“Nghiên cứu kết cấu và giải pháp thi công dầm van lắp ghép cho Đập trụ đỡ

Do đó, đề tài: “Nghiên cứu kết cấu và giải pháp thi công dầm van lắp ghép cho Đập trụ đỡ” sẽ tập trung nghiên cứu lựa chọn các loại kết cấu dầm van và đề xuất giải pháp thi công dầm va

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trần 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 Cảm ơn GS.TS Trương Đình Dụ, TS Trần Văn Thái

là những người tiên phong trong việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ Đập trụ đỡ ở Việt Nam

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 Đập xà lan đã đóng góp nhiều ý kiến bổ ích để tác giả hoàn thiện luận văn này Xin cảm ơn lãnh đạo tỉnh Cà Mau, Sở nông nghiệp và PTNT và Ban PPMU

Cà Mau đã tạo điều kiện để ứng dụng thành công công nghệ Đập trụ đỡ cho cống Bào Chấu và nhiều công trình khác trên địa bàn tỉnh Cà Mau

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

Hà N ội, ngày tháng 5 năm 2014

Tác gi ả

BẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên : Lê Sỹ Trọng

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn : “Nghiên cứu kết cấu và giải pháp thi công dầm van

lắp ghép cho Đập trụ đỡ”

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 05 năm 2014

Học viên cao học

Lê Sỹ Trọng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của Đề tài: 1

2 Mục đích của Đề tài: 3

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

4 Kết quả đạt được của luận văn 3

Chương 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan một số công trình ngăn sông ở Việt nam và trên thế giới 4

1.2 Đập trụ đỡ và dầm van cống Đập trụ đỡ 8

1.2.1 Công nghệ Đập trụ đỡ 8

1.2.2 Các kết quả nghiên cứu, ứng dụng các loại dầm van Đập trụ đỡ 11

1.3 Kết luận chương 1 17

1.4 Những vấn đề nghiên cứu của luận văn: 18

Chương 2 NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU DẦM VAN CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP TRỤ ĐỠ 19

2.1 Các giải pháp kết cấu dầm van áp dụng cho công trình Đập trụ đỡ 19

2.1.1 Dầm đỡ van thi công tại chỗ trong khung vây khô 19

2.1.2 Dầm đỡ van thi công theo phương án lắp ghép trong nước 21

2.2 Tính toán kết cấu cho các giải pháp dầm van Đập trụ đỡ 28

2.2.1 Một số nhận xét 28

2.2.2 Yêu cầu và nguyên lý chung trong tính toán kết cấu dầm van 28

2.2.3 Các quy định về tính toán 30

2.2.4 Phương pháp tính toán kết cấu các giải pháp dầm van 31

2.3 Kết luận chương 2 42

Chương 3 GIẢI PHÁP THI CÔNG DẦM VAN ĐẬP TRỤ ĐỠ THEO PHƯƠNG ÁN LẮP GHÉP 44

3.1 Biện pháp thi công chế tạo dầm van 44

3.1.1 Lựa chọn vị trí đúc dầm van 44

3.1.2 Phương án chế tạo dầm van: 44

3.2 Biện pháp thi công vận chuyển và lắp đặt dầm van 48

3.2.1 Dầm van dạng phao rỗng, có thể nổi và di chuyển trên nước: 48

3.2.2 Dầm van không tự nổi, vận chuyển và lắp đặt bằng thiết bị cẩu nổi 53

3.3 Biện pháp xử lý kín nước đáy dầm van 59

3.3.1 Biện pháp xử lý kín nước bằng cao su kín nước: 60

3.3.2 Biện pháp xử lý kín nước đáy bằng vữa bê tông hoặc vữa xi măng 61

3.4 Kết luận chương 3 64

Chương 4 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ DẦM VAN THEO PHƯƠNG ÁN LẮP GHÉP CHO CỐNG BÀO CHẤU (KHẨU ĐỘ 30M), TỈNH CÀ MAU 66

4.1 Giới thiệu chung và bố trí tổng thể kết cấu công trình 66

4.1.1 Giới thiệu chung 66

4.1.2 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, xã hội của dự án 66

4.1.3 Quy mô công trình và bố trí tổng thể công trình 69

4.2 Tính toán, thiết kế dầm van 73

4.2.1 Cấp công trình, các thông số thiết kế và quy định về tính toán 73

4.2.2 Tính toán thấm dưới đáy dầm van 73

4.2.3 Tính toán kết cấu dầm van 77

4.3 Biện pháp thi công dầm van 87

4.3.1 Một số lưu ý trong quá trình thi công đúc dầm van : 87

4.3.2 Biện pháp thi công lai dắt và hạ chìm dầm van 88

4.3.3 Biện pháp xử lý kín nước đáy dầm van 91

4.4 Kết luận chương 4 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

1 Kết luận: 94

2 Kiến nghị: 94

MỤC LỤC HÌNH VẼ MINH HỌA

Hình 1.1 Bản đồ dự án Delta – Hà Lan 4

Hình 1.2 Tổng thể đập Ems Barrier - Đức 5

Hình 1.3 Tổng thể Đập Thames Barrier - Anh 5

Hình 1.4 Tổng thể đập Braddock – Mỹ 5

Hình 1.5 Đập ngăn triều của dự án Moses – Italia 6

Hình 1.6 Cống đập Ba Lai – Bến Tre 7

Hình 1.7 Cống Nghi Quang – Nghệ An 7

Hình 1.8 Cống Phước Long – Bạc Liêu 7

Hình 1.9 Cống Rạch Lùm – Cà Mau 7

Hình 1.10 Lai dắt Đập xà lan trên sông lớn từ Hố đúc về vị trí công trình 7

Hình 1.11 Kết cấu chung Đập trụ đỡ 8

Hình 1.12 Cống Sông Cui – Long An 9

Hình 1.13 Tổng thể cống Hiền Lương – Quảng Ngãi 9

Hình 1.14 Cống Thảo Long – Thừa Thiên Huế 10

Hình 1.15 Cống Biện Nhị - Cà Mau 10

Hình 1.16 Cống Cái Lớn – Kiên Giang 10

Hình 1.17 Cống Hà Giang - Kiên Giang 10

Hình 1.18 Cống Bà Đầm C – Hậu Giang 10

Hình 1.19 Hình vẽ kết cấu dầm van Sông Cui 13

Hình 1.20 Dầm đỡ van - phai cống Sông Cui (úp ngược) 13

Hình 1.21 Cẩu lắp dầm van Sông Cui vào vị trí 13

Hình 1.22 Kết cấu dầm đỡ van Hiền Lương 14

Hình 1.23 Thi công trụ pin và dầm van đập Thảo Long trong khung vây cừ ván thép 14

Hình 1.24 Kết cấu dầm đỡ van cống Thảo Long 14

Hình 1.25 Cấu tạo dầm đỡ van cống Hà Giang 15

Hình 1.26 Khung vây thi công dầm van cống Bà Đầm C 16

Hình 1.27 Lắp đặt cốt thép dầm đỡ van trong khung vây khô sau khi đổ bê tông bịt

đáy cống Bà Đầm C 16

Hình 1.28 Hoàn thiện dầm đỡ van Biện Nhị trong khung vây khô 16

Hình 1.29 Cắt ngang dầm đỡ van Biện Nhị trong khung vây thi công 16

Hình 1.30 Dầm đỡ van đập chắn sóng Ems Barrier 17

Hình 2.1 Phương án dầm van kết cấu đặc, thi công tại chỗ trong khung vây 19

Hình 2.2 Phương án dầm van kết cấu dạng hộp rỗng, thi công tại chỗ trong khung vây khô 20

Hình 2.3 Kết cấu dầm van lắp ghép dạng đặc 22

Hình 2.4 Cao su kín nước đầu cừ và dầm van (đặt trong hốc dầm) 22

Hình 2.5 Cắt ngang dầm van 22

Hình 2.6 Cấu tạo dầm van dạng phao rỗng, có thể nổi và lai dắt trên sông 24

Hình 2.7 Kết cấu dầm van dạng hộp rỗng, trọng lượng lớn, lắp đặt bằng hệ thống cẩu nổi hiện đại, tải trọng lớn 27

Hình 2.8 Mô hình tính kết cấu dầm trường hợp dầm không gia cố cọc 31

Hình 2.9 Mô hình tính kết cấu dầm trường hợp dầm có gia cố cọc 32

Hình 2.10 Áp lực nước ngang lên dầm 33

Hình 2.11 Trọng lượng nước trên dầm van 33

Hình 2.12 Áp lực nước thấm dưới dầm van 34

Hình 2.13 Moment trong dầm trường hợp cẩu lắp 39

Hình 2.14 Sơ đồ tính các ô bản 40

Hình 3.1 Hố móng chế tạo dầm van 45

Hình 3.2 Ụ nổi chế tạo dầm van 45

Hình 3.3 Hệ ray chế tạo và hạ thủy dầm van 46

Hình 3.4 Thi công chế tạo nhiều đơn nguyên dầm van dạng hộp rỗng, tải trọng, kích thước lớn trên bãi khô 48

Hình 3.5 Hạ thuỷ dầm van trong hố đúc 48

Hình 3.6 Hạ thuỷ dầm van trên ụ nổi 48

Hình 3.7 Sơ họa cắt ngang biện pháp hỗ trợ lai dắt dầm van 49

Hình 3.8 Di chuyển, lai dắt dầm van trên sông 50

Hình 3.9 Sơ đồ hệ thống dẫn hướng và các thiết bị hỗ trợ, căn chỉnh để hạ chìm dầm van 51

Hình 3.10 Hệ thống lai dắt, định vị và hạ chìm hầm Thủ Thiêm trên sông Sài Gòn 53

Hình 3.11 Cần cẩu nổi Kaisho – Nhật Bản, sức nâng 4.100 tấn 54

Hình 3.12 Cần cẩu Yoshida, sức nâng 3.700 tấn của Mitsubishi 54

Hình 3.13 Cẩu nổi hỗ trợ lắp đặt cửa van đập Hartel Barrier (Hà lan) và Ems Barrier (Đức) 55

Hình 3.14 Một số hình ảnh các hệ cẩu nổi lớn trên thế giới 55

Hình 3.15 Cẩu nổi Biển Đông, sức nâng 600 tấn của Nhà máy đóng tàu Bạch Đằng 56

Hình 3.16 Cẩu nổi 1000T của Nhà máy cơ khí Hà Nam 56

Hình 3.17 Cẩu nổi Yết Kiêu P3, sức nâng 280T của Công ty trục vớt cứu hộ Việt Nam 56

Hình 3.18 Cần cẩu 100 tấn trên thị trường 56

Hình 3.19 Thi công lắp ghép dầm van loại vừa và nhỏ vào vị trí công trình (kết cấu dầm dạng đặc) 58

Hình 3.20 Vận chuyển dầm van đến công trình để lắp đặt 58

Hình 3.21 Thi công chế tạo, vận chuyển và lắp ghép dầm van đập EMS barrier 59

Hình 3.22 Các loại cao su kín nước trong các công trình thủy lợi 60

Hình 3.23 Mặt bằng chi tiết kín nước giữa đầu dầm van và bệ trụ 61

Hình 3.24 Chi tiết gioăng cao su kín nước bệ trụ và dầm van (hình Ω) 61

Hình 3.25 Lắp đặt cao su chống thấm vào hốc dầm van trước khi lắp ghép 61

Hình 3.26 Cắt ngang dầm van công trình và bố trí các ống bơm vữa xuống đáy dầm van 63

Hình 3.27 Thợ lặn hỗ trợ công tác bơm vữa bê tông chống thấm đáy dầm van 63

Hình 3.28 Xử lý kín nước dưới dầm van bằng cao su kín nước kết hợp với việc bơm vữa chống thấm 64

Hình 4.1 Cống Bào Chấu trên bản đồ HTTL Tiểu Vùng X – Nam Cà Mau 67

Hình 4.2 Vị trí cống Bào Chấu nhìn từ bản đồ Google Earth 67

Hình 4.3 Phối cảnh tổng thể công trình cống Bào Chấu, tỉnh Cà Mau 69

Hình 4.4 Cắt dọc cống Bào Chấu 70

Hình 4.5 Cắt dọc dầm van 71

Hình 4.6 Mặt bằng dầm van 72

Hình 4.7 Kết cấu dầm van cống Bào Chấu 72

Hình 4.8 Cắt dọc hố đúc dầm van 72

Hình 4.9 Cắt ngang hố đúc dầm vam 73

Hình 4.10 Sơ đồ tính toán thấm 75

Hình 4.11 Sơ đồ tính toán thấm dưới dầm van 75

Hình 4.12 Sơ đồ lực lên dầm TH1 78

Hình 4.13 Sơ đồ lực tác dụng lên dầm TH3 79

Hình 4.14 Mô phỏng kết cấu dầm van 81

Hình 4.15 Áp lực nước tổ hợp lai dắt 81

Hình 4.16 Cấu tạo hệ phao kẹp hỗ trợ nổi, lai dắt và hạ chìm dầm van 88

Hình 4.17 Cắt ngang biện pháp căn chỉnh hạ chìm dầm (vị trí sát trụ pin) 89

Hình 4.18 Cắt ngang biện pháp hạ chìm dầm van (vị trí giữa khoang cống) 90

Hình 4.19 Mặt bằng và mặt đứng quá trình thi công hạ chìm dầm van 90

Hình 4.20 Chi tiết chống thấm hốc dầm van trước và sau khi lắp ghép 91

Hình 4.21 Cắt ngang dầm van cống Bào Chấu sau khi bơm vữa xi măng chống thấm xuống nền 92

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1 Bảng tổng hợp kết quả nội lực tính toán 3 tổ hợp 82

Bảng 4.2 Bảng tính toán cốt thép sàn S1 và S2 83

Bảng 4.3 Bảng tính toán cốt thép tường T1 và T2 84

Bảng 4.4 Bảng tính toán vết nứt sàn dầm van 85

Bảng 4.5 Bảng tính toán vết nứt tường dầm van 85

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài:

Với sự gia tăng về dân số và sự phát triển kinh tế - xã hội, nhu cầu về sử dụng nước ngày càng gia tăng về số lượng và đa dạng về chất lượng Trong khi đó dưới tác động của con người và biến đổi khí hậu toàn cầu, tài nguyên nước đang ngày càng cạn kiệt Việt Nam từ một quốc gia có tài nguyên nước dồi dào, hiện đang đứng trước nguy cơ thiếu trầm trọng nguồn nước ngọt và nước sạch

Để phát triển ổn định và bền vững Nông nghiệp Nông thôn nói riêng và kinh

tế xã hội nói chung, việc xây dựng các công trình thủy lợi nhằm chủ động tạo nguồn, điều khiển nguồn nước đáp ứng yêu cầu sản xuất, dân sinh đóng vai trò đặc biệt quan trọng Trong đó, việc triển khai các dự án ngăn sông, nhất là ngăn các con sông lớn đã trở thành một nhu cầu, đòi hỏi cấp bách của thực tế sản xuất

Trong những năm vừa qua vấn đề ngăn các con sông rộng, cột nước sâu đã được các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu, cải tiến nhằm mang lại hiệu quả cao về kinh tế, kỹ thuật Trong bối cảnh Việt Nam hiện nay đang là một trong những quốc gia bị ảnh hưởng nghiệm trọng nhất từ tác động của kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng thì việc nghiên cứu hoàn thiện các công nghệ ngăn sông vùng ven biển, cửa sông lại càng có ý nghĩa hơn về mặt thực tiễn cũng như về khoa học kỹ thuật

Hiện tại ở nước ta đang có 3 công nghệ chính để thi công các công trình ngăn sông vùng ven biển: Đập trụ đỡ, Đập xà lan và công nghệ truyền thống Trong đó, công nghệ Đập trụ đỡ và Đập xà lan đang có nhiều ưu thế hơn so với công nghệ truyền thống vì giá thành rẻ, thi công nhanh, giảm đền bù giải phóng mặt bằng và ít ảnh hưởng đến môi trường Đặc biệt khi ứng dụng cho công trình ngăn sông lớn thì Đập trụ đỡ tỏ ra ưu việt hơn cả

Với nhiều ưu điểm nổi bật, công nghệ Đập trụ đỡ đã và đang được áp dụng rất rộng rãi trên phạm vi cả nước, mang lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội cao, đóng góp đặc biệt quan trọng cho sự phát triển của đất nước Công nghệ này cũng đã đạt

giải thưởng VIFOTECH năm 2004, được Cục sở hữu trí tuệ cấp bằng Độc quyền sáng chế năm 2007, giải thưởng Bông lúa vàng năm 2013 Đặc biệt năm 2012, cụm công trình ngăn sông Đập xà lan và Đập trụ đỡ đã vinh dự là 1 trong 12 công trình xuất sắc của cả nước, là công trình duy nhất của ngành nông nghiệp được Nhà nước xét tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về Khoa học – Công nghệ

Mặc dù vậy, Đập trụ đỡ vẫn còn một số tồn tại cần phải tiếp tục nghiên cứu, cải tiến và hoàn thiện công nghệ Đến nay đã có nhiều nghiên cứu khoa học như: cọc xiên, xử lý nền móng, khung vây thi công, cửa van cho Đập trụ đỡ, tuy nhiên, chưa có nghiên cứu chính thức nào về phần nối tiếp giữa 2 trụ pin đập (còn gọi là dầm van hay dầm đỡ van) Do đó việc thiết kế, tính toán lựa chọn kết cấu và giải pháp thi công cũng như việc xử lý kín nước đáy dầm van Đập trụ đỡ là vấn đề cần phải nghiên cứu, bổ sung để hoàn thiện công nghệ Đặc biệt là khi ứng dụng cho các công trình ngăn sông lớn với khẩu độ rộng, cột nước sâu

Hiện nay, đa số dầm van các cống Đập trụ đỡ đều thi công tại chỗ trong khung vây giữa lòng sông Khung vây được tạo thành nhờ các hàng cừ Lassen được đóng

ở giữa lòng sông, có hình chữ nhật trên mặt bằng và được gông bằng hệ thống sàn đạo, khung chống Phương án này có ưu điểm là kiểm soát được chất lượng thi công tuyến cừ và các liên kết của bộ phận chống thấm trong khô Nhược điểm là tuyến khung vây sẽ cản trở dòng chảy, ảnh hưởng đến giao thông thủy và có thể gây xói 2

bờ kênh, giá thành công trình cao hơn do chi phí khung vây thi công dầm van Phương án thi công lắp ghép dầm van trong nước đã được ứng dụng cho cống Sông Cui - Long An, cống Hiền Lương - Quảng Ngãi, cống Hà Giang – Kiên Giang Phương án này có giá thành rẻ hơn phương án trên, tiến độ thi công nhanh hơn tuy nhiên nó đòi hỏi kỹ thuật thi công phức tạp, biện pháp lắp đặt với độ chính xác cao, yêu cầu công nghệ và thiết bị thi công hiện đại

Do đó, đề tài: “Nghiên cứu kết cấu và giải pháp thi công dầm van lắp ghép

cho Đập trụ đỡ” sẽ tập trung nghiên cứu lựa chọn các loại kết cấu dầm van và đề

xuất giải pháp thi công dầm van theo phương án lắp ghép trong nước Trên cơ sở nghiên cứu kế thừa các công nghệ xây dựng đã và đang phát triển ở trong nước và

ngoài nước để lựa chọn kết cấu và giải pháp thi công hợp lý cho các cống Đập trụ

đỡ, đặc biệt là ở các công trình có khẩu độ rộng, cột nước sâu

2 Mục đích của Đề tài:

Nghiên cứu, phân tích lựa chọn các phương án kết cấu dầm van và đề xuất giải pháp thi công dầm van lắp ghép trong nước cho Đập trụ đỡ Sau đó ứng dụng tính toán, thiết kế cho 1 công trình cụ thể (Cống Bào Chấu, tỉnh Cà Mau)

3 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 công trình ngăn sông, các giải pháp kết cấu dầm van 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, đo đạc khảo sát thực tế hiện trạng khu vực 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 và hội thảo

+ Phương pháp phân tích, tổng hợp

4 Kết quả đạt được của luận văn

- Tổng quan về các dạng công trình ngăn sông; công nghệ Đập trụ đỡ và các giải pháp thiết kế và thi công dầm van Đập trụ đỡ

- Phân tích, nghiên cứu, đề xuất phương pháp và nguyên lý tính toán cho các giải pháp kết cấu dầm van Đập trụ đỡ

- Đề xuất các giải pháp thi công dầm van theo phương án lắp ghép trong nước

- Tính toán thiết kế và giải pháp thi công dầm van lắp ghép cho công trình cống Bào Chấu (khẩu độ 30m), tỉnh Cà Mau

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan một số công trình ngăn sông ở Việt nam và trên thế giới

Từ những năm giữa thế kỷ XX, các nước trên thế giới có tiềm lực về khoa học, kinh tế đã bắt tay vào nghiên cứu các giải pháp công trình để xây dựng các công trình ngăn sông lớn phục vụ phát triển kinh tế và phòng chống thiên tai đặc biệt là ảnh hưởng của thủy triều, biến đổi khí hậu và nước biển dâng và đến nay đã

có một bề dày kinh nghiệm cũng như đã có rất nhiều công trình ứng dụng vào thực

tế Hệ thống những công trình ngăn sông lớn trên thế giới rất đa dạng về kết cấu và phong phú về giải pháp xây dựng, lắp đặt công trình Các công trình lớn nổi bật nhất tập trung ở một số nước như Hà Lan, Anh, Italia, Mỹ v.v Trong đó, ấn tượng nhất là những công trình ngăn sông, ven biển của Hà Lan

Hà Lan là nước có phần lớn đất tự nhiên có cao độ thấp hơn mực nước biển Sau trận lũ lịch sử năm 1953 chính phủ Hà Lan đã quyết định nghiên cứu và triển khai dự án Delta nhằm bảo vệ dân cư, chống lại sự tàn phá từ biển Bắc Dự án được triển khai từ năm 1958 đến 1997, được coi là một hệ thống kiểm soát lũ lụt, ngăn triều lớn nhất, với công nghệ và quy mô hiện đại bậc nhất thế giới

Dự án Delta [20] gồm 9

công trình ngăn sông lớn ở các

cửa sông chính và hệ thống đê,

đập bãi chắn Trong dự án này,

nhiều công nghệ xây dựng mới

đã được nghiên cứu, ứng dụng,

mang lại nhiều kinh nghiệm

quý báu cho việc xây dựng các

công trình ngăn sông lớn ở

nhiều quốc gia trên thế giới,

trong đó có Việt Nam

Hình 1.1 Bản đồ dự án Delta – Hà Lan

Ngoài ra, ở các nước Anh, Đức, Ý, Mỹ nhiều dự án ngăn sông lớn cũng đã được xây dựng với nhiều hình thức, quy mô và giải pháp công trình khác nhau.:

Đập Ems Barrier – Đức [20]

Đập chắn song Ems có tổng

chiều rộng thông nước 476m với

7 khoang Trong đó 4 khoang

63,5m; một khoang 50m (cửa van

phẳng); một khoang thông thuyền

60m cửa van trụ xoay, một

khoang 50m cửa van viên phân Hình 1.2 Tổng thể đập Ems Barrier - Đức Đập Thames Barrier - Anh

Đập Thames Barrier là công

trình tiêu biểu cho việc ứng dụng

cọc cho giải pháp ổn định trong

xây dựng công trình ngăn sông

Công trình này có tổng cộng

433 m cống gồm 4 khoang 61 m,

6 khoang 31,5 m, cửa van trụ

xoay cao hơn 20 m Hình 1.3 Tổng thể Đập Thames Barrier - Anh Công trình Braddock – Mỹ

Đập Braddock trên sông

Monongahela là một điển hình

cho việc xây dựng công trình

ngay trên sông với nguyên lý

dạng đập xà lan Đập gồm 5

khoang, mỗi khoang rộng 33,6m

Hình 1.4 Tổng thể đập Braddock – Mỹ

D ự án Moses - Italia

Dự án xây dựng các đập

ngăn triều ở 3 cửa nhận nước từ

vịnh Venice: Malamocco, Lido,

Chioggia bằng hệ thống gồm 79

cửa van bằng thép trên hệ thống

các xà lan, mỗi cửa cao 18 ÷ 28

m, rộng 20 m, dày 5m Dự án này

tiêu tốn gần 8,8 tỷ USD, được xây

dựng trong giai đoạn 2006-2016

Hình 1.5 Đập ngăn triều của dự án Moses –

Italia

Ở Việt Nam hiện nay có 3 công nghệ chính để xây dựng các công trình ngăn

sông vùng đồng bằng, ven biển: công nghệ ngăn sông dạng truyền thống, công nghệ Đập xà lan và công nghệ Đập trụ đỡ

Trong đó, cống truyền thống có ưu điểm là dễ kiểm tra chất lượng trong quá trình thi công, công tác thiết kế và xây dựng đã có nhiều kinh nghiệm Tuy nhiên công nghệ này còn tồn tại nhiều nhược điểm như: giá thành cao, ảnh hưởng đến giao thông thủy, môi trường, khối lượng đền bù, giải phóng mặt bằng lớn, quá trình thi công phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, tiến độ thi công chậm

Công nghệ Đập xà lan di động có ưu điểm là giá thành rẻ, tiến độ thi công nhanh, giảm diện tích chiếm đất, giảm khối lượng đền bù giải phóng mặt bằng, hạn chế ảnh hưởng và gây ôi nhiễm môi trường, có thể di dời vị trí cống một cách linh hoạt khi có yêu cầu chuyển đổi về cơ cấu sản xuất Tuy nhiên, Đập xà lan thường chỉ ứng dụng cho các công trình ngăn sông vừa và nhỏ

Một số công trình ngăn sông dạng truyền thống:

Hình 1.6 Cống đập Ba Lai – Bến Tre Hình 1.7 Cống Nghi Quang – Nghệ An

Một số công trình ứng dụng công nghệ Đập Xà Lan:

Hình 1.8 Cống Phước Long – Bạc Liêu Hình 1.9 Cống Rạch Lùm – Cà Mau

Hình 1.10 Lai dắt Đập xà lan trên sông lớn từ Hố đúc về vị trí công trình

Đập trụ đỡ là công nghệ mới với nguyên lý và giải pháp xây dựng tiên tiến

Công nghệ hiện nay đã được ứng dụng rất rộng rãi trên phạm vi toàn quốc Do có thể giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp trong quá trình xây dựng công trình ngăn sông, Đập trụ đỡ hiện đang có nhiều ưu thế và tỏ ra ưu việt hơn cả khi ứng dụng để xây dựng các công trình ngăn lớn với khẩu độ rộng, cột nước sâu

và điều tiết nước

a Nguyên lý của Đập trụ đỡ

Ổn định công trình: Dựa vào hệ

thống móng cọc cắm sâu vào nền

Ổn định thấm: Chống thấm theo

nguyên lý đường viền đứng bằng bản

cừ, trên hàng cừ là dầm van kín nước

với cửa van;

Ổn định xói: Mở rộng khẩu độ

cống để tăng khả năng thoát lũ, đồng

thời giảm nhỏ và phân bố đều lưu tốc

sau hạ lưu nhỏ hơn lưu tốc xói cho

phép của đất nền Hình 1.11 Kết cấu chung Đập trụ đỡ Đập trụ đỡ chịu lực tập trung ở các trụ bằng hệ cọc nên có thể kết hợp làm cầu giao thông với tất cả các kết cấu cầu thông dụng, nhịp cầu phụ thuộc vào khả năng chế tạo cửa van Đập trụ đỡ được xây dựng dưới lòng sông là để giữ được quy luật hình thái, cảnh quan môi trường tự nhiên của dòng sông Đập được thiết kế mở rộng khẩu độ thoát nước đảm bảo lưu tốc qua công trình nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép

của đất nền nên kết cấu gia cố chống xói cho thượng hạ lưu chỉ cần bằng thảm đá hoặc tấm BTCT

b Một số công trình đã ứng dụng công nghệ Đập trụ đỡ

* Cống Sông Cui – Long An [2]

Cống gồm 2 khoang,

mỗi khoang 8m với 3 trụ pin

(trụ đỡ) Cầu giao thông trên

cống: bằng BTCT tiêu chuẩn

H13, rộng 4,4m; dài 43,5m

Hệ thống cửa van gồm 2 cửa

dạng cánh cửa tự động hai

chiều, kích thước: 5.7m x 8m Hình 1.12 Cống Sông Cui – Long An

* Cống Hiền Lương – Quảng Ngãi [3]

Cống gồm 16 khoang

cống, mỗi khoang rộng 4m

và 15 trụ giữa + 2 trụ biên

Chiều dài trụ pin 10m, chiều

dày trụ pin giữa 0.7m Cao

* Cống Thảo Long – Thừa Thiên Huế [5]

Công trình Thảo Long nằm trên Sông Hương thuộc huyện Phú Vang - Tỉnh Thừa Thiên Huế Nhiệm vụ công trình là ngăn mặn, giữ nguồn nước ngọt của sông Hương phối hợp với hồ Tả Trạch đảm bảo cung cấp đủ nước cho nông nghiệp, công nghiệp, môi trường sinh thái, dân sinh và đảm bảo tiêu thoát lũ sông Hương

Đây là cống có qui

mô lớn nhất nước ta hiện

nay, tổng chiều rộng thoát

nước 480,5m gồm 15

khoang, mỗi khoang rộng

31,5m; cửa van Clape trục

dưới, cầu giao thông

H30-XB80, nhịp cầu 33m Hình 1.14 Cống Thảo Long – Thừa Thiên Huế

* Một số công trình Đập trụ đỡ khác:

Hình 1.15 Cống Biện Nhị - Cà Mau Hình 1.16 Cống Cái Lớn – Kiên Giang

Hình 1.17 Cống Hà Giang - Kiên Giang Hình 1.18 Cống Bà Đầm C – Hậu Giang

Ưu điểm của Đập trụ đỡ

- Thi công ngay trên lòng sông để không cần đào kênh dẫn dòng thi công, giảm thiểu công tác đền bù, giải phóng mặt bằng

- Giá thành xây dựng công trình giảm từ 20 ÷ 30%

- Công trình đảm bảo nhiệm vụ điều tiết như công nghệ truyền thống nhưng tăng khả năng tháo lũ và ít gây biến động môi trường tự nhiên

- Mở rộng khẩu độ thoát nước đảm bảo lưu tốc qua công trình nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép Việc gia cố trước và sau cống đơn giản, chỉ cần thảm đá hoặc thảm bê tông cốt thép

- Có thể xây dựng cống với khẩu độ lớn, cột nước sâu, cũng như kết hợp làm cầu giao thông hiện đại theo hình thức trên là cầu dưới là cống

Với nhiều ưu điểm nổi bật, công nghệ Đập trụ đỡ đã và đang được áp dụng rất rộng rãi trên phạm vi cả nước, mang lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội cao, đóng góp không nhỏ cho sự phát triển của đất nước Công nghệ này cũng đã đạt giải thưởng VIFOTECH năm 2004, được Cục sở hữu trí tuệ cấp bằng Độc quyền sáng chế năm 2007, giải thưởng Bông lúa vàng năm 2013 Đặc biệt năm 2012, cụm công trình ngăn sông Đập xà lan và Đập trụ đỡ đã vinh dự là 1 trong 12 công trình xuất sắc của cả nước, là công trình duy nhất của ngành nông nghiệp được Nhà nước xét tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về Khoa học – Công nghệ

1.2.2 Các kết quả nghiên cứu, ứng dụng các loại dầm van Đập trụ đỡ

1.2.2.1 Dầm van cống Đập trụ đỡ

Dầm đỡ van hay dầm van là bộ phận nối tiếp giữa 2 trụ pin của cống Đập trụ

đỡ Dầm này có thể dầm đơn bằng bê tông cốt thép, BTCT dự ứng lực hoặc bằng thép gác lên hai bệ trụ để đỡ và làm kín nước với cửa van đồng thời liên kết kín nước với hàng cừ chống thấm và bệ trụ

Liên kết kín nước giữa dầm đỡ van và hàng cừ chống thấm phụ thuộc vào biện pháp thi công dầm Nếu dầm đỡ van được thi công tại chỗ trong khung vây thì cừ chống thấm được liên kết trực tiếp với cốt thép và ngàm vào dầm đỡ van; nếu dầm

đỡ van được lắp ghép thì cừ có thể được ngàm vào bê tông đổ sau dưới đáy dầm hoặc giữa đỉnh cừ và đáy dầm có cao su kín nước

Kích thước dầm đỡ van được xác định phụ thuộc vào quy mô công trình (khẩu

độ khoang thoát nước, độ sâu của ngưỡng cống) và biện pháp thi công dầm (đúc tại chỗ hay lắp ghép) Liên kết hai đầu dầm đỡ van với các bệ trụ là liên kết khớp,

không ngàm vào bệ trụ Ở đó có thể đặt khớp nối hoặc tấm cao su để chống thấm, hoặc đổ bê tông chèn sau khi lắp dầm đỡ van Đó là nguyên lý của đập trụ đỡ để cho các trụ làm việc độc lập

Ngoài ra, tính chất của dầm đỡ van phụ thuộc loại cửa van sử dụng cho công trình: Đối với cửa van phẳng kéo đứng khi đóng đã được tựa lên bệ trụ, nên dầm van chỉ có tác dụng làm kín khít giữa cửa van và cừ chống thấm, chứ không có nhiệm vụ đỡ cửa van Đối với cửa van clape trục dưới, dầm đỡ van ngoài các nhiệm

vụ làm kín khít với cừ chống thấm, còn có nhiệm vụ nhận toàn bộ áp lực nước và trọng lượng cửa van và truyền vào bệ trụ, đây là dầm đỡ van trực tiếp chịu lực Với mỗi công trình cống Đập trụ đỡ, tuỳ thuộc vào phương án, nguyên lý chống thấm khác nhau mà kích thước và biện pháp tạo liên kết với nền công trình của dầm van cũng khác nhau Dầm van cũng có thế được mở rộng theo chiều dòng

chảy để đảo bảo đường viền thấm ngang, lúc này việc xử lý nền đáy dầm van khá đơn giản, có thể sử dụng cọc hoặc thậm chí đặt trực tiếp trên nền đất trong trường hợp địa chất cho phép Trong trường hợp ngược lại, khi sử dụng nguyên lý chống thấm theo đường viền đứng, kết cấu dầm van sẽ nhỏ hơn, liên kết giữa dầm van và nền công trình bằng hệ thống cừ chống thấm hoặc lớp vữa bê tông, xi măng liên kết chống thấm

1.2.2.2 Tổng quan một số giải pháp dầm van ứng dụng cho Đập trụ đỡ

Sau đây tác giả giới thiệu 1 số dạng kết cấu dầm van và giải pháp thi công dầm van cống Đập trụ đỡ hoặc dạng Đập trụ đỡ đã được ứng dụng vào thực tiễn

a Dầm van cống Sông Cui – Long An [2]

Cống Sông Cui được thiết kế theo công nghệ đập trụ đỡ với hai khoang, mỗi khoang rộng 7,5m bằng cửa van cánh cửa tự động Hệ kết cấu dầm đỡ van – đỡ phai được thi công theo phương án lắp ghép trong nước

Dầm van bằng BTCT đặc,

dài 7,3m; cao 80cm, chiều rộng

90cm Phần đỏy dầm được khoột

Bệ trụ BTCT

90 90

Cao su kín nước đầu cừ

Hỡnh 1.19 Hỡnh vẽ kết cấu dầm van Sụng Cui

Dầm đỡ van và đỡ phai được liờn kết cố định với nhau, xung quanh cỏc mặt là cỏc tấm cao su lỏ để kớn nước giữa dầm và bệ trụ Cừ chống thấm là cừ Larsen dài 7,5m Cừ chống thấm được giữ để trỏnh bị tụt bằng dầm đỡ cừ bằng BTCT ngàm vào bệ trụ

Dầm đỡ van và phai được thi cụng lắp đặt vào vị trớ xõy dựng cụng trỡnh bằng cần cẩu nổi thụng qua cỏc múc thộp bắt cố định sẵn trong quỏ trỡnh chế tạo dầm van

Hỡnh 1.20 Dầm đỡ van - phai cống Sụng

Cui (ỳp ngược)

Hỡnh 1.21 Cẩu lắp dầm van Sụng

Cui vào vị trớ

b Cống Hiền Lương – Quảng Ngói [3]

Cống Hiền Lương được thiết kế theo cụng nghệ đập trụ đỡ với 16 khoang, mỗi khoang rộng 4m, cửa van tự động 1 chiều Dầm đỡ van được thi cụng theo phương

ỏn lắp ghộp trong nước

Mỗi 1 đơn nguyờn dầm đỡ van

cú tai đặt tựa lờn dầm đỡ cừ Dầm đỡ

cừ gối lờn cọc BTCT kớch thước

Hỡnh 1.22 Kết cấu dầm đỡ van Hiền Lương

c Cống đập Thảo Long – Thừa Thiờn Huế [5]

Đập Thảo Long được thiết kế, thi cụng theo cụng nghệ Đập trụ đỡ Cống gồm

15 khoang rộng 31,5m Trụ cống và dầm van được thi cụng khụ trong khung võy cừ vỏn thộp Dầm đỡ van cú kết cấu bờ tụng cốt thộp đặc, dưới dầm là bộ phận chống thấm cụng trỡnh bằng cừ bản nhựa, được ngàm trong dầm đỡ van Dầm cú bố trớ khe

để lắp đặt cửa van Clape Chiều rộng dầm van là 3m, chiều cao dầm 1,75m, chiều dài dầm 31,55m Gia cố dưới đỏy dầm van bằng cỏc cọc BTCT 40x40cm

Hỡnh 1.23 Thi cụng trụ pin và dầm van đập Thảo

Long trong khung võy cừ vỏn thộp

Cừ chống thấm

Cọc BTCT 40x40cm

Cọc BTCT 40x40cm Dầm đỡ van

Hỡnh 1.24 Kết cấu dầm đỡ van cống Thảo Long

d Cống Hà Giang – Kiờn Giang [11}

Cống Hà Giang có khẩu độ B=25m, ngưỡng cống -2.50; cửa van Clape trục dưới được thiết kế theo công nghệ Đập trụ đỡ Hai trụ pin cống được thi công độc lập trong khung vây cừ ván thép giữa lòng sông Dầm đỡ van được thi công theo phương án lắp ghép trong nước

Hình 1.25 Cấu tạo dầm đỡ van cống Hà Giang

Dầm đỡ van có bố trí hệ thống bơm nước để hạ chìm hoặc làm nổi dầm, bố trí các ống thép để phục vụ công tác bơm vữa xi măng cát hoặc bê tông

Dầm đỡ van được thi công trong hố móng khô, sau đó lai dắt đến vị trí công trình và hạ chìm vào vị trí giữa 2 bệ trụ, kín nước giữa dầm và bệ trụ bằng tấm cao

su Sau khi hạ chìm dầm vào vị trí, tiến hành bơm vữa xi măng cát dưới đáy dầm,

bê tông vữa dâng 2 bên dầm để đảm bảo chống thấm cho công trình Sau đó tiến hành bơm bê tông điền đầy hộp dầm van để cố định công trình Giải pháp này chi

áp dụng được khi địa chất nền là đất sét cứng, có hệ số thấm nhỏ

e Cống Bà Đầm C – Hậu Giang [7]

Cống Bà Đầm C thuộc Tiểu dự án Ô môn xà no, thuộc các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long Cống gồm 1 khoang rộng 16m, cửa van clape trục dưới Trụ pin cống được thi công trong khô trong thùng chụp Dầm đỡ van được thi công khô trong khung vây cọc ván thép

Dầm đỡ van có kết cấu bê tông cốt thép đặc, ngàm dưới dầm là hệ cừ chống thấm bằng BTCT dài 8m Chiều rộng dầm van là 2,2m, chiều cao dầm 1m, chiều dài dầm 16m Gia cố dưới đáy dầm van bằng các cọc BTCT 30x30cm, xiên 1:7

Hỡnh 1.26 Khung võy thi cụng dầm van

cống Bà Đầm C

Hỡnh 1.27 Lắp đặt cốt thộp dầm đỡ van trong khung võy khụ sau khi đổ bờ tụng

Đai ốp ngoài khung vây 2I300, L=3020cm

Đai ốp trong khung vây 2I300, L=2900cm

Cọc định vị ngoài 2I300 L = 1200cm

Cọc định vị trong, 2I300 L = 1200cm

Cọc định vị ngoài 2I300 L = 1200cm

Hỡnh 1.28 Hoàn thiện dầm đỡ van

Biện Nhị trong khung võy khụ

Hỡnh 1.29 Cắt ngang dầm đỡ van Biện Nhị

trong khung võy thi cụng

Cống được thiết kế theo cụng nghệ đập trụ đỡ dạng bệ cao Toàn bộ dầm đỡ van và một phần trụ pin cống được thi cụng khụ trong khung võy cọc vỏn thộp

Dầm đỡ van có kết cấu bê tông cốt thép đặc, ngàm dưới dầm là hệ cừ chống thấm bằng BTCT dài 8m Mỗi dầm có chiều dài 10m, rộng 2,5m, cao 1m Gia cố dưới đáy dầm van bằng các cọc BTCT 35x35cm

g Đập Ems Barrier – Đức [19]

Đập Ems Barrier được thiết kế và thi công với nguyên lý dạng trụ đỡ Đập gồm 7 khoang (4 khoang 64,5m; 2 khoang 50m và 1 khoang 60m) Toàn bộ 8 trụ pin của đập và dầm đỡ van khoang 60m được thi công khô trong khung vây cừ ván thép Dầm đỡ van (cửa van phẳng) các khoang cống 63,5m và 50m được thi công theo phương án lắp ghép trong nước

a Dầm đỡ van khoang 63,5m b Dầm đỡ van khoang 60m Hình 1.30 Dầm đỡ van đập chắn sóng Ems Barrier

Dầm đỡ van khoang 63,5m và 50m được cấu tạo bằng BTCT, được căng cáp

dự ứng lực, dạng hộp rỗng Trong lòng dầm kết hợp là đường hầm vận hành dưới công trình Trọng lượng của 1 dầm đỡ van lắp ghép khoảng 400m3 bê tông, tương đương với khoảng 1000 tấn Dầm được đúc trên khô, vận chuyển, lắp đặt vào vị trí công trình bằng hệ xà lan cẩu hay hệ cẩu nổi

1.3 K ết luận chương 1

Đập trụ đỡ là công nghệ có nhiều ưu việt và hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi ứng dụng cho các công trình ngăn sông, đặc biệt là các sông rộng, cột nước sâu Qua quá

trình tổng quan trên có thể nhận thấy các công trình ngăn sông nói chung và Đập trụ

đỡ nói riêng có nhiều dạng kết cấu dầm đỡ van Tùy từng loại kết cấu, phương án thiết kế và giải pháp công nghệ thi công mà công trình có thể áp dụng các loại hình dầm đỡ van khác nhau

Hiện nay dầm đỡ van cống Đập trụ đỡ thi công trực tiếp trong khung vây khô

đã được áp dụng khá phổ biến vì thi công đơn giản và dễ kiểm soát chất lượng thi công Dầm đỡ van lắp ghép trong nước cũng đã được ứng dụng cho nhiều công trình Đập trụ đỡ ở Việt Nam: Sông Cui, Hiền Lương, , nhưng chủ yếu là công trình có khẩu độ khoang cống vừa và nhỏ Việc ứng dụng giải pháp này cho các công trình có quy mô lớn trên sông rộng, sâu vẫn là hạn chế và gặp nhiều khó khăn Phương án này đòi hỏi kỹ thuật thi công phức tạp, biện pháp lắp đặt đặt độ chính xác cao, cũng như yêu cầu về công nghệ và thiết bị thi công hiện đại và phức tạp

Do đó, việc phân tích nghiên cứu các giải pháp kết cấu dầm van, đặc biệt là

giải pháp thi công dầm van theo phương án lắp ghép trong nước để ứng dụng

cho các công trình Đập trụ đỡ là cần thiết Sự phân tích, đánh giá và tổng quan các dạng công trình ngăn sông, các giải pháp kết cấu, thi công dầm đỡ van ở trên có ý nghĩa rất quan trọng và là tiền đề cho việc nghiên cứu, đề xuất, tổng hợp các giải pháp kết cấu và biện pháp thi công dầm van cho các cống Đập trụ đỡ, đặc biệt là ở những công trình ngăn sông rộng, khẩu độ cống lớn và cột nước sâu ở nước ta

1.4 Những vấn đề nghiên cứu của luận văn:

Trên cơ sở phân tích về tính cấp thiết của các giải pháp kết cấu và biện pháp thi công dầm van cho cống Đập trụ đỡ, 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, lựa chọn các giải pháp kết cấu dầm van cho Đập trụ đỡ

- Nghiên cứu, đề xuất giải pháp thi công dầm van Đập trụ đỡ theo phương án lắp ghép trong nước

- Tính toán thiết kế và đề xuất giải pháp thi công dầm van lắp ghép cho cống Bào Chấu (khẩu độ 30m), tỉnh Cà Mau

Chương 2 NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU

DẦM VAN CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP TRỤ ĐỠ 2.1 Các giải pháp kết cấu dầm van áp dụng cho công trình Đập trụ đỡ

Căn cứ vào dạng kết cấu, quy mô công trình và giải pháp thi công, có thể phân loại dầm đỡ van các cống Đập trụ đỡ thành các kiểu như sau:

2.1.1 Dầm đỡ van thi công tại chỗ trong khung vây khô

Loại này gồm 2 dạng kết cấu:

2.1.1.1 D ầm đỡ van kết cấu đặc

a Cấu tạo

Dầm đỡ van có kết cấu bê tông cốt thép đặc, dưới dầm là bộ phận chống thấm công trình bằng cừ: có thể là cừ BTCT, cừ bản nhựa hoăc cừ larsen Các hàng cừ này được ngàm trực tiếp với dầm đỡ van trong quá trình thi công Kích thước dầm van tùy thuộc vào loại cửa van, vào khẩu độ khoang cống, chênh lệch mực nước tính toán và vào địa chất nền dưới dầm van để đảm bảo yêu cầu công năng, kết cấu

và ổn định tổng thể cho công trình Tùy từng công trình mà dưới dầm van có thể không cần gia cố hoặc gia cố bằng cọc

Phương án này có thể áp dụng cho hầu hết các dạng công trình Đập trụ đỡ với khẩu độ và độ sâu sông khác nhau Tuy nhiên, với các những khoang cống có khẩu

độ lớn hơn 15m, độ sâu cột nước hơn 10m thì giá thành công trình sẽ khá đắt do chi phí khung vây thi công dầm van lớn và phức tạp

c Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

+ Phạm vi ứng dụng rộng rãi

+ Công tác thi công đơn giản, đã có nhiều kinh nghiệm

+ Dễ kiểm soát được chất lượng thi công công trình

Phương án này dầm van có

cấu tạo dạng rỗng với mục đích

giảm khối lượng bê tông hoặc đảm

bảo các yêu cầu liên quan đến công

tác quản lý vận hành công trình:

đường dầu thủy lực, hệ thống thiết

bị điện, hệ thống quan trắc

Hình 2.2 Phương án dầm van kết

cấu dạng hộp rỗng, thi công tại chỗ

trong khung vây khô

Nhược điểm:

Ngoài các nhược điểm giống như dầm van dạng đặc ở trên, phương án dầm van này có phạm vi ứng dụng rất hạn chế vì giá thành cao, tính chất thi công phức tạp, lắt nhắt và kéo dài thời gian thi công

2.1.2 Dầm đỡ van thi công theo phương án lắp ghép trong nước

Loại này gồm 3 dạng kết cấu:

2.1.2.1 Dầm van là dạng dầm đơn được đúc từ nơi khác và cẩu lắp vào vị trí giữa 2 trụ pin công trình

a Cấu tạo

Dầm van có dạng dầm đơn, thường là kết cấu đặc, chiều dài dầm van nhỏ (thường nhỏ hơn 15m) Dầm được đúc ở trên bãi khô hay hố đúc ở vị trí khác, sau

đó được vận chuyển và lắp đặt vào vị trí công trình bằng hệ cẩu nổi Dưới dầm van

là bộ phận chống thấm công trình bằng cừ: có thể là cừ BTCT hoặc cừ larsen

Nhược điểm của cừ bê tông cốt thép là việc kiểm soát công tác thi công cừ, kín nước me cừ là khó khăn, đầu cừ dễ bị vỡ sau khi đóng ảnh hưởng nhiều đến liên kết kín nước giữa dầm van và cừ chống thấm Do đó ở phương án này, cừ chống thấm bằng cừ larsen tỏ ra ưu việt hơn và được áp dụng phổ biến hơn

cho thấy việc kín nước này

được đảm bảo tuyệt đối

Hình 2.4 Cao su kín nước đầu cừ và dầm van (đặt trong hốc dầm)

Trường hợp đất nền dưới

dầm van là đất bùn yếu, để tránh

cừ bị tụt thì có thể giữ cố định cừ

bằng các dầm đỡ cừ đổ liền khối

với bệ trụ pin Đối với giải pháp

này, dưới dầm van thường không

b Điều kiện áp dụng

+ Thường ứng dụng cho các khoang cống khẩu độ vừa và nhỏ, trọng lượng mỗi dầm thường không lớn hơn 50 tấn để phù hợp với tải trọng thiết bị cẩu nổi phổ biến trên thị trường, nhất là cho các công trình trên kênh rạch phía trong nội đồng + Phù hợp để áp dụng cho các công trình khó khăn về mặt bằng thi công (do không phải đào hố móng sâu để thi công dầm van)

+ Phù hợp với những khu vực yêu cầu phải đảm bảo về lưu thông dòng chảy

và giao thông thủy

+ Không yêu cầu kết hợp dầm van để phục vụ cho các yêu cầu trong quá trình quản lý, vận hành công trình

c Ưu nhược điểm:

Ưu điểm:

+ Công tác thi công đơn giản, thuận lợi, tiến độ thi công nhanh

+ Có thể thi công đại trà nhiều đơn nguyên cho các công trình có nhiều khoang cống

+ Giải pháp thi công đơn giản, phương tiện máy móc thi công thông dụng + Giá thành công trình giảm do không phải thi công khung vây phạm vi dầm van

+ Không ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến giao thông thủy trong quá trình thi công

+ Giải pháp xử lý kín nước đáy giữa dầm van với cừ chống thấm đơn giản, độ tin cậy cao

+ Chỉ nên áp dụng cho các khoang cống có khẩu độ vừa và nhỏ Vì khi dầm van có khẩu độ lớn thì trọng lượng dầm van lớn, công tác cẩu, vận chuyển sẽ khó khăn, phức tạp, độ tin cậy trong thi công giảm

2.1.2.2 D ầm van dạng kết cấu hộp phao, có thể nổi trên mặt nước, được đúc ở nơi khác, sau đó di chuyển đến công trình, định vị và hạ chìm vào vị trí

Đây là giải pháp kỹ thuật thi công tiên tiến, hiện đại, đã được ứng dụng ở nhiều công trình lớn trên thế giới

a Cấu tạo:

Dầm van chế tạo bằng bê tông cốt thép dạng phao rỗng gồm các tường, vách

có chiều dày 15 ÷ 20cm Dầm có thể nổi được trên mặt nước nhờ lực đẩy nổi Dầm được thi công tại hố đúc ở vị trí khác, sau đó hạ thủy, lai dắt và căn chỉnh, lắp đặt vào vị trí công trình Kích thước của dầm đảm bảo yêu cầu ổn định kết cấu, ổn định nổi và bố trí kín nước với cửa van ở trên Hai đầu dầm gác lên 2 hốc của bệ trụ pin Dầm van không đặt trực tiếp lên hàng cừ chống thấm Việc kín nước dưới đáy dầm van để đảm bảo chống thấm công trình bằng lớp vữa xi măng hoặc vữa bê tông bơm dưới dầm van và hàng cừ chống thấm

Hình 2.6 C ấu tạo dầm van dạng phao rỗng, có thể nổi và lai dắt trên sông

Với kết cấu tường vách như trên, điều kiện dầm van luôn làm việc dưới nước, chịu ảnh hưởng của nước mặn, phèn nhất là ở những khu vực đồng bằng, ven biển nên dầm van thường được thiết kế với bê tông mác cao (≥ M300) và sử dụng các phụ gia để chống thấm, chống xâm thực Dầm van thường được đổ bằng bê tông bơm với độ sụt lớn

Trong khi thi công dầm van cần lưu ý đặt sẵn các chi tiết chờ trong bê tông để phục vụ các công tác lai dắt, định vị hạ chìm dầm vào vị trí công trình như : ống có van khóa để tháo nước hạ chìm dầm van và để bơm bê tông điền đầy các khoang dầm van sau khi hạ chìm (nếu cần thiết); ống thép phụt vữa xi măng để xử lý chống thấm dưới dầm van, các móc thép inox để phục vụ công tác neo, giữ, định vị và hạ chìm dầm van

+ Phù hợp với những khu vực yêu cầu giao thông thủy phải luôn được đảm bảo, dòng chảy lưu thông liên tục

+ Có thể kết hợp dầm van để phục vụ cho các yêu cầu trong quá trình quản lý, vận hành công trình

c Ưu nhược điểm:

Ưu điểm:

+ Giá thành công trình giảm do không phải thi công khung vây phạm vi dầm van Đối với cống có nhiều khoang, việc thi công đúc đại trà nhiều dầm van cùng 1 lúc sẽ mang lại hiệu quả kinh tế lớn

+ Giải pháp và tư tưởng thi công hiện đại và tiên tiến Không cần sử dụng các loại thiết bị (xà lan, cẩu) có tải trọng lớn và đặc chủng để lai dắt và hạ chìm, lắp đặt dầm vì dầm van có thể nổi trên nước

+ Có thể kết hợp dầm van để phục vụ cho các yêu cầu trong quá trình quản lý, vận hành công trình

+ Tiến độ thi công nhanh, chủ động, không bị chồng chéo đặc biệt đối với các cống có nhiều khoang

+ Hạn chế tối đa ảnh hưởng đến giao thông thủy trong quá trình thi công

Nhược điểm:

+ Đối với các công trình có khẩu độ khoang cống lớn, cột nước sâu thì công tác lai dắt, di chuyển và hạ chìm dầm van vào vị trí công trình còn gặp nhiều khó khăn, ngoài ra các tác động của sóng, gió, dòng chảy cũng ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình lai dắt và lắp đặt dầm van vào vị trí công trình

+ Cần phải có các biện pháp đảm bảo an toàn giao thông thủy trên các tuyến sông trong quá trình lai dắt, vận chuyển dầm van đến vị trí công trình để lắp đặt + Vấn đề kiểm tra, kiểm soát kín nước đầu cừ và dầm van là khá phức tạp, đòi hỏi đơn vị thi công có kinh nghiệm, nhân công có tay nghề kỹ thuật cao Việc kiểm tra chất lượng lớp bê tông hay vữa xi măng cát kín nước dưới đáy dầm van còn khá khó khăn

2.1.2.3 Dầm van dạng hộp phao, kết cấu bê tông cốt thép được chế tạo công nghiệp, lắp đặt bằng các thiết bị cẩu hiện đại, tải trọng lớn

Phương án này dầm van bằng BTCT loại thường hoặc dự ứng lực, trọng lượng dầm van khá lớn, khoảng trên 300 tấn Dầm thường cấu tạo dạng rỗng để vừa có thể giảm khối lượng bê tông, vừa có thể kết hợp 1 số yêu cầu có liên quan trong quá trình quản lý, vận hành công trình Dầm van dạng này không nổi được

Dầm van được thi công đúc ở các xưởng bãi trên khô gần sông lớn hoặc trên các ụ nổi Sau khi dầm được đúc xong, sử dụng các thiết bị cần cẩu có tải trọng lớn trên xà lan cẩu, vận chuyển đến vị trí công trình và lắp đặt Dạng kết cấu này đòi hỏi yêu cầu thiết bị cẩu lắp với tải trọng lớn, hiện đại (khoảng trên 300 tấn) do dầm van có kích thước và trọng lượng rất lớn

Dạng kết cấu này có thể ứng dụng cho các cống có nhiều khoang, khẩu độ khoang cống rộng và cột nước sâu, có điều kiện về thiết bị thi công hiện đại, đặc chủng

Hình 2.7 Kết cấu dầm van dạng hộp rỗng, trọng lượng lớn, lắp đặt bằng hệ thống

cẩu nổi hiện đại, tải trọng lớn

Ưu điểm:

- Giải pháp thi công hiện đại, tiến độ thi công nhanh

- Ứng dụng cho các cống có khẩu độ lớn, sông rộng thuận lợi cho việc di chuyển các thiết bị siêu trường, siêu trọng

- Hạn chế tối đa ảnh hưởng đến giao thông thủy trong quá trình thi công

Nhược điểm:

- Công tác chế tạo dầm phức tạp và tốn kém Kết cấu dầm lớn nhằm đảm bảo yêu cầu ổn định trong quá trình hoạt động mà đảm bảo ổn định khi cẩu và vận chuyển dầm

- Giá thành cao hơn các phương án dầm van lắp ghép khác

- Yêu cầu thiết bị, công nghệ hiện đại và khá đặc chủng, giá thành cao Khó áp dụng cho những công trình trên các kênh rạch nhỏ ở sâu trong nội đồng

2.2 T ính toán kết cấu cho các giải pháp dầm van Đập trụ đỡ

2.2.1 Một số nhận xét

Như đã phân tích ở trên, việc phân loại dầm van phụ thuộc vào cấu tạo dầm, giải pháp thi công dầm, loại cửa van áp dụng cho công trình, giải pháp gia cố dưới dầm, quy mô công trình Do đó, tương ứng với mỗi một dạng kết cấu sẽ có hình dạng, kích thước, mô hình và nguyên lý tính toán ổn định kết cấu khác nhau

Trong phạm vi luận văn, tác giả chỉ đề xuất, giới thiệu các nguyên lý, trình tự

và mô hình tính toán kết cấu dầm van cho công trình Đập trụ đỡ áp dụng cửa van phẳng Cụ thể như sau:

1 Dầm van thi công tại chỗ, kết cấu dạng đặc, cửa van phẳng

2 Dầm van thi công lắp ghép, kết cấu dạng đặc, lắp đặt trong nước bằng hệ cẩu nổi, cửa van phẳng

3 Dầm van thi công lắp ghép, kết cấu dạng phao rỗng có thể tự nổi trên mặt nước, lai dắt và hạ chìm trong nước, cửa van phẳng

Đối với dầm van dạng hộp phao rỗng, lắp đặt bằng các thiết bị cẩu tải trọng lớn (mục 2.1.2.3): giải pháp này nhìn chung là sự kết hợp giữa các giải pháp trên trên, tuy nhiên nó chủ yếu thiên về công nghệ và thiết bị thi công, do đó tác giả không đi sâu phân tích nguyên lý và mô hình tính toán kết cấu

2.2.2 Yêu cầu và nguyên lý chung trong tính toán kết cấu dầm van

a Các điều kiện về tính toán và ổn định kết cấu

Kết cấu dầm đỡ van thường xuyên chịu tải trọng và thay đổi tùy theo trạng thái làm việc và quá trình thi công Do vậy khi tính toán kết cấu cần phải xem xét đầy đủ các tổ hợp làm việc xảy ra Cũng như những kết cấu dầm BTCT thông thường, yêu cầu chung khi thiết kế kết cấu dầm đỡ van phải đảm bảo các điều kiện sau đây (ngoài yêu cầu về nổi đối với dầm van lai dắt trên mặt nước):

+ Điều kiện chịu lực: Kết cấu dầm van phải đảm bảo yêu cầu chịu lực (cả

phương ngang và phương đứng)

+ Điều kiện về nứt: Tùy theo môi trường làm việc mà dầm đỡ van có được

xuất hiện vết nứt hay không và vết nứt được phép mở rộng là bao nhiêu theo tiêu chuẩn áp dụng tương ứng

Đối với vùng nước mặn dầm van không được phép xuất hiện vết nứt (Bảng 1 TCVN 9139-2012[16] Đối với các môi trường làm việc khác cần tuân thủ TCVN 4116-1985[12]

+ Điều kiện chuyển vị: Nhất là đối với dầm van khẩu độ lớn, độ võng của

dầm theo cả 2 phương không được quá lớn ảnh hưởng tới chức năng chắn nước và kín nước công trình

Theo yêu cầu với kết cấu bê tông chung Độ võng của dầm không lớn quá L/500 Trong đó L là chiều dài dầm

Ngoài ra theo yêu cầu kín nước của cửa van mà độ võng của dầm có thể phải nhỏ hơn giá trị nhất định tùy theo thiết kế kín nước của cửa van

+ Các yêu cầu khác:

Phải tính toán kết cấu cho tổ hợp tải trọng bất lợi nhất

Chiều dày lớp bảo vệ phải thỏa mãn quy định theo tiêu chuẩn

Tùy công trình cụ thể có thể xem xét sự cần thiết sử dụng phụ gia cho bê tông

b Các nguyên lý trong tính toán

Trong tính toán kết cấu dầm van thường coi:

+ Kết cấu dầm van tính như dầm khớp hai đầu Vị trí khớp là vị trí dầm gác lên bệ trụ

+ Khi tính toán kết cấu dầm không xét đến sự tham gia chịu lực của cừ chống thấm

+ Trường hợp dưới nền không có cọc gia cố thì coi dầm đặt trên nền đàn hồi, hai đầu khớp Trong trường hợp có cọc gia cố thì tính toán theo sơ đồ dầm đặt trên các gối tựa

+ Đối với cửa van phẳng áp dụng cho Đập trụ đỡ, trọng lượng toàn bộ cửa van không tác dụng trực tiếp lên dầm mà truyền lên bệ trụ và xuống đất nền thông qua

hệ thống móng cọc

+ Khi cửa van đóng, dầm van mới chịu tác dụng của lực ngang Giá trị này chính là phần áp lực gây ra do chênh lệch mực nước thượng hạ lưu công trình + Bỏ qua ma sát phương ngang giữa bộ phận kín nước của cửa van với dầm van

Khi tính toán kết cấu, trị số tải trọng và tác động, hệ số độ tin cậy về tải trọng,

hệ số tổ hợp, cũng như cách phân loại tải trọng thường xuyên và tạm thời cần lấy theo các tiêu chuẩn hiện hành về tải trọng và tác động [13]

- Trạng thái giới hạn thứ 2:

Đây là bài toán tính toán nhằm đảm bảo sự làm việc bình thường của kết cấu

để không hình thành và mở rộng vết nứt quá mức cho phép Đồng thời cũng phải kiểm tra độ võng của dầm trong các trạng thái làm việc khác nhau (chuyển vị)

b Tải trọng và tổ hợp tải trọng [1], [13]

* Tải trọng:

Nói chung đối với kết cấu dầm van thường xuất hiện các tải trọng sau:

- Trọng lượng bản thân dầm van;

- Áp lực thủy tĩnh lên dầm van

Là sự kết hợp của các tải trọng như ở trên xuất hiện trong quá trình thi công, làm việc của công trình Điều này sẽ được trình bày cụ thể trong tính toán đối với từng loại kết cấu dầm van mục tiếp theo

c Lựa chọn giá trị nội lực để tính toán

Giá trị nội lực tính toán là giá trị lớn nhất trong đường bao biểu đồ nội lực của các tổ hợp tính toán

d Các phương pháp phân tích và tính toán kết cấu

Các phương pháp phân tích kết cấu có thể được áp dụng bao gồm: Phương pháp sức bền vật liệu (phương pháp mặt cắt), phương pháp phần tử hữu hạn

hoặc bất cứ phương pháp nào thỏa mãn các yêu cầu về điều kiện cân bằng, tính tương hợp và sử dụng được mối liên kết ứng suất, biến dạng

Trong quá trình tính toán để xác định nội lực trong kết cấu dầm có thể sử dụng phương pháp tính toán thông thường hoặc sử dụng các công cụ phần mềm chuyên

về kết cấu để tính toán như SAP 2000, Ansys Nhất là đối với các kết cấu dạng tấm, bản kê thì phương pháp dùng phần mềm tính toán kết cấu sẽ giúp giải quyết nhanh vấn đề cần nghiên cứu hơn

2.2.4 P hương pháp tính toán kết cấu các giải pháp dầm van

2.2.4.1 Dầm van thi công tại chỗ, kết cấu dạng đặc, cửa van phẳng

a Sơ đồ tính toán:

- Sơ đồ tính toán lực phương đứng: Dầm van như một dầm đặt trên nền đàn

hồi, hai đầu liên kết khớp Tuy nhiên các công trình thường xây dựng trên những vùng đất yếu nên độ cứng lò xo (spring) trong mô hình của winkler thường rất nhỏ

Để đơn giản trong tính toán thì có thể xem dầm là một dầm đơn (hoặc đa nhịp trong trường hợp có cọc gia cố bên dưới) để tính toán

Hình 2.8 Mô hình tính kết cấu dầm trường hợp dầm không gia cố cọc