Thuyết minh đồ án cảng

NỀN CỌC: Theo phương ngang bố trí 8 hàng cọc gồm 6 hàng cọc thẳng, 2 hàng cọc xiên chụm tại hai chân cần trục là hàng thứ 2 và thứ 5tính từ ngoài mép bến vào.. f là hệ số ma sát trong g

Chương 1:

DỮ LIỆU ĐẦU VÀO

1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG CẢNG

ĐỊA HÌNH

Hệ thống Sông Thị Vải bao gồm sông Thị Vải, sông Gò Gia và sông Cái Mép Sông Thị Vải

- Cái Mép chạy theo hướng Bắc Nam gần song song với đường quốc lộ 51 Độ sâu trung bình từ (15 ÷ 20)m, chỗ sâu nhất (ở ngã ba Thị Vải - Gò Gia - Cái Mép) đạt tới 60m Bề rộng trung bình (500 ÷ 600)m, riêng ở sông Cái Mép có chỗ rộng tới 1000m

Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa hình, địa chất khu vực xây dựng cảng khảo sát năm 2007 của Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Cảng – Kỹ thuật Biển, địa hình khu vực xây dựng cảng có thể tóm lược như sau:

 Địa hình dưới nước: tại vị trí xây dựng cảng nằm trong đoạn cong Tắc Cá Trung cócao độ đáy trung bình từ -10,00m đến -18,00m (hệ cao độ Hòn Dấu)

 Khu vực trên bờ: hiện là rừng đước và chà là ngập mặn, cao độ trên bờ thay đổi từ+0,50m đến +1,50m (hệ cao độ Hòn Dấu)

Mặt cắt địa chất và các thông số tính toán Khu vực trên bờ

Hình 1 – 2:Mặt cắt địa chất và các thông số tính toán Khu vực dưới nước

ĐIỀU KIỆN THỦY HẢI VĂN

Thủy triều

Dựa trên số liệu quan trắc tại trạm thủy văn Vũng Tàu từ năm 1955-2000, mực nước thiết kếđược chọn như sau:

Mực nước cao thiết kế: +1,08m (Hệ cao độ Hòn Dấu)

Sóng

Theo số liệu quan sát tại Sao Mai và Nghinh Phong từ năm 1986 đến năm 1987, chiều cao sóng (H) lớn nhất là 1,2m, chu kỳ sóng (T) là 3,8 giây, và chiều dài sóng (L) là 45 m tại SaoMai, còn tại Nghinh Phong các giá trị này lần lượt là H=1,97 m, T=5,9 m và L=57m Tuy nhiên, vị trí dự án nằm sâu vào bên trong đất liền, nên ảnh hưởng của sóng đến công trình không đáng kể

Năm 2001, đoàn nghiên cứu Jica đã tiến hành đo dòng chảy hai lần vào tháng 6 và tháng 12

ở tất cả 7 điểm tại Vịnh Gành Rái Hướng và tốc độ dòng chảy ở ba độ sâu khác nhau được

đo đồng thời bằng bốn dụng cụ đo dòng chảy liên tục trong 15 ngày đêm (từ ngày 14 đến 29tháng 6, và từ ngày 2 đến 17 tháng 6 năm 2001), các lần đo cách nhau 1 giờ Quá trình đo được tiến hành bởi ba dụng cụ đo dòng tại ba điểm khảo sát, V1, V2 và V3 Đồng thời quan trắc trong cùng 1 thời gian trên trong 25 giờ liên tiếp, các lần đo cách nhau 1 giờ bằng dụng

cụ đo bổ sung tại bốn điểm phụ V4, V5, V6 và V7

Vận tốc dòng chảy lớn nhất quan sát tại mỗi điểm tại hai thời điểm triều lên, xuống được

trình bày trong Bảng 1-3 và Hình 1-9, Hình 1-10 vào tháng 6 và tháng 12 Như trong các

hình biểu diễn, phần lớn dòng chảy đổi chiều, hướng dòng chảy trong cả hai trường hợp gầnnhư song song với luồng chạy tàu hiện tại, điều này giúp giảm thiểu sự bồi lắng cho luồng

Vận tốc dòng chảy lớn nhất tại Vịnh Gành Rái (14 ÷ 29)/6/2001

Ghi chú: Góc so với hướng bắc theo chiều kim đồng hồ

Vậntốc(m/s)

Góc(0)

Vậntốc(m/s)

Góc(0)

Vậntốc(m/s)

Góc(0)

Vậntốc(m/s)

Góc(0)

Vậntốc(m/s)

Góc(0)

Hình 1-11 và Hình 1-12 cho thấy cỡ hạt d50 có đường kính thay đổi từ khoảng 1,3 mm (phần lớn là hạt thô) tại cửa vịnh (luồng chạy tàu Vũng Tàu), 0,2mm ở giữa kênh, 0,1mm phía trước Cần Giờ và 0,06mm (hạt mịn) bên trong Vịnh.

Các đặc trưng nước

a Nhiệt độ nước

Nhiệt độ trung bình tháng của nước trên sông Thị Vải và Vũng Tàu dao động từ 260C đến

320C Nhiệt độ cao nhất đo được là 34,50C, xuất hiện vào tháng 5, và nhiệt độ thấp nhất là

260C, xuất hiện vào tháng 1

(Nguồn: Báo cáo thủy văn trên sông Thị Vải và Vũng Tàu, tháng 5 năm 1995)

1.2 CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TOÁN TỪ ĐỒ ÁN QUY HOẠCH CẢNG

 THÔNG SỐ TÀU VÀ LƯỢNG HÀNG THÔNG QUA CẢNG

 Lượng hàng thông qua cảng

Tổng lượng hàng thông qua cảng trong năm là: 230000 TEU/năm tương ứng

3220000 Tấn

Những đặc trưng chủ yếu về hàng hóa thông qua cảng gồm các loại thùng

container tiêu chuẩn 20 feet, 40 feet Trong đó :

+ Tỷ lệ container 40 feet dự tính ≈ 35 ÷ 40%; loại 20 feet từ 60 ÷65%

+ Tỷ lệ container đầy hàng tính mức trung bình cho toàn cảng 82,5 ÷ 85%,

trong đó container lạnh từ 2,5 ÷ 5%

+ Tỷ lệ container rỗng ≈ 15 ÷ 17,5%

 Tàu đến cảng

Tàu lớn nhất đến cảng được lựa chọn tính toán là container 25.000 DWT (tra

theo PIANIC ) tương ứng 32.400 tấn

Loại Chiều dài Lmax(m) Chiều rộng

Bmax (m)

Mớn đầy tải

T (m)

Sức chở container(TEU)

 THIẾT BỊ BỐC XẾP TRÊN BẾN

Bốc xếp container sử dụng các cần trục SSG chuyên dụng loại FEEDER

SERVER Các thông số kỹ thuật chính của cần trục như sau:

• Sức nâng max : 40T

• Tầm với max :

+ Tính từ tâm ray phía biển : 35m

+ Tính từ tâm ray phía bờ : 16m

+ Chiều cao khoảng không dưới dầm ngang : 13,5m

+ Khoảng trống giữa các chân (theo phương dọc ray) : 17m

+ Nâng hạ tải 40 T dưới khung chụp : 50 m/phút

+ Nâng hạ khung chụp không tải : 120m/phút

+ Tốc độ di chuyển xe tời đầy tải : 120m/phút

+ Tốc độ di chuyển xe tời không tải : 150m/phút

+ Tốc độ di chuyển giàn cẩu : 46m/phút

+ Thời gian thu/ hạ cần : 5 phút

• Tải trọng :

+ Điều kiện làm việc chịu tác động của giĩ và lực quán tính

+ Tải trọng tối đa gĩc phía biển : 3000 KN

+ Tải trọng tối đa gĩc phía bờ : 3000 KN

• Tổng trọng lượng cần cẩu : 620 T

• Ap lực lớn nhất của bánh xe

+ Phía biển : 31,2 T

+ Phía bờ : 24,4 T

• Năng suất nâng hạ container : 40 Teu/giờ

• Chiều rộng lớn nhất của tồn bộ cần cẩu theo phương dọc ray : 24,8 m

• Chiều dài di chuyển cần cẩu : +/ - 150 m

Đặc tính kỹ thuật của xe trailer như sau :

oTải trọng trục bánh sau :120 kN

oTải trọng trục bánh trước : 60 kN

oTrọng lượng 1 xe :

oBề rộng bánh sau : m

oBề rộng bánh trước : m

oChiều dài tiếp xúc : m

oKhoảng cách tim trục xe : m

oKhoảng cách tim bánh xe :m

Dựa trên số liệu quan trắc tại trạm thủy văn Vũng Tàu từ năm 1955-2000, mực nước thiết kế được chọn như sau:

Mực nước cao thiết kế: +1,08m (Hệ cao độ Hòn Dấu)

Mực nước trung bình: -0,22m (Hệ cao độ Hòn Dấu)

Mực nước thấp thiết kế: -2,31m (Hệ cao độ Hòn Dấu)

4. Chiều sâu trước bến:

H o = T + Z 0 + Z 1 + Z 2 + Z 3 + Z 4

Trong đó:

T: Mớn nước chở đầy hàng của tàu tính toán (m) T= 12,2 (m)

Z 0 : Độ dự phòng sự chênh lệch do xếp hàng hóa lên tàu không đều và do hàng hóa

Z 4 độ sâu dự trữ do sa bồi giữa 2 lần nạo vét (m) Z 4 =0,5 (m).

Các dự phòng Z 0 ,Z 1 ,Z 2 ,Z 3 ,Z 4 được xác định cụ thể trong tiêu chuẩn thiết kế 207-92.

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

1. Giới thiệu về kết cấu cầu tàu

Dạng công trình bến bệ cọc cao đài mềm có bản mặt cầu, hệ dầm ngang, dầm dọc, trên nền

cọc BTDUL D700 - 480 mm, dày 110 mm, dài 40m, Cầu tàu gồm 4 phân đoạn với chiều dàimột phân đoạn là:

Lpđ = 51 m, hệ dầm ngang, dầm dọc, dầm xiên trên nền cọc BTDUL, tiết diện 600x800mm

NỀN CỌC: Theo phương ngang bố trí 8 hàng cọc gồm 6 hàng cọc thẳng, 2 hàng cọc xiên

chụm tại hai chân cần trục là hàng thứ 2 và thứ 5tính từ ngoài mép bến vào Khoảng cách giữa các cọc là: 450-450-450-450-450-450-450-450

- Theo phương dọc: bố trí 11 hàng cọc, khoảng cách giữa các cọc là 10x470cm

- Tổng số cọc của một phân đoạn là 10x11 = 110 cọc Có 66 cọc đóng thẳng và 44 cọc đóngxiên 1:10

=> Tổng số cọc cho 4 phân đoạn là 440 cọc

 Cọc ống BTCT dự ứng lực

Cọc ống BTCT dự ứng lực sử dụng cho công trình theo cataloge của nhà sản xuất

và phải tuân thủ theo tiêu chuẩn kỹ thuật TCVN 7888-2008 : bê tông ly tâm ứng

lực trước

Bê tông cọc mác M600 :

E = 2,85~106 T/m2 (dưỡng hộ bằng hơi nước)

Các đặc trưng kỹ thuật của cọc ống BTCT dự ứng lực sử dụng cho công trình

- Cọc D700 – 480 mm loại C :

+ Đường kính ngoài : D = 700 mm

+ Đường kính trong : d = 480 mm

+ Chiều dày thành cọc : t = 110 mm

+ Mô men uốn nứt : Mcn = 44,14 T.m

+ Tải trọng dọc trục tối thiểu : 353,2 Tấn

- Cọc D400 – 240 mm :

+ Đường kính ngoài : D = 400 mm

+ Đường kính trong : d = 250 mm

+ Chiều dày thành cọc : t = 75 mm

+ Mô men uốn nứt tối thiểu : Mcn = 7,36 T.m

+ Tải trọng dọc trục tối thiểu : 117,7 Tấn

Hệ thống dầm.

- Dầm ngang : bxh = 100~150 cm, M300, dài 35m được bố trí 11 dầm cho mỗi phân đoạn

=> tổng số dầm ngang 44 dầm

- Dầm dọc dưới ray cần trục : bxh = 100~ 150 cm, M300, dài 51m bố trí hai

dầm cho mỗi phân đoạn, tổng số dầm 4x2=8 dầm

- Dầm dọc không dưới ray cần trục : bxh = 100~120 cm, M300, dài 51 m

được bố trí 6 dầm cho mỗi phân đoạn Tổng số dầm 24 dầm

2. Tính toán sơ bộ sức chịu tải của cọc

2.1 Phương án kết cấu 1

Chiều dài công trình bến 224m chia làm 4 phân đoạn , mỗi phân đoạn dài 51m, giữa các phân đoạn

có khe lún rộng 2cm , bề rộng công trình bến là 31m

Sử dụng cọc ống thép D711,2 , dày 16 mm dưới trụ neo và trụ cập tàu

Sử dụng cọc BTCT UST D600, dày 100mm ở dưới sàn công nghệ

Dầm ngang bến kích thước 100x150 cm

Dầm dọc bến kích thước 100x120 cm

Phần mở rộng dầm ngang mép bến : 4x1,2x08m

Bước cọc theo phương ngang bến 4.7 m

Bước cọc theo phương dọc bến 4.5 m

Dầm dọc dưới ray kích thước 10x120 cm

Dầm dọc không dưới ray kích thước 10x120 cm

Phần mở rộng của dầm ngang ở mép bến : 70x200 cm

2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền

Qtc = m ( mrqpAp + u )

m = 1 : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất

qp ( T/m2 ) sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc:

Độ sâu hạ cọc :36 – 11 = 25 mĐất dưới mũi cọc: cát pha hạt mịn tới trung SPT = 15 ÷ 25

mR, mf : hệ số điều kiện làm việc của đất nền ở dưới mũi cọc, xung quanh cọc

fi : sức chống tính toán của lớp đất thứ I của nền đất lên mặt hông cọc

bảng kết quả tính toán sức chịu tải của cọc

sức chịu tải tính toán của cọc

Lỗ khoan 2:

2.2 Tính toán sơ bộ tải trọng tác dụng lên công trình

Tổng tải đứng tác dụng lên một phân đoạn

2.3 Số lượng cọc

Ncọc = =

3 Tải trọng do tàu tác dụng lên công trình

3.1.1 Tải trọng va tàu : Tính toán theo 22TCN 222 – 95 :

Năng lượng va tàu (Tm) được tính theo công thức :

D : Lượng giãn nước của tàu tính toán thiết kế

v : Vận tốc cập tàu theo phương vuông góc ( m/s ), tra theo bảng 29

g : Gia tốc trọng trường g= 9,81 m/s2

Kết quả tính toán

Trọng tải ( DWT ) D ( T ) ψ v ( m/s ) Eq ( Tm ) n E ( Tm )

Dựa vào động năng va tàu lựa chọn đệm như sau :

Sử dụng đệm cao su Pi 800H-2000L ( loại C2 ) hoặc đệm có tính năng tương đương

Khả năng hấp thu năng lượng va của đệm Eđ = 12,5 Tm (biến dạng 37%) và phản lực truyền lên bến41T

Lực va tàu theo phương vuông góc tuyến bến Fx = 41 T

Theo phương song song tuyến bến Fy = Fx.f

(f là hệ số ma sát trong giữa tàu và đệm)

Trường hợp sử dụng tấm pad bằng vật liệu polyethylene f=0,5

Fy = 20,5 T

Bố trí thiết bị đệm trên bến

Phương án 1 : Tại vị trí trụ cập tàu bố trí 3 đệm với khoảng cách trung bình 5m

Đệm ngoài cùng dùng cho việc cập tàu 10.000DWT

Đệm bố trí ở giữa để làm việc theo cấu tạo

Qui phạm cho phép khoảng cách giữa 2 đệm trên 2 trụ cập tàu(dùng để cập 1 loại tàu) trong khoảng

Phương án 2 : bố trí 11 đệm trên sàn công nghệ tại vị trí dầm ngang với khoảng cách trung bình

giữa 2 đệm là 11m

3.1.2 Tải trọng do gió và dòng chảy :

Gió và dòng chảy là tác nhân chính làm xuất hiện lực neo tàu Vị trí xây dựng cảng là khu vực trongsông do đó bỏ qua tác động do sóng khi tính lực neo tàu

Hướng gió thổi Tây Nam có tần suất nhiều nhất và nằm trong vùng quét của góc a = 300 nên tínhtoán tải trọng gió theo 1 phương : phương ngang của tàu

Tải trọng do gió tác dụng lên tàu theo 22 TCN 222-95

Lực do gió theo phương ngang Wq ( T ) :

W q = 7,5 x 10 -5 x A q x V q 2 x ξ

Vq : Vận tốc gió theo hướng ngang tàu (m/s) Vận tốc gió tính toán với tần suất 2% nhưng do vậntốc v ( 2% ) = 32m/s không thể khai thác nên ta phải tính toán với tải trọng gió khai thác ( v =20m/s ) và khi tránh bão (v = 32m/s)

Aq : Diện tích chắn gió theo hướng ngang tàu (m2)

Tra theo bảng 134 trang 42 - Tải trọng do tàu (công trình nổi) tác dụng lên công trình bến – Việnnghiên cứu khoa học thủy công Liên Bang B.E.VEDENHEEV

Phương tác dụng Diện tích chắn gió (m

2)Đầy hàng Rỗng hàng

ξ : Hệ số lấy theo bảng 26: ξ = 0,565

Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu theo 22 TCN 222-95

Lực do dòng chảy theo phương ngang Qω (T) và phương dọc Nω (T):

Tải trọng do gió khi khai thác

Các thông số tính tóan phương ngang

Tải trọng do gió khi tránh bão

Các thông số tính tóan phương ngang

đầy hàng rỗng hàng đầy hàng rỗng hàng

Chương 3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU

3.1 Tính toán thiết kế sàn

3.1.1 Tổng quan về kết cấu

MẶT BẰNG BẾN

Cấu trúc sàn được sơ đồ hĩa trên hình, tổng hợp chiều dài nhịp , tỷ số giữa hai cạnh theo phương x(song song với tuyến mép bến), phương y (vuơng gĩc với tuyến mép bến) và chiềudày sàn Giả thuyết các sàn S1 và S3 là đồng nhất với các sàn S1’ và S’ 3 tương ứng Chiều dài nhịp của sàn được tính bằng khoảng cách từ tim đến tim giữa các dầm Mỗi sàn cĩ bề dày 0.35m và được phủ bởi một lớp mặt (pavement) dày 0.1m Việc tính tốn thiết kế sàn trong phần này chỉ đề cập đến sàn S1 được mơ tả trên hình Tính tốn thiết kế các sàn khác như S1’,S2, S3…được thực hiện tương tự

Ta chọn ơ sàn S1 là ơ sàn điển hình tính tốn với các thơng số dưới bảng sau

Table 1.1.1 Dimension of the floor slabs

S1 4.7 4.5 1.044 0.35 0.1

3.1.2 Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của sàn (performance Verified)

Các yêu cầu được đặt ra đối với kết cấu được liệt kê trong bảng 3.1.2 dưới đây Trong mục này chúng ta sẽ tiến hành xem xét các yêu cầu (performances):1,2,4,6,7,9 và 10 Yêu cầu (performances 10) số 10 (tác động môi trường – Environmental action) sẽ được trình bày ở phần sau Tải trọng bốc xếp hang hóa (cần cẩu ray trên bến) không được xem xét trong phầnnày bởi vì tải trọng do thiết bị này không tác động trục tiếp lên sàn cầu tàu

(Performance 3 không được xem xét trong phần tính toán thiết kế sàn vì sàn được xem là tuyệt đối cứng theo mặt phẳng nằm ngang do đó các lực va và neo tàu không cần phải xét đến khi tính toán thiết kế sàn)

Table 1.1.2 combination of loads with load factors

Performance12345-15-2678910

3.1.3 Tải trọng tác động lên sàn cầu tàu

(1) Self – Weight (trọng lượng bản thân)

Pd =0.35x24.0 + 0.1x24.0 = 10.8 kN/m2(2) Tải chất đầy (do hàng hóa) – Overburden load

Ps = 20 kN/m2(3) Tải tác động do xe tải hang hóa (Cargo- handling vehicle load)

Khi một sàn làm việc hai phương chịu tác dụng tải trọng xe tải, điều kiện tải trọng tới hạn được xác định khi nhiều xe tải có thể được xếp theeo phương cạnh ngắn (l2) do đó các tải bánh xe của chúng tác động theo phương cạnh dài (l1) Các tải trọng đó được quy đổi tương đương về tải phân bố đều theo phương trình:

pm=

Pm: tải trọng phân bố đều qui đổi

P: tải trọng bánh xeL1: nhịp theo phương cạnh dàiL2: nhịp theo phương cạnh ngắnC: bề rộng phủ bì theo phương vuông góc các trục dọc bánh xe

Ô tô H30:

⇒pm== 26,277(KN/m2)

Table 4.3.1 uniformly distributed load acting on the floor slab

Tải trọng tập trung ( concentrated load)

Tải trọng do ô tô H30 được dùng để tính toán kiểm tra chọc thủng của sàn

Diện tích tiếp xúc giữa các bánh xe và bản mặt cầu được thể hiện trên hình sau:

(Unit: m)

3.1.4 Các giá trị đặc trưng của kết quả nội lực

Moment và lực cắt do tác động của tải trọng được mô tả ở trên được tính toán

a. Nội lực do tải trọng phân bố đều

Moment uốn gây ra bởi tải trọng phân bố đều trên sàn được xác định từ các đồ thị, xem như sàn có 4 cạnh ngàm

Do λ=4.7/4.5=1.044 > 1 nên Mx= Xply2 và My= Yplx2λ:tỉ số giữa các cạnh λ= lx/ly

Mx: moment uốn tên một đơn vị bề rộng dọc theo trục x

My: moment uốn tên một đơn vị bề rộng dọc theo trục y

X: hệ số của MxY: hệ số của Mylx: chiều dài nhịp dọc theo trục x

ly: chiều dài nhịp dọc theo trục y

p: cường độ tải phân bố đều

Moment uốn được tính tại ba điểm như trên hình sau