LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH ĐIỀU TIẾT TRÊN SÔNG HỒNG

Luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn và tính toán kết cấu công trình điều tiết trên sông Hồng” nhằm bổ sung vào kết quả nghiên cứu một số vấn đề trong phân tích lựa chọn và tính toán kết cấu cho một giải pháp cụ thể nhằm góp phần đưa những ý tưởng nghiên cứu tiếp cận gần hơn với thực tiễn sản xuất là việc hết sức cần thiết và có ý nghĩa khoa học.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN ĐÌNH HÒA PGS.TS NGUYỄN TRUNG VIỆT

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 7

I Tính cấp thiết của đề tài: 7

II Mục đích của đề tài: 8

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 9

IV Kết quả đạt được của luận văn: 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 10

1.1. Tính cấp thiết phải xây dựng các công trình điều tiết trên sông Hồng 10

1.2. Tổng quan các dạng công trình điều tiết trên sông 15

1.2.1 Công nghệ ngăn sông dạng truyền thống: 16

1.2.2 Công nghệ ngăn sông dạng Trụ Đỡ 25

1.2.3 Công nghệ ngăn sông dạng Xà Lan 31

1.2.4 Công nghệ đập Trụ phao: 40

1.2.5 Công nghệ đập Xà lan liên hợp: 41

1.3. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn 44

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH ĐIỀU TIẾT TRÊN SÔNG HỒNG 45

2.1. Các giải pháp kết cấu công trình điều tiết có thể áp dụng cho xây dựng trên sông Hồng 45

2.1.1 Giải pháp đập ngăn sông bằng công trình tạm: 45

2.1.2 Giải pháp đập ngăn sông theo công nghệ truyền thống: 46

2.1.3 Giải pháp điều tiết nước bằng hệ thống đập xà lan cố định không có trụ pin: 47

2.1.4 Đập điều tiết có trụ pin kiên cố đóng mở bằng hệ thống cửa van lớn: 51

2.1.5 Giải pháp đập điều tiết nước bằng hệ thống phao nổi: 53

2.1.6 Giải pháp điều tiết nước sông Hồng bằng Đập cao su: 57

2.2. Phân tích, lựa chọn giải pháp kết cấu 60

2.2.1 Giải pháp công trình tạm: 60

2.2.2 Giải pháp theo công nghệ truyền thống: 61

2.2.3 Giải pháp đập cao su: 61

2.2.4 Giải pháp đập điều tiết nước bằng hệ thống phao nổi: 62

2.2.5 Giải pháp đập điều tiết kiên cố đóng mở bằng hệ thống cửa van lớn: 64

2.2.6 Lựa chọn giải pháp kết cấu công trình: 64

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHO GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH CHỌN

3.1. Lựa chọn ví trí tuyến công trình: 65

3.2. Bố trí kết cấu: 66

3.2.1 Cống điều tiết nước: 66

3.2.2 Âu thuyền: 69

3.2.3 Nối tiếp mang cống, thượng hạ lưu công trình: 69

3.2.4 Cửa van và thiết bị điều khiển: 69

3.2.5 Cầu giao thông 70

3.3. Tính toán kết cấu cho một số hạng mục, chi tiết chính: 71

3.3.1 Tính toán kết cấu Trụ pin: 71

3.3.1.1 Nội dung tính toán: 72

3.3.1.2 Phương pháp tính toán: 74

3.3.1.3 Các bước tính toán kết cấu trụ pin: 76

3.3.1.4 Áp dụng cho bài toán sông Hồng: 81

3.3.2 Tính toán kết cấu dầm van: 87

3.3.2.1 Các trường hợp tính toán: 87

3.3.2.2 Sơ đồ tính toán: 88

3.3.2.3 Tính toán dầm van cho Sông Hồng: 92

3.3.3 Tính toán kết cấu cửa van: 96

3.3.3.1 Tải trọng tác dụng và tổ hợp tính toán: 96

3.3.3.2 Các bước tính toán cửa van phẳng: 97

3.3.4 Tính toán thủy lực kiểm tra khả năng thoát lũ của công trình 107

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH 115

4.1. Biện pháp dẫn dòng thi công 115

4.2. Biện pháp thi công một số hạng mục công trình chính: 115

4.2.1 Thi công trụ pin: 115

4.2.1.1 Phương án thi công tại chỗ: 116

4.2.1.2 Phương án thi công lắp ghép: 119

4.2.2 Thi công dầm van và cừ chống thấm: 123

4.2.2.1 Phương án thi công tại chỗ: 123

4.2.2.2 Phương án thi công lắp ghép: 123

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 127

TÀI LIỆU THAM KHẢO 130

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 131

HÌNH MINH HỌA

Hình 1: Sông Hồng đang bị “Sa mạc hóa” 12

Hình 2: Tàu thuyền mắc cạn trên sông Hồng 14

Hình 3: Các dòng sông nhánh đều đang bị ô nhiễm nặng 15

Hình 4: Cắt ngang cống truyền thống 17

Hình 5: Xây dựng cống trên lòng sông 18

Hình 6: Xây dựng một phần cống trong đê quai lấn dòng 18

Hình 7: Toàn cảnh đập Hollandse Ijssel 20

Hình 8: Toàn cảnh đập chắn sóng Eider 21

Hình 9: Đập Ba Lai- Bến Tre 22

Hình 10: Cống Đò Điệm – Thạch Hà - Hà Tĩnh 23

Hình 11: Cống Nghi Quang – Nghi Lộc – Nghệ An 23

Hình 12: Đập Đô Lương 24

Hình 13: Đập Đáy – Hà Nội 24

Hình 14: Cắt ngang đập trụ đỡ 25

Hình 15: Cống Sông Cui – Long An 27

Hình 16: Tổng thể cống Hiền Lương – Hoàn thành năm2004 28

Hình 17: Cống Thảo Long – Hoàn thành năm 2007 29

Hình 18: Cống Hagestein - Lower Rhine – Hà Lan 30

Hình 19: Cống Maeslandt Kering – Hà Lan 30

Hình 20: Đập trên sông Thames – London - Anh 31

Hình 21: Tổng thể công trình Cống Oosterschelde – Hà Lan 33

Hình 22: Phương án cống LiDo, Malamocco, Chioggia ở Italia 33

Hình 23: Brouwersdam – Hà Lan 34

Hình 24: Kết cấu xà lan dạng phao hộp 36

Hình 25: Cắt dọc đập xà lan tường bản sườn 37

Hình 26: Cắt ngang đập xà lan tường bản sườn 37

Hình 27: Cống Phước Long 39

Hình 28: Cống Thông Lưu 39

Hình 29: Cống Rạch Lùm 40

Hình 30: Cống Minh Hà 40

Hình 31: Kết cấu trụ pin 41

Hình 32: Mô hình cấu tạo xà lan 42

Hình 33: Cắt ngang đơn nguyên xà lan 43

Hình 34: Mô hình tổng thể một đơn nguyên xà lan 43

Hình 35: Một số cắt ngang công trình ngăn sông bằng đập tạm 45

Hình 36: Cắt ngang cống truyền thống 47

Hình 37: Cắt ngang công trình phương án cửa van Phao 48

Hình 38: Phối cảnh công trình phương án cửa van Phao 49

Hình 39: Cắt ngang công trình phương án cửa van bản lệch 50

Hình 40: Phối cảnh một đơn nguyên 50

Hình 41: Phương án cửa Clape trục dưới 52

Hình 42: Phương án cửa van phẳng 53

Hình 43: Cắt ngang công trình PA Phao di chuyển (nền dạng 1) 54

Hình 44: Cắt ngang công trình PA Phao di chuyển (nền dạng 2) 54

Hình 45: Một đơn nguyên đập xà lan di chuyển 55

Hình 46: Bố trí tổng thể công trình phương án phao di chuyển 56

Hình 47: Phối cảnh phương án cửa van Phao cánh cửa 57

Hình 48: Sơ họa cấu tạo đập cao su 58

Hình 49: Vị trí vùng tuyến công trình tại hạ lưu cống Xuân Quan 65

Hình 50: Kết cấu trụ pin dạng đặc 67

Hình 51: Kết cấu trụ pin dạng phao 68

Hình 52: Kết cấu dầm van 69

Hình 53: Cắt ngang nhịp dẫn cầu giao thông 70

Hình 54: Mặt bằng bố trí tổng thể công trình 71

Hình 55: Quan hệ giữa phản lực và chuyển vị của đất xung quanh cọc 79

Hình 56: Sơ đồ chia lưới phần tử để tính toán kết cấu trên nền đàn hồi 80

Hình 57: Kết cấu trụ pin 82

Hình 58: Mô hình hóa cho kết cấu 84

Hình 59: Ứng suất trong kết cấu S11 84

Hình 60: Ứng suất trong kết cấu S22 85

Hình 61: Ứng suất trong kết cấu S33 85

Hình 63: Ứng suất trong kết cấu Smin 86

Hình 64: Mô phỏng sơ đồ xác định mô đun phản lực nền 90

Hình 65: Kết cấu dầm van 92

Hình 66: Mô hình hóa kết cấu 93

Hình 67: Mô men Mmax trong kết cấu không gian 93

Hình 68: Mô men Mmin trong kết cấu không gian 94

Hình 69: Mô men Mmax bản sàn đáy 94

Hình 70: Mô men Mmin bản sàn đáy 94

Hình 71: Mô men Mmax bản sàn mặt 95

Hình 72: Mô men Mmax bản sàn mặt 95

Hình 73: Mô men Mmax tường thượng lưu 95

Hình 74: Mô men Mmin tường thượng lưu 96

Hình 75: Sơ đồ áp lực nước tác dụng lên cửa van phẳng 97

Hình 76: Sơ đồ xác định vị trí dầm chính ngang theo áp lực nước 100

Hình 77: Nhịp tính toán của dầm chính 100

Hình 78: Bố trí ô dầm cửa van 101

Hình 79: Bố trí ô bản mặt liên kết giàn chịu lực 101

Hình 80: Vị trí tính toán dầm phụ đứng 103

Hình 81: Sơ đồ tính toán kiểm tra giàn 104

Hình 82: Trạng thái ứng suất chính lớn nhất của bản mặt khi chịu lực 105

Hình 83: Trạng thái ứng suất tiếp lớn nhất của bản mặt khi chịu lực 105

Hình 84: Biểu đồ lực dọc tác dụng lên giàn ngang 105

Hình 85: Biểu đồ mômen uốn theo phương áp lực nước 106

Hình 86: Trạng thái chịu lực của dầm ngang và thanh chống 106

Hình 87: Cắt ngang lòng sông tự nhiên tại vị trí xây dựng công trình trên sông Hồng 108

Hình 88: Mô phỏng các thông số công trình điều tiết trong Mike 11 109

Hình 89: Mô phỏng một khoang công trình điều tiết trong mùa lũ 110

Hình 90: Mô phỏng 1 khoang công trình điều tiết trong mùa kiệt 110

Hình 91: Đường mực nước lớn nhất đoạn từ Sơn Tây đến trước công Liêm Mạc 112

Hình 92: Đường mực nước lớn nhất đoạn từ Liêm Mạc đến cống Xuân Quan 113

Hình 93: Đường mực nước lớn nhất đoạn từ Xuân Quan đến công trình điều tiết 114

Hình 95: Thi công bằng khung vây cọc ống thép 117

Hình 96: Thi công hạ thùng chụp 118

Hình 97: Thi công và lai dắt trụ pin trong hố móng tạm 120

Hình 98: Di chuyển trụ pin trên sông 121

Hình 99: Định vị và lắp ghép trụ pin vào vị trí công trình 122

Hình 100:Liên kết giữa bản đáy trụ và hệ cọc 123

Hình 101:Thi công dầm van trong khung vây cọc ván thép 123

Hình 102:Thi công lắp ghép dầm van đặc 124

Hình 103:Kết cấu dầm van phao 125

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài:

Sông Hồng có một vai trò đặc biệt quan trọng trong việc điều tiết và cung cấp nước cho vùng đồng bằng Bắc Bộ Lưu vực của nó là nơi dân cư tập trung đông đúc, gồm nhiều tỉnh và thành phố, trong đó có thủ đô Hà Nội là trung tâm chính trị, văn hoá, khoa học kỹ thuật, kinh tế, ngoại giao của cả nước Ngày nay, với diễn biến khí hậu ngày càng phức tạp, hạn hán là nguyên nhân chính dẫn đến việc mực nước trên Sông Hồng ngày một cạn kiệt, không đáp ứng được nhu cầu về lượng nước và khả năng điều tiết cho các hệ thống thủy nông trong khu vực

Hầu hết các công trình nghiên cứu từ trước tới nay ở nước ta về sông Hồng phần lớn tập trung vào giải quyết vấn đề quy hoạch ổn định chỉnh trị dòng sông và thoát lũ, các giải pháp công nghệ đảm bảo an toàn đê, dự báo, cảnh báo và các giải pháp chống lũ cho hệ thống: Chương trình cấp nhà nước về Phòng chống lũ sông Hồng và sông Thái bình, đề tài cấp nhà nước về nghiên cứu công nghệ nhận dạng lũ trong điều hành hồ Hoà Bình và ảnh hưởng của nó tới dòng chảy sông Hồng (GS.TS Trịnh Quang Hoà, nnk), đề tài Nghiên cứu cơ sở khoa học để xác lập đường tràn cứu hộ đê chống lũ cực hạn hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình (Ths Đặng Quang Tính, nnk)), đề tài nghiên cứu hành lang thoát lũ sông Hồng vùng Hà Nội (GS.TS Vũ Tất Uyên, nnk)

Trong “quy hoạch phát triển cơ bản khu vực sông hồng đoạn qua hà Nội” do tổ

dự án sông Hồng với sự tham gia của các chuyển gia Việt nam và Hàn Quốc hoàn thành tháng 3 năm 2007 và “quy hoạch chung thủ đô Hà Nội đến 2030 và tầm nhìn đến 2050” do Liên danh tư vấn quốc tế PPJ (Perkins Eastman – Hoa Kỳ, POSCO E&C và JINA – Hàn Quốc) lập trình Chính phủ lần cuối tháng 11/2009 cũng nhấn mạnh và tập trung nghiên cứu kỹ vấn đề chống lũ Sông Hồng cho Hà Nội

Tuy nhiên, bên cạnh việc chỉnh trị ổn định dòng sông nhằm đảm bảo an toàn trong mùa lũ thì vấn đề nghiên cứu dòng chảy kiệt, quản lý khai thác nguồn nước sông Hồng để phục vụ sản xuất, phát triển kinh tế xã hội tạo cảnh quan môi trường

đô thị và du lịch trên sông có một ý nghĩa hết sức quan trọng đối với thủ đô Hà Nội lại chưa được đề cập và nghiên cứu đúng mức và không rõ ràng kể cả trong các quy hoạch thành phố

Trong khi đó nguồn nước sông Hồng đóng một vai trò to lớn trong phát triển của thủ đô Hà Nội và vùng phụ cận Không chỉ có lượng nước dùng mà tất cả các công trình lấy nước phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, giao thông vận tải thủy hoạt động hiệu quả hay không phụ thuộc vào mực nước sông Hồng

Chính vì vậy, trong nội dung nghiên cứu của đề tài độc lập cấp Nhà nước

“Nghiên cứu giải pháp công trình điều tiết mực nước trên hệ thống sông Hồng mùa kiệt phục vụ chống hạn phát triển kinh tế đồng bằng Bắc Bộ” đã đề xuất được một

số giải pháp xây dựng công trình để tận dụng nguồn nước sau phát điện của các công trình thủy điện ở thượng nguồn để cung cấp cho các ngành kinh tế, xã hội nhằm xây dựng phát triển Hà Nội xứng tầm là thủ đô của một đất nước Đề tài luận

văn: “Nghiên cứu lựa chọn và tính toán kết cấu công trình điều tiết trên sông Hồng”

nhằm bổ sung vào kết quả nghiên cứu một số vấn đề trong phân tích lựa chọn và tính toán kết cấu cho một giải pháp cụ thể nhằm góp phần đưa những ý tưởng nghiên cứu tiếp cận gần hơn với thực tiễn sản xuất là việc hết sức cần thiết và có ý nghĩa khoa học

II Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu, phân tích lựa chọn và tính toán kết cấu cho giải pháp công trình điều tiết trên sông Hồng

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 công trình ngăn sông 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 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 và hội thảo

+ Phương pháp phân tích, tổng hợp

IV Kết quả đạt được của luận văn:

- Tổng quan về các hình loại công trình điều tiết trên sông;

- Phân tích một số giải pháp kết cấu công trình điều tiết có thể ứng dụng để xây dựng trên sông Hồng

- Phương pháp tính toán kết cấu công trình

- Đề xuất biện pháp thi công công trình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tính cấp thiết phải xây dựng các công trình điều tiết trên sông Hồng

Theo kết quả tính toán, tổng hợp của ủy ban thế giới về đập, việc sử dụng tổng hợp nguồn nước theo hướng đa mục tiêu mang lại hiệu quả rất lớn trong phát triển kinh tế xã hội Chính vì vậy xu hướng chung là nguồn nước sẽ được nghiên cứu tìm cách khai thác sử dụng một cách tối ưu nhất (Thủy điện, tưới tiêu, giao thông thủy, du lịch sinh thái, ) Xu hướng chung hiện nay đang được nhiều nhà khoa học và quản lý quan tâm là tìm các giải pháp phù hợp để tiếp tục khai thác nguồn nước sau công trình thủy điện Phía hạ lưu các công trình thủy điện thường được bố trí xây dựng các công trình ngăn sông để có thể tiếp tục khai thác điện năng

“thứ cấp” cũng như dâng nước, trữ nước phục vụ các mục tiêu kinh tế khác

Việc ngăn các sông rộng để khai thác nguồn nước phục vụ dân sinh, kinh tế

xã hội nhưng vẫn đảm bảo giao thông thủy và nhất là không được ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ về mùa mưa là một vấn đề rất phức tạp Ở nước ta vấn đề này mới chỉ đạt được những kết quả bước đầu rất khiêm tốn Nhưng ở các nước tiên tiến đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, trình độ KHCN đã đạt được đến một mức độ khá cao

Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế, chính trị, văn hoá và xã hội quan trọng của đất nước Trong vùng có nhiều thành phố và công trình quan trọng trong

đó có thủ đô Hà Nội và là nơi tập trung dân cư đông đúc Vì vậy việc quản lý khai thác nguồn nước phục vụ sản xuất, phát triển kinh tế xã hội có một ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong sự phát triển chung của cả nước

Hệ thống sông Hồng do 3 sông Thao, Đà và Lô hợp thành Ở hạ lưu, sông Hồng có các phân lưu: Đáy, Đuống, Luộc, Trà Lý, Đào, Ninh Cơ Trong đó, sông Đuống (dài 64 km), sông Luộc (dài 74 km) chuyển nước từ sông Hồng sang sông Thái Bình; sông Trà Lý (dài 64 km), phân lưu tả ngạn sông Hồng đổ ra biển, sông Đào Nam Định (dài 31,5 km) đưa nước sông Hồng sang sông Đáy, sông Ninh Cơ

(dài 51,8 km) chảy ra biển Lượng mưa năm trên lưu vực trung bình là 1500mm nhưng phân bố không đều

Hệ thống thuỷ nông đồng bằng sông Hồng là một hệ thống lớn, các hệ thống chịu ảnh hưởng chính của dòng chảy sông Hồng là:

1 Hệ thống thuỷ nông Sông Nhuệ tưới 81.148ha, tiêu 107.530ha

2 Hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải, tưới 124.600ha, tiêu 185.600ha

3 Hệ thống thuỷ nông Bắc Đuống, tưới 41.000 ha

4 Hệ thống thuỷ nông Đông Anh, tưới 9268ha

5 Hệ thống thuỷ nông Đan Hoài

6 Hệ thống thuỷ nông Phù Sa

7 Hệ thống thuỷ nông Liễn Sơn, tưới và tiêu 26.138ha

8 Hệ thống thuỷ nông Bắc Thái Bình

9 Hệ thống thuỷ nông Nam Thái Bình, tưới 38.992ha, tiêu 56.552 ha

10 Hệ thống thuỷ nông Bắc Nam Hà, tưới 53.455 ha, tiêu 85326ha

11 Hệ thống thuỷ nông Nam Định

Trong đó hai hệ thống lớn nhất là hệ thống thuỷ nông sông Nhuệ và Bắc Hưng Hải là lớn nhất, phụ trách cho hơn 200.000ha đất canh tác

Theo tính toán cân bằng nguồn nước trong chương trình khoa học công nghệ cấp Nhà Nước KC12 năm 1992 - 1996 thì trong những thập kỷ tới ở Đồng bằng Bắc

Bộ (ĐBBB) sẽ xảy ra hiện tượng thiếu nước ngọt trầm trọng Nguyên nhân là do nhu cầu dùng nước cho nông nghiệp, công nghiệp, dân sinh và bảo vệ môi trường tăng cao theo nhịp độ phát triển kinh tế xã hội, trong khi nguồn cung cấp nước từ các con sông chính như sông Đà, sông Thao, sông Lô đều chung tình trạng khô hạn Trong tính toán cân bằng nước cho các hồ chứa thượng nguồn vẫn chưa xem xét hết các yếu tố khác như chiều hướng cực đoan của thời tiết do biến đổi khí hậu, việc khai thác kiệt quệ dòng chảy trên các hồ chứa thượng lưu mà Trung Quốc đã và đang xây dựng

Hình 1: Sông Hồng đang bị “Sa mạc hóa”

Hình ảnh thiếu nước trên các dòng sông ở Miền bắc, đặc biệt là sông Hồng đoạn qua Hà Nội khô cạn tới mức “lòng sông thành sa mạc” không còn là điều ngạc nhiên khi mùa khô đến Là nguồn cung cấp nước chính cho vùng thủ đô Hà Nội, sự khô cạn của sông Hồng trong những năm gần đây đã ảnh hưởng nghiêm trọng tới nhiều lĩnh vực của đời sống kinh tế xã hội:

a Ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp:

Trong một số năm vừa qua, một diện tích lớn đất trồng trọt bị thiếu nước, thậm chí, có nơi còn bỏ hoang nhiều diện tích đất canh tác màu mỡ vì không có nước tưới năm vừa qua ước tính có gần 80.00 ha thiếu nước và gần 6.000 ha phải chuyển đổi sang các cây trồng chịu hạn Để có nước tưới cho những diện tích cây

vụ đông chủ lực, như ngô, đậu, khoai tây, nông dân phải làm đường ống dẫn nước dài hàng cây số vét nước từ sông, ao hoặc khoan giếng hút nước Mùa khô năm nay, Các đơn vị thủy lợi và địa phương trên địa bàn TP Hà Nội cũng đã đã chủ động lắp đặt hàng trăm máy bơm dã chiến phục vụ công tác chống hạn Để đảm bảo nước tưới cho vụ đông xuân và tránh mất mùa vì khô hạn mực nước hạ du sông Hồng phải duy trì ổn định từ 2,3m trở lên

b Ảnh hưởng tới cấp nước sinh hoạt:

Sông Hồng cung cấp một phần nước mặt cho nhà máy nước và bổ trợ nguồn nước ngầm cho khu vực do vậy khi mực nước giảm sút đã ảnh hưởng đến nước hoạt động của các nhà máy nước và cả mực nước ngầm, không những thế mực nước ngầm hạ thấp còn làm ảnh hưởng đến môi trường địa chất của toàn khu vực

Trừ nhà máy nước sông Đà của Tổng Công ty Vinaconex là sử dụng nguồn nước mặt, hầu hết các nhà máy nước ở Hà Nội hiện khai thác nguồn nước ngầm dưới lòng đất Vì vậy, nếu trời không mưa và mực nước các con sông tiếp tục xuống thì không đủ nguồn nước bổ sung vào tầng chứa nước ngầm, mạch nước ngầm bị cạn kiệt là khó tránh khỏi và sẽ rất nguy hiểm, vì khi có mưa cũng phải mất một thời gian dài, nước mới thấm xuống lòng đất

Cùng với quá trình đô thị hoá mạnh mẽ và phát triển mở rộng thành phố nhu cầu về nước cho các đối tượng dùng nước ngày một gia tăng, nhưng chất lượng môi trường nước và nguồn nước đang ngày càng bị suy giảm nghiêm trọng, đặc biệt là nguồn nước mặt của lãnh thổ cần phải được đánh giá tổng hợp và đầy đủ làm cơ sở hoạch định cho các dự án phát triển khai thác sử dụng tối ưu và bền vững nguồn nước mặt, phòng chống ô nhiễm và cải tạo môi trường

c Ảnh hưởng tới giao thông thủy:

Sông Hồng là một trong những tuyến đường thủy nội địa quan trọng của miền bắc với mật độ tàu bè vào mùa nước lớn khoảng 500 lượt/ngày đêm trong đó

có những tàu tải trọng lớn, đây là huyết mạch đường thủy liên thông với các con sông ở Thái Bình, Nam định và các vùng phụ cận Do vậy, ngoài lưu lượng đảm bảo cấp nước cho phát triển kinh tế xã hội thì mực nước trong sông Hồng về mùa khô là yếu tố hết sức quan trọng cho hoạt động giao thông thủy

Những năm gần đây, mực nước trên sông Hồng giảm đi rõ rệt Sau khi có các hồ chứa lớn phía thượng nguồn thì lượng phù sa giảm rõ rệt và hiện tượng xói nước trong đã làm lòng sông sẽ bị xói sâu, mực nước lại càng xuống thấp Mực nước năm sau thấp hơn năm trước đặc biệt là cuối năm 2009 đầu năm 2010 này,

sông Hồng nhiều đoạn hoàn toàn trơ đáy, chỉ có một lạch nước nhỏ với độ sâu chưa tới 1m đã khiến cho giao thông thủy hoàn toàn bị tê liệt

Theo số liệu của Công ty cổ phần quản lý Đường sông số 6, năm 2004 mực nước thấp nhất là 1,95m; năm 2005: 1,46m; năm 2006: 1,28m; năm 2007:1,10m; năm 2008: 0,79m và năm 2009 là 0,91m Thậm chí, có những thời điểm, mực nước xuống dưới mức 0,9m, tháng 1 năm 2010, mực nước sông Hồng có thời điểm xuống tới +0.56m, cuối tháng 2 vừa qua có thời điểm nước chỉ còn ở mức +0.1m kiệt nhất trong chuỗi số liệu quan trắc từ năm 1902 đến nay

Hình 2: Tàu thuyền mắc cạn trên sông Hồng

d Ảnh hưởng tới phát điện:

Để nâng cao mực nước sông Hồng phục vụ cấp nước tưới nông nghiệp, vào mùa khô mặc dù hồ chứa thượng nguồn đang phải tích nước để phục vụ công tác phát điện, các hồ chứa vẫn phải xả bắt buộc lưu lượng xấp xỉ 1000m3/s để dâng cao mực nước trên sông đảm bảo đầu nước cho các công trình thủy lợi, lượng nước này làm giảm đi một nguồn năng lượng tương ứng của các nhà máy thủy điện và phần lớn lượng nước đó lại chảy ra biển, không sinh lợi Điều này đã ảnh hưởng lớn đến quản lý khai thác nguồn điện năng và nguồn nước

e Ảnh hưởng tới môi trường khu vực:

Do không có nguồn cấp để có dòng chảy thường xuyên, hầu hết các dòng sông, hệ thống kênh mương đều đang trong tình trạng ô nhiệm nặng, nhiều sông

mang một màu nước đen ngòm với đủ các thứ nước thải dân sinh, nước thải y tế, nước thải của các hợp tác xã, các làng nghề và các nhà máy, xí nghiệp

Không còn dòng chảy, các con sông chính trong thành phố theo quy hoạch tổng thể thành phố Hà Nội là trục hành lang xanh như sông Nhuệ, sông Đáy hàng ngày đang phải hứng chịu hàng chục ngàn mét khối nước thải của mấy trăm làng nghề Đó là chưa kể tới hàng trăm tấn rác thải dân sinh và rác thải rắn cũng bị người

ta đem đổ trộm xuống lòng hai con sông này, khiến cho lòng sông hẹp dần, nước chảy đen ngòm, cá tôm và hệ phù du sinh thái nước không thể sống nổi

Hình 3: Các dòng sông nhánh đều đang bị ô nhiễm nặng

Như vậy, nguồn nước sông Hồng đóng một vai trò to lớn trong phát triển của thủ đô Hà Nội và vùng phụ cận Không chỉ có lượng nước dùng mà tất cả các công trình lấy nước phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, giao thông vận tải thủy hoạt động hiệu quả hay không phụ thuộc vào mực nước sông Hồng

Việc nghiên cứu giải pháp công trình để điều tiết nước trên hệ thống sông Hồng về mùa kiệt là một vấn đề cấp bách và là nhiệm vụ đặc biệt quan trọng hiện nay

1.2 Tổng quan các dạng công trình điều tiết trên sông

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 cá công trình ngăn các con sông lớn phục vụ phát triển kinh tế và phòng chống thiên tai đặc biệt là ảnh hưởng của thủy triều và đến nay đã có một bề dày kinh nghiệp củng như

đã có rất nhiều sản phẩm ứng dụng vào thực tế Tiên phong trong lĩnh vực này phải nói đến đất nước Hà Lan, Anh, Mỹ

Ở Việt Nam với một hệ thống sông ngòi dày đặc và rất nhiều cửa sông lớn

đổ ra biển như: Sông Hồng, sông Thái Bình (Bắc Bộ), sông Mã, sông Cấm, sông Nghèn, sông Lam, sông Thạch Hãn, sông Hương, sông Hàn, sông Cái, sông Trà Khúc (Miền Trung), sông Tiền Giang, sông Hậu Giang, Cái Lớn, Cái Bé, Vàm cỏ, Đồng Nai, Cần Giờ (Miền Nam) Các con sông này đóng vai trò hết sức to lớn trong phát triển kinh tế xã hội nước ta như cấp nước tưới, sinh hoạt, dân sinh, công nghiệp, phát điện, vận tải thuỷ…

Các dạng công trình ngăn sông chủ yếu trên thế giới hiện nay bao gồm:

- Công nghệ ngăn sông dạng truyền thống

- Công nghệ ngăn sông dạng đập trụ đỡ

- Công nghệ ngăn sông kiểu đập xà lan

1.2.1 Công nghệ ngăn sông dạng truyền thống:

Công nghệ ngăn sông truyền thống là một trong những công nghệ xây dựng công trình ngăn sông khá phổ biến từ trước tới nay là thi công công trình trong hố móng khô ráo, kết cấu công trình có dạng khối tảng bằng bê tông cốt thép

a Nguyên lý làm việc:

- Ổn định: + Chống trượt bằng ma sát đất

+ Chống lật dùng trọng lượng công trình

- Chống thấm: + Bằng đường viền bản đáy

- Chống xói: + Bằng kết cấu tiêu năng kiên cố, bể tiêu năng, sân tiêu năng, sân sau, hố xói dự phòng

b Cấu tạo:

-6.00 -4.30

Hình 4: Cắt ngang cống truyền thống

- Bản đáy thân cống là bản bê tông cốt thép dày khoảng 1m, trên bản đáy là các trụ pin, giữa hai trụ pin là cửa van, trên cửa van là giàn kéo van và cầu giao thông

- Sân trước và sân sau: là bản bê tông cốt thép dày 0,7-1m

- Bể tiêu năng, hố phòng xói

- Do kết cấu công trình nặng nên phải đóng cọc bê tông cốt thép xử lý nền, hoặc phải tìm nơi có địa chất tốt để làm cống Xem hình 1 và 2 cắt dọc và cắt ngang cống truyền thống

c Nguyên lý thi công:

Hiện nay, việc thi công cống ngăn sông theo công nghệ truyền thống thường theo 3 cách sau:

- Cách một: xây dựng cống trên bãi sông:

Hình 3: Xây dựng cống trên bãi sông

Đào hố móng, thi công cống ở trên bãi, dẫn dòng qua lòng sông thiên nhiên, sau khi làm cống xong thì đào kênh dẫn nối tiếp thượng hạ lưu cống với sông tự nhiên, sau đó đắp đập đất ngăn sông cũ lại Cách này khá phổ biến và thường làm ở những đoạn sông cong

- Cách hai: Xây dựng cống trên lòng sông:

Đào kênh dẫn dòng ở bờ phải hoặc bờ trái, đắp đê quai thượng hạ lưu chặn đoạn sông khu vực thi công công trình Xây dựng cống trong hố móng khô Sau khi thi công xong thì phá dỡ đê quai để dòng chảy đi qua cống, lấp kênh dẫn dòng Loại này thường làm ở những đoạn sông thẳng

trong đê quai lấn dòng

- Cách ba: Xây dựng một phần cống trong đê quai lấn dòng:

Đắp đê quai vây một phần lòng sông, xây dựng phần cống trong đê quai lấn dòng, dẫn dòng qua một phần sông còn lại của lòng sông tự nhiên Sau khi thi công phần cống xong thì phá dỡ đê quai, dẫn dòng qua phần cống đã thi công, đắp đê quai để thi công phần cống còn lại Loại này thường làm ở những đoạn sông rộng

d Một số công trình ngăn sông dạng truyền thống trên thế giới:

Công nghệ xây dựng công trình ngăn sông theo kiểu truyền thống được áp dụng khá phổ biến trên thế giới khi xây dựng các công trình vừa và nhỏ do công nghệ này phù hợp với điều kiện xây dựng và nhất là thiết bị phục vụ cho công tác thi công đơn giản thông dụng

Ngay từ những năm 1950, khi các thiết bị xây dựng đã được nghiên cứu chế tạo đáp ứng được các yêu cầu thực tế thi công thì nhiều công trình ngăn sông có quy

mô đã được xâu dựng và đưa vào phục vụ Một trong những công trình tiêu biểu là:

* Đập chắn sóng Hollandse Ijsel:

Sông Hollandse IJsel nối Rotterdam với biển bắc, khi lũ đổ về, nước không thoát được ra biển do nước biển dâng cao, do vậy các con đê dễ dàng bị phá vỡ đe dọa khu vực dân cư đông đúc của Netherlands Đây là lý do chính để xây dựng công trình này

Công trình được xây dựng tại Nieuwe Maas nằm giữa Krimpen aan de IJssel

và Capelle aan de IJssel Đoạn sông này rộng 250m Ban đầu công trình này dự định chỉ làm của chắn nước nhưng do phải đảm bảo an toàn cho tàu thuyền qua lại

và đảm bảo tiêu thoát lũ do vậy phương án đưa ra là xây dựng đập ngăn sóng và làm

âu thuyền

Đập gồm 3 trụ tạo thành 1 khoang rộng 80m điều tiết bằng cửa van phẳng và 1

âu thuyền rộng 24m dài 120m Trên trụ là 4 tháp bố trí thiết bị đóng mở cao 45m Công trình được khởi công xây dựng năm 1954 và hoàn thành đưa vào sử dụng năm

1958 Các kết cấu BTCT gồm trụ ngưỡng được thi công tại chỗ trong khung vây tường thép

Do địa chất nền là sét yếu không thể xây dựng trụ trên nền đất này nên trước khi xây dựng phải bóc bỏ và thay thế vào đó bằng cát đắp vận chuyển từ Nieuwe Maas gần Vlaardingen đến bằng xà lan Nền móng của công trình được gia cố thêm bằng cọc đóng sâu vào nền công trình

Hình 7: Toàn cảnh đập Hollandse Ijssel

Hai cửa van phẳng rộng 81.2m cao 11.5m nặng hơn 635 tấn được vận chuyển

ra vị trí lắp đặt bằng tàu kéo Công trình này có 2 cửa và đóng mở lần lượt để đảm bảo an toàn khi có sự cố Cửa van âu thuyền nặng 60 tấn

Biện pháp thi công

Nạo vét lòng dẫn: khó khăn của công tác này là trong qúa trình thi công vẫn phải đảm bảo cho tàu thuyền qua lại Lớp bùn sét ở đáy sông được nạo vét và thay vào đó là lớp cát

Âu thuyền: Móng của âu thuyền được xử lý bằng tổng cộng 33 Km cọc

Thi công cửa van: Cửa van nặng 640T, cao 11.5m, dài 81.2m được chế tạo lắp ráp hoàn chỉnh trên xà lan sau đó được kéo ra lắp ở trong nước Ngoài ra còn có cửa van thứ hai trong công trình là cửa van sửa chữa và sự cố, phòng khi một trong hai cửa có sự cố kẹt thì vận hành cửa kia để chống lũ Năm 1977 thì cửa van thứ hai này mới được lắp đặt

Thi công tường vây: Toàn bộ cống được thi công trong khô bằng tường vây cọc ván thép

* Đập chắn sóng Eider

Đập Eider nằm ở Schleswig, Holstein – Nordfriesland (Đức) Công trình này được khởi công vào năm 1967 và đến năm 1973 thì hoàn thành Nằm trên đoạn sông giữa Hundeknoll và Vollerwiek, nhiệm vụ của công trình là bảo vệ vùng đất phía trong trước sự đe dọa của sóng triều và đồng thời giữ nguồn nước ngọt trên sông để phục vụ kinh tế xã hội Công trình được xây dựng còn rút ngắn chiều dài đê biển từ 64km xuống còn 4,8km

Kết cấu đập Eider gồm 5 khoang cống, mỗi khoang rộng 40m điều tiết bằng cửa van cung Công trình được bố trí 2 hệ thống cửa, phía thượng lưu giữ nước với chiều cao 11.10m, phía hạ lưu chắn sóng với chiều cao 10,1m

Hình 8: Toàn cảnh đập chắn sóng Eider

e Một số công trình ngăn sông dạng truyền thống trong nước:

* Cống Ba lai – Bến Tre:

Cống Ba Lai nằm ở huyện Bình Đại, tỉnh Bến Tre Công trình có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, tạo nguồn ngọt, tiêu úng, tiêu chua, rửa phèn, cải tạo đất cho 115,000ha đất tự nhiên, trong đó 88.500ha đất canh tác Bên cạnh đó công trình còn phải đảm bảo cấp nước sinh hoạt cho cho dân các huyện Châu Thành, Giồng Trôm, thị xã Bến Tre và kết hợp phát triển giao thông thủy, bộ và cải tạo môi trường sinh thái vùng dự án

Hình thức công trình kiểu cống lộ thiên bằng BTCT, đóng mở bằng cửa van

tự động hai chiều Công trình thi công trên cạn (cách 1) bên bờ trái sông Ba Lai Cống gồm 10 khoang, cao trình ngưỡng : -4,2m, 10 cửa van tự động kiểu chữ nhất bằng thép không rỉ kích thước BxH= 8x7,2m Tổng chiều rộng thông nước: 84,0m, chiều dài thân cống 16,0m Cao trình đỉnh trụ pin + 3.0m Cầu ô tô trên cống tải trọng H30-X60 với mặt cầu B= 7,0m Cống tiêu năng hai chiều, chiều dài bể tiêu năng thượng lưu: 22,6m, hạ lưu: 17,5m Hố phòng xói thượng lưu có cao độ -6,0m, phòng xói hạ lưu -7,0m Nền công trình xử lý bằng cọc BTCT 35x35cm

Hình 9: Đập Ba Lai- Bến Tre

* Cống Đò Điệm – Hà Tĩnh:

Công trình xây dựng trên sông Nghèn với mục tiêu ngăn mặn giữ ngọt cho sông Nghèn, tạo nguồn nước tưới cho 6.671ha đất canh tác phía hạ lưu cống Đồng Huề và cung cấp nước cho công nghiệp, sinh hoạt của nhân dân trong vùng nhưng

vẫn đảm bảo tiêu thoát lũ, không làm xấu đi so với hiện trạng và kết hợp giao thông thuỷ bộ trong vùng

Tổng chiều rộng thông nước của công trình là 168,0m, trong đó 12 khoang cửa van tự động 8,0m, 4 khoang cửa van cung được bố trí để điều tiết mực nước cưỡng bức mỗi cửa rộng 16,0m và 1 âu thuyền rộng 8,0m

Cống Đò Điểm là công trình áp dụng loại kết cấu cống truyền thống nhưng

đã được cải tiến, mở rộng khẩu điện để giảm tiêu năng và đặt cống ở lòng sông Ngưỡng cống -3,5, bản đáy dài 18,0m, sân tiêu năng dài 15,0m, sau sân tiêu năng là đoạn gia cố bằng rọ đá dày 0,5m dài Trước bản đáy là đoạn gia cố bằng thảm đá dày 0,5- 0,3m Công trình Đò Điệm là công trình được thi công ngay trên lòng sông sâu tới 7,0m bằng khung vây cọc ván thép 2 lớp

Hình 10: Cống Đò Điệm – Thạch Hà - Hà Tĩnh

* Cống Nghi Quang – Nghệ An:

Hình 11: Cống Nghi Quang – Nghi Lộc – Nghệ An

Công trình nằm trên xã Nghi Quang - Tỉnh Nghệ An Đây là công trình ngăn mặn giữ ngọt gồm 12 cửa, kích thước mỗi cửa BxH= 6,0x4,0m và 1 cửa cung rộng 8,0m, tổng cộng 54,0m thông nước được xây dựng trên bờ trái sông Cấm Đập nghi Quang là công trình cấp III Chiều dài thân cống là 20,0m, cao trình đáy cống -4,0, cao trình đỉnh trụ pin +2,5m Trên cống có kết hợp cầu giao thông tải trọng H13 rộng 4,0m, cao trình mặt cầu ở +5,4m

* Đập dâng nước Đô Lương – Nghệ An:

Công trình được xây dựng từ thời pháp với nhiệm vụ đảm bảo tưới cho 31.000ha đất sản xuất nông nghiệp Kết cấu công trình gồm 12 cửa, bề rộng mỗi cửa 23,0m Chiều dài thân đập 316,4m Cao trình đỉnh cửa +9,95m Cao trình ngưỡng cửa +9,05m Cao trình sân tiêu năng: 7,5m Cao trình đỉnh trụ pin +11,0m

* Đập Đáy – Hà Nội

Công trình được xây dựng trên sông Đáy, tại Huyện Đan Phượng – Hà Nội Dưới thời pháp thuộc với nhiệm vụ phân lũ sông Hồng vào sông Đáy để bảo vệ cho thủ đô Hà Nội và các tỉnh hạ lưu Công trình được khởi công xây dựng vào đầu năm

1934, khánh thành năm 1937 Hình thức đập kiểu mái nhà gồm 6 khoang mỗi khoang 33,75m, cao trình đỉnh tường ngực +16m, cao trình ngưỡng cửa +7.0m Trụ pin rộng 3m Lưu lượng tháo lũ 5000m3/s

Chỉ có hai cống do nước ngoài xây dựng cho ta là Barage Đô Lương và Đập Đáy là có khẩu diện một khoang lớn hơn 23 và 33.75m, còn hầu hết đều có khẩu

diện nhỏ hơn 10m Gần đây khẩu diện thông nước một khoang dần cũng được tăng lên như cống Đò Điệm 16m, cống Duy Thành (Quảng Nam) 20m…

1.2.2 Công nghệ ngăn sông dạng Trụ Đỡ

a Tổng quan đập trụ đỡ:

Đập trụ đỡ là giải pháp khắc phục được các tồn tại lớn nhất trong công nghệ xây dựng cống truyền thống là phải thi công toàn bộ trong hố móng khô

pile foundation Antiseepage

upstream apron Lowerbeam

Chống xói: Mở rộng khẩu độ cống để lưu tốc dòng chảy sau cống nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của lòng dẫn, do đó chỉ cần gia cố cấu tạo bằng thảm đá

Thi công: Thi công cống ngay trong dòng chảy giữa sông vì không cần làm khô cả hố móng rộng, do đó giảm được đáng kể đền bù giải phóng mặt bằng và đảm bảo môi trường sinh thái

Cửa van sử dụng trong đập trụ đỡ có thể là cửa van Clape trục trên, cửa van Clape trục dưới, cửa van phẳng, cửa van cánh cửa tự động thuỷ lực, cửa van cung, cửa van cao su hay cửa van phao các loại, cửa van được vận hành đóng mở bằng thiết bị đóng mở

Đập trụ đỡ 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

b Ưu nhược điểm:

- 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

- Đập trụ đỡ là công trình ngăn sông, khác với các cống xây dựng theo công nghệ cũ chịu lực dàn trải trên toàn bộ bản đáy rộng, đập trụ đỡ ổn định chống lật, trượt bằng các trụ riêng biệt

- Chống thấm dưới đáy công trình theo nguyên lý đường viền đứng bằng hàng cừ cắm sâu vào nền công trình

- Mở rộng khẩu độ thoát nước đảm bảo lưu tốc qua công trình nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của đất nền nên chỉ cần gia cố bằng thảm đá hoặc thảm bê tông cốt thép

c Một số công trình trong nước xây dựng theo công nghệ Đập Trụ Đỡ:

* Cống Sông Cui

Công trình cống Sông Cui là một hạng mục công trình chính của Dự án ngọt hoá Châu Thành, phụ trách cho khu Nam của dự án Khu vực tuyến công trình đặt tại vị trí cách thị xã Tân An 29 km, cách huyện lỵ Châu Thành khoảng 18 km, nằm trên Sông Cui, cách Sông Vàm Cỏ Tây khoảng 550m, thuộc địa bàn xã Thuận Mỹ, huyện Châu Thành, tỉnh Long An Công trình có nhiệm vụ: Ngăn mặn, tiêu úng xổ

điều kiện phát triển giao thông nông thôn trong vùng Cấp công trình: Cấp 3, Cống gồm 2 khoang, bề rộng thông nước B= 16 m với 3 trụ pin (trụ đỡ) Cầu giao thông trên cống: Cầu giao thông trên cống bằng BTCT tiêu chuẩn H13, rộng 4,4m (3 + 2x 0,7m), dài 43,5m ( 2x9,25 + 2x12,5) Cửa van: Hệ thống cửa van gồm 2 cửa dạng cánh cửa tự động hai chiều, kích thước: 5.7m x 8m Cửa van làm bằng thép và được bọc Composit chống rỉ, được lắp trong khung đỡ bằng thép Chênh lệch mực nước 3m

Hình 15: Cống Sông Cui – Long An

* Cống Hiền Lương:

Đập Hiền Lương ngăn cửa sông Phú Thọ thuộc thôn Hiền Lương, Xã Nghĩa

Hà huyện Tư Nghĩa - tỉnh Quảng Ngãi Công trình có nhiệm vụ: Ngăn không cho mặn xâm nhập vào 968,0ha đất canh tác, trữ ngọt để bổ sung nguồn nước cho phát triển nông nghiệp và dân sinh Bảo đảm tiêu thoát lũ tần suất 10% trong mùa mưa

lũ Kết hợp giao thông bộ giữa Phú Thọ và Thu Xà, làm cầu nối hai bờ Nam - Bắc với tiêu chuẩn H13 Công trình thuộc cấp V Quy mô gồm 16 khoang cống, khẩu độ thoát nước B= 64 m Lắp cửa van tự động cánh cửa một chiều bằng thép bọc Composit chống rỉ Kích thước cửa van B*H = 4,3mx 3,4m Cao trình ngưỡng cống

-1,0m, cao trình sân thượng lưu -1,3m, cao trình sân hạ lưu -1,3m Cống gồm 15 trụ giữa và 2 trụ biên Chiều dài trụ pin 10m, Chiều dày trụ pin giữa 0.7m, Cao trình đỉnh trụ pin: + 2.80 m Cao trình đáy trụ pin -1.50m Kết cấu chống thấm của công trình bao gồm một hàng cừ Lassel đóng sâu đến cao trình -9.5m Chiều dài cừ chống thấm 8m

Hình 16: Tổng thể cống Hiền Lương – Hoàn thành năm2004

* Cống Thảo Long - Huế

Công trình Thảo Long nằm trên Sông Hương- xã Phú Tân - 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 các nhu cầu

về nông nghiệp, công nghiệp, môi trường sinh thái, dân sinh vùng đồng bằng sông Hương và cải thiện cảnh quan du lịch thành phố Huế Không ảnh hưởng tới khả năng thoát lũ của sông Hương so với hiện trạng đập Thảo Long cũ, Đảm bảo giao thông thủy trên sông Hương với thuyền tải trọng 50T, kết hợp làm cầu giao thông

bộ qua sông cho phương tiện tải trọng H13, mặt cầu rộng 10,0m tải trọng cầu XB80 Có qui mô lớn nhất nước ta hiện nay, có chiều rộng thoát nước 480,5m, gồm

H30-15 khoang cửa mỗi khoang rộng 31,5m, cửa van Clape trục dưới, nhịp cầu 33m Chênh lệch mực nước 1,2m

Hình 17: Cống Thảo Long – Hoàn thành năm 2007

d Một số công trình ứng dụng công nghệ Đập Trụ Đỡ được xây dựng trên thế giới:

Ở nước ngoài cũng đã có những công trình được xây dựng theo nguyên lý tương tự như đập trụ đỡ mà ở Việt Nam đã áp dụng

* Cống Hagestein - Lower Rhine – Hà Lan

Hệ thống cống trình gồm một âu thuyền rộng 24,0m dài 120,0m, một đường

cá và hai khoang cống mỗi khoang rộng 54,0m cửa van cổng Công trình hoàn thành và đưa vào sử dụng từ năm 1960 Riêng âu thuyền và đường cá hoàn thành vào năm 1994 Có nhiệm vụ chính là ngăn triều và chống ngập úng cho vùng đất ven sông Lower Rhine – Hà Lan đồng thời không cản trở thuyền bè qua lại và các loại thủy sản đã và đang quen với môi trường không bị công trình làm thay đổi môi trường sống

Hình 18: Cống Hagestein - Lower Rhine – Hà Lan

*Cống Maeslandt Kering – Hà Lan

Cống Maeslandt Kering – Hà Lan bố trí với 2 cửa van cung trục đứng có bán kính mỗi cửa van lên đến 240,0m (hình 16) tương đương bằng tháp Eiffel của Pari

và nặng gấp 4 lần tháp này – khẩu độ thông nước của công trình này là 360,0m, mỗi cửa cao 20,0m Công trình hoàn thành vào tháng 12 năm 1997 Công trình hoàn thành giúp cho người dân ở Rotterdam – Hà Lam chống lại các trận triều cường tàn phá gây ngập úng lâu nay Công trình được thiết kế sử dụng móng cọc theo dạng trụ

đỡ cho kết cấu công trình

Hình 19: Cống Maeslandt Kering – Hà Lan

* Đập trên sông Thames - London – Anh

Năm 1953, nước trên sông Thames (chảy qua thủ đô London) dâng cao làm chết 300 người, phá huỷ hầu như toàn bộ các trang trại lớn ở London Năm 1974, các kỹ sư người Anh đã triển khai thiết kế và thi công công trình ngăn sông Thames Năm 1982 thì hoàn thành và đưa vào sử dụng, công trình xây dựng tại Woolwich cách thủ đô 17 km để ngăn những đợt sóng thần từ biển Bắc đổ vào sông Thames Công trình này được thiết kế theo công nghệ Đập trụ đỡ, tổng cộng chiều dài thông nước 433,0m cống gồm 4 khoang 61,0m và 6 khoang 31,5m, với chiều cao mỗi cửa van cao hơn 20,0m

Hình 20: Đập trên sông Thames – London - Anh 1.2.3 Công nghệ ngăn sông dạng Xà Lan

a Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Khoảng 1950 trên thế giới đã có những ý tưởng xây dựng công trình theo phương pháp đánh chìm phao nổi Một số công trình đã được áp dụng thành công

và được nhân rộng tạo ra một bước ngoặt trong công nghệ ngăn sông lớn Các công trình tiêu biểu xây dựng theo công nghệ Xà Lan bao gồm:

*Cống Oosterschelde – Hà Lan

Oosterschelde là một công trình rất lớn của Hà Lan Đập Oosterschelde không chỉ là niềm tự hào của người Hà Lan, mà còn được xem như là một kỳ quan của thế giới Đây là công trình kiểm soát lũ dài gần 3Km, xuyên qua ba con sông của vùng Eastern Schelde, cửa van phẳng, mỗi cửa rộng 40m, tổng 2480m Công trình khởi công vào năm 1976 và hoàn thành ngày 4/10/1986, giá thành xây dựng công trình này là 3 tỷ đô la vào năm 1986 (tương đương với 2,5 tỷ euros) Công trình này được đánh giá là kỳ quan thứ 8 của thế giới Về mặt kết cấu, công trình này được lắp ghép trong nước Toàn bộ đập được tạo thành bởi 65 trụ dạng hộp rỗng, giữa các trụ là 62 cửa van bằng thép, mỗi cửa rộng 41,3m, cao 5,9-11,9m, nặng 480T, đóng mở bằng xi lanh thuỷ lực Tổng chiều rộng cửa thông nước là 2560,6m Thời gian đóng (mở) toàn bộ hệ thống cửa này chỉ trong vòng một giờ

Hình 21: Tổng thể công trình Cống Oosterschelde – Hà Lan

Trong điều kiện khí hậu bình thường, đập cho phép nước thuỷ triều chảy vào

và rút ra khỏi cửa sông phía Đông Schelde do sự tồn tại của thuỷ triều có lợi cho cuộc sống của các loài chim, cá và ngành công nghiệp cá của địa phương, thậm chí cho cả công viên quốc gia Biesbosch Tuy nhiên nếu xảy ra trận bão khủng kiếp như trận bão năm 1953, các cửa van sẽ được đóng xuống để ngăn triều, nước dâng do bão và ngăn chúng tràn ngập vào các vùng đất thấp gần đó

* LiDo - Malamocco - Chioggia - Italia

Trong dự án xây dựng các công trình giảm nhẹ lụt lội do triều cường cho thành phố Venice-Italia, các chuyên gia của Italia đã đề xuất phương án ngăn 3 cửa nhận nước từ vịnh Vinece vào phá Vinece là cửa LiDo, Malamocco, Chioggia bằng

hệ thống gồm 78 cửa van bằng thép trên hệ thống xà lan (caisson), mỗi cửa cao 28m, rộng 20m, dày 5m Cửa van loại là loại Clape phao trục dưới khi cần tháo lũ thì bơm nước vào bụng cửa van để cửa hạ xuống, khi cần ngăn triều thì bơm nước ra khỏi bụng để cửa tự nổi lên Dự án này dự kiến làm trong 10 năm và tiêu tốn tới 4,8

18-tỷ USD Đây là loại hình công trình áp dụng nguyên lý phao nổi trong vận hành và lắp đặt cửa van cho công trình cố định Dự án này là tâm điểm của nhiều hội thảo khoa học ở Italia tổ chức từ năm 1994 đến nay, hiện nay dự án đã được quyết định

Hình 22: Phương án cống LiDo, Malamocco, Chioggia ở Italia

Công trình ứng dụng dạng phao như đập Lauwerszee - Hà Lan xây dựng năm

1969, hoặc công trình Brouwersdam gồm nhiều khối xà lan ghép lại với nhau

Hình 23: Brouwersdam – Hà Lan

Cống Harvingvliet gồm 17 khoang Các trụ pin là các hộp rỗng được đúc ở trên bờ, trong đê quai, cho nổi lên rồi lai dắt đến vị trị đánh chìm Lắp cửa van và hoàn thiện công trình trong nước

b Tình hình nghiên cứu và triển khai trong nước:

a Quá trình và kết quả nghiên cứu

- Năm 1992 đã được đề cập và nghiên cứu trong đề tài KC-12-10

- Năm 1999 thiết kế ứng dụng cho cống Cầu Sú – Thạch Hà Hà tĩnh, nhưng

dự án không có vốn phải dừng lại

- Năm 2003 được nghiên cứu sâu hơn trong đề tài cấp Bộ Nghiên cứu thiết

kế chế tạo đập ngăn mặn di động, phục vụ chuyển đổi cơ cấu kinh tế vùng đồng bằng Sông Cửu Long

- Năm 2004 thực hiện dự án SXTN cấp nhà nước DAĐL-2004/06: Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo thi công và quản lý vận hành đập xà lan di động áp dụng cho vùng triều phục vụ các công trình ngăn sông vùng ven biển

- Năm 2004, triển khai ứng dụng thử nghiệm thành công vào công trình Phước Long – Bạc Liêu chênh lệch cột nước H=0.7m, độ sâu 3,7m, chiều rộng kênh 32m, chiều rộng cống 12m

- Năm 2005, áp dụng thử nghiệm tiếp ở cống Thông Lưu – Vĩnh Lợi – Bạc Liêu với chênh lệch cột nước H=2.2m, độ sâu 3.5m, chiều rộng kênh 25m, chiều rộng cống 10m

- Năm 2005 áp dụng lập thiết kế kỹ thuật cho 16 cống thuộc vùng chuyên canh lúa thuộc tam giác Ninh Quới- lập báo cáo khả thi 22 cống thuộc dự án phân ranh mặn ngọt Giá Rai - Tỉnh Bạc Liêu

b Nguyên lý làm việc:

Đập xà lan thiết kế dựa trên các nguyên lý sau:

- Ổn định ứng suất, lún: Giảm nhỏ ứng suất đáy móng để ứng suất nhỏ hơn ứng suất cho phép của đất nền, biến dạng nhỏ hơn biến dạng cho phép mà không phải

xử lý nền

- Ổn định trượt lật: Dùng ma sát ở đáy và tường biên và bố trí công trình hợp

lý

- Chống thấm: Bằng đường viền ngang dưới bản đáy công trình

- Chống xói: Tính lưu tốc sau cống nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của đất nền Vc<[Vx], trong một số trường hợp có gia có chống xói cục bộ bằng thảm đá

c Cấu tạo:

* Xà lan dạng hộp phao

Xà lan dạng hộp phao là đập xà lan có hộp đáy, trụ pin là các hộp phao rỗng, khả năng nổi của xà lan phụ thuộc chủ yếu vào kích thước hộp đáy Được đánh chìm và làm nổi bằng cách bơm nước vào hoặc ra khỏi hộp đáy bằng hệ thống bơm

và đương ống bố trí sẵn trong xà lan Vật liệu chế tạo đập Xà lan có thể là thép hoặc

bê tông cốt thép

* Xà lan tường bản sườn bê tông cốt thép

I II

III

Dầm ngang Dầm ngang

Dầm đỡ cửa van, phai

Cầu giao thông

Sườn đứng Sườn đứng

Hỡnh 25: Cắt dọc đập xà lan tường bản sườn

Đập xà lan tường bản sườn BTCT là đập được tạo thành bởi bản đỏy đổ liền khối với hai trụ pin song song, đều là bản cú gia cường bằng hệ thống sườn và dầm

đỡ Khi bịt kớn hai đầu bằng tấm phai hoặc cửa van thỡ tạo thành đập xà lan để di chuyển đến vị trớ xõy dựng

Mặt cầu giao thông

Dầm dọc Dầm ngang

Sườn ngang

Sườn ngang

Sườn ngang

Dầm ngang Dầm dọc Sườn ngang

Sườn ngang

Sườn đứng

Dầm ngang

Hỡnh 26: Cắt ngang đập xà lan tường bản sườn

c Cụng nghệ thi cụng:

- Chế tạo xà lan:

+ Phần xà lan được chế tạo ngay vị trớ cụng trỡnh, trong nhà mỏy, trong hố thi cụng hoặc được đỳc bằng hệ nổi

+ Lắp đặt cửa van và thiết bị vận hành lờn phần xà lan

+ Hạ thuỷ để di chuyển đến vị trớ xõy dựng cụng trỡnh

- Lắp dựng công trình:

+ Hố móng được đào bằng máy hút bùn và làm bằng bởi máy chuyên dụng + Dùng tàu kéo lai dắt phần xà lan vào vị trí xác định xây dựng công trình tiến hành bơm nước vào thân xà lan và đánh đắm

+ Đắp đất mang cống và lát bảo vệ mái thượng hạ lưu công trình

d Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng

Ưu điểm:

- Đối với xà lan dạng phao hộp

+ Do có kết cấu dạng hộp, bên trong được gia cường bằng hệ thống dầm, vách nên có khả năng chịu lực tốt

+ Có tính thẩm mỹ cao do hệ thống dầm giằng gia cường nằm bên trong các hộp phao

+ Kết cấu gọn, nhẹ, tận dụng được tối đa khả năng chịu lực của kết cấu

+ Có thể lắp dựng đập xà lan thép để ngăn các sông lớn

+ Thi công nhanh, vận chuyển dễ dàng và có thể sản xuất hàng loạt

- Đối với xà lan dạng bản sườn

+ Kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, dễ thi công, có thể sản xuất hàng loạt

+ Không cần hệ thống bơm và đường ống phức tạp

+ Khả năng ổn định khi nổi và lai dắt lớn

+ Thi công hạ chìm đơn giản, dễ dàng

+ Việc kết hợp làm cầu giao thông thuận lợi

+ Giá thành công trình rẻ

Nhược điểm

- Đối với xà lan dạng phao hộp

+ Do kết cấu bản mỏng, dạng hộp, phía trong có các hệ thống dầm giằng nên việc thi công còn phức tạp

+ Quá trình đánh chìm khó khăn do hiện tượng sóng và dồn nước bên trong hộp đáy, xà lan dễ bị lật nghiêng trong quá trình đánh đắm, nên cần có thêm những nghiên cứu sâu hơn nhằm giải quyết vấn đề này

+ Cần có bơm và hệ thống đường ống bên trong xà lan

- Đối với xà lan dạng bản sườn

+ Tính thẩm mỹ không cao do có các sườn gia cường lộ ra bên ngoài

+ Việc ứng dụng cho công trình lớn còn nhiều khó khăn

e Một số công trình trong nước ứng dụng công nghệ Đập Xà Lan:

* Cống Phước Long - Bạc Liêu:

Công trình được xây dựng tại huyện Phước Long, tỉnh Bạc Liêu thuộc Dự án: Hệ thống đập ngăn mặn bán kiên cố Phân ranh mặn ngọt vùng phía Nam kênh Xáng Quản Lộ - Phụng Hiệp

Quy mô công trình: Bề rộng thông nước 12m; chiều cao cửa van 3,5m;

* Công Thông lưu - Bạc Liêu:

Công trình được xây dựng tại huyện Vĩnh Lợi, tỉnh Bạc Liêu thuộc Dự án ngăn mặn phía Đông Nàng Rền Bề rộng cống 10m và chiều cao cửa van 4m;

* Cống Rạch Lùm- Cà Mau: Quy mô công trình: kích thước: 10,5x5 m;