Nghiên cứu giải pháp cửa van bê tông cốt sợi áp dụng cho cống đầu mối trong ô thủy lợi tỉnh cà mau

Việc xây dựng công trình thủy lợi khép kín các ô nhỏ, để đáp ứng ngay nhu cầu của thị trường sản xuất hang hóa và hoàn vốn đầu tư trong khoảng 2-4 năm xây dựng mà vẫn không mâu thuẫn với

i

LỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp cửa van bê tông cốt sợi áp dụng cho cống đầu mối trong Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Nhà trường

Hà N ội, ngày 15 tháng 11 năm 2016

H ọc viên cao học

Lê Thanh C ảnh

ii

LỜI CÁM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Văn Thái,

người đã hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn này Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Phó Uyên đã hướng dẫn phần vật liệu

bê tông cốt sợi

Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu

Xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Bộ môn Trụ đỡ và Trung tâm Công trình đồng bằng ven biển và Đê điều - Viện Thủy công - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, các anh em trong gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Hà N ội, ngày 15 tháng 11 năm 2016

H ọc viên cao học

Lê Thanh C ảnh

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Kết quả dự kiến đạt được 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan sự phát triển Ô Thủy lợi 4

1.1.1 Tình hình phát triển chung [5] 4

1.1.2 Tình hình phát triển quy hoạch thủy lợi Cà Mau [5] 6

1.2 Tổng quan về cửa van [8] 13

1.2.1 Giới thiệu chung 13

1.2.2 Những nghiên cứu lựa chọn giải pháp cửa van 14

1.2.3 Phân tích lựa chọn vật liệu chế tạo cửa 18

1.3 Tổng quan về bê tông cốt sợi [1] 23

1.3.1 Khái niệm cơ bản về bê tông cốt sợi 23

1.3.2 Các ứng dụng trên thế giới 23

1.3.3 Các ứng dụng tại Việt Nam 25

1.4 Kết luận chương 1 26

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỬA VAN BÊ TÔNG CỐT SỢI 27

2.1 Đặt vấn đề 27

2.2 Đặc điểm của bê tông chất lượng cao [4] 27

2.2.1 Ưu điểm của bê tông chất lượng cao 27

2.2.2 Nhược điểm của bê tông chất lượng cao 27

2.2.3 Vật liệu chế tạo 28

2.3 Ưu điểm của cốt sợi đối với bê tông [1],[2],[3],[4] 29

2.3.2 Vai trò của sợi trong việc nâng cao tính chất cơ học trong bê tông 33

2.3.3 Vai trò của sợi trong việc hạn chế nứt 35

2.4 Phân tích lựa chọn kết cấu cửa van 38

2.4.1 Cửa van dạng tường phẳng không sườn 38

2.4.2 Cửa van dạng tường phẳng có sườn gia cường 39

iv

2.4.3 Cửa van có khung dầm và bản mặt lượn sóng SW 40

2.4.4 Kết luận 42

2.5 Cách tiếp cận và phương pháp tính toán 42

2.5.1 Phạm vi nghiên cứu 42

2.5.2 Điều kiện ổn định 43

2.5.3 Các phương pháp tiếp cận 43

2.6 Phương pháp tính toán [9] 47

2.6.1 Các bước phân tích bài toán 47

2.6.2 Lực và tải trọng tính toán 47

2.6.3 Tổ hợp tải trọng 51

2.6.4 Các hệ số trong tính toán tải trọng 53

2.7 Kết luận chương 2 54

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐƯA RA GIẢI PHÁP CỬA VAN BÊ TÔNG CỐT SỢI CHO CỐNG ĐẦU MỐI TRONG Ô THỦY LỢI TẠI XÃ TÂN HƯNG – CÁI NƯỚC – CÀ MAU 55

3.1 Giới thiệu về Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau [5] 55

3.1.1 Ranh giới vùng dự án 55

3.1.2 Hiện trạng sản xuất 56

3.1.3 Hướng bố trí sản xuất 56

3.1.4 Mục tiêu dự án 56

3.1.5 Thông số - quy mô công trình 57

3.2 Tính toán khả năng chịu lực của cửa van 57

3.2.1 Thông số tính toán [6] 57

3.2.2 Tính toán lựa chọn kết cấu 61

3.3 Biện pháp thi công ứng dụng 64

3.3.1 Thi công đúc cửa van 64

3.3.2 Liên kết giữa hai thanh cừ [12] 68

3.3.3 Lớp phủ bề mặt [13] 69

3.3.4 Kết cấu sau khi hoàn thiện 70

3.4 Các modul cửa van 72

3.5 Kết luận chương 3 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

1 KẾT LUẬN 73

2 KIẾN NGHỊ 73

v

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 75

Phụ lục 1: Trường hợp cửa van SW ngang 75

Phụ lục 2: Trường hợp cửa van SW đứng 79

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 - 1: Bố trí một khu nuôi tôm ở Nam Thái Lan 5

Hình 1 - 2: Các hình thức nuôi tôm 7

Hình 1 - 3: Cấu tạo cửa bê tông cốt thép 19

Hình 1 - 4: Nguyên lý hoạt động 20

Hình 1 - 5: Cống Nghi Quang – Nghệ An 21

Hình 1 - 6: Cống Diễn Thành – Nghệ An 21

Hình 2 - 1: Ứng xử cơ học của BTCS khi chịu kéo 33

Hình 2 - 2: Sự tương tác giữa sợi và cốt liệu 34

Hình 2 - 3: Mô hình hóa về quá trình hình thành vết nứt: 36

Hình 2 - 4: Sự hình thành vết nứt dưới tải trọng uốn: 37

Hình 2 - 5: Sự làm việc khác nhau giữa bê tông cốt thép thanh và cốt thép sơi 37

Hình 2 - 6: Cửa van dạng tường phẳng không sườn 38

Hình 2 - 7: Cửa van dạng tường phẳng có sườn 39

Hình 2 - 8: Cửa van có khung dầm và bản mặt lượn sóng 40

Hình 2 - 9: Kết cấu dầm trên dầm dưới 41

Hình 2 - 10: Kết cấu bản mặt 41

Hình 2 - 11: Sơ đồ làm việc của cửa van 47

Hình 2 - 12: Sơ đồ áp lực thủy tĩnh 48

Hình 3 - 1: Ô thủy lợi tại xã Tân Hưng – Cái Nước 55

Hình 3 - 2: Hiện trạng hệ thống lấy nước vào ao nuôi ô nhiễm 56

Hình 3 - 3: Mô hình thí nghiệm tại phòng LAS-XD125 60

Hình 3 - 4: Vị trí cắt cừ chế tạo thanh bản mặt 64

Hình 3 - 5: Hình 3.2: Thanh bản mặt sau khi hoàn thiện 65

Hình 3 - 6: Chi tiết móc vận hành và móc định vị cửa nằm ngang 65

Hình 3 - 7: Chi tiết khe bên và khe đáy 66

Hình 3 - 8: Định vị lắp ghép bản mặt 67

Hình 3 - 9: Mặt bằng đổ bê tông khung dầm cửa van 68

Hình 3 - 10: Nhìn A -A 70

Hình 3 - 11: Mặt bằng cửa van 70

Hình 3 - 12: Nhìn B-B 70

vii

Hình 3 - 13: Mặt cắt I-I 71Hình 3 - 14: Mặt cắt II-II 71Hình 3 - 15: Bố trí kín nước và cữ trượt 71

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 - 1: Thuộc tính của các loại sợi khác nhau 30

Bảng 2 - 2: Các thông số của một số loại cốt sợi thép 31

Bảng 2 - 3: Tỷ lệ các thành phần của BTCS thường 32

Bảng 2 - 4: Tỷ lệ các thành phần của BTCS cường độ cao 32

Bảng 3 - 1: Cấp phối bê tông đúc mẫu 60

Bảng 3 - 2: Tổng hợp cửa van SW ngang ứng suất – chuyển vị 63

Bảng 3 - 3: Tổng hợp cửa van SW đứng ứng suất – chuyển vị 63

Bảng 3 - 4: Tổng hợp các modul tính toán 72

ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

Chữ viết tắt Diễn giải

QCCT Quảng canh cải tiến

N/CKD Tỷ lệ nước trên chất kết dính theo khối lượng

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những thập niên trước đây, các dự án phát triển thuỷ lợi đồng bằng sông Cửu Long thường thiên về phục vụ cho cây lúa, về sau này đã chuyển dần theo hướng đa mục tiêu, đặc biệt xuất hiện yêu cầu sử dụng nước cho thuỷ sản nước mặn/lợ Trong khi đó Quy hoạch sản xuất và sử dụng đất chưa tập trung mà còn mang tính thích nghi với hiện tại, manh mún

Tỉnh Cà Mau có tổng diện tích tự nhiên của tỉnh là 5.210 km2, bằng 13,1% diện tích vùng đồng bằng song Cửu Long và bằng 1,58% diện tích cả nước Năm 2013 cả nước xuất khẩu thủy sản đạt 6,7 tỷ USD, riêng Cà Mau là 1 tỷ USD, chiếm 15% cả nước Năm 2014 xuất khẩu thủy sản đạt 1,314 tỷ USD

Để đạt được mục tiêu xuất khẩu thủy sản, tỉnh Cà Mau đã và đang đối mặt với nhiều thách thức cho việc phát triển bền vững trong tương lai Từ năm 2010, tỉnh đã quy hoạch thành hai vùng sản xuất trọng điểm là Nam và Bắc Cà Mau với tất cả là 23 tiểu vùng Do nguồn vốn đầu tư hạn chế nên đến nay sau hơn 10 năm thực hiên quy hoạch chưa có tiểu vùng nào được khép kín Theo tổng kết khoa học và thực tiễn, cho thấy nơi nào sản xuất được 1 vụ lúa trên đất nuôi tôm thì mang lại hiệu quả bền vững Để việc sản xuất Tôm – Lúa được hiệu quả, yêu cầu hệ thống thủy lợi phải được khép kín Nhưng để khép kín 23 tiểu vùng, mỗi tiểu vùng hàng chục ngàn ha, cần khoảng hơn hai, ba chục ngàn tỷ đồng Trong giai đoạn hiện nay, khó có nguồn vốn nào đáp ứng nổi Việc xây dựng công trình thủy lợi khép kín các ô nhỏ, để đáp ứng ngay nhu cầu của thị trường sản xuất hang hóa và hoàn vốn đầu tư trong khoảng 2-4 năm xây dựng

mà vẫn không mâu thuẫn với quy hoạch lâu dài khi khép kín 23 tiểu vùng

Hạ tầng cho 1 Ô thủy lợi khép kín bao gồm cống, đập, đê, trạm bơm, kênh mương…, mỗi ô có diện tích từ 250 - 400 hecta sẽ tạo điều kiện điều tiết nguồn nước, kiểm soát nguồn nước, kiểm soát dịch bệnh Hiện tại các công trình trong hạ tầng ô thuỷ lợi chưa được chuẩn hoá nên việc chuẩn bị đầu tư cho các ô thuỷ lợi mất khá nhiều thời gian nên chậm phát huy hiệu quả

2

Vì những khó khăn trên, ngày 18/6/2015 Bí thư Tỉnh ủy tỉnh Cà Mau đã báo cáo Bộ trưởng Bộ NN& PTNT (kèm theo công văn số 105/BC-UBND ngày 18/6/2015) về việc đề xuất tháo gỡ một số khó khăn trên lĩnh vực nông nghiệp của tỉnh Cà Mau,

trong đó đã đề xuất với Bộ NN & PTNT cho thực hiện đề tài: “Nghiên cứu áp dụng công nghệ mới để xây dựng mô hình kết cấu hạ tầng trong các ô thủy lợi tại tỉnh Cà Mau và khu vực đồng bằng sông Cửu Long có điều kiện tương tự”

Hiện nay Viện Thủy Công thuộc Viện Khoa học Thủy lợi đã được Bộ NN & PTNT giao thực hiện đề tài” Nghiên cứu áp dụng công nghệ mới để xây dựng mô hình kết cấu hạ tầng trong các Ô thủy lợi tại tỉnh Cà Mau” Đề tài này mới bước đầu triển khai còn đang tiếp tục nghiên cứu cải tiến các kết cấu hạ tầng cho Ô thủy lợi Trên cơ sở đó

tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp cửa van bê tông cốt sợi áp dụng cho cống

đầu mối trong Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau” nhằm giải bài toán thiết kế kết cấu và các giải

pháp cho cửa van, đổng thời nghiên cứu cấp phối, chỉ tiêu cơ lý, phương pháp thi công chế tạo cửa van công trình thuỷ lợi phục vụ hạ tầng ô thuỷ lợi bằng bê tông cốt sợi (BTCS)

2 Mục đích của đề tài

Đề xuất giải pháp cửa van BTCS có kết cấu mỏng, nhẹ, khả năng chịu lực cao áp dụng cho cống đầu mối trong Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

3.1 Cách tiếp cận nghiên cứu:

Nghiên cứu thông qua thực tiễn công trình Ô thủy lợi Cà Mau;

Nghiên cứu thông qua các kết quả đề tài nghiên cứu;

Nghiên cứu thông qua các tài liệu: Vật liệu xây dựng, sức bền vật liệu;

Tiêu chuẩn hiện hành có liên quan

3.2 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu tổng quan, tổng hợp và phân tích số liệu;

3

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phân tích, sử dụng mô hình toán: Sử dụng các phần mềm Sap2000 để xây dựng cơ sở lý thuyết, phân tích tính toán cụ thể, từ đó xác định được kết quả tốt nhất phù hợp với điều kiện làm việc của kết cấu nghiên cứu;

Phương pháp thí nghiệm trên mô hình;

Tổng hợp, phân tích đánh giá, chuyên gia Tổ chức báo cáo khoa học để tổng hợp các

ý kiến đóng góp của các chuyên gia góp ý hoàn thiện kết quả nghiên cứu

4 Nội dung nghiên cứu

Với đề tài đã lựa chọn, nội dung luận văn sẽ đi vào nghiên cứu: đề xuất giải pháp cửa van BTCS có kết cấu mỏng, nhẹ, khả năng chịu lực cao áp dụng cho cống đầu mối trong Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau

5 Kết quả dự kiến đạt được

Đề xuất được kết cấu cửa van đầu mới cho Ô thủy lợi;

Đưa ra được phương pháp tính toán thiết kế;

Tính toán cho 1 công trình cụ thể;

Sơ bộ đề xuất biện pháp thi công cửa van BTCS

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan sự phát triển Ô Thủy lợi

1.1.1 Tình hình phát triển chung [5]

Những bài học kinh nghiệm của thế giới trong phát triển hệ thống thuỷ lợi phục vụ thuỷ sản, nuôi tôm Đặc biệt là kinh nghiệm của các nước lân cận như Đài loan, Trung Quốc, Thái Lan Việc quy hoạch hệ thống cấp thoát nước luôn được chú trọng và cải tiến Các nước coi đây là biện pháp cơ bản để nuôi trồng thuỷ sản hiệu quả và bền vững

Về cơ sở hạ tầng các khu nuôi: Ở các nước tiên tiến cơ sở hạ tầng vùng nuôi được đầu

tư hoàn chỉnh, cẩn trọng Kênh cấp thoát riêng biệt, có ao trữ ao lắng, ao xử lý…Các công trình lấy nước nhỏ trong hệ thống được chuẩn hoá, thành dạng modul

CSvas (1985) đã tổng kết rằng “ Công nghệ là một khâu yếu kém trong việc phát triển

nuôi trồng thuỷ sản” Một sai lầm truyền thống vẫn tiếp tục mắc phải nhất là thiết kế

ao Thay vì cần chú ý tiêu nước thích hợp và tách riêng biệt mạng lưới cung cấp và mạng lưới tiêu nước Một sai lầm nghiêm trọng là vẫn tiếp tục dành ưu tiên cho các ao cấp bằng thuỷ triều trong nuôi tôm vùng ven biển Người ta chứng minh nhiều lần rằng một hệ thống cấp nước bằng máy bơm không những đỡ tốn kém về xây dựng mà còn hiệu quả hơn, ngoài ra còn đem lại năng suất cao hơn do đó cũng thừa để bù lại chi phí bơm nước Một hệ thống cấp nước bằng bơm cũng loại trừ được nguy cơ chạm tới đất chua sunfat, một tình trạng thường gây nên thất bại nặng nề trong nuôi tôm vùng ven biển”

Ở Thái Lan, mặc dù sản lượng thuỷ sản có lúc lên đến 500.000 Tấn/ năm nhưng họ chỉ nuôi 70.000 ha, với hệ thống nuôi được đầu tư khá đồng bộ Cũng tại nước này do bệnh dịch thuỷ sản hoành hành mấy năm gần đây nên xu hướng nuôi tôm kết hợp trồng rừng ngập mặn cũng được chú trọng để bảo vệ môi trường và giảm thiểu rủi ro

5

Hình 1 - 1: Bố trí một khu nuôi tôm ở Nam Thái Lan

Mặc dù nuôi thâm canh và siêu thâm canh mang lại năng suất cao, lợi nhuận lớn nhưng vốn đầu tư lớn chỉ phù hợp với doanh nghiệp và các chủ nuôi lớn Các hình thức nuôi tôm sinh thái cũng được chú ý phát triển để bảo vệ môi trường, giảm rủi ro cho người nuôi và tạo công ăn việc làm cho nhân dân Ở nước ta, về mặt lý luận để đạt được 660.000 tấn tôm như hiện nay chỉ cần nuôi kỹ thuật cao khoàng 50.000 ha Nhưng công ăn việc làm của nhân dân là áp lực cho các chính quyền địa phương cần phải phát triển nuôi tôm sinh thái Tôm – Lúa

Trong những thập niên trước đây, các dự án phát triển thuỷ lợi đồng bằng sông Cửu Long thường thiên về phục vụ cho cây lúa, về sau này đã chuyển dần theo hướng đa mục tiêu, đặc biệt xuất hiện yêu cầu sử dụng nước cho thuỷ sản nước mặn/lợ Trong khi đó Quy hoạch sản xuất và sử dụng đất chưa tập trung mà còn mang tính thích nghi với hiện tại manh mún

Do nhiều hạn chế, công tác quy hoạch nhìn chung còn hạn chế trong việc lồng ghép, phối hợp giữa các ngành, các đối tượng dùng nước, giữa khai thác và sử dụng tài nguyên, giữa phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường, giữa đa dạng trong sản xuất nông nghiệp với sản xuất quy mô lớn các nông sản chủ lực Sự khiếm khuyết này

6

thể hiện rõ rệt nhất ở việc phân khu dự án và chọn tuyến đập/cống ngăn mặn Trước kia thiên về đặt vị trí đập/cống gần biển để đạt diện tích ngọt hoá lớn, cải thiện trực tiếp nguồn nước sinh hoạt Từ thực tế của cuộc sống, công tác thuỷ lợi đã chuyển dần

tư duy từ ngăn mặn sang kiểm soát mặn để chủ động phục vụ cả nông nghiệp và thuỷ sản Vị trí đập/cống đã được đưa sâu vào nội đồng, cửa cống được thiết kế lấy nước theo 2 chiều

1.1.2 Tình hình phát triển quy hoạch thủy lợi Cà Mau [5]

Cho đến nay, phần lớn các quy hoạch nói chung và quy hoạch thủy lợi nói riêng đều được thực hiện theo hướng từ trên xuống Cách tiếp cận này có nhược điểm là không thể hiện đầy đủ được ý chí, nguyện vọng của người dân nói chung và các đối tượng dùng nước nói riêng Các dự án, trong quá trình thực hiện và sau khi hoàn thành đều

có ý kiến đóng góp của các địa phương (thông thường ở cấp huyện) Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân, các ý kiến này thường không phản ánh đầy đủ được các “vấn đề”

về tâm tư và nguyện vọng của các đối tượng dùng nước và vì vậy, nhìn chung các dự

án chưa giải quyết tốt và trọn vẹn các vấn đề do thực tế đặt ra

Hiện trạng cơ sở hạ tầng kỹ thuật ở tỉnh Cà Mau còn yếu kém, trong khi đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật phục vụ sản xuất ngư, nông, lâm nghiệp, nhất là hệ thống thủy lợi lại đòi hỏi số vốn đầu tư lớn, mà ngân sách tỉnh chưa cân đối được Khả năng vốn của hộ, trang trại lại không đáng kể, trong khi kêu gọi vốn đầu tư bên ngoài đầu tư vào sản xuất ngư, nông, lâm nghiệp tỉnh Cà Mau thì ít được các nhà đầu tư hưởng ứng

do vị trí xa, sức hút kinh tế thấp

Việc đầu tư hệ thống thủy lợi đến nay vẫn chưa hoàn chỉnh cho các tiểu vùng theo quy hoạch, cụ thể là: vùng nuôi chuyên tôm: được mở rộng nhiều hơn so với quy hoạch (mở rộng lấn sang diện tích quy hoạch sản xuất tôm - lúa, vì hệ thống thủy lợi chưa đủ

nên chưa đảm bảo cho sản xuất một vụ lúa trên đất nuôi tôm) Vùng tôm - lúa: diện tích thực tế sản xuất bị thu hẹp lại so với diện tích đã quy hoạch ở vùng Nam Cà Mau (do hệ thống thủy lợi chưa đảm bảo cho sản xuất một vụ lúa trên đất nuôi tôm)

ha (chiếm 16,2%); Phú Tân 35.185 ha (chiếm 11,8%); Cái Nước 30.263 ha (chiếm 10,2%); Trần Văn Thời 31.049 ha (chiếm 10,4%) và thấp nhất là thành phố Cà Mau 13.163 ha (chiếm 4,4%)

Diễn biến diện tích nuôi tôm công nghiệp

Trong giai đoạn 2009 – 2014, diện tích nuôi tôm công nghiệp có tốc độ tăng bình quân 43,7%/năm (1.339 ha lên 8.200 ha) Năm 2014 diện tích nuôi tôm công nghiệp tập trung ở các địa phương như: Huyện Đầm Dơi 2.700 ha; huyện Phú Tân 2.000 ha; huyện Cái Nước 1.572 ha; thành phố Cà Mau 1.000 ha; huyện Trần Văn Thời 650 ha; huyện Thới Bình 42 ha; huyện Năm Căn 150 ha; huyện Ngọc Hiển 60 ha

Tuy nuôi tôm công nghiệp có tốc độ tăng nhanh nhưng vẫn chưa tương xứng với tiềm năng của tỉnh, nuôi tôm công nghiệp mới chiếm 2,7% diện tích NTTS của toàn tỉnh và còn manh mún, nhỏ lẻ, những vùng được quy hoạch nuôi công nghiệp nhưng người dân đầu tư nuôi công nghiệp còn thấp Mặc dù đã có chủ trương và các chính sách hỗ

8

trợ, nhưng tốc độ phát triển vẫn còn chậm so với kế hoạch đề ra Theo Quyết định 06/2011/QĐ-UBND về việc phê duyệt Chương trình phát triển nuôi tôm công nghiệp đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020, diện tích nuôi tôm công nghiệp đến năm

2014 phải đạt 9.750 ha nhưng đến năm 2014 mới đạt 8.200 ha

Diễn biến diện tích nuôi tôm quảng canh cải tiến (QCCT)

Trong giai đoạn 2009 – 2014, diện tích nuôi QCCT liên tục được mở rộng, năm 2009 diện tích nuôi QCCT mới đạt 8.540 ha nhưng đến năm 2013 đã tăng lên 60.200 ha đạt tốc độ tăng bình quân 47,8%/năm Năm 2014, diện tích nuôi tôm QCCT tập trung tại các địa phương: Đầm Dơi 28.000 ha; Phú Tân 12.000 ha; Cái Nước 9.000 ha; Ngọc

Hiển 5.000 ha; Tp Cà Mau 900 ha; U Minh 1.300 ha

Việc phát triển nhanh diện tích nuôi tôm QCCT giai đoạn 2009 – 2014 là bước tiến chuyển dần từ hình thức nuôi quảng canh sang nuôi QCCT và là hình thức nuôi rất phù

hợp với người nuôi vì có nhiều ưu điểm và lợi thế hơn so với mô hình nuôi tôm công nghiệp, trong khi nuôi tôm công nghiệp đang gặp khó khăn, tình hình dịch bệnh diễn

biến phức tạp chưa có giải pháp để ngăn chặn; vốn đầu tư lớn, tỷ lệ rủi ro cao; hiệu

quả không ổn định Nuôi tôm QCCT có thể sẽ góp phần giải quyết tăng sản lượng do thiếu hụt từ nuôi tôm công nghiệp Đây là mô hình nuôi bền vững và sẽ tiếp tục phát triển trong thời gian tới, nhằm ổn định môi trường, cân bằng hệ sinh thái, góp phần phát triển nuôi tôm theo hướng bền vững

Diễn biến diện tích nuôi tôm lúa

Trong giai đoạn 2009 – 2014 diện tích nuôi tôm lúa tăng bình quân 3,2%/năm (36.997

ha lên 43.215 ha) Năm 2014 diện tích nuôi tôm lúa tập trung ở các địa phương như:

Thới Bình 24.185 ha; U Minh 10.947 ha; Trần Văn Thời 4.657 ha; Cái Nước 2.249 ha;

Tp Cà Mau 1.000 ha

Nuôi tôm luân canh với trồng lúa: Mùa khô, đất bị nhiễm mặn, không thể trồng lúa thì

ruộng được đưa nước vào để nuôi tôm nhằm tăng hiệu quả sử dụng đất, cải thiện môi trường Thực tế trong những năm vừa qua nhiều vùng nuôi tôm lúa đã được người dân chuyển hẳn sang nuôi QCCT hoặc nuôi công nghiệp, nhiều vùng lúa 2 vụ bị nhiễm

9

mặn đã được chuyển sang mô hình tôm – lúa Kỹ thuật áp dụng trong nuôi tôm - lúa thường là nuôi kết hợp, năng suất 300 – 350 kg/ha/vụ nuôi

Diễn biến diện tích nuôi tôm rừng

Trong giai đoạn 2009 – 2014 diện tích TBQ 4,2%/năm (17.700 ha lên 21.784 ha) Năm 2014 diện tích nuôi tôm rừng tập trung ở các địa phương như: Năm Căn 8.524 ha; Ngọc Hiển 5.271 ha; Phú Tân 4489 ha; Đầm Dơi 3.500 ha Việc phát triển mô hình tôm rừng nhằm bảo vệ môi trường gắn với nuôi tôm theo hướng bền vững Mô hình được xem là nuôi tôm “sinh thái” trong nhưng năm gần đây được chú trọng và phát triển; sản phẩm tôm sinh thái rất hấp dẫn với người tiêu dùng và chủ yếu phục vụ cho xuất khẩu vào các siêu thị lớn trên Thế giới Những năm gần đây, các doanh nghiệp chế biến thủy sản đã liên kết với các hộ dân để nuôi tôm sinh thái Tính đến cuối năm

2014 đã có 2.199 hộ dân tham gia với diện tích nuôi tôm sinh thái 10.269 ha đạt các chứng nhận IMO, EU

Diễn biến diện tích nuôi tôm quảng canh

Trong giai đoạn 2009 – 2014 mặc dù diện tích nuôi tôm quảng canh liên tục giảm với mức giảm bình quân 7,5%/năm (từ 200.577 ha xuống còn 136.005 ha) nhưng nuôi tôm quảng canh vẫn chiếm tỷ lệ lớn nhất trong NTTS của tỉnh với 46% tổng diện tích nuôi Việc diện tích nuôi tôm quảng canh liên tục giảm trong giai đoạn vừa qua cho thấy người dân đã tích lũy được kinh nghiệm và nguồn lực để chuyển sang nuôi ở cấp độ cao hơn nhằm tăng năng suất và hiệu quả kinh tế Đây là điều kiện quan trọng để trong thời gian tới có thể chuyển mạnh từ hình thức nuôi quảng canh sang nuôi QCCT và nuôi công nghiệp Năm 2014 diện tích nuôi tập trung ở các địa phương như: Đầm Dơi 31.517 ha; Phú Tân 16.488 ha; Cái Nước 17.256 ha; Thới Bình 21.508 ha; Ngọc Hiển 13.449 ha; Năm Căn 15.697 ha

Từ những số liệu thực tế như trên cho thấy nuôi thuỷ sản theo hình thức thâm canh có nhu cầu về nước ngọt pha loãng khá lớn, đòi hòi có một số giải pháp trữ nước mưa (ngọt) phục vụ sản xuất và sinh hoạt sau: vùng Nam Cà Mau là vùng gần như không

có nguồn ngọt, ngoại trừ nước ngầm, lượng mưa tại chỗ nên khuyến cáo trước mắt người dân xây dựng các bể trữ nước mưa dùng cho sinh hoạt và xây dựng các cống

10

tiểu vùng kiểm soát mặn và trữ nước mưa, trong hệ thống kênh mương tại tiểu vùng về lâu dài nên xây dựng các cống lớn như phương án lâu dài kết hợp trữ ngọt để phục vụ cấp cho mô hình canh tác lúa tôm là mô hình canh tác bền vững, tránh rủi ro trong sản xuất

Tỉnh Cà Mau có tổng diện tích tự nhiên là 5210 km2, bằng 13,1% diện tích vùng đồng bằng sông Cửu Long và bằng 1,58% diện tích cả nước Năm 2013, cả nước xuất khẩu thủy sản đạt 6,7 tỷ USD trong đó Cà Mau chiếm 1 tỷ USD, chiếm 15% của cả nước Năm 2014, xuất khẩu thủy sản Cà Mau đạt 1,314 tỷ USD và phấn đấu đến 2015, giá trị xuất khẩu là 1,4 tỷ USD

Để việc phát triển bền vững, trong những năm qua diện tích canh tác theo mô hình tôm

- lúa được tỉnh ưu tiên phát triển Đây là mô hình sinh thái, đa canh kết hợp giúp cây lúa ít bệnh hơn so với độc canh cây lúa và ngược lại con tôm ít bệnh hơn so với độc canh nuôi tôm Bởi quá trình cải tạo đất từ mặn sang ngọt để trồng lúa, nhiều mầm bệnh gây hại tôm sẽ không sống được ở môi trường nước ngọt và ngược lại Sau vụ nuôi tôm, các chất thải của tôm sẽ được bộ rễ cây lúa hấp thụ Ngược lại, sau khi thu hoạch lúa, một lượng sinh khối lớn thân và rễ lúa phân hủy, kích thích sự phát triển của sinh vật làm thức ăn cho tôm Chính vì lợi ích kép nêu trên mà nhà nông canh tác tôm - lúa giảm được chi phí khá lớn cho phân bón, sản phẩm tạo ra thân thiện hơn với môi trường và sức khỏe cộng đồng

Theo Tổng cục thuỷ sản 9 tháng đầu năm 2015, diện tích sản xuất tôm - lúa đạt 29%, tôm nuôi sinh thái (30,5%) Riêng hình thức tôm - lúa (luân canh 1 vụ tôm - 1 vụ lúa) thời gian qua phát triển khá ổn định và thể hiện tính bền vững cao, đến nay toàn vùng đồng bằng song cửu long đạt 160.000 ha, năng suất đạt từ 300 - 500 kg/ha, sản lượng trên 60.000 tấn/năm Do đây là mô hình bền vững và cho hiệu quả kinh tế cao nên thời gian qua diện tích tôm - lúa tại ĐBSCL phát triển khá nhanh Năm 2000 toàn vùng mới chỉ đạt 71.000 ha thì đến năm 2014 đã tăng lên hơn gấp đôi Mục tiêu phát triển tôm - lúa thời gian tới là tăng năng suất lên trên 500 kg/ha, diện tích thả nuôi đến năm

2020 đạt 200.000 ha, sản lượng 100.000 - 120.000 tấn Đến năm 2030 diện tích thả nuôi tăng lên 250.000 ha, sản lượng 125.000 - 150.000 tấn

11

Để đạt được mục tiêu xuất khẩu thủy sản và tăng trưởng bền vững, thu nhập ổn định cho nông dân, giảm rủi ro cho nông dân do độc canh con tôm, tỉnh đang có chủ trương phát triển diện tích tôm –lúa Để phát triển mô hình này tỉnh Cà Mau đã và đang đối mặt với nhiều thách thức về cơ sở hạ tầng thuỷ lợi:

Từ năm 2010, tỉnh đã quy hoạch thành hai vùng sản xuất trọng điểm là Nam và Bắc

Cà Mau với tất cả là 23 tiểu vùng

Ở vùng Bắc Cà Mau, thủy lợi đóng vai trò hỗ trợ đắc lực cho sản xuất lúa và nuôi trồng thủy sản nước ngọt, vùng Nam hệ thống thủy lợi phải đáp ứng được cho sản xuất

và nuôi trồng thủy sản nước mặn, lợ

Do nguồn vốn đầu tư hạn chế nên đến nay sau hơn 10 năm thực hiện quy hoạch, mới khép kín được 01 tiểu vùng Các khu vực sản xuất lúa thường bị ngập úng vào mùa mưa, xâm nhập mặn vào mùa khô, diện tích xâm nhập mặn càng ngày càng lan rộng

Ở vùng Nam Cà Mau, quy hoạch sản xuất lúa chủ yếu là 1 vụ lúa, 1 vụ tôm, nhưng hiện nay sản xuất chuyên tôm là chủ yếu Vùng chuyên tôm ven biển và vùng rừng tôm chưa được đầu tư thủy lợi hoàn chỉnh nên sản xuất cũng gặp khó khăn, thường xuyên bị thiệt hại do triều cường và nước dâng

Để sản xuất được mô hình luân canh Tôm – Lúa hiệu quả, yêu cầu hệ thống thủy lợi phải được khép kín Nhưng để khép kín 23 tiểu vùng , mỗi tiểu vùng hàng chục ngàn

ha cần khoảng hơn 20.000 - 30.000 tỷ đồng Trong giai đoạn hiện nay khó có nguồn vốn nào đáp ứng nổi

Định hướng chung cho phương án bổ sung cấp nước ngọt và kiểm soát mặn phục vụ nuôi trồng thủy sản tỉnh Cà Mau trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng là nạo vét các kênh trục dẫn nước từ phía Nam sông Hậu về, ở các đầu kênh xây dựng cống nhồi nước trên bờ Nam sông Hậu; xây dựng các cống trên đê biển Kiên Giang như cống Cái Lớn - Cái Bé, Xẻo Rô; tiếp tục hoàn chỉnh hệ thống đê biển và công trình kiểm soát mặn trên đê biển Tây, Đông Cà Mau, đê biển Bạc Liêu, Sóc Trăng và các cống lớn dưới đê như cống: Sông Đốc, Gành Hào, Cái Đôi Vàm, Bảy Háp, Vàm Đầm, Nhà Mát, Mỹ Thanh thì mới bổ sung nước ngọt xuống vùng Nam Cà Mau Lúc bấy giờ mới đảm bảo được vùng sinh thái ngọt, mặn luân phiên của vùng Nam Cà

Hiện tại nguồn nước ngầm tại tỉnh Cà Mau đang bị khai thác quá mức vì thế cần quy hoạch hạn chế sử dụng nguồn nước này, thay vào đó tận dụng trữ nước mưa cũng như nguồn nước ngọt từ thượng nguồn

Trong những năm tới khi chưa xây dựng các cống như trên thì nguồn ngọt không thể đưa xuống vùng phía Nam của tỉnh Cà Mau, nên hệ sinh thái ngọt chủ yếu là vùng Bắc

Cà Mau và Quản Lộ - Phụng Hiệp Các tiểu vùng thuộc vùng Nam Cà Mau sẽ thiếu nguồn ngọt Do đó phương hướng bố trí hệ thống thủy lợi là: xây dựng từng ô bao vừa

có hệ thống kiểm soát nguồn nước, tuy nhiên từng tiểu vùng có điều chỉnh phạm vi và

vị trí công trình cho phù hợp với hiện trạng Song song với bố trí hệ thống công trình thủy lợi, ta phải có một cơ chế vận hành hợp lý Theo phương án này tập trung xây dựng các ô bao từng tiểu vùng đồng thời có cơ chế vận hành hệ thống công trình hợp

lý nhằm rửa mặn, tiêu phèn cải tạo đất do bị tái nhiễm mặn trong những năm qua, mới

bố trí được mô hình luân canh lúa tôm Hiện tại, tỉnh Cà Mau đã xây dựng các công trình thủy lợi khép kín các ô nhỏ trong các tiểu vùng lớn Hạ tầng cho 1 Ô thủy lợi khép kín bao gồm cống, đập, đê, trạm bơm, kênh mương…, mỗi ô có diện tích từ 250 -

500 hecta sẽ tạo điều kiện điều tiết nguồn nước, kiểm soát nguồn nước, kiểm soát dịch bệnh Hiện tại các công trình trong hạ tầng ô thuỷ lợi chưa được chuẩn hoá nên việc chuẩn bị đầu tư cho các ô thuỷ lợi mất khá nhiều thời gian nên chậm phát huy hiệu quả Việc xây dựng các ô thuỷ lợi phục vụ sản xuất trong vòng 5-10 năm tới không mâu thuẫn với qui hoạch trong tương lai khi 23 tiểu vùng được khép kín

13

1.2 Tổng quan về cửa van [8]

1.2.1 Giới thiệu chung

Việt Nam là một nước có đường bờ biển dài và gắn với nó là một dải đồng bằng ven biển có diện tích rất lớn, tuy có những thuận lợi đất đai phì nhiêu, có nguồn nước để phát triển kinh tế Nhưng đồng bằng ven biển cũng có những bất lợi cần phải khắc phục:

- Bất lợi lớn nhất ở đây là thường xuyên bị nước mặn từ biển xâm nhập gây khó khăn cho sản xuất nông nghiệp và tác hại cho đời sống sinh hoạt của người dân Nhiều cánh đồng lúa và các cây trồng khác năng suất thấp do đất bị xâm nhập mặn, hoặc cây trồng

bị chết do mặn tràn vào

- Bất lợi thứ hai là một số vùng ở đồng bằng ven biển vào mùa kiệt không đủ nước ngọt phục vụ cho sản xuất và đời sống, vì nước ngọt từ thượng nguồn về bị giảm mạnh không đủ khả năng đẩy mặn, nên mặn xâm nhập sâu càng gây thiếu nước ngọt trầm trọng

- Bất lợi thứ ba là đồng bằng ven biển có nhiều vùng trũng đất thấp thường xuyên bị úng ngập nên bị chua phèn, và mùa mưa thường bị lũ gây ngập sâu dài ngày

- Bất lợi thứ thứ tư là đồng bằng Sông Cửu Long đang được quy hoạch thành các tiểu vùng, các ô thủy lợi phát triển thủy sản nhưng chưa thống nhất quy mô kết cấu để ứng dụng nhanh vào thực tiễn

Trước những vấn đề lớn cần phải khắc phục để biến điều kiện đất đai của nước ta thành một thế mạnh thực sự làm bệ phóng đưa đất nước vươn lên phát triển thì Đảng

và nhà nước đã chủ trương xây dựng hàng loạt các cống ngăn mặn giữ ngọt ở tất cả các dải đồng bằng ven biển Đến lúc này một vấn đề mới đặt ra là làm sao phát triển

công nghệ cửa van hoạt động phù hợp với nhiệm vụ đặt ra mà suất đầu tư cũng như kinh phí hoạt động là thấp nhất phù hợp với hiện trạng kinh tế của Việt Nam Thời điểm ấy chính là lúc hàng loạt các loại cửa van đã được nghiên cứu chế tạo và áp dụng lắp đặt cho các cống ngăn mặn giữ ngọt, gạn phèn tiêu úng

Thép cacbon: lượng cacbon C < 1,7% Không có các thành phần hợp kim khác Chia

ra thép các bon thấp, lượng cacbon C từ 0,09 ÷0,22%, là thép xây dựng chủ yếu; thép cacbon vừa lượng cacbon C từ 0,25 ÷ 0,5% dùng cho chế tạo cơ khí; thép cacbon cao lượng cacbon C từ 0,6% là thép dụng cụ Theo cách đặt tên của Liên Xô cũ thép cacbon thấp có các số hiệu CT0, BCT2, BCT3, BCT4 theo thứ tự từ ít đến nhiều cacbon Chữ B là chỉ nhóm thép được đảm bảo về cơ tính và thành phần hoá học Thép hợp kim: Thép hợp kim thấp với tỷ lệ các nguyên tố hợp kim dưới 2,5% là thép xây dựng; thép hợp kim vừa và thép hợp kim cao sử dụng làm thép dùng cho chế tạo

cơ khí và dụng cụ Theo cách đặt tên của Liên Xô cũ thì hai số đầu chỉ phần vạn cacbon; chữ cái Nga chỉ tên các thành phần hợp kim: măng gan Γ, silic C, crôm X, niken H, đồng Ä, vanadi φ, bor P, môlipđen M, titan T, nhôm IO, nitơ A; con số sau chỉ lượng phần trăm (làm tròn) khi quá 1%

1.2.2.2 Vật liệu cao su làm kín nước

Để đảm bảo kín nước không chảy qua khe hở giữa phần động cửa van và phần tĩnh bố trí bộ phận bịt kín khe hở bằng cao su kín nước Một số hệ thống cửa van bố trí các lớp cửa van chồng lên nhau, cửa van kết hợp với cửa phụ thì khe hở giữa cửa van với cửa van và cửa phụ được bố trí cao su kín nước Kết cấu của bộ phận vật đệm kín nước cơ bản gồm 03 bộ phận:

- Chi tiết đệm kín nước;

- Mặt tỳ của đệm kín nước;

- Bộ phận bắt kín nước lên cửa van

15

Ngoài nhiệm vụ chính và quan trọng là đảm bảo kín nước thì vật đệm kín nước còn có nhiệm vụ trực tiếp đó là làm một gối tựa đàn hồi của cửa van Điều đó làm giảm bớt mức chịu lực chấn động cho cửa van và giữ cho cửa van ở một vị trí làm việc nhất định

Vật đệm kín nước cửa van cần đảm bảo các yêu cầu chính như sau:

- Phải có khả năng kín nước cao;

- Đơn giản về kết cấu;

- Có khả năng điều chỉnh;

- Thuận tiện cho quá trình sửa chữa và thay thế;

- Có tuổi thọ tương ứng với tuổi thọ đã định của công trình;

- Có hình dáng thủy lực tốt để loại trừ khả năng phát sinh chấn động và phá hoại do xâm thực các bộ phận cửa van;

- Có hệ số ma sát trượt nhỏ nhất với các vật liệu đã chọn;

- Có giá thành hợp lý

1.2.2.3 Vật liệu mới

Hiện nay một số loại vật liệu mới đã được nghiêm cứu và ứng dụng vào trong chế tạo cửa van để nâng cao tuổi thọ đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ cho các công trình ở những nơi có những yêu cầu đặc biệt Một số vật liệu mới:

- Vật liệu cửa van bê tông;

- Vật liệu Polyme (nhựa tổng hợp);

- Vật liệu composite;

- Một số loại vật liệu khác

Những trường hợp ăn mòn cơ bản trong cửa van thường gặp được chia làm hai loại chính:

- Ăn mòn hóa học: Quá trình ăn mòn gây ra bởi phản ứng hóa học của vật liệu cửa van với môi trường xung quanh

- Ăn mòn điện hóa: Là quá trình ăn mòn vật liệu cửa van trong môi trường chất điện giải, những dạng ăn mòn điện hóa cơ bản bao gồm

+ Ăn mòn điện hóa trong nước ngọt;

+ Ăn mòn điện hóa trong nước biển;

17

- Vật liệu bê tông cốt sợi;

- Vật liệu thép không rỉ;

- Vật liệu nhựa tổng hợp, composite;

- Phối kết hợp các loại vật liệu

1.2.2.5 Thiết bị đóng mở cửa van

a Đặc điểm thiết bị đóng mở

- Phải phù hợp với loại kết cấu, quỹ đạo chuyển động, tải trọng nâng hạ, môi trường khắc nghiệt nắng gió ẩm ướt và các điều kiện cụ thể của từng công trình thủy lợi, thủy điện

- Tải trọng tác động lên thiết bị đóng mở biến thiên rất phức tạp theo độ đóng mở của cửa van

- Đôi khi lực đóng cửa van còn lớn hơn lực mở cửa van, do vậy có nhiều trường hợp đòi hỏi phải có lực đóng mở được cả hai chiều

- Không làm việc thường xuyên mà chỉ đóng mở khi cần thiết, thời gian làm việc ngắn, thời gian nghỉ dài điều đó dẽ dẫn đến han rỉ, hoạt động không trơn tru

- Vị trí đặt máy thường không bằng phẳng, rất dễ gây ra sai số khi lắp ráp, gây ra lực đóng mở lớn ngoài khả năng đã tính toán

- Nhiệm vụ của thiết bị đóng mở cửa van thực hiện nhiều mục đích khác nhau:

+ Trong quá trình vận hành cửa van, chúng làm nhiệm vụ đóng mở cửa theo yêu cầu; + Trong quá trình sửa chữa công trình, chúng có thể kết hợp làm nhiệm vụ thả và kéo phai

b M ột số loại thiết bị đóng mở thông dụng

- Thiết bị đóng mở bằng dây mềm: Cáp và xích

18

+ Tời kéo bao gồm cả tời điện và tời tay, loại này có thể dùng một tang hoặc hai tang cuốn cáp, đặt cố định trên giàn công tác để đóng mở trực tiếp Thường sử dụng cho cửa van có khả năng tự đóng do trọng lượng bản thân của cửa

+ Pa lăng: có thể cáp hoặc xích dùng để nâng hạ phai, lắp ráp, sửa chữa thiết bị

+ Cầu trục, cổng trục, cần trục dùng kết hợp đóng mở nhiều van lắp ráp sửa chữa các thiết bị cơ điện trên công trình

- Thiết bị đóng mở kiểu me - đai ốc (máy vít):

Có hai loại chạy điện và quay tay Cùng kiểu kết cấu cứng này còn có loại thiết bị đóng mở kiểu bánh răng thanh răng Thường chỉ dùng cho cửa van phẳng đặt cố định trên đỉnh cửa van để đóng mở trực tiếp

- Thiết bị đóng mở kiểu xi lanh thủy lực

1.2.3 Phân tích lựa chọn vật liệu chế tạo cửa

1.2.3.1 Cửa van chế tạo bằng thép

Cửa van chế tạo bằng thép mạ và thép không gỉ đã được sử dụng và trở thành truyền thống trong nước cũng như trên thế giới

a Ưu điểm:

Kết cấu chế tạo dễ dàng, có tính mỹ thuật cao;

Đã được nghiên cứu ứng dụng đại trà trong thực tế, nhiều kinh nghiệm thiết kế và chế tạo

b Nhược điểm:

Giá thành cao hơn từ 5 đến 10 lần so với cửa van chế tạo bằng bê tông;

Đối với cửa van bằng thép thường mạ chống gỉ khó khăn trong công tác kiểm soát chất lượng Dễ bị bong tróc lớp mạ và bị hư hỏng trong quá trình vận hành do ăn mòn hóa học

19

1.2.3.2 Cửa van chế tạo bằng bê tông cốt thép thường

Việc nghiên cứu chế tạo cửa van bằng bê tông cốt thép đã được thực hiện trong thực tế nhiều công trình trước đây Các kết cấu cửa van đều làm việc trong môi trường nước, chiều dày lớp bảo vệ cốt thép tối thiểu là 3cm tính tới mép ngoài thép chủ Như vậy thông thường bản mặt cửa van được chế tạo sẽ ≥15cm về mặt cấu tạo, về mặt chịu lực tùy thuộc vào khẩu độ, chênh lệch mực nước mà chiều dày cửa van sẽ được thiết kế tăng thêm cho phù hợp

a Nguyên lý và các c ửa van bê tông thực tế tại Việt Nam

Cửa van bằng bê tông cốt thép thường thiết kế dạng hình hộp có sườn phía trong, mặt bản bê tông cốt thép dày 8-:-10 cm Dầm biên trục quay để lắp cối trên, cối dưới và dầm biên để gắn khóa đều được thiết kế bê tông cốt thép đặc Mác bê tông cửa van thường lấy 300 và dùng phụ gia hóa dẻo để tăng cường độ bê tông

Hình 1 - 3: Cấu tạo cửa bê tông cốt thép

- Nguyên lý hoạt động:Dựa trên nguyên lý lệch trục của cửa, trọng lượng cửa lúc này phân ra thành hai thành phần lực là G.cosθ và G.sinθ trong đó thành phần G.sinθ có

20

tác dụng kéo cửa về vị trí đóng Và chênh lệch mực nước thượng hạ lưu tạo ra áp lực đẩy cửa mở ra

Hình 1 - 4: Nguyên lý hoạt động

- Ưu điểm: Cửa hoạt động hoàn toàn tự động không cần tới sự điều khiển của con

người và các loại thiết bị cơ điện hỗ trợ đóng mở, nhờ vậy phạm vi ứng dụng của loại cửa này tương đối rộng kể cả ở những vùng chưa có mạng lưới điện

- Nhược điểm: Cửa chỉ chế tạo với loại có khẩu độ nhỏ, thông thường là loại cửa có

khẩu độ nhỏ hơn 10m, điều tiết mực nước theo một chiều Trong những điều kiện nhất định do yêu cầu sản xuất cần thiết phải đóng mở cưỡng bức thì cửa tự động loại này không thể thực hiện đươc Đây chính là nhược điểm lớn nhất đối với loại cửa dạng này

- Ứng dụng: Cửa van làm việc một chiều áp dụng cho những vùng chỉ ngăn triều giữ

ngọt, không có triều ngọt để lấy, hoặc không lấy mặn, thường ứng dụng ở các cống miền Trung Một số công trình sử dụng cửa van tự động một chiều dạng cánh cửa

Bình thường cửa vận hành tự động theo mực nước Trường hợp cần bảo dưỡng, sửa

chữa thì kéo cửa bằng hệ thống các vít đai ốc trên giàn kéo bằng BTCT

Cống Diễn Thành – Nghệ An

Hình 1 - 6: Cống Diễn Thành – Nghệ An

- Hệ thống cửa van cống Diễn Thành gồm 10 cửa van bê tông, cánh cửa đóng mở tự động thủy lực một chiều, có bố trí vít để vận hành khóa chốt (bằng thủ công) Mỗi cửa van có kích thước 3,61m x 5m Cửa van cửa thông thuyền có kích thước 5,3 x 5m, đóng mở bằng vòi

22

- Nhiệm vụ: Ngăn mặn, giữ ngọt tạo nguồn cấp nước tưới cho 15.000ha khu vực thượng lưu thuộc địa bàn 2 huyện Diễn Châu và Yên Thành với tần suất đảm bảo p=90% Tiêu thoát nước trong mùa lũ, giảm chậm tiêu đảm bảo sản xuất an toàn cho 2

vụ sản xuất đông xuân và hè thu vùng Diễn Châu, Yên Thành Tăng cường và đảm bảo khả năng thông thuyền, giao thông thủy qua cống

b Ưu điểm:

Bê tông cốt thép thường là loại vật liệu thông dụng, giá thành rẻ ứng dụng đại trà

Đã có nghiên cứu chế tạo cửa van bằng bê tông thường và ứng dụng vào thực tế nên có nhiều kinh nghiệm có thể kế thừa

c Nhược điểm:

Kết cấu có dạng thô, nặng nề, trọng lượng cửa van lớn, khó khăn trong lắp đặt vận hành và bảo trì

Vật liệu bê tông cốt thép kém bền khi làm việc trong môi trường nước mặn và kiềm

1.2.3.3 Cửa van chế tạo bằng bê tông cốt sợi

Dựa trên những thành tựu trong nghiên cứu vật liệu mới trong thời gian gần đây mà ý tưởng lựa chọn vật liệu chế tạo cửa van bằng BTCS với bản mặt mỏng trở nên khả thi

Chưa có thiết kế và ứng dụng dạng cửa van BTCS trong thực tế nên thiếu kinh nghiệm

kế thừa từ nghiên cứu trước đó

23

1.2.3.4 Kết luận:

Từ việc phân tích ưu nhược điểm các loại vật liệu dùng chế tạo cửa van có thể đưa đến kết luận lựa chọn vật liệu BTCS làm vật liệu chế tạo bề mặt cửa van và bê tông cốt thép làm hệ thống khung dầm cửa van nhằm mang lại hiệu quả về kinh tế cũng như đảm bảo kĩ thuật trong khuôn khổ cống đầu mối các ô thủy lợi

1.3 Tổng quan về bê tông cốt sợi [1]

1.3.1 Khái niệm cơ bản về bê tông cốt sợi

Bê tông cốt sợi (BTCS) là loại vật liệu composite trong đó phần vật liệu nền là bê tông

vô cơ, phần vật liệu cốt là các loại sợi nhỏ Sự có mặt của cốt sợi làm cho BTCS có khả năng chống lại sự co ngót và nứt trong quá trình rắn chắc và làm việc, đồng thời làm tăng cường độ kéo, uốn và nâng cao độ dẻo dai

Do có các đặc tính ưu việt hơn so với bê tông thường, BTCS sẽ trở thành loại vật liệu tiến tiến trong xây dựng và được ứng dụng cho những công trình chất lượng cao như: kết cấu đường băng sân bay, cầu cảng, nhà vòm, nhà cao tầng, nhà công nghiệp, gia cố đường hầm xuyên núi, kết cấu chống nổ, bể bơi, xi lô chứa vật liệu Sử dụng BTCS trong xây dựng sẽ tiết kiệm không gian, tiết kiệm cốt thép, giảm nhẹ kết cấu móng và tạo ra nhiều giải pháp kết cấu mới mà ở bê tông thường sẽ không thực hiện được Các sợi ngắn, gián đoạn thường được dùng trong BTCS, vì vậy liên kết sợi với các thành phần của bê tông là không liên tục Các đặc điểm hình học khác như là tỉ lệ chiều dài/đường kính, thể tích sợi, hướng và các kỹ thuật chế tạo, có ảnh hưởng lớn tới các tính chất của bê tông Vai trò của sợi chủ yếu là tăng tính dai cho bê tông bằng cách ngăn chặn các vết nứt gãy ngay từ ban đầu, tức là nó làm chậm lại sự lan truyền đứt gãy qua các phần tử đá xi măng giòn, tạo ra từng cấp truyền nứt gãy chậm riêng biệt Vì vậy, cường độ chịu kéo cũng như biến dạng cuối cùng của bê tông được tăng lên nhiều lần so với bê tông thường

1.3.2 Các ứng dụng trên thế giới

Hiện nay BTCS đã được đưa vào ứng dụng tại nhiều công trình trên thế giới:

24

- BTCS thép có thể ứng dụng để chế tạo sàn công nghiệp, tấm sàn lớn trên nền đất Đến năm 1983, chỉ riêng ở Mỹ có đến 22 dự án xây dựng đường băng sân bay được hoàn thành Trong khi đó ở châu Âu chỉ riêng năm 1990 đã có 1,9 triệu m2 sàn công nghiệp được thi công bằng BTCS thép Tại Denver, Mỹ năm 1984 đã sử dụng 42.000m2 BTCST để thay thế mặt thượng lưu của đập Barr Lake được xây từ năm

1909

- BTCS thủy tinh được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế Trong nông nghiệp, BTCS thủy tinh được sử dụng để chế tạo máng ăn, chuồng trại chăn nuôi Trong xây dựng, BTCS thủy tinh sử dụng để chế tạo sản phẩm dạng tấm, dầm, thay thế sợi amiăng trong sản xuất tấm lợp, tấm ngăn lửa, các chi tiết chống cháy, tấm cách nhiệt và rất nhiều ứng dụng khác

- BTCS tổng hợp có thể ứng dụng cho kết cấu đổ tại chỗ như thi công sàn trên nền đất, thi công mặt đường, thi công lớp bọc đường hầm hay cho các kết cấu đúc sẵn như chế tạo panel tường bao, tấm, vòm, vỏ

- BTCS tự nhiên được ứng dụng khá phổ biến dưới dạng vật liệu tấm mỏng Ở Châu Phi BTCS từ xơ dừa được dùng để đúc ngói lợp, chế tạo tấm sóng, đường ống, bể chứa nước, chứa ga, silô chứa vật liệu rời Ở Zambia BTCS sử dụng cỏ voi được dùng trong xây dựng nhà giá thấp Sợi dừa được sử dụng trong composite xi măng để chế tạo cấu kiện bao che, cách âm và cách nhiệt

- BTCS polypropylene được ứng dụng rộng rãi để chế tạo các sản phẩm dạng tấm, các sản phẩm BTCS dạng vữa thâm nhập và nhiều loại sản phẩm đúc sẵn cũng như đổ tại chỗ khác BTCS polypropylene siêu mảnh với lượng dùng 0,9 kg/m3 được sử dụng để xây dựng 18.600m2mặt đường bãi đỗ xe tải hạng nặng ở Mobile, Alabama

Việc sử dụng cốt sợi trong thành phần bê tông đã làm xuất hiện một loại hình bê tông mới gọi là BTCS chất lượng cao Có thể nói đây là loại bê tông đã kết hợp được tất cả các đặc điểm tốt nhất của bê tông với cốt sợi: nó vừa có cường độ cao, vừa chịu kéo, uốn, cắt rất tốt Đồng thời cường độ chống va đập, chống lại tác dụng của tải trọng động, chống mỏi đều tăng lên so với bê tông chất lượng cao khi không có cốt sợi Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã tập trung nghiên cứu loại bê tông mới này để thi

25

công nhiều công trình như đường giao thông, các cây cầu nhịp lớn, các tòa nhà cao tầng, công trình vách mỏng

1.3.3 Các ứng dụng tại Việt Nam

Một số trường đại học, trung tâm nghiên cứu ở Việt nam cũng đã nghiên cứu về BTCS như Trường Đại học xây dựng, Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng, Trường Đại học kỹ thuật thành phố HCM, nhưng kết quả còn nhiều hạn chế chưa ứng dụng được nhiều Các nghiên cứu về BTCS ở trường Đại học xây dựng trong những năm

1982 đến 1987 là sử dụng sợi amiăng để làm tấm lợp, tới năm 1999 đã tiến hành nghiên cứu BTCS thủy tinh và sợi polypropylen, năm 2000 đã tiến hành nghiên cứu BTCS kim loại Trường Đại học kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu về bê tông sử dụng cốt sợi xơ dừa để làm tấm lắp ghép xây nhà ở đồng bằng sông Cửu Long Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng đã có những nghiên cứu vật liệu composite nền xi măng cốt sợi thực vật để chế tạo các sản phẩm xây dựng nhà ở nông thôn và miền núi vào cuối thập kỷ 80 Tuy nhiên, vấn đề độ bền lâu của sợi thực vật trong môi trường kiềm của đá xi măng vẫn chưa giải quyết được triệt để nên loại vật liệu composite này còn nhiều hạn chế trong sử dụng Năm 1998, Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng triển khai nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng vật liệu composite nền xi măng cốt sợi thép phân tán" mang mã số RD-44 và đã ứng dụng sửa chữa một số công trình như các vết nứt ở đường băng sân bay Nội Bài, gia cố nền đất bể bơi thị xã Hà Giang Tuy nhiên, việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng BTCS còn ít và chưa có hệ thống Do đó, việc nghiên cứu và sử dụng BTCS ở nước ta là một đòi hỏi cần thiết và cấp bách cần được tiến hành đầy đủ và đồng bộ

Ứng dụng BTCS với phạm vi công nghiệp đầu tiên ở Việt Nam đó là công trình hầm xuyên đèo Hải Vân Tại đây đã sử dụng công nghệ phun bắn để tạo lớp gia cố từ BTCS thép và một số công trình nhỏ lẻ khác tại các công trình sân bay, cầu cảng, các công trình quân sự Trong quá trình xây dựng sân vận động Quốc gia Mỹ Đình để chống thấm và chống nứt cho mặt bậc đã ứng dụng BTCS polypropylene, tuy nhiên kết quả đạt được còn hạn chế

26

1.4 Kết luận chương 1

Tác giả đã tổng quan về thực tiễn quy hoạch các Ô thủy lợi Cà Mau (diện tích 250 ÷

400 ha), trong quy hoạch các tiểu vùng lớn 5.000-10.000 ha, khẳng định được tính linh hoạt của Ô thủy lợi trong sản xuất

Tác giả đã tổng quan một số loại cửa van ở Việt Nam, thấy rằng cửa van bê tông trước đây mặc dù bền, rẻ nhưng khá nặng Tác giả cũng tổng quan về loại vật liêu BTCS dự kiến dùng để thay thế cho bê tông thường trong thiết kế và chế tạo cửa van để giảm chiều dày, giảm trọng lượng cửa van Hướng tới đề xuất kết cấu cửa van BTCS nhẹ, bền, rẻ

27

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG

PHÁP TÍNH TOÁN CỬA VAN BÊ TÔNG CỐT SỢI

2.1 Đặt vấn đề

Để khép kín Ô thủy lợi, cần xây dựng đê bao, cống đầu mối lấy nước, xả nước vào Ô, cống lấy nước vào ao tôm, trạm bơm,… ở Cà Mau và các tỉnh ĐBSCL có hàng ngàn Ô thủy lợi cần khép kín, mà nguồn vốn lại hạn chế nên yêu cầu cửa van áp dụng vào Ô thủy lợi phải nhẹ, rẻ và bền

Trong phạm vi luận văn này, tác giả đi sâu vào nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu và cửa van BTCS trong cống đầu mối với nhiệm vụ điều tiết, kiểm soát nguồn nước, kiểm soát dịch bệnh Là tiền đề để cơ sở hạn tầng Ô thủy lợi phát triển mạnh mẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao

2.2 Đặc điểm của bê tông chất lượng cao [4]

2.2.1 Ưu điểm của bê tông chất lượng cao

Với đặc thù cấu trúc hạt nhỏ khá đồng nhất và rất đặc chắc, nên bê tông có các chỉ tiêu

cơ lý vượt trội so với bê tông thường như: cường độ cao, độ bền dẻo dai cao, chống thấm tốt, độ bền lâu dài… Điều này cho phép khi thiết kế cùng một khả năng chịu lực, kết cấu có tiết diện nhỏ hơn, nên lượng dùng vật liệu ít hơn, tải trọng bản thân kết cấu

giảm hơn

Bê tông có khả năng ứng dụng có hiệu quả cho tất cả các kết cấu trong công trình Đặc biệt có hiệu quả khi sử dụng cho kết cấu nhịp lớn, chịu tải trọng cao,… cũng như phát huy hiệu quả tốt, khi sử dụng cho các công trình chịu tác động xâm thực mạnh như: công trình biển, thủy công,…

2.2.2 Nhược điểm của bê tông chất lượng cao

Là loại bê tông tương đối mới với ngành công nghiệp xây dựng với các tiêu chuẩn thiết kế, tính toán, tài liệu hướng dẫn sử dụng chưa được thống nhất Do vậy cho đến

28

nay, ứng dụng về loại vật liệu này vẫn còn hạn chế, chủ yếu là các dự án thử nghiệm Việc thiết kế kết cấu chưa được tối ưu và hiệu quả, kết quả là chi phí ban đầu cao so với bê tông thường

Bên cạnh đó, còn có một khó khăn khác khi sử dụng là yêu cầu rất cao về chất lượng vật liệu đầu vào, do vậy loại bê tông này phù hợp hơn cho các kết cấu đúc sẵn được sản xuất trong nhà máy hơn là dùng trực tiếp tại hiện trường

2.2.3.2 Phụ gia siêu dẻo:

Số lượng dùng CKD rất lớn và tỷ lệ N/CKD rất thấp, mà hỗn hợp bê tông đòi hỏi độ chảy cao, Do đó, phụ gia siêu dẻo với lượng dùng lớn được sử dụng Tuy nhiên không nên sử dụng quá lớn do có thể ảnh hưởng đến tính công tác và thời gian đông kết của

bê tông

2.2.3.3 Phụ gia khoáng:

Hiện nay, trên thế giới có nhiều nghiên cứu về PGK sử dụng trong bê tông, các PGK hoạt tính mịn có thể giúp cải thiện chất lượng của bê tông nhờ các hiệu ứng vật lý như: nâng cao độ đặc chắc, cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông… hoặc các hiệu ứng hóa học thông qua các phản ứng pozolanic giữa PGK và sản phẩm thủy hóa của xi măng Bên cạnh đó, việc sử dụng đồng thời PGK và PGSD có thể giảm tỷ lệ N/CKD xuống rất thấp Kết quả tạo ra sản phẩm có cấu trúc đặc chắc cao, độ rỗng rất nhỏ, tính

29

cơ lý rất cao Việc thay thế một phần xi măng bằng PGK hoạt tính sẽ đem lại hiệu quả cao về kinh tế, kỹ thuật và môi trường Thông thường PGK hoạt tính được lựa chọn bao gồm: Silica fume (SF), tro bay (FA), xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn (GBFS), tro trấu (RHA), meta cao lanh (MK)…

Silica fume: đây là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất silic hoặc hợp kim ferosilic được ngưng tụ từ khói thải nên chứa các hạt ooxxit silic có kích thước rất nhỏ, cỡ micromet, hàm lượng SiO2 trên 85% SF là hạt hình cầu có đường kính hạt từ 0,03-0,3µm, nhỏ hơn đường kính trung bình của hạt xi măng 100 lần Ảnh hưởng có lợi của

SF đối với các tính chất của bê tông được tạo bởi 3 hiệu ứng chính: điền đầy các khoảng trống giữa các hạt có kích thước lớn hơn để tăng độ lèn chặt cho hỗn hợp hạt, đóng vai trò của các chất bôi trơn để cải thiện tính công tác cho hỗn hợp vữa, bê tông

và có khả năng tác dụng các Ca(OH)2 để tạo thành các sản phẩm bền C-S-H Tùy thuộc vào laoij xi măng và tỷ lện N/CKD mà SF thường được sử dụng hàm lượng từ 10-30% theo khối lượng xi măng

Tro bay: Các nghiên cứu cho thấy FA để thay thế một phần xi măng hoặc SF Khi sử dụng SF thì cường độ bê tông ở tuổi ban đầu rất thấp, cường độ tăng ở tuổi dài ngày Các kết quả cho thấy việc sử dụng FA giảm lượng cần nước, tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông, ở điều kiện dưỡng hộ nhiệt ẩm có thể sử dụng 30%FA kết hợp với

SF để chế tạo bê tông cường độ cao Nhược điểm của FA là kiểm soát kích thước hạt, thành phần hóa, khoáng sẽ ảnh hưởng tới tính công tác, lượng nước yêu cầu và cường

độ của bê tông

2.2.3.4 Cốt sợi

Cốt sợi được sử dụng để tăng liên kết giữa các thành phần cấu trúc, tăng cường độ uốn, chống nứt và tăng độ bền dẻo dai của bê tông

2.3 Ưu điểm của cốt sợi đối với bê tông [1],[2],[3],[4]

Sợi được phân bố không liên tục và ngẫu nhiên trong xi măng cả ở vùng chịu nén và chịu kéo của kết cấu Chúng có thể nâng cao độ cứng và điều chỉnh vết nứt thông qua

Bảng 2 - 1: Thuộc tính của các loại sợi khác nhau

Loại sợi Đường kính

Khối lượng riêng

Cường độ chịu kéo

Môđun đàn hồi

Độ dãn dài tương đối

Asbeslos 0.0015-0.02 3.2 0.6 - 1.0 83 - 138 1.0 - 2 Cotton, sợi TN 0.2-0.6 1.5 0.4 - 0.7 4.8 3.0 - 10

Thuỷ tinh 0.005-0.15 2.5 1.0 - 2.6 70 - 80 1.5 - 3.5 Graphite (cacbon) 0.008 - 0.009 1.9 1.0 - 2.6 230 - 415 0.5-1.0 Kevlar 0.01 1.45 3.5 - 3.6 65 - 133 2.1 - 4.0 Nylon 0.02-0.4 1.1 0.76 - 0.82 4.1 16.0 - 20 Polyester 0.02-0.4 1.4 0.72 - 0.86 8.3 11.0 - 13 Polypropylene 0.02-0.4 0.95 0.55 - 0.76 3.5 15-25

Rock wool 0.01-0.8 2.7 0.5 - 0.76 0.6 0.5-0.7

31

Vật liệu cốt sợi có những tính năng vượt trội về cường độ, khả năng chống ăn mòn dùng để thay thế một phần hoặc toàn bộ cốt thép trong các cấu kiện, công trình xây dựng đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng

Bảng 2 - 2: Các thông số của một số loại cốt sợi thép

Kiểu thép Chiều dài Kích thước

mặt cắt

Tỉ số Cường độ

vật liệu, MPa

Kiểu néo kích thước

Thép lưới F41 Dây dài 4mm, tấm 100mm

Mô hình làm việc của sợi: Sợi hoạt động ở hai quy mô trong quá trình nứt của pha hồ