Đặc điểm của các loại công trình biển Cố Định

Nước ta nằm bên rìa của bán đảo Đông Dương, có chiều dài bờ biển hơn 3000 km, có vùng biển và thềm lục địa rộng khoảng một triệu km2. Tài nguyên vùng biển và ven biển Việt Nam được đánh giá là rất phong phú và đa dạng bao gồm thuỷ hải sản, khoáng sản và đặc biệt là dầu khí. Trong đó, dầu khí là tài nguyên có tiềm năng kinh tế lớn nhất ở thềm lục địa nước ta. Công tác điều tra thăm dò được tiến hành từ những năm 60. Đến nay đ• xác định được nhiều bể trầm tích có triển vọng kinh tế lớn bao gồm: bể trầm tích Cửu Long, bể trầm tích Nam Côn Sơn, các bể trầm tích Trung Bộ, Sông Hồng, và bể trầm tích Thổ Chu-M• Lai thuộc vịnh Thái Lan…Tổng trữ lượng dự báo địa chất của toàn thềm lục địa Việt Nam đạt xấp xỉ 10 tỷ tấn dầu quy đổi, trữ lượng khai thác khoảng 4-5 tỷ tấn. Trữ lượng khí đồng hành khoảng 250-300 tỷ m3. Những năm gần đây, công tác thăm dò và khai thác dầu khí được xúc tiến mạnh mẽ trên toàn vùng biển, nhất là vùng biển Đông Nam Bộ. Đến nay đ• nghiên cứu trên 40% diện tích triển vọng. Vùng thềm lục địa Đông Nam Bộ có tỷ lệ gặp dầu khí cao. Tại đây đ• phát hiện ra nhiều mỏ có trữ lượng lớn như là Bạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Ba Vì… Theo tài liệu của Vietsovpetro, trữ lượng của các mỏ này đạt trên 300 triệu tấn dầu thu hồi, trữ lượng khí đồng hành từ 150-180m3/1 tấn dầu. Gần đây nhiều chuyên gia địa chất thế giới đánh giá tiềm năng khí thiên nhiên của ta còn lớn hơn nhiều. Các chuyên gia cho rằng, tại vùng biển Việt Nam có nhiều cấu trúc đơn lẻ có triển vọng chứa 200-300 tỷ m3 khí. Riêng mỏ Thanh Long đ• chứa khoảng 180-200 tỷ m3. Tại khu lòng chảo Côn Sơn cũng đ• phát hiện 2 mỏ có trữ lượng khoảng 60-90 tỷ m3. Nguồn tài nguyên to lớn này không những đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài ở trong nước mà còn có thể xuất khẩu với khối lượng lớn. Mặc dù so với nhiều nước, nguồn tài nguyên này chưa lớn lắm, song với nước ta nó có vị trí hàng đầu, nhất là có ý nghĩa đặc biệt trong giai đoạn khởi động nền kinh tế đi vào công nghiệp hoá hiện đại hoá. Trước yêu cầu phát triển kinh tế xây dựng đất nước , cần sử dụng và khai thác hợp lý nguồn tài nguyên Vì vậy cần xây dựng và phát triển công trình biển để phục vụ công tác khai thác hợp lý nguồn tài nguyên , phát triển kinh tế và xây dựng đất nước.Vietsovpetro là hình thức liên doanh đầu tiên giữa Việt nam và nước ngoài trong lĩnh vực thăm dò và khai thác dầu khí, là một trong những công ty làm việc trong lĩnh vực trên. Được thành lập năm 1981 , đến nay sau hơn 20 năm thành lập, Vietsovpetro đ• có những thành tựu đáng kể , đóng góp một phần lớn vào nền kinh tế quốc dân (Tổng thu nhập quốc dân- GDP) và trở thành một cơ sở công nghiệp dầu khí phát triển đa ngành với cơ sở vật chất kỹ thuật hiện đại đủ khả năng độc lập để thực hiện công tác thăm dò và khai thác dầu khí biển ở trong nước và trong khu vực. Xí nghiệp có đủ khả năng đảm nhận trọn gói các gói thầu dịch vụ kỹ thuật với tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực khoan giếng dầu khí , thiết kế và xây dựng các công trình biển, lắp đặt đường ống dẫn dầu và khí, vận tải biển, dịch vụ cảng... Đặc điểm của các loại CÔNG TRìNH biển Cố ĐịNH

Mở đầu

Nớc ta nằm bên rìa của bán đảo Đông Dơng, có chiều dài bờ biển hơn 3000

km, có vùng biển và thềm lục địa rộng khoảng một triệu km2 Tài nguyên vùngbiển và ven biển Việt Nam đợc đánh giá là rất phong phú và đa dạng bao gồmthuỷ hải sản, khoáng sản và đặc biệt là dầu khí Trong đó, dầu khí là tài nguyên cótiềm năng kinh tế lớn nhất ở thềm lục địa nớc ta Công tác điều tra thăm dò đợctiến hành từ những năm 60 Đến nay đã xác định đợc nhiều bể trầm tích có triểnvọng kinh tế lớn bao gồm: bể trầm tích Cửu Long, bể trầm tích Nam Côn Sơn, các

bể trầm tích Trung Bộ, Sông Hồng, và bể trầm tích Thổ Chu-Mã Lai thuộc vịnhThái Lan…Tổng trữ lTổng trữ lợng dự báo địa chất của toàn thềm lục địa Việt Nam đạt xấp

xỉ 10 tỷ tấn dầu quy đổi, trữ lợng khai thác khoảng 4-5 tỷ tấn Trữ lợng khí đồnghành khoảng 250-300 tỷ m3

Những năm gần đây, công tác thăm dò và khai thác dầu khí đợc xúc tiếnmạnh mẽ trên toàn vùng biển, nhất là vùng biển Đông Nam Bộ Đến nay đãnghiên cứu trên 40% diện tích triển vọng Vùng thềm lục địa Đông Nam Bộ có tỷ

lệ gặp dầu khí cao Tại đây đã phát hiện ra nhiều mỏ có trữ lợng lớn nh là Bạch

Hổ, Đại Hùng, Rồng, Ba Vì…Tổng trữ l Theo tài liệu của Vietsovpetro, trữ lợng của các mỏnày đạt trên 300 triệu tấn dầu thu hồi, trữ lợng khí đồng hành từ 150-180m3/1 tấndầu

Gần đây nhiều chuyên gia địa chất thế giới đánh giá tiềm năng khí thiênnhiên của ta còn lớn hơn nhiều Các chuyên gia cho rằng, tại vùng biển Việt Nam

có nhiều cấu trúc đơn lẻ có triển vọng chứa 200-300 tỷ m3 khí Riêng mỏ ThanhLong đã chứa khoảng 180-200 tỷ m3 Tại khu lòng chảo Côn Sơn cũng đã pháthiện 2 mỏ có trữ lợng khoảng 60-90 tỷ m3 Nguồn tài nguyên to lớn này khôngnhững đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài ở trong nớc mà còn có thể xuất khẩu vớikhối lợng lớn Mặc dù so với nhiều nớc, nguồn tài nguyên này cha lớn lắm, songvới nớc ta nó có vị trí hàng đầu, nhất là có ý nghĩa đặc biệt trong giai đoạn khởi

động nền kinh tế đi vào công nghiệp hoá hiện đại hoá

Trớc yêu cầu phát triển kinh tế xây dựng đất nớc , cần sử dụng và khai thác hợp

lý nguồn tài nguyên Vì vậy cần xây dựng và phát triển công trình biển để phục vụcông tác khai thác hợp lý nguồn tài nguyên , phát triển kinh tế và xây dựng đất n-ớc.Vietsovpetro là hình thức liên doanh đầu tiên giữa Việt nam và nớc ngoài trong

lĩnh vực thăm dò và khai thác dầu khí, là một trong những công ty làm việc tronglĩnh vực trên.

Đợc thành lập năm 1981 , đến nay sau hơn 20 năm thành lập, Vietsovpetro đã

có những thành tựu đáng kể , đóng góp một phần lớn vào nền kinh tế quốc dân(Tổng thu nhập quốc dân- GDP) và trở thành một cơ sở công nghiệp dầu khí pháttriển đa ngành với cơ sở vật chất kỹ thuật hiện đại đủ khả năng độc lập để thựchiện công tác thăm dò và khai thác dầu khí biển ở trong nớc và trong khu vực Xínghiệp có đủ khả năng đảm nhận trọn gói các gói thầu dịch vụ kỹ thuật với tiêuchuẩn quốc tế trong lĩnh vực khoan giếng dầu khí , thiết kế và xây dựng các côngtrình biển, lắp đặt đờng ống dẫn dầu và khí, vận tải biển, dịch vụ cảng

Đặc điểm của các loại CÔNG TRìNH biển Cố ĐịNH

Phân loại công trình biển cố định

* Đây là loại công trình đợc xây dựng và làm việc trong môi trờng nớc biểnnhằm phục vụ cho mục đích khoan thăm dò và khai thác dầu khí biển

* Hiện nay trên thế giới, có ba loại công trình biển cố định:

-Công trình biển cố định bằng thép (loại kết cấu móng cọc)

- Công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép (loại kết cấu móng trọnglực)

- Công trình biển cố định hỗn hợp: Thân công trình bằng thép còn đế làBêtông cốt thép (cũng là loại kết cấu móng trọng lực)

Đặc điểm của các loại công trình biển cố định

Đặc điểm môi trờng:

- Môi trờng rất khắc nghiệt, chịu sự thay đổi thờng xuyên của môi trờng tác

động, có mức biến động lớn (tính ngẫu nhiên cao), khả năng ăn mòn của nớc biển

đối với công trình là rất lớn

- Trong môi trờng nớc biển có những sinh vật biển bám vào công trình gây

ảnh hởng đến sự làm việc của công trình (tăng khối lợng công trình, tăng kích

th-ớc cấu kiện làm tăng tải trọng của môi trờng tác dụng vào công trình) Do đó đểxây dựng dàn khoan biển đòi hỏi phải có sự đầu t, trang thiết bị, phơng tiện đầy

đủ, kỹ s và công nhân phải có trình độ chuyên môn cao và tay nghề vững chắc

Công trình biển cố định bằng thép

Hiện nay, loại công trình biển bằng thép đợc xây dựng rất phổ biến nhấttrên thế giới và cả ởViệt Nam

+ Chế tạo tơng đối dễ nhng yêu cầu kỹ thuật cao.

- Là loại công trình mang tính truyền thống nên đội ngũ cán bộ kỹ thuật vàcông nhân có bề dày kinh nghiệm

* Nhợc điểm

+ Vật liệu kim loại bị ăn mòn nhanh trong môi trờng nớc biển

+ Vật liệu chế tạo công trình là thép cờng độ cao (thép đặc trng) phải nhập

từ nớc ngoài: giá thành đắt, bị động, không tận dụng đợc vật liệu địa phơng

+ Chi phí duy tu bảo dỡng và sửa chữa rất lớn

Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép

* Đây là loại công trình có tiềm năng phát triển mạnh, thích hợp với vùng nớcsâu và sẽ tiết kiệm hơn nhiều so với công trình biển bằng thép nếu xây dựng hàngloạt (do kinh phí xây dựng dan khoan thép trên bờ ban đầu rất lớn)

* Những đặc điểm của công trình biển bê tông cốt thép:

- Ưu điểm.

+ Giữ cố định bằng trọng lực bản thân của nó theo nguyên lý móng nông.+ Tuổi thọ công trình cao

+ Tận dụng đợc nguyên vật liệu địa phơng, tiết kiệm thép đặc chủng

+ Khả năng chống ăn mòn của môi trờng biển cao

+ Chi phí duy tu bảo dỡng ít

+ Tận dụng đợc các khoang (xilô) của công trình làm bể chứa

+ Khả năng chịu lực tốt, dao động ít, khả năng xuất hiện mỏi ít

+ Thời gian thi công trên biển dài nhng chủ yếu ở khu vực gần bờ còn ởngoài vị trí xây dựng công trình thì thời gian thi công ít hơn so với công trìnhbằng thép, chế tạo không đòi hỏi độ chính xác cao nên tận dụng đợc nguồn nhânlực địa phơng

- ợc điểm: Nh

+ Khối lợng công trình lớn và hầu hết phải thi công trên ở khu vực gần bờ( Thi công trên ụ khô hoặc ụ nổi) nên đòi hỏi phải có vị trí thuận lợi để thi công,phải có thiết bị, phơng tiện vận chuyển chuyên dụng

+ Giá thành cao hơn công trình biển bằng thép đối với những công trình ởvùng nớc nông và xây dựng đơn chiếc

Đặc điểm của loại công trình biển cố định hỗn hợp

Công trình biển dạng hỗn hợp có đầy đủ u điểm của hai loại công trình trên

Đặc điểm của công trình biển bằng thép dạng BK

* Quá trình xây dựng :

Trớc đây, khi bắt đầu phát triển ngành dầu khí, ở nớc ta cha có một cơ sở vật chất và kỹ thuật để phục vụ, vì vậy tất cả đều đợc Liên Xô (cũ) giúp đỡ Thời kỳ này, dàn khoan dạng MSP đợc xây dựng chủ yếu Dàn MSP là dàn thép hai chân, trên đó có đủ từ tháp khoan đến các thiết bị xử thô sản phẩm Do đó mà thời gian thi công và chi phí cho một dàn MSP rất lớn Bên cạnh đó dàn MSP còn có nhợc

điểm: Block ngoài ở đợc bố trí cùng trên dàn nên điều kiện sinh hoạt của công nhân gặp nhiều khó khăn (ồn, rung, độc hại ) Từ năm 1989 Liên doanh dầu khí VietsovPetro đã chuyển sang giai đoạn mới: Khai thác dầu sử dụng dàn nhẹ BK

và dàn công nghệ trung tâm CTP

Đặc điểm khác biệt của hệ thống này là sử dụng dàn tự nâng cập vào dàn nhẹ

BK để khoan, còn các thiết bị xử lý, các thiết bị phụ trợ đợc phân bố trên dàn CTP, tại đó sản phẩm khoan mới đợc xử lý Hệ thống mới này có nhiều u điểm so với các dàn MSP, giảm rất nhiều vốn đầu t vì vậy đợc xây dựng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới

Dàn BK đầu tiên đợc xây dựng ở ấn Độ, đến năm 1989 VietsovPetro mới xây dựng dàn nhẹ đầu tiên BK-1 ở vùng mỏ Bạch Hổ, cách dàn CTP 2 khoảng 1,4km Vì thấy rằng phải đa nhanh nhất BK vào sử dụng nên chân đế BK-1 đã dung chân

đế kiểu chân đế CTP 1 do đó có rất nhiều nhợc điểm BK-1 có 3 giếng khoan, các mặt đều nghiêng nên không cho phép dàn khoan tự nâng cập vào gần chân đế, hạnchế khả năng khoan hàng loạt giếng Trong quá trình nghiên cứu Viện NIPI của VietsovPetro đã thiết kế và đa vào xây dựng kết cấu dàn nhẹ mới BK-3 trên cơ sở rút kinh nghiệm BK-1 Dàn BK-3 có 9 giếng khoan, một mặt truớc thẳng đứng, phần thợng tầng lớn và quy mô hơn, đờng kính cọc tăng lên và giảm số lợng cọc phụ Cho đến BK-4 trở đi là không dùng cọc phụ nữa nên giảm đợc thời gian thi công kinh phí xây dựng công trình.Cho đến nay nó đã phát triển mạnh , từ

BK1đến BK11

*Đặc điểm :

Đặc điểm quan trọng nhất của dàn khoan nhẹ BK là dàn không tự khoan Do

đó để cập đợc dàn khoan tự nâng vào dàn nhẹ BK để khoan thì dàn BK phải có

cấu tạo một mặt thẳng đứng Do nhợc điểm của dàn MSP, kinh phí và thời gian xây dựng dàn MSP lớn gấp nhiều lần so với dàn BK Sau khi xây dựng xong dàn

BK, dùng dàn tự nâng (Jackup) cập vào và tiến hành khoan khai thác Dầu tự phuntrào lên miệng giếng khoan với áp suất tự nhiên của nó, Jackup chỉ có nhiệm vụ khoan lần đầu tiên, sau đố việc duy trì dòng dầu trong các giếng khoan và chuyển sản phẩm khoan sang dàn CTP để chế biến và chứa đựng là nhiệm vụ của dàn BK.Vì thế trên dàn BK không đặt các thiết bị khoan, xử lý, chế biến và chứa đựng nêngọi là dàn nhẹ

Phần thợng tầng của dàn BK do Việt Nam chế tạo đợc tổ hợp thành một khối trên bờ và vận chuyển ra biển nên tiết kiệm đợc kinh phí xây dựng và thời gian thicông trên biển Đối với MSP, thợng tầng phải đợc chế tạo ở nớc ngoài thành nhiềukhối (Block Modul), việc tổ hợp các Block Modul phải đợc thực hiện trên biển tại

vị trí đặt công trình do khối lợng phần thợng tầng lớn, khả năng cẩu của

VietsovPetro không đáp ứng đợc nếu tổ hợp sẵn trên bờ

Vì vậy, sử dụng dàn nhẹ BK có những u điểm so với dàn MSP:

- Có thể chế tạo tại Việt Nam, chủ động về kỹ thuật và thi công công trình cả trên

bờ và trên biển

- Chi phí cho xây dựng công trình BK thấp hơn

- Giảm thời gian thi công trên biển, dẫn đến giảm thời gian thi công công trình

- Có thể mở rộng và phát triển quy mô khai thác dầu khí

Với một dàn CTP và nhiều dàn BK, chúng ta đã có một cơ sở vật chất kỹ thuật tơng đơng nhiều dàn MSP, mà thời gian thi công ngắn hơn, chi phí thấp hơn, tính mạng và điều kiện sinh hoạt làm việc của công nhân tốt hơn

Mục đích, yêu cầu xây dựng dàn nhẹ BK

Mục đích xây dựng

Phục vụ công tác khoan và khai thác dầu khí, vận chuyển sản phẩm của cácgiếng khoan đến dàn công nghệ trung tâm CTP ở độ mực nớc biển 77m ở MỏBạch Hổ, thềm lục địa phía nam Việt Nam

Yêu cầu xây dựng.

Yêu cầu kỹ thuật và kết cấu chịu lực :

- Chịu đợc tác động khắc nghiệt của môi trờng ( sóng, gió, dòng chảy )

- Phù hợp với yêu cầu về kiến trúc và cấu tạo của thợng tầng

- Thiết kế một mặt của chân đế thẳng đứng để dàn khoan tự nâng CPBU

“Tam Đảo”cập vào để khoan

- Có sân bay trực thăng , thiết bị cẩu

- Công trình tiếp nhận đợc phơng tiện nổi tải trọng 600 T

Yêu cầu về tuổi thọ công trình

Công trình đợc thiết kế với yêu cầu hoạt động bình thờng trong thời gian 25năm

Đợc sự đồng ý của Viện XDCTB và căn cứ vào khả năng của bản thân, em quyết

định lựa chọn đề tài tốt nghiệp:

“ Thiết kế khối chân đế dàn BK bằng thép ở độ sâu 77 m nớc”

Chơng 1

Số liệu ban đầu phục vụ thiết kế

1.1 Điều kiện khí tợng hải văn, địa chất công trình

- Vận tốc gió : Vgió = 50 m/s

b Độ sâu nớc – n ớc dâng n

* Độ sâu mực nớc biển tại vị trí xây dựng công trình: 77 m

* Nớc dâng:

+ Biên độ triều lớn nhất so với MSL: + 1,03 m

+ Biên độ triều thấp nhất so với MSL: - 1,62 m

+ Nớc dâng do gió bão so với MSL: 1,0 m

1.1.3 Điều kiện địa chất công trình tại khu vực xây dựng công trình.

Số liệu địa chất công trình phục vụ thiết kế đợc trình bày trong bảng sau

7 -34:-41 7 Cát hạt to 17,0 2.02 2,66 0,00 46 16,6

8 -41:-54 13 á sét dẻo mềm 23,5 2.00 2,72 0,033 27 19,6

9 -54:-59 5 Sét dẻo 35,9 1.86 2,76 0,049 15 14,6

10 -59:-65 6 á sét dẻo chảy 28,0 1.96 2,73 0,038 19 4,8

Trong đó: H là cao độ lớp đất (m)

D là chiều dày của lớp đất (m)

Nhiệm vụ của dàn BK:

+ Trực tiếp khai thác sản phẩm dầu khí

+ Bơm tăng áp lực vào đờng ống dẫn dầu

* Giá cập tầu: Đảm bảo để cập đợc: tầu 600 (T), cấp 1 hạn chế

Lmax =69,13 m – n chiều dài lớn nhất;

Lvg=60,3 m – n chiều dài giữa hai đờng vuông góc;

Giữa thợng tầng và KCĐ là phần khung nối đợc thiết kế dựa trên các yêu cầu

về kỹ thuật và cấu tạo

*Phần chân đế

Chân đế dàn khoan BK là một hệ khung không gian hình chóp tứ giác cụt, tạo bởi các phần tử thép ống Đờng kính và chiều dày của các phần tử này thay đổi phù hợp với yêu cầu chịu lực của chúng

Mặt trớc (Panel P1) đợc cấu tạo thẳng đứng làm tăng khả năng làm việc của dàn khoan tự nâng CPBU "Tam Đảo", giúp cho nó cập sát vào khối chân đế, tăng

vùng hoạt động của mũi khoan Ba Panel P2, P3, P4 đợc bố trí nghiêng để tăng khả năng chịu lực cho công trình

* Thiết bị cập tàu

Thiết bị cập tàu theo hớng đông nam và tây bắc của công trình Thiết bị cập tàugồm các khung thép có các vòng đệm bằng cao su liên kết với khối chân đế qua liên kết hàn

Thiết bị cập tàu gồm 2 phần chính: thiết bị chắn tàu dùng để cập tàu và giá cậptàu dùng để vận chuyển ngời lên công trình

c Phần móng

Móng là một bộ phận quan trọng trong kết cấu của công trình Nó có tác dụng truyền tải trọng công trình xuống nền đất và giữ ổn định cho công trình trớc tác động của môi trờng bên ngoài

1.3 Điều kiện và khả năng thi công của XNLDDK Vietsovpetro.

Trong mỗi dự án việc lựa chọn đơn vị thi công và địa điểm thi công là việc hếtsức quan trọng nó ảnh hởng đến chất lợng công trình và giá thành công trình.Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này ta chọn XNLDDK Vietsov Petro làm địa

điểm thi công công trình thiết kế vì khả năng của bãi lắp ráp có thể sử dụng choviệc thi công công trình có độ sâu nớc đến 100m

1.3.1 Điều kiện về bến bãi

Hiện nay XNLD Vietsovpetro có hai bãi lắp ráp: Bãi MCY0 và MCY1 với hai

đờng trợt dài 183 m và 216 m bằng bê tông cốt thép

* Tổng diện tích mặt bằng bãi lắp ráp của XNLDDK Vietsovpetro ở khu vựccảng dầu khí khoảng 210.000 m2 bao gồm diện tích bãi trống và diện tích khu nhàxởng Diện tích đờng đi và khu vực thao tác hoạt động là 180.000 m2

* Bãi lắp ráp có độ dốc bằng 0o, thoát nớc bằng cơ chế thấm, có hệ thốngthoát nớc ngầm trong lòng đất

* Nền bãi lắp ráp đợc gia cố bằng các lớp từ thô đến mịn dần để dễ thoát nớc,lớp trên cùng là cát

* Cờng độ nền bãi lắp ráp: R=6 kG/cm2 đảm bảo tính năng kỹ thuật của cácphơng tiện phục vụ thi công lắp ráp Trên bãi lắp ráp còn có hệ thống ống dẫn nớccứu hoả và sinh hoạt, hệ thống đờng dây tải điện, các loại cẩu có khả năng cẩu-lắp dựng khối chân đế nặng 5000- 6000 tấn ở độ sâu hơn 100 m nớc

* Cấu tạo đờng trợt: Phía dới là nền đất đợc gia cố bằng các cọc bêtông cốtthép (40x40 cm) dài 20m đợc đóng trên dọc suốt chiều dài đờng trợt cách nhau1,2 m, tiếp theo là lớp bêtông cốt thép cờng độ cao

+ Trên mặt đờng trợt lát tấm thép dày 12 mm để tăng khả năng chịu ép mặt,giảm lực ma sát giữa đờng trợt và máng trợt trong thi công trợt KCĐ.

+ Loại đờng trợt thứ nhất: khoảng cách giữa tâm hai đờng trợt là 16 m,chiều dài đờng trợt là 216 m

+ Loại đờng trợt thứ hai: là đờng trợt kép, gồm đờng trợt rộng 16 m và đờngtrợt rộng 20 m Chiều dài đờng trợt là 183 m

+ áp lực trên đờng trợt đạt đợc: P =100T/m

+ Trên đờng trợt có bố trí các máng trợt để đỡ và trợt khối chân đế ra mépcảng

* Bờ cảng có chiều dài 750 m đợc đóng cọc kè bằng bêtông cốt thép Độ sâumực nớc trớc cảng khi triều kiệt khoảng 5,2 m, khi triều cờng khoảng 8,6 m Nhvậy ta nhận thấy điều kiện bãi đủ khả năng thi công đồng thời hai khối chân đếcùng một lúc

1.3.2 Các loại máy móc phơng tiện

a Các loại máy móc phục vụ thi công trên bờ.

* Các loại cẩu xích tự hành DEMAG do Đức sản xuất

+ Loại CC-4000 có 01 chiếc, chiều dài cần 42m (ghép từng đoạn dài 9 – n12m) Sức nâng lớn nhất 650T ứng với tầm với 18m

+ Loại CC-2000:

- Chiều dài cần 72m có: 01 chiếc

- Chiều dài cần 60 m có: 01 chiếc

- Chiều dài cần 36 m có: 02 chiếc

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

+ Loại CC-600: Chiều dài cần 54m và 36m có 6 chiếc

- Sức nâng cẩu lớn nhất là 140T ứng với tầm với 12m

* Các loại cẩu ô tô bánh lốp sức nâng 45T, 70T, 90T, có hai loại COLES vàTANADO do Nhật sản xuất

* Các loại máy nâng hạ có sức nâng khác nhau, các loại xe kéo móc với tảitrọng khác nhau

* Các loại xe ô tô tải trọng 5T, 10T, 12T, , các loại thiết bị phục vụ bơmtrám xi măng

* Các loại phơng tiện phục vụ hạ thủy, vận chuyển, đánh chìm khối chân đế.+ Các loại cẩu nổi: Tại xí nghiệp LDDK Vietsovpetro có 3 tàu cẩu và nhiềuloại tàu chuyên dụng khác phục vụ công tác thi công trên biển

- Cẩu nổi Hoàng Sa (ISPOLIN): có sức nâng tối đa 1200T, cẩu nổi nàykhông tự hành đợc.

- Tàu cẩu Trờng Sa (TITAN 01) : Sức nâng tối đa 600T, đây là loại tầu cẩu

2 thân, tự hành đợc không cần tàu kéo

- Tàu Côn Sơn: Sức nâng tối đa là 547T Đây là loại tàu chuyên dụng để thảống, loại tàu cẩu này không tự hành

+ Các loại tàu kéo chuyên dụng phục vụ công tác vận chuyển trên biển: tàu

“Phú Quý”, tàu “Sông Dinh”, tàu “Sao Mai”

+ Tàu phục vụ công tác phòng hộ trong quá trình thi công trên biển (tàudịch vụ): Tàu “BENDINH 01”, tàu phục vụ công tác lặn: tàu “Hải Sơn” kèm theocác trạm lặn bố trí trên tàu

+ Các thiết bị phục vụ công tác thi công trên biển: Các loại xe bơm trám ximăng, trộn vữa xi măng, các loại máy nén khí phục vụ công tác đóng cọc

+ Thiết bị đóng cọc: Xí nghiệp có các thiết bị (búa) đóng cọc cho các cọc

+ Các loại thiết bị kẹp cọc: dùng cho các cọc có đờng kính: 1220 (4chiếc);  1020 (5 chiếc);  920 (2 chiếc);  812,8 (2 chiếc);  720 (6 chiếc); 

630 (4 chiếc)

b Vật liệu sử dụng để chế tạo khối chăn đế:

Trong công trình biển vật liệu sử dụng thi công chế tạo khối chân đế chủ yếu

là thép ống chuyên dụng, nhập ngoại có kích thớc, đờng kính và chiều dày khácnhau

+ Thép X52 có R đh =3580 KG/cm 2 , R th =4550KG/cm

+ Que hàn E55 có cờng độ đờng hàn nh sau:

Hàn đối đầu

1.Nén2.Kéo: a) hàn tự động

3400

3400

b) hàn nửa tự động và tay có kiểm tra chất lợng đờng hàn bằng:

+ Phơng pháp tiên tiến+ Phơng pháp thông thờng

3 Cắt

340029002000

Ghi chú: Cờng độ đờng hàn đợc tính theo đơn vị kG/cm2

1.4 nhận xét

* Điều kiện địa chất công trình:

- Với các mẫu thử ta thấy cấu tạo địa chất tuy phức tạp nhng tính chất cơ lýkhá tốt

- Với bề mặt nh vậycó thể đảm bảo cho ổn định cho khối chân đế

- Giả thiết rằng đáy biển tơng đối bằng phẳng có thể tiến hành thi công lắp dựng mà không phải san nền

*Điều kiện thi công :

Với những trang thiết bị chuyên dụng đã đợc trang bị tơng đối đầy đủ, vị trímặt bằng thi công thuận tiện cộng với trình độ tay nghề của các cán bộ, kỹ s cũng

nh công nhân của XNLDDK Vietsov Petro, ta nhận thấy điều kiện để thi côngcông trình này là rất tốt

đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và phải đảm bảo về điều kiện kinh tế của chủ

đầu t đa ra Do đó để xây dựng phơng án ta dựa trên các cơ sở sau đây:

+ Các quy phạm, tiêu chuẩn ( ví dụ: Quy phạm API, DnV …Tổng trữ l)

+ Tham khảo các thiết kế có sẵn

+ Kinh nghiệm thiết kế và khả năng công nghệ của đơn vị thi công

Mặt khác việc xây dựng phơng án khối chân đế còn phải dựa trên những cơ sởsau:

* Theo nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp

- Thiết kế khối chân đế dàn BK bằng thép ở độ sâu 77 m nớc

* Yêu cầu về kỹ thuật và công nghệ

- Công trình đảm bảo các tính năng về công nghệ (giữ đầu giếng, đảm bảo tàukhoan cập vào đợc để lấy dầu ) chịu đợc khối lợng thợng tầng ( lấy theo nhữngcông trình đã thiết kế)

- Sàn chịu lực, sàn công tác không bị sóng chạm vào

- Công trình có kết cấu thuận lợi để có thể sử dụng đợc các chơng trình tínhhiện nay

* Yêu cầu cho thi công

- Với những thiết bị, phơng tiện sẵn có của bãi lắp ráp

*Yêu cầu về thợng tầng

Cấu tạo phần thợng tầng của dàn BK hoàn toàn phụ thuộc vào công nghệ và nhiệm vụ thiết kế đặt ra

Phần trên của BK là kết cấu hình lăng trụ không gian đợc tính từ sàn chính

đến sàn trên, liên kết với nhau bằng các mặt, dàn đợc bố trí từ giữa sàn và ban công theo chu vi của sàn Sàn chính đặt toàn bộ thiết bị, đờng ống, bể chứa, để vận hành giống nhau Sàn trên đặt mođul phụ, ở đó bố trí phòng máy, trạm

chuyển tiếp, thiết bị phân phối, phòng điều độ, phòng tạm thời cho nhân viên phụcvụ

Sân bay đợc đặt trên 4 điểm tựa của Block mođul phụ

Phần thợng tầng có kích thớc: LBH = 30x16x14 (m)

* Yêu cầu về khối chân đế

- Đây là nhiệm vụ chính của đồ án tốt nghiệp Đòi hỏi tính chính xác caotrong kết cấu, hợp lý về kiến trúc Sử dụng tối thiểu vật liệu nhng đảm bào khảnăng chịu lực

- Do khối thợng tầng đã đợc quyết định vì vậy khối chân đế sẽ đợc thiết kế phụ thuộc vào kích thớc thợng tầng

- Việc sử dụng kết cấu khối chân đế một chân cũng thuận lợi hơn cho việcchế tạo thi công tại bãi lắp ráp và thi công ngoài biển

- Số lợng vật liệu dùng cho một khối chân đế sẽ không nhiều

Ngoài ra tất cả các công trình để đợc xây dựng và đa vào sử dụng khi thiết kếngời ta còn phải xét đến các nhóm chỉ tiêu kỹ thuật sau đây:

* Nhóm chỉ tiêu kỹ thuật

- Đây là nhóm chỉ tiêu bắt buộc với mọi công trình, bao gồm:

+ Giảm thiểu khối lợng vật liệu.

+ Giảm tối đa thời gian thi công

+ Tận dụng đợc các vật liệu địa phơng cũng nh khả năng thi công của đơn vịthi công

2.2.2 Xác định kích thớc hình học của khối chân đế

2.2.2.1 Xác định chiều cao khối chân đế

Chiều cao của khối chân đế dàn nhẹ BK là khoảng cách từ mặt đáy biển tớimép dới sàn chịu lực đỡ khối thợng tầng đợc xác định theo công thức sau đây:

HKCĐ = dtt + H1% + 0 = d0 + d1 + d 2 +H1% + 0 ( m)Trong đó:

dtt : Độ sâu mực nớc tính toán

dtt = d0+ d1 + d 2= 77 + 1.03+ 1 = 79.03 (m)

d0 : Độ sâu mực nớc biển d0 = 77 m

d1: Chiều cao nớc dâng do thủy triều, d1 = 1.03 m

d2: chiều cao nớc dâng do bão: d2 = 1,0 m

H1%: Chiều cao sóng lớn nhất với tần suất 100 năm H1%= 16 m

0 : Độ tĩnh không của công trình

0 đợc xác định dựa trên các yếu tố:

- Sai số có thể có của đáy biển

- Chiều cao sóng lớn nhất

- Tơng tác thủy động giữa kết cấu và môi trờng biển có thể làm chosóng vỡ, bọt biển bắn lên

- Phụ thuộc vào độ lún công trình (khi thi công đóng cọc, trong quá trình

sử dụng)

- Độ nghiêng của công trình khi thi công

- Tính chất địa chất của nền đất gây nghiêng công trình

Theo quy phạm DnV thì 0  1,5 m Chọn sơ bộ 0 =1,5 m

 : Hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng tính toán (=0,5- Lý thuyết sóng airy,

=0,7- Lý thuyết sóng Stokse) Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp ta sử dụng lý thuyết sóng Stokes bậc 5: lấy  =0,7

* Lựa chọn lý thuyết sóng tính toán:

gT 2

(Với d: độ sâu nớc tại vị trí xây dựngcông trình d = 79.03 (m); T : Chu kỳ sóng đã cho T = 13,5s)

Tính lặp ta tìm đợc giá trị của L nh sau

Bảng Giá trị chiều dài sóng.

2732.843 9.81 13.5 80.65 270.10 271.47 9.81 13.5 80.65 270.36 270.92 9.81 13.5 80.65 270.46 270.69 9.81 13.5 80.65 270.51 271.60 9.81 13.5 80.65 270.52 270.56 9.81 13.5 80.65 270.53 270.54 9.81 13.5 80.65 270.533

270.534 9.81 13.5 80.65 270.534

Nh vậy chiều dài sóng là L=270.534 m

534 270

03 79

2.2.2.2 Xác định chiều cao chân đế

Toàn bộ phần thợng tầng bao gồm một hệ thống các block đợc chế tạo sẵn sau

đó chúng đợc liên kết với nhau và đợc đặt trên một hệ sàn chịu lực Để liên kếtgiữa khối thợng tầng với khối chân đế ngời ta sử dụng kết cấu khung nối Mục

đích của việc sử dụng kết cấu khung nối là thông qua kết cấu khung nối và chi tiếtchuyển hớng ngời ta có thể khắc phục đợc hiện tợng lún lệch của công trình và dễdàng hơn cho quá trình thi công

Gọi Hkn - Khoảng cách từ mép dới của hệ thống sàn chịu lực ( tức mép dới củaphần thợng tầng ) tới mép dới của khung nối ( tức là tới vị trí liên kết giữa khungnối và KCĐ ) Thông thờng chiều cao khung nối thờng đợc chọn từ 710m.Trong đồ án này, ta chọn chiều cao của khung nối là Hkn = 9 m

Nh vậy, chiều cao phần chân đế là:

* Phần thợng tầng đợc liên kết với đầu trên của 4 cọc lồng trong ống chínhcủa chân đế nhờ hệ khung nối thông qua liên kết hàn.

Kích thớc mặt trên của khung nối phải tơng ứng với kích thớc của khối thợngtầng

Khung nối là kết cấu không gian đợc chế tạo bằng thép ống Khung nối có 4ống trụ chính chế tạo từ thép ống có cùng đờng kính với cọc, đầu dới vát hình cônliên kết với khối chân đế bằng các liên kết hàn Bốn đầu cọc này nối với khungnối qua phân tố chuyển tiếp đợc chế tạo sẵn để chuyển hớng nghiêng sang thẳng

đứng

2.2.2.3.Xác định kích thớc đỉnh, đáy và các khoang của khối chân đế.

Chân đế dàn nhẹ BK là một hệ khung không gian hình chóp tứ giác cụt, tạobởi các phần tử ống thép tròn Đờng kính và chiều dày của các phần tử này thay

đổi phù hợp với yêu cầu chịu lực của chúng

Mặt đáy của khối chân đế đợc đặt dới đáy biển, mặt trên của khối chân đế đợcliên kết với các kết cấu phần trên

Mặt trớc (Panel P1) đợc cấu tạo thẳng đứng làm tăng khả năng làm việc củadàn khoan tự nâng, giúp cho nó cập sát vào khối chân đế, tăng vùng hoạt động củatháp khoan

Góc nghiêng của 3 mặt trụ còn lại (P2, PA, PB) đợc chọn theo khả năng thicông đóng cọc của VSP Về nguyên tắc, độ nghiêng của các mặt lớn thì côngtrình sẽ đứng vững hơn Tuy nhiên nếu góc nghiêng lớn thì không có thiết bị

đóng cọc và đoạn cọc trên đầu chân đế nghiêng quá sẽ ảnh hởng đến sự ổn định

đầu cọc trong quá trình đóng, tạo ra ma sát lớn giữa cọc và ống chính

Theo kinh nghiệm của VSP khi thiết kế các dàn khoan biển, góc nghiêng sovới phơng thẳng đứng lấy trong khoảng 4  100, phù hợp với khả năng thi côngcủa xí nghiệp

Trong đồ án này, chọn độ nghiêng của các mặt P2, PA, PB so với phơngthẳng đứng đều là: 1/10 (5,710), khi đó độ nghiêng của các cọc là 1/7,07 (8,050)

Nh trên đã xác định chiều cao khối chân đế là 83m Kích thớc của khung nối đợcxác định (1812m) do đó kích thớc phần trên của khối chân đế cũng phải phùhợp với kích thớc khung nối

Vậy kích thớc phần đỉnh khối chân đế sẽ là: 18x12m

Từ độ dốc của mặt bên hình tháp KCĐ (Chọn một mặt thẳng đứng , ba mặtcòn lại nghiêng đều nhau với độ dốc i = 0,1 theo khả năng đóng cọc của búa) vàchiều cao của KCĐ là Hcđ, xác định đợc kích thớc mặt bằng của đáy hình thápKCĐ tại mặt đáy biển ( theo trục tim của ống đứng ) là :

B1 = B0 + 2.HCĐ.i

B1 = 12 + 2.83 0,1 = 28,6 m

L1 = L0 + HCĐ.i

L1 = 18 + 83 0,1 = 26,3 m

Nh vậy kích thớc tại mặt đáy khối chân đế là L1xB1 =26.3 x 28.6 m

* Xác định vị trí của các thanh ngang, thanh xiên ,vách cứng(Diafragma) củaKCĐ:

Bố trí các mặt ngang Diafragm: Việc bố trí các mặt ngang Diafragm trongkhối chân đế phụ thuộc vào các thông số sau:

+ Kích thớc khối chân đế

+ Chủng loại thép ống đợc dùng để chế tạo KCĐ

+ Sơ đồ hình học để bố trí các thanh đứng và các thanh xiên

+ Theo kinh nghiệm thiết kế các công trình trớc đây

+ Tránh thiết kế các mặt ngang gần đỉnh sóng, vùng có độ ăn mòn cao

Số mặt ngang đợc lấy trong phơng án là 5: D1, D2, D3, D4, D5 Các Diafragmnày chia KCĐ thành 4 khoang

Việc xác định chiều cao các khoang phụ thuộc vào việc bố trí các thanh trongkhối chân đế đảm bảo việc chế tạo các nút khối chân đế, các góc nằm trongkhoảng 30  600 để đảm bảo thao tác hàn, đánh sạch, mài nhẵn các mối hàn vàcác mép vát ống, thuận lợi cho việc sử dụng các thiết bị kiểm tra kỹ thuật bằngsiêu âm cho các mối hàn liên kết tại nút

Theo kinh nghiệm thì chiều cao các khoang đợc xác định sơ bộ nh sau:

h1, là chiều cao khoang trên cùng:

2 1 1

) 1 (

Chiều cao các khoang tiếp theo xác định nh sau:

) 10 / 1 0 ( 81 1

) 1 0973 , 1 ( 18

Cao trình điểm trên:

Ht = d0 +d1+ = 77+1,03+1,0 =79,03(m)Cao trình điểm dới:

Hd = d0 – n2 = 77 – n 2 =75 (m)Chiều cao giá cập tàu sẽ là Hgiá = Ht – n Hd = 79.03- 75 = 4,03 m

Nh vậy cao trình điểm trên của giá cập tàu sẽ nằm cách Diafragma D1 là 2.97m

2.2.2.4 Lựa chọn quy cách ống :

- Việc chọn các thanh trong kết cấu dàn khoan biển phải đảm bảo giữ gìn đợc ổn

định cục bộ và ổn định tổng thể dới điều kiện môi trờng khai thác và điều kiệnmôi trờng cực hạn Đối với các phần tử kết cấu dạng ống, chọn theo độ mảnh chophép Theo quy phạm API RP 2A-WSP, 20th, Edition, 1993

Kích thớc ống đợc xác định theo điều kiện về độ ổn định của thanh ống từ điềukiện sau:

Trong đó:  : Độ mảnh của kết cấu ống thiết kế

 0 : Độ mảnh cho phép của ống

k: Hệ số quy đổi chiều dài k  1

L: Chiều dài của phần tử, đợc xác định bằng khoảng cách giữa hai tâm nút

r : Bán kính quán tính tiết diện phần tử ,

F

I

r  (m)

I : Mô men quán tính mặt cắt ngang của ống (m4)

F : Diện tích mặt cắt ngang của ống (m2)

Theo các quy phạm về thiết kế công trình biển (theo quy phạm API của Mỹ vàAISC , quy phạm DnV ) thì độ mảnh cho phép của các thanh ống đợc quy định

nh sau:

Các thanh ngang bố trí theo cấu tạo 150

Hệ số quy đổi chiều dài k đợc xác định nh trong bảng sau:

Chân đế và cọc: Các phần tử cột ống chính 1,0

- Việc chọn các tiết diện của các phần tử khi thiết kế công trình dựa trên một sốnhận xét:

+ Các tiết diện càng gần mặt đáy biển thì nội lực càng lớn và các tiết diện cànggần sàn thì nội lực càng nhỏ

+ Các phần tử trên ống chính và các thanh xiên chịu lực lớn hơn các phần tửtrong mặt ngang

Vì vậy, khi chọn tiết diện, với các phần tử càng cao so với đáy biển thì cho tiếtdiện càng nhỏ đi

2.2 3 Đề xuất, lựa chọn các phơng án

Với yêu cầu về mặt bằng công nghệ nhỏ, các phơng án đa ra có phần khungnối và sàn chịu lực giống nhau, cách bố trí các Modul thợng tầng giống nhau.Trên cơ sở các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế nêu trên, đồng thời tham khảo cácthiết kế cũ đề xuất ra những phơng án nh sau:

2.2.3.1 Đề xuất, lựa chọn giải pháp móng

a Đề xuất giải pháp móng

*) Phơng án Móng 1: Móng trọng lực bê tông cốt thép

Móng trọng lực bê tông cốt thép có dạng khối hộp rỗng, bên trong có chứa vật liệu dằn Tại các liên kết với chân đế đặt các hệ dầm giao nhau, ống chính của kết cấu thép phía trên ăn sâu vào khối bê tông móng và đợc liên kết bằng các bản hàn

cố định trớc khi đổ bê tông móng Khi vận chuyển dựng lắp phải tiến hành với kếtcấu chế tạo sẵn gồm cả móng và chân đế.

- Móng trọng lực có tính chống lật cao.

- Khả năng chống ăn mòn cao

- Vật liệu chế tạo có thể sử dụng vật liệu địa phơng

- Không đòi hỏi công nghệ phức tạp khi chế tạo, phù hợp với trình độ thi công ở

địa phơng

+ Nhợc điểm:

- Tạo mặt cản lớn có thể làm thay đổi chế độ chuyển động của sóng và dòng chả,tạo xoáy cục bộ gây xói nền, ảnh hởng đến độ ổn định của công trình Chính vì vậy phơng án này không phù hợp với nền đất yếu

- Không phù hợp với nền đất không bằng phẳng do chi phí san nền lớn và thời gian thi công trên biển kéo dài do yêu cầu của thi công ngầm

- Phức tạp khi thi công vận chuyển và lắp dựng, có thể phải sử dụng cẩu chuyên dụng với trọng tải rất lớn (hàng ngàn tấn) hoặc dùng phao phụ

- Khó khắc phục khi có sự cố, rủi ro trong khi thi công và trong quá trình sử dụng làm công trình bị nghiêng đi

*) Phơng án Móng 2

+ Ưu điểm:

- Là phơng án phổ biến, quy trình công nghệ đợc đảm bảo với bề dầy kinh nghiệm, xây dựng các thành tựu khao học kỹ thuật mới đẩm bảo độ chính xác và tin cậy trong thi công

- Thích hợp với nhiều loại nền đất, kể cả nền đaats yếu và nền không bằngphẳng, có thể đóng cọc xuống độ sâu khá lớn nên công trình luôn đảm bảo khảnăng chịu lực, tránh đợc lún lệch cho công trình

- Kích thớc nhỏ nên không ảnh hởng tới chế độ sóng và dòng chảy, tránh đợc hiện tợng xói nền

- Cho phép cả chịu nén và chịu nhổ do có khẩ năng đóng cọc xiên, chống lại cáctải trọng ngang

- Phơng tiện và thiết bị thi công thuận tiện

+ Nhợc điểm:

- Nguyên liệu là thép cờng độ cao phải nhập khẩu, giá thành lớn…Tổng trữ l

- Đòi hỏi công nhân có trình độ cao

Phơng án móng 2 tuy có nhợc điểm về kinh tế song cơ bản nhợc điểm này có thể khắc phục bằng các kỹ thuật mới cho phép đóng cọc lớn, có thể không dùng cọc phụ, làm gảim số cọc và chiều sâu đóng cọc, mặt khác nó là phơng án móng phổ biến hiện nay dùng cho công trình biển bằng thép.

Qua phân tích trên ta nhận thấy sử dụng phơng án móng cọc không cọc phụ là hợp lý và phù hợp với khả năng thi công của VietsovPetro và thích hợp với điều kiện hiện tại ở Việt Nam Do đó, lựa chọn giải pháp móng cọc thép ống không cọc phụ

2.2.3.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu khối chân đế.

a) Các phơng án kết cấu khối chân đế:

Trên cơ sở các yêu cầu nêu trên, căn cứ vào khả năng, điều kiện thi công trong nớc và tham khảo các thiết kế cũ, để đề xuất các phơng án Với yêu cầu mặtbằng công nghệ nhỏ, các phơng án đa ra có phần khung nối và sàn chịu lực là giống nhau, cách bố trí các modul thợng tầng cũng giống nhau

Trong tất cả các phơng án này các Diafragm của khối chân đế đều giốngnhau

* Phơng án 1:

- Dạng kết cấu móng cọc cổ điển

- Sử dụng ống chính có đờng kính không lớn và cọc phụ(có váy cọc)

- Đờng kính ống chính không thay đổi

- Đờng kính ống chính không thay đổi

- Thanh xiên bố trí dạng chữ v

- Các thanh xiên, thanh giằng có đờng kính và chiều dày thay đổi

* Phơng án 3:

- Sử dụng phơng án móng cọc cổ điển, không sử dụng cọc phụ

- Sử dụng ống chính có đờng kính lớn và không thay đổi

- Chiều dày ống chính không thay đổi

- Trong các khoang thanh xiên bố trí dạng chữ V (giống phơng án 2)

- Phần thợng tầng và khung nối, hệ dầm chịu lực nh các phơng án khác

* Phơng án 4:

- Sử dụng phơng án móng cọc cổ điển

- Sử dụng ống chính có đờng kính lớn và không thay đổi đờng kính ngoài

- Chiều dày ống chính thay đổi (tăng lên) tại vị trí nút để đảm bảo khả năngchịu lực

- Các khoang trên bố trí thanh xiên dạng díc dắc,khoang dới cùng thanh xiêndạng chữ X

- Phần thợng tầng và khung nối, hệ dầm chịu lực nh các phơng án khác

Ph ơng án 2

b Phân tích, đánh giá, lựa chọn phơng án kcđ

Từ những lựa chọn về hình dáng kết cấu ở trên ta rút ra những nhận xét sau:

* Về các chỉ tiêu kinh tế:

- Phơng án 1 có nhiều phần tử nên mất nhiều thời gian chế tạo các phần tử

đồng thời cũng mất nhiều thời gian thi công lắp đặt trên bờ, phơng án 2 có sơ đồ

đơn giản hơn nên chế tạo và thi công lắp đặt dễ dàng hơn

+ Trọng lợng công trình không lớn lắm: Do kết cấu đợc cấu tạo bởi các ống ờng kính nhỏ, do đó sẽ tiết kiệm đợc nguyên vật liệu

đ-+ Cả hai phơng án 1 và 2 sử dụng cọc phụ (có nhiều cọc) nên thời gian thicông (đóng cọc) ngoài biển lâu Dẫn đến dễ gặp phải điều kiện thời tiết xấu làmchậm tiến độ thi công

- Phơng án 3 có nhiều phần tử nên mất nhiều thời gian thi công chế tạo và lắp

đặt

+ Các ống chính có đờng kính lớn, chiều dày không thay đổi, các thanh xiên

bố trí dạng chữ V Tuy nhiên do đợc chế tạo từ thép có đờng kính lớn và chiều dàykhông thay đổi do đó trọng lợng công trình lớn hơn 2 phơng án trên  tốn vật liệuhơn 2 phơng án trên

- Phơng án 4 có sơ đồ kết cấu tơng đối đơn giản, dễ dàng thuận tiện cho việcthi công chế tạo lắp đặt, khối lợng công trình bé hơn so với 3 phơng án trên ( Dokết cấu công trình đợc tạo nên bởi các ống đờng kính lớn nhng chiều dày chỉ thay

Ph ơng án 4

đổi tại vị trí liên kết và các thanh xiên bố trí dạng đơn giản ) nên tiết kiệmnguyên- vật liệu hơn.

+ Do khối chân đế đợc chế tạo với sơ đồ tơng đối đơn giản, có ít phần tử nênthời gian thi công nhanh hơn ( cả ở trong bờ và ngoài biển)

* Về phơng diện chịu lực:

- Phơng án 1 và 2 sử dụng ống có đờng kính nhỏ nên khi làm việc công trình

sẽ dao động với biên độ lớn do đó sẽ rất khó khăn việc sinh hoạt cũng nh làm việctrên dàn.Mặt khác ứng suất trong các phần tử kết cấu sẽ lớn do đó sẽ rất dễ gây ramất ổn định

- Phơng án 3 có sơ đồ phức tạp về phơng diện chịu lực thì rất tốt nhng các ốngchính có đờng kính lớn và tiết diện ống chính lại không thay đổi theo yêu cầu vềkhả năng chịu lực nên lãng phí vật liệu

- Phơng án 4, Có sơ đồ tơng đối đơn giản các ống chính đợc tăng chiều dày tại

vị trí các nút giao nhau phù hợp với yêu cầu về khả năng chịu lực và tiết kiệm đợcvật liệu Vì tại vị trí các nút có nội lực lớn hơn các vị trí khác

Qua những phân tích nhận xét trên cùng với việc tham khảo các kinh nghiệmthiết kế cộng với phậm vi của đồ án tốt nghiệp ta nhận thấy phơng án 4 có nhiều u

điểm nổi bật hơn cả Vì vậy ta chọn phơng án này để tính toán, thiết kế

Trên cơ sở đó ta lựa chọn sơ bộ quy cách các loại ống nh sau:

Thanh ngang bố trí theo cấu tạo 610x17,5

Thanh ngang bố trí theo cấu tạo 610x17,5

Thanh ngang bố trí theo cấu tạo 660x20,6

Thanh ngang bố trí theo cấu tạo 711x20,6

10 D5 Thanh ngang chịu lực 813x20,6

Thanh ngang bố trí theo cấu tạo 711x20,6

Việc tính toán kết cấu gồm các bớc sau

- Lựa chọn và xây dựng sơ đồ tính

- Xác định tải trọng tác dụng lên công trình

- Tính toán ĐLH của kết cấu công trình

- Tính toán , kiểm tra khả năng chịu lực của các kết cấu của KCĐ

- Tính toán kết cấu móng

3.2 lựa chọn và xây dựng sơ đồ tính

Trong một bài toán kỹ thuật thờng có rất nhiều cách tính toán để lựa chọn,mỗi cách tính có những u nhợc điểm riêng Vì vậy việc lựa chọn mô hình tính vàxây dựng sơ đồ tính thích hợp là một công đoạn rất quan trọng

Đối với CTB bằng thép thì có thể có hai mô hình tính nh sau:

- Mô hình tính theo sơ đồ khung không gian với ngàm giả định.Vị trí củangàm tính toán đợc xác định tùy thuộc vào tính chất của đất nền và đờng kính củacọc lồng trong ống chính

- Mô hình tính theo sơ đồ khung không gian trong đó việc tính toán kết cấu

có kể đến sự làm việc đồng thời của móng và nền Ngời ta coi kết cấu bên trên và

cọc là một hệ tổng thể làm việc trên nền đàn hồi dẻo lý tởng Thể hiện tơng tácgiữa cọc và nền bằng các liên kết lò xo theo các phơng cần thiết Chiều dài cọc đ-

ợc kéo dài hơn so với tính theo sơ đồ ngàm giả định một đoạn (thờng từ 1-5 mét)phụ thuộc vào đờng kính cọc, tính năng cơ lý của lớp đất nền và tính chất làm việccủa kết cấu

Trong phạm vi của đồ án tốt nghiệp này em chọn tính toán kết cấu theo sơ đồtính khung không gian với ngàm giả định vì phơng pháp này đơn giản nhng vẫncho kết quả tơng đối chính xác và đáng tin cậy Còn sơ đồ tính cọc làm việc đồngthời với nền tuy cho kết quả chính xác nhng tính toán phức tạp, yêu cầu phải cónhững chơng trình tính toán kết cấu chuyên dụng

3.3 Xác định tải trọng tác dụng lên KCĐ

3.3.1 Các loại tải trọng tác dụng lên khối chân đế

a Tải trọng thờng xuyên(tĩnh tải)

Tải trọng thờng xuyên tác động lên khối chân đế bao gồm:

b Tải trọng tạm thời (hoạt tải)

Là loại tải trọng liên quan đến sự vận hành và sử dụng bình thờng của côngtrình Chúng có thể thay đổi về vị trí cũng nh số lợng hay trị số

Tải trọng tạm thời tác động lên khối chân đế bao gồm:

- Trọng lợng của trang thiết bị có thể thay đổi, di chuyển đợc hoặc cáctrang thiết bị có thời gian sử dụng ngắn hạn trên công trình

- Trọng lợng các loại vật t: ống thép, …Tổng trữ l

- Tải trọng sử dụng của con ngời

- Các sản phẩm dầu, khí

Các giá trị đặc trng của hoạt tải đợc xác định theo yêu cầu khai thác, sử dụng

và đợc ngời chủ công trình chỉ rõ trong thiết kế

c Tải trọng gián tiếp

Các loại tải trọng gián tiếp tác động lên công trinh biển bao gồm:

- Tải trọng do biến dạng kết cấu sinh ra do sự thay đổi nhiệt độ hoặc sai số

do lắp ráp

- Tải trọng do hiện tợng lún lệch gây ra

d Tải trọng môi trờng (sóng- dòng chảy, gió).

Tải trọng môi trờng tác dụng lên dàn khoan do các hiện tợng tự nhiên gây rabao gồm: sóng, gió, dòng chảy Ngoài ra tải trọng môi trờng cũng bao gồm cả sựthay đổi áp lực thủy tĩnh và lực đẩy nổi lên các phần tử do sự thay đổi của củamực nớc dới sự biến động của thủy triều, sóng và dòng chảy

Trong phạm vi đồ án này ta không tính với các loại tải trọng đặc biệt

3.3.2 Tính toán tải trọng tác dụng lên KCĐ

a Tải trọng thờng xuyên ( Tĩnh tải)

1



Trong đó:

P: Tổng tải trọng bản thân công trình (T)

Ai: Diện tích tiết diện ngang của cấu kiện thứ i (m2)

li : Chiều dài phần tử cấu kiện thứ i (m)

i : Trọng lợng riêng của vật liệu chế tạo (T/m3)

n : Số lợng cấu kiện của khối chân đế

+ Trọng lợng của phần bê tông bơm trám cũng đợc xác định theo công thứctrên với I = bt ( bt – n Trọng lợng riêng của bê tông bơm trám).

2 18

25 , 11 ).

84 44 (

KN T

- Trọng lợng 02 giá cập tầu quy gần đúng về 4 nút ở Diafragm trên cùng Trọng lợng 02 giá cập tầu: 40,24x2 = 80,48T

P2= 80,48/4 = 20,12T(=201,2kN)Cách quy các tải trọng nh trên đây chỉ mang tính tơng đối do số liệu về cấu tạo th-ợng tầng và tải trọng thợng tầng còn thiếu chi tiết

b Trọng lợng trang thiết bị công nghệ và hoạt tải

Trong khuôn khổ đồ án này do ảnh hởng của hoạt tải là không lớn lắm so với cácloại tải trọng khác nên ta coi nó nh tải trọng tĩnh do đó ta khi tính toán ta tính gộphoạt tải với tĩnh tải

Hoạt tải trong quá trình sử dụng là 50T(=500KN) Trọng lợng này đợc quy về 4nút của khung nối nên ở mỗi nút sẽ có tơng ứng một lực tập trung với độ lớn :

) KN ( 125

) ( cosh

z d k

Z: độ sâu nớc kể cả nớc dâng (m)

i l A

1



Trong đó: Fđn : lực đẩy nổi (T)

Ai: diện tích tiết diện ngang của phần tử thứ i (m2)



 với Di: Đờng kính ngoài của phần tử thứ i có kể đến hà bám

li: Chiều dài phần tử thứ i (m)

nc: Trọng lợng riêng của nớc biển nc= 1,025 (T/m3)

n : Số lợng cấu kiện của khối chân đế

Kết quả tính toán đợc trình bày trong phụ lục 3

d Tải trọng do sự phát sinh sinh vật biển

Khác với công trình ở trên đất liền công trình biển còn có thêm một loại tảitrọng đó là sự phát sinh do sinh vật biển bám vào công trình làm ăn mòn côngtrình, làm tăng trọng lợng công trình và một phần khác làm tăng kích thớc côngtrình gián tiếp làm tăng tải trọng sóng và dòng chảy tác động lên công trình Theoquy phạm API trọng lợng sinh ra do hà bám vào công trình đợc xác định theocông thức sau :

D

D D





1

DCT: đờng kính ngoài của các phần tử ống trụ (m)L: chiều dài phần tử (m)

HB: trọng lợng riêng của hà bám (T/m3) Ta lấy HB = 1,2 T/m3

Kết quả tính toán khối lợng hà bám đợc trình bày trong phụ lục 2

e Tải trọng gió

Tải trọng gió tác dụng vào phần công trình nằm phía trên mực nớc biển Bảnchất của tải trọng gió là động nhng do tải trọng gió có ảnh hởng không lớn lắmtrong tổ hợp tải trọng môi trờng (chiếm khoảng 10% tổng tải trọng môi trờng tácdụng lên công trình), do đó trong tính toán ngời ta cho phép bỏ qua thành phầnmạch động của gió và cho phép tính toán tải trọng gió nh tải trọng tĩnh

Công thức xác định tải trọng gió theo API:

) ( ) (   



k

z z V z V

V

Trong đó:

VZk: Vận tốc gió tại độ cao đo đợc (m/s)

Z: độ cao cần xác định vận tốc (m)

Zk: độ cao tai đó đặt máy đo (m), Zk = 10m so với mặt chuẩn

Thay giá trị của w (N/m3)và g (m/s2) vào biểu thức ta đợc:

F = 0,0473.V2 Cs A (N)

* Xác định cao trình tâm áp lực gió (so với mực nớc thấp nhất) và diện tích cảngiá theo các phơng x, y (trục x trùngvới hớng công trình) nh sau:

Tải trọng gió xem nh tải tập trung đợc quy thành 2 thành phần theo phơng x và

y, đặt tại trọng tâm các diện tích Ax, Ay.( Fx= F.cos, Fy= F.sin)

Trong phạm vi của đồ án này thì hớng gió chính và chủ đạo là hớng gió theo ớng Đông Bắc và vuông góc với mặt hớng Đông Bắc của công trình

h-Bảng: Giá trị tải trọng gió ( theo h ớng gió Đông- Bắc)

Đối tợng

Cao trìnhtrọng tâm

Z (m)

Vận tốcgió Vz

(km/h)

Hệ số khí

động Cs

Diện tích cảngió A=Ax (m2)

Lực gió tác dụng

F = Fx (kN)Block

+ Phần khung nối cao trình : +6 m, đến: +15 m ,so với mực nớc tĩnh

Bao gồm: 4 ống đứng, 8 ống xiên Diện tích chắn gió: A = 55,02 (m2)

Điểm đặt lực so với đỉnh khung nối là z = 4,5 (m); giá trị: F=6,546 (KN)

+ Phần KCĐ không bị ngập nớc cao trình: 0 m, đến+6 m, so với mực nớc tĩnhbao gồm: 4 ống đứng, 4 ống xiên, 1 diafragm trên cùng

Diện tích chắm gió: A = 85 (m2)

Điểm đặt lực so với đỉnh khung nối là z = 7,5 (m); giá trị: F=7,438 (KN)

*Ta quy đổi tải trọng gió về tải trọng tập trung tại đỉnh khung nối:

Sau khi tính đợc tải trọng gió tác dụng lên từng cấu kiện ta quy đổi tải trọnggió về đỉnh khối chân đế Ta quy tải trọng gió về 4 nút ở đỉnh khung nối của khốichân đế nh tải trọng tập trung thành lực ngang Q và ngẫu lựcP

Ta có: Q= 652,14 (KN) , P=103,5 (KN)

f Tải trọng do sóng và dòng chảy

Theo nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp ta tính cho trờng hợp tải trọng theo hớng

Đông – n Bắc Hớng của sóng trùng với chiều âm trục x của khối chân đế

 Giá trị các thông số sóng và dòng chảy đợc cho theo bảng sau đây

Fn: các giá trị thông số hình dạng của profil sóng phụ thuộc vào kd=2d/L,

đ-ợc tính trong bảng của lý thuyết sóng Stocke bậc 5 Các thông số Fn quan hệ vớichiều cao sóng H theo biểu thức:

)]

F F ( a F a a [ 2

33 3









03 , 79

aa

Theo công thức Morisson tải trọng sóng phân bố trên một đơn vị chiều dàiphần tử trụ đứng đợc xác định theo công thức sau:

 ( , ) ( , ) ( , )

) , ( )

, (

A: diện tích hình chiếu của phần tử lên phơng vuông góc với trục phần tử trên

1 đơn vị chiều dài ( A =D đối với trụ) (m)

V: thể tích chiếm chỗ của trụ trên đơn vị chiều dài (m2): V=

Theo công thức Morisson cho sóng Stokes bậc 5 ta có:

Các thành phần vận tốc theo phơng ngang Vx và theo phơng đứng Vz của phần

tử chất lỏng có toạ độ (x,y) gây nên bởi sự lan truyền sóng bề mặt trong vùng biển

có độ sâu nớc d đợc xác định theo biểu thức sau:

) (

cos ) (

) (

5 1

t kx n nkd sh

nkz ch G k

V

n ij



) (

sin ) (

) (

5 1

t kx n nkd sh

nkz ch G k

V

n ij



Trong đó: Các thông số Gij của sóng phụ thuộc vào kd

Cm: hệ số nớc kèm

CI=(Cm+1): Hệ số quán tính

15

5 13

3 11

Các thành phần gia tốc theo phơng ngang ax và theo phơng đứng az của phần

tử chất lỏng có toạ độ (x,y) gây lên bởi sự lan truyền sóng bề mặt trong vùng biển

có độ sâu nớc d đợc xác định theo biểu thức sau:

) (

sin 2

5 1

t kx n R

kc a

n n



) (

cos 2

5 1

t kx n S

kc a

U n  n.

shnkd

shnkz G

V n  n.

R1  2U1  U1 U2  U2 U3  V1 V2  V2 V3

3 1 1

2 3 1

2 1 2

4 1 2

1 3

2 4 1 3

3 6U 3 U .U U .U 3 V.V 3 V.V

3 1

2 2 3

1

2 2 4

3 2 4

1 3

2 4

1 5

5 10U 5 U .U 5 U .U 5 V .V 5 V .V

Và

1 1

0 5 U .V

2 3 3

2 1

2 2

1 1

1 2V 3U .V 3U .V 5U .V 5U .V

3 1 3

1 2

2 4V 4 U .V 4 V .U

1 4 4

1 1

2 2 1 3

3 6V U .V U .V 5 U .V 5 U .V

2 2 3

1 3

1 4

4 8V 2 U .V 2 V .U 4 U .V

3 2 3 2 1 4 4

1 5

V V V

d

dc    .

Trong đó:

Vm,Vd là vận tốc dòng chảy mặt và dòng chảy đáy

Hệ số Cd, Cm phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng và hình dạngkích thớc của kết cấu Theo tiêu chuẩn API quy định nh sau:

Khi không có hà bám

Cm = 1,6

Cd = 0,65Khi có hà bám

Cm = 1,2

Cd = 1,05

* Tính toán vận tốc, gia tốc sóng dòng chảy trong trờng hợp thanh xiên khônggian

Trong kết cấu khối chân đế, các phần tử thanh bố trí chủ yếu tạo góc xiên với

hệ trục toạ độ chung oyxz của khối chân đế Vậy dới đây sẽ nêu các công thứctính toán vận tốc và gia tốc của phần tử thanh xiên

Trong trơng hợp này ta sử dụng hệ toạ độ cực để thuận lợi cho việc xác định

n V V C V C V

Còn các thành phần Vn theo các trục x, y, z:

)

(Cx Vx Cz Vz Cx

Vx

)

(Cx Vx Cz Vz Cy

)

(Cx Vx Cz Vz Cz

Vz

ở đây:

L

Lx L

x x

cos sin  

L

Ly L

y y

cos 

L

Lz L

z z

sin sin  

Trong đó:

(x1, y1, z1) và (x2, y2, z2) là toạ độ đầu 1 và đầu 2 của thanh

L, Lx, Ly, Lz là chiều dài thanh và hình chiếu của nó lên các trục x, y, z

Các thành phần gia tốc của chất lỏng vuông góc với trục thanh:

)

(Cx ax Cz az Cx

ax

)

(Cx ax Cz az Cy

)

(Cx ax Cz az Cz

Tổng tải trọng ngang: Fx =8774,414(kN);(tại thời điểm t=0 là lớn nhất)

Để tính toán nội lực tải trọng sóng tác dụng lên các phần tử kết cấu đợc quy

về thành lực phân bố lên các phần tử tơng ứng

Kết quả tính toán tải trọng sóng dòng chảy đợc trình bày trong phụ lục 1

g Tải trọng do tàu tác động vào công trình

Thiết kế và tính toán sơ bộ tải trọng giá cập tàu, theo yêu cầu thiết kế giá cập tàuphải đợc tính toán sao cho có khả năng tiếp nhận tàu vận tải có trọng tải 600 T.Các thông số của tàu đợc cho nh sau:

Tàu có trọng tải 600 T, cấp I hạn chế

Chiều dài lớn nhất : Lmax = 69,13 m

Công suất máy chínhNe = 1x1000 + 2x300 = 1600 mã lực

Chiều dài nhỏ nhất : Lmin = 65 m

Chiều dài vuông góc : Lvg = 60,3 m

Chiều rộng thành tàu: B = 10 m

Chiều cao thân tàu: H = 4,4 m