗi cửa là 480 tấn Cửa xả Garyeok có kết cấu tương tự như cửa Sinsi, tuy nhiên

cửa này chỉ có 8 khoang xả, vận tốc qua cửa xả lên tới 6,77m/s

Tại các cửa xả Sinsi và Garyeok có bố trí 2 âu thuyền rộng 15m đảm bảo cho tàu 40 tấn có thể đi qua

1.2.10 Âu thuyền trên đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên

Hệ thống đê biển Tây hay còn gọi là đê biển Nam Pho nằm tại vị trí cửa ra của sông TaeDong, cách thành phố Nam Pho - Bắc Triều Tiên khoảng 15km về phía

Tây Tuyến đê có chiều dài 8km, được xây dựng bởi quân đội nhân dân Triều Tiên trong vòng 5 năm, từ năm 1982 đến năm 1986

Hình 1.26 Đê Nam Pho – Bắc Triều Tiên

Ngoài tuyến đê chính, công trình còn có 36 khoang cửa cống tiêu thoát nước,

3 âu thuyền cho phép tàu thuyền có tải trọng lên đến 50.000 tấn qua lại hàng ngày

Hình 1.27 Âu thuyền trên đê biển Nam Pho

1.3 Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trong nước

Việt Nam có đường bờ biển dài và hệ thống sông ngòi chằng chịt nên giao thông vận tài thủy đã và đang được đầu tư phát triển mạnh mẽ với nhiều hệ thống

cảng biển và cảng sông được xây dựng lâu đời như cảng Hà Nội, cảng Sài Gòn…Ngày nay, trước những tác động mạnh mẽ của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, các công trình ngăn sông, kiểm soát triều được xây dựng rất phổ biến nên cũng ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển của giao thông vận tải thủy Để hạn

chế ảnh hưởng đến việc đi lại của tàu thuyền khi xây dựng các công trình ngăn sông

thì âu thuyền là một hạng mục công trình không thể thiếu khi nghiên cứu đầu tư xây

dựng các công trình này Vì vậy phần lớn âu thuyền đang được nghiên cứu xây

dựng tại Việt Nam hiện nay gắn liền với việc xây dựng các công trình ngăn sông như âu thuyền Thảo Long…

1.3.1 Âu thuyền Thảo Long

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 Âu thuyền dùng

để nâng hạ tàu thuyền từ biển Đông ra vào sông Hương – Thừa Thiên Huế

Âu thuyền Thảo Long 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

Hình 1.28 Âu thuyền Thảo Long – Thừa Thiên Huế

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 Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau

Hình 1.29 Âu thuyền Tắc Thủ - Cà Mau

Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau được thi công bằng bêtông cốt thép có mặt cắt hình chữ nhật với chiều dài 206m gồm đầu âu thượng và hạ dài 28m, thân âu dài 137,5m, 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 khoa – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội thiết kế Công trình đưa vào sử

b Hình ảnh 3D khi công trình hoàn thành Hình 1.30 Âu tàu Rạch Chanh – Long An

Âu tàu Rạch Chanh thuộc dự án Phát triển cơ sở hạ tầng giao thông Đồng

bằng Sông Cửu Long, Âu tàu Rạch Chanh bắt đầu tại Km 53 của hành lang đường

thủy Quốc gia số 2 (Km0+000 bắt đầu tại thành phố Hồ Chí Minh), phía bắc của Âu tàu là xã Mỹ Mỹ Phú, huyện Thủ Thừa, HCM; Phía Nam của Âu là xã Lợi Bình Nhơn, TP Tân An, tỉnh Long An; Phía đông của Âu là sông Vàm Cỏ Tây; phía tây

của Âu là Quốc lộ 62 Âu tàu Rạch Chanh bao gồm buồng âu có chiều dài 140m, chiều rộng đáy B=19,5m với mái dốc 1:2, cao trình đáy âu -4,80, cao trình đỉnh tường âu +2,70, hai đầu âu được đóng mở bằng hệ thống cửa nâng thẳng đứng, chiều rộng đầu âu B=14,6m

1.4 Kết luận chương 1

Qua tình hình tổng quan chung về âu thuyền trong nước và trên thế giới có thể

thấy rằng âu thuyền phục vụ giao thông vận tải thủy đã được nghiên cứu xây dựng

tại nhiều nơi trên thế giới đặc biệt tại các quốc gia có hệ thống cảng đường thủy phát triển như Bỉ, Hà Lan, Pháp, Đức…Âu thuyền tại các quốc gia này được nghiên

cứu xây dựng từ rất sớm với nhiều hình thức kết cấu khác nhau, các âu thuyền này ngày càng được hoàn thiện, đến nay chúng vẫn còn hoạt động và phát huy hiêu quả

Mặc dù được xây dựng rất sớm nhưng ngoài mục đích phục vụ phát triển giao thông

vận tải thủy thì với việc bố trí tổng thể một cách hài hòa và hợp lý, khu vực xây

dựng âu thuyền còn trở thành điểm thăm quan du lịch mang lại những hiều quả tổng

thấy sự phát triển ngày càng phong phú của các hình thức kết cấu âu thuyền

Âu thuyền không chỉ được xây dựng độc lập để phục vụ giao thông thủy với hệ

thống các cảng bên trong và bên ngoài nó mà ngày nay âu thuyền còn được xây

dựng kết hợp với các công trình ngăn sông, kiểm soát triều, lũ và đê biển nhằm phát huy hiệu quả tổng hợp cả hệ thống công trình, tạo nên một tổng thể công trình hài hòa, có tính thẩm mĩ cao trở thành những điểm du lịch

Tại Việt Nam, âu thuyền cũng được xây dựng từ khá lâu tuy nhiên phần lớn các âu thuyền đã và đang được nghiên cứu xây dựng là những âu thuyền nhỏ, kết

cấu đơn giản, xây dựng trong các dòng sông hoặc công trình ngăn các cửa sông lớn

Những âu thuyền này có tính thẩm mĩ chưa cao và hiện đang bị xuống cấp nhiều do chưa được duy tu bảo dưỡng thường xuyên Những âu thuyền lớn, có tính chất và

kết cấu phức tạp trên biển tại Việt Nam chưa được nghiên cứu nhiều do hệ thống

cảng biển của nước ta còn nhỏ Tuy nhiên ngày nay, trước nhu cầu phát triển giao thông vận tải thủy, việc xây dựng mới và mở rộng các cảng hàng hóa là vấn đề cấp thiết, cùng với đó việc xây dựng công trình ngăn cửa các con sông lớn để ngăn triều, hạn chế nước biển dâng đặt ra cho việc nghiên cứu và xây dựng âu thuyền

lớn, có tính chất phức tạp một bài toán khó và đòi hỏi cần tập trung nghiên cứu một cách chi tiết và cụ thể

Như vậy, có thể nói việc xây dựng âu thuyền lớn, có vị trí cách xa bờ, tính

chất phức tạp và đáp ứng đa mục tiêu như âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công là dạng công trình âu thuyền lần đầu tiên được nghiên cứu tại Việt Nam Sự phân tích, đánh

giá và tổng quan các dạng công trình âu thuyền trên thế giới có ý nghĩa quan trọng

và là tiền đề cho việc nghiên cứu, đề xuất các giải pháp kết cấu chính trong xây

dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công

1.5 Những vấn đề nghiên cứu của luận văn

Trên cơ sở phân tích về tính cấp thiết của giải pháp kết cấu âu thuyền, các vấn

đề về tổng quan và phương pháp tiếp cận Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung đi sâu vào nghiên cứu một số nội dung sau đây:

- Nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu có thể ứng dụng để xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công

- Nghiên cứu phương pháp và tính toán kết cấu âu thuyền

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU

VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG

2.1 Vị trí và quy mô công trình

2.1.1 Vị trí công trình dự kiến

Theo kết quả nghiên cứu đề xuất tuyến đê biển xuất phát từ phía Gò Công (Tiền Giang) đến gần Vũng Tàu (cách Vũng Tàu 5km), nằm phía ngoài các cửa sông chính như: Cửa Soài Rạp, Lòng Tàu, cửa sông Thị Vải, cách bãi biển Cần Giờ khoảng 10km

Hình 2.1 V ị trí dự kiến vùng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công [5]

Với phương án tuyến đê biển như vậy, âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công được

đề xuất bố trí tại 2 vị trí đó là bố trí trên đê chính và bố trí trên đê phụ

2.1.1.1 Âu thuyền bố trí trên đê chính

Theo phương án bố trí này, âu thuyền được bố trí trên tuyến đê chính tại cửa ra

của luồng Soài Rạp

- Ưu điểm: Hạn chế đáng kể sự biến

đổi luồng trên vịnh Gềnh Rái, rút

ngắn khoảng cách đi vào luồng Soài

Rạp, bố trí cống và âu thuyền gần

nhau nên việc quản lý vận hành

thuận tiện hơn

- Nhược điểm: Âu thuyền chịu tác

động trực tiếp của sóng, gió từ ngoài

khơi nên cần phải làm hệ thống đê

chắn sóng, phải làm cầu giao thông

có tĩnh không lớn nên kinh phí đầu

tư cao Hình 2.2 B ố trí âu thuyền trên đê chính

[5]

2.1.1.2 Âu thuyền bố trí trên đê phụ

Hình 2.3 Các phương án bố trí âu trên đê phụ [5]

Trong phương án bố trí này, âu thuyền được bố trí trên tuyến đê phụ từ Vũng Tàu đến Cần Giờ

Ưu điểm: Âu thuyền tránh được tác động của sóng, gió trực diện từ biển, Không phải làm cầu giao thông qua âu thuyền nên giảm được chi phí

Nhược điểm: Quãng đường đi vào luồng Soài Rạp dài, bố trí luồng ra, vào âu thuyền phức tạp, ảnh hưởng đến giao thông thủy qua khu vực vịnh Gềnh Rái