Nghiên cứu giải pháp kết cấu hợp lý cho thân cống vùng triều trên nền đất yếu khu vực tỉnh bến tre

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự phấn đấu nổ lực của bản thân và dưới sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp, luận văn: ’’Nghiên cứu giải pháp kết

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự phấn đấu nổ lực của bản thân và dưới sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp, luận văn: ’’Nghiên cứu giải pháp kết cấu hợp lý cho thân cống vùng triều trên nền đất yếu’’đã được hoàn thành

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến toàn thể thầy giáo, cô giáo trường Đai học Thủy lợi, khoa Sau đại học, khoa Công trình trường Đại học Thủy lợi đã tận tâm giảng dạy tác giả trong suốt quá trình học tập tại trường

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Vũ Hoàng Hưng, PGS.TS Nguyễn Quang Hùng đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trong thời gian tác giả làm luận văn

Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo cùng tập thể Cơ

sở 2 trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt trong suốt thời gian tác giả học tập và làm luận văn

Tác giả xin cảm ơn sự giúp đỡ đến toàn thể thầy giáo, cô giáo bộ môn Kết cấu công trình trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ tận tình trong thời gian tác giả làm luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình đã khích lệ, động viên,

hỗ trợ và tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban giám đốc công ty Cổ phần

Tư vấn Xây dựng Bến Tre, cô, chú, anh, chị, em đồng nghiệp công ty tạo điều kiện và giúp đỡ kinh nghiệm cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

TÁC GIẢ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BẢN CAM KẾT

Tôi xin cam kết tất cả các nghiên cứu trong luận văn này là kết quả nghiên cứu của tôi thực hiện trong khoá học cao học tại Trường Đại học Thuỷ lợi dưới sự hướng dẫn nghiên cứu khoa học của TS Vũ Hoàng Hưng và PGS.TS Nguyễn Quang Hùng Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về lời cam kết của mình./

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 12 năm 2014

Học viên

Nguyễn Viết Toàn

MỤC LỤC

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 Kết quả dự kiến đạt được 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CỐNG VÙNG TRIỀU 3

1.1 Khái quát về cống vùng triều 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Phân loại 3

1.1.3 Phạm vi ứng dụng 5

1.1.4 Tình hình xây dựng cống vùng triều trên thế giới và Việt Nam 5

1.2 Các hình thức kết cấu cống vùng triều đã được xây dựng 15

1.2.1 Cống lộ thiên BTCT truyền thống 15

1.2.2 Cống ngầm BTCT truyền thống 17

1.2.3 Cống đập trụ đỡ 18

1.2.4 Cống đập trụ phao 19

1.2.5 Cống đập xà lan 20

1.3 Vấn đề nghiên cứu của luận văn 21

1.3.1 Đặt vấn đề 21

1.3.2 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu thân cống 21

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU THÂN CỐNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 23

2.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực đồng bằng sông Cửu Long 23

2.1.1 Đặc điểm chung 23

2.1.2 Điều kiện địa chất nền 27

2.2 Đề xuất giải pháp kết cấu cống phù hợp 29

2.2.1 Hình thức kết cấu 29

2.2.2 Phương pháp tính toán 29

2.3 Giải pháp tính toán kết cấu thân cống hợp lý cho đất nền yếu 62

2.3.1 Giới thiệu phần mềm phân tích kết cấu SAP2000 62

2.3.2 Đề xuất phạm vi áp dụng 65

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG CẦU VÁN – HUYỆN BÌNH ĐẠI – TỈNH BẾN TRE 68

3.1 Giới thiệu công trình 68

3.1.1 Quy mô công trình 68

3.1.2 Số liệu tính toán 68

3.1.3 Trường hợp tính toán kiểm tra 72

3.1.4 Tải trọng tính toán 72

3.2 Phân tích kết cấu cống theo bài toán không gian bằng phần mềm SAP2000 74

3.2.1 Mô tả kết cấu thân cống 74

3.2.2 Mô hình hóa kết cấu cống 75

3.2.3 Phân tích kết cấu cống 81

3.2.4 Đánh giá kết quả 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 : Đập Hollandse Ijssel barrier 6

Hình 1- 2 : Công trình Lower – Rhine 7

Hình 1 - 3 : Đập chắn sóng bão Hartel – Hà Lan 8

Hình 1 - 4 :Đập Sông Thame ( Anh) 8

Hình 1 - 5 : Đập Ems - Đức 9

Hình 1 - 6 : Cống Ba Lai 11

Hình 1 - 7 : Tổng thể công trình ngăn mặn, giữ ngọt Thảo long 11

Hình 1 - 8 : Cống Láng Thé 12

Hình 1 - 9 : Cống kênh 284 13

Hình 1 - 10 : Cắt ngang cống truyền thống với cửa van phẳng tự động đóng mở 15

Hình 1 - 11 : Cắt dọc cống truyền thống cửa van phẳng tự động đóng mở 15

Hình 1 - 12 : Cắt ngang cống truyền thống với cửa van cung 15

Hình 1 - 13 : Cắt dọc cống truyền thống với cửa van cung 16

Hình 1 - 14 : Kết cấu cống tròn 17

Hình 1 - 15 : Cống hộp hình chữ nhật 17

Hình 1 - 16 : Kết cấu cống đập trụ đỡ 18

Hình 1 - 17 : Kết cấu cống đập trụ phao 19

Hình 1 - 18 : Kết cấu cống đập xà lan 20

Hình 2 - 1 : Bản đồ đồng bằng Sông Cửu Long 24

Hình 2 - 2 : Sơ đồ tính kết cấu thân cống vùng triều trong luận văn 32

Hình 2 - 3 : Áp lực đất tác dụng lên trụ biên 34

Hình 2 - 4 : Áp lực đất tác dụng lên trụ biên 35

Hình 2 - 5 : Áp lực nước tác dụng lên khe cửa khi vận hành đóng cửa giữ nước 36

Hình 2 - 6 : Áp lực nước tác dụng lên khe cửa khi vận hành đóng cửa ngăn triều 36

Hình 2-7 : Mặt cắt cấu kiện chịu uốn 40

Hình 2- 8 : Sức kháng trước và sức kháng bên của cọc chịu lực ngang 55

Hình 2-9 : Sơ đồ tính hệ số nền 57

Hình 2-10 : Quan hệ giữa phản lực và chuyển vị của đất xung quanh cọc 58

Hình 2-11 : Xác định modun phản lực nền 59

Hình 2-12 : Các đường đồng ứng suất 62

Hình 2-13 : Phần mềm SAP 2000 63

Hình 2-14 : Thư viện mẫu một số dạng kết cấu thông dụng nhất 63

Hình 2-15: Hệ thanh trong SAP 2000 65

Hình 2-16 : Hệ tấm trong SAP 2000 65

Hình 3-1 : Chi tiết cắt dọc kết cấu thân cống 74

Hình 3-2 : Chi tiết mặt bằng kết cấu thân cống 75

Hình 3-3 : Thân cống được mô hình hóa bằng phần tử khối 77

Hình 3-4 : Thân cống được mô hình hóa bằng phần tử khối 78

Hình 3-5 : Thân cống được mô hình hóa bằng phần tử khối và vỏ 78

Hình 3-6 : Thân cống được mô hình hóa bằng phần tử vỏ 78

Hình 3-7 : Sơ đồ áp lực đất (ALD) 81

Hình 3-8 : Sơ đồ áp lực nước ngầm (ALNn) 81

Hình 3-9 : Sơ đồ lực do dàn van (DV) và cầu giao thông (CGT) 81

Hình 3-10 : Sơ đồ lực tính toán khi đóng cửa trữ nước 82

Hình 3-11 : Sơ đồ áp lực cửa van vào khe van khi đóng van trữ nước (CV-1) 82

Hình 3-12 : Sơ đồ áp lực nước khi đóng van trữ nước (ALNcl-1) 83

Hình 3-13 : Sơ đồ lực thấm tác dụng vào bản đáy (ALNt1) 83

Hình 3-14 : Sơ đồ lực đẩy nổi tác dụng vào bản đáy (ALNđn1) 83

Hình 3-15 : Phổ mầu mômen M22 của bản đáy và tường bên cống do TH1 84

Hình 3-16 : Biểu đồ nội lực của cọc 85

Hình 3-17 : Phổ mầu chuyển vị cống do TH1* 85

Hình 3-18 – Phổ mầu ứng suất S22 của bản đáy và tường bên do TH1* 86

Hình 3-19 :Sơ đồ lực tính toán khi đóng cửa ngăn triều 87

Hình 3-20 : Sơ đồ áp lực cửa van vào khe van khi đóng van trữ nước (CV-2) 87

Hình 3-21 : Sơ đồ áp lực nước khi đóng van ngăn triều (ALNcl-2) 88

Hình 3-22 : Sơ đồ lực thấm tác dụng vào bản đáy (ALNt2) 88

Hình 3-23 : Sơ đồ lực đẩy nổi tác dụng vào bản đáy (ALNđn2) 88

Hình 3-24 – Phổ mầu mômen M22 của bản đáy và tường bên cống do TH2 89

Hình 3-25 – Biểu đồ nội lực của cọc 90

Hình 3-26 – Phổ mầu chuyển vị cống do TH2* 90

Hình 3-27 – Phổ mầu ứng suất S22 của bản đáy và tường bên do TH2* 91

Hình 3-28 : Sơ đồ lực tính toán khi đắp đê quai sửa chữa cống 92

Hình 3-29 : Phổ mầu mômen M22 của bản đáy và tường bên cống do TH3 92

Hình 3-30 : Biểu đồ nội lực của cọc 93

Hình 3-31 : Phổ mầu chuyển vị cống do TH3* 94

Hình 3-32 : Phổ mầu ứng suất S22 của tường bên do TH3* 94

Hình 3-33 – Sơ đồ lực tính toán trong giai đoạn thi công 95

Hình 3-34 : Sơ đồ áp lực đất (ALD1) 95

Hình 3-35 : Sơ đồ áp lực đất (ALD2) 96

Hình 3-36 : Sơ đồ áp lực nước ngầm (ALNn) 96

Hình 3-37 : Sơ đồ lực do cầu giao thông (CGT1) 96

Hình 3-38 : Phổ mầu mômen M22 của bản đáy và tường bên cống do TH4 97

Hình 3-39 : Biểu đồ nội lực của cọc 98

Hình 3-40 : Phổ mầu mômen M22 của bản đáy và tường bên cống do TH4* 98

Hình 3-41 : Biểu đồ nội lực của cọc 99

Hình 3-42 – Sơ đồ lực tính toán trong giai đoạn thi công dùng hệ thanh chống 100

Hình 3-43 : Phổ mầu mômen M22 của bản đáy và tường bên cống do TH5 101

Hình 3-44 : Biểu đồ nội lực của cọc 102

Hình 3-45 : Phổ mầu mômen M22 của bản đáy và tường bên cống do TH5* 102

Hình 3-46 : Biểu đồ nội lực của cọc 103

Hình 3-47 : Lực chống lớn nhất thanh trên phía hạ lưu 106

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 - 1: Một số cống ngăn mặn ở tỉnh Bến Tre 14

Bảng 2-1 : Bảng kiểm tra địa chất một số công trình trên tỉnh Bến Tre 29

Bảng 2-1 : Hệ số đảm bảo k n 38

Bảng 2-2 : Hệ số tổ hợp tải trọng n c 38

Bảng 2-3 : Phân cấp công trình cống 39

Bảng 2-4 : Hệ số điều kiện làm việc m a 39

Bảng 2-5 : Hệ số điều kiện làm việc m b2 39

Bảng 2-6 : Hệ số điều kiện làm việc m b 40

Bảng 2-7 : Cường độ chịu nén R n , cường độ chịu kéo R k , mô đun đàn hồi E của bê tông (kG/cm²) 40

Bảng 2-8 : Bảng giá trị ξ tính cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo lệch tâmr 41

Bảng 2-9 : Bảng tra các hệ số A, B, D theo ϕ 49

Bảng 2-10 : Cường độ tiêu chuẩn đất dưới mũi cọc q p 50

Bảng 2-11 : Cường độ tiêu chuẩn các lớp đất tại mặt bên cọc f i 51

Bảng 2-12 : Bảng tra hệ số nền theo K.X Zavriev 54

Bảng 2-13 : Bảng tra k h theo J.E.Bowles dùng cho mó ng cọc 54

Bảng 3 - 1 : Các trường hợp sử dụng nước trong quá trình vận hành 69

Bảng 3-2 :Số liệu về địa chất nền cống Cầu Ván - huyện Bình Đại - tỉnh Bến Tre 70

Bảng 3-3 : Hệ số lệch tải n 73

Bảng 3-4 : Tổ hợp lực tính toán 74

Bảng 3-5 : Bảng kết quả tính độ cứng của lò xo gán vào cọc trong mô hình kết cấu thân cống trong SAP2000 80

Bảng 3-6 :Nội lực một số phần tử bản đáy và tường bên cống do TH1 84

Bảng 3-7 :Chuyển vị thân cống do tổ hợp tải trọng TH1* 86

Bảng 3-8 : Ứng suất trong bản đáy và tường bên do tổ hợp tải trọng TH1* 86

Bảng 3-9 : Nội lực một số phần tử bản đáy và tường bên cống do TH2 89

Bảng 3-10 : Chuyển vị thân cống do tổ hợp tải trọng TH2* 91

Bảng 3-11 : Ứng suất trong bản đáy và tường bên do tổ hợpTH2* 91

Bảng 3-12 :Nội lực một số phần tử bản đáy và tường bên cống do TH3 93

Bảng 3-13 :Chuyển vị thân cống do tổ hợp tải trọng TH3* 94

Bảng 3-14 : Ứng suất trong bản đáy và tường bên do tổ hợp tải trọng TH3* 94

Bảng 3-15 :Nội lực một số phần tử bản đáy và tường bên cống do TH4 97

Bảng 3-16 :Nội lực một số phần tử bản đáy và tường bên cống do TH4* 99

Bảng 3-17 :Nội lực một số phần tử bản đáy và tường bên cống do TH5 101

B ảng 3-18 :Nội lực một số phần tử bản đáy và tường bên cống do TH5* 103

Bảng 3-19 : Bảng kiểm tra sự phù hợp tiết diện lựa chọn với nội lực tính toán kết cấu thân cống 104

Bảng 3-20 : Bảng kết quả kiểm tra khả năng chịu cắt của kết cấu 105

Bảng 3-21 : Bảng kết quả kiểm tra nứt của kết cấu 106

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

việc giảm khối lượng vật liệu Điều này làm giảm giá thành cho công trình, mang lại nhiều lợi ít cho Nhà đầu tư

Trong thực tế, kết cấu thân cống vùng triều trên nền đất yếu thường được thiết kế dựa theo các Quy phạm, Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành Các tiêu chuẩn mặc dù được xây dựng trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm nhưng chưa phản ánh hết điều kiện tự nhiên nơi xây dựng công trình, nên phương pháp này thường phải chấp nhận tốn kém vật liệu và mặt cắt thiết kế chưa ở dạng hợp lý nhất Ngoài ra, một nguyên nhân nữa dẫn đến hệ quả bài toán của nhà thiết kế hiện nay là chi phí thiết kế tỷ lệ thuận với giá trị xây lắp Để mang lại lợi ích cho Nhà thiết kế thì hệ số an toàn công trình được nâng cao điều này gây thất thoát cho Nhà đầu tư Vì vậy bài toán kết cấu công trình nói chung và kết cấu thân cống vùng triều trên nền đất yếu nói riêng mang tính chất cấp thiết, nhất là trong giai đoạn hiện nay khi công trình loại này rất nhiều, nhất là khu vực Tỉnh Bến Tre

Thực tế cho thấy, bài toán kết cấu hợp lý đã có từ lâu nhưng thường chỉ áp dụng cho công trình dân dụng, kết cấu thép, kết cấu áo đường, công

triều trên nền đất yếu Không chỉ ở Việt Nam mà các nước có nền xây dụng công trình thủy lợi phát triển như Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản,…cũng

ít khi tìm thấy tài liệu hoặc công trình nghiên cứu giải pháp kết cấu hợp lý thân cống vùng triều trên nền đất yếu

2 Mục đích của Đề tài

Đề xuất giải pháp và xây dựng phương pháp tính toán kết cấu hợp lý thân cống vùng triều trên nền đất yếu khu vực tỉnh Bến Tre

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Dựa trên các loại hình kết cấu cống đã được áp dụng hiện nay ở khu vực Tỉnh Bến Tre, đánh giá ưu nhược điểm và kiến nghị giải pháp kết cấu thân cống phù hợp

Từ số liệu điều tra công trình cống Cầu Ván, qua tài liệu tham khảo cùng với sự hỗ trợ của phần mềm chuyên dụng SAP 2000, Excel, Auto CAD, phân tích, tính toán và đề xuất kích thước cống hợp lý

4 Kết quả dự kiến đạt được

Đưa ra giải pháp kết cấu thân cống hợp lý nhất ở khu vực tỉnh Bến Tre

Xây dựng phương pháp tính toán kết cấu để đưa ra mặt cắt kết cấu hợp lý về kinh tế và kỹ thuật

Áp dụng cho công trình cống Cầu Ván - huyện Bình Đại - tỉnh Bến Tre

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CỐNG VÙNG TRIỀU 1.1 Khái quát về cống vùng triều

1.1.1 Khái niệm

Cống vùng triều là một loại công trình thủy làm nhiệm vụ kiểm soát khống chế mực nước và điều tiết nước phục vụ nhiều mục đích khác nhau Cống nằm ở vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều lên xuống theo một chu kỳ thời gian phụ thuộc biến chuyển thủy văn Sự thay đổi lên xuống phụ thuộc vào lực hấp dẫn từ mặt Trăng (phần chủ yếu) và từ các thiên thể khác như mặt Trời (phần nhỏ) tại một điểm bất kỳ trên bề mặt Trái Đất trong khi Trái Đất quay đã tạo nên hiện tượng nước lớn (triều lên) và nước ròng (triều xuống) vào những khoảng thời gian nhất định trong một ngày

1.1.2 Phân loại

Có hai hình thức cống dùng phổ biến cho vùng triều là cống lộ thiên

và cống ngầm

1.1.2.1 Cống lộ thiên (cống hở)

lượng và khống chế mực nước nhằm đáp ứng các yêu cầu cấp nước, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt, ngăn mặn Đây là hình thức cống phổ biến nhất của cống vùng triều Theo nhiệm vụ và mục đích sử dụng được chia thành những loại sau đây :

Cống lấy nước : được xây dựng để lấy nước từ sông, kênh hoặc từ

hồ chứa phục vụ các yêu cầu dùng nước;

Cống điều tiết : xây dựng trên sông, kênh để dâng cao mực nước

tạo điều kiện lấy nước cho các công trình phía thượng lưu;

Cống tiêu : dùng tháo nước, chống úng cho một vùng nhất định trên

một hệ thống, bên cạnh nhiệm vụ tiêu, cống còn đảm nhận các nhiệm vụ khác;

Cống phân lũ : dùng để tháo một phần lưu lượng về mùa lũ của

một con sông sang hướng khác, hoặc tập trung nước phân lũ vào một vùng nhất định nhằm hạ thấp đỉnh lũ ở sông chính;

Cống ngăn triều : xây dựng ở cửa sông ven biển, chịu ảnh hưởng

trực tiếp của thủy triều Ở một thời kỳ nhất định, khi thủy triều dâng, cống mở

để các công trình lấy nước ngọt vào đồng (do triều đẩy dồn lên) Khi triều rút vào mùa lũ, lợi dụng chân triều thấp mở cống tháo tiêu nước từ đồng ra Vào mùa khô cống đóng để ngăn triều giữ ngọt Ngoài ra cống còn có tác dụng thay đổi nước trong đồng nhằm tháo chua rửa mặn;

Cống tháo cát : để tháo rửa bùn cát lắng đọng phía trước các công

trình dâng và điều tiết nước

1.1.2.2 Cống ngầm

Là một công trình thủy lợi thường được đặt dưới mặt đê, mặt đập dùng vào việc cấp nước, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt, ngăn mặn Đây cũng là một hình thức cống dùng khá phổ biến của vùng triều Một số loại cống ngầm dùng phổ biến hiện nay:

Theo vật liệu xây dựng : có các loại cống ngầm bằng sành, bằng bê

tông, bê tông cốt thép và ống kim loại, ống nhựa Trong thực tế xây dựng sử dụng phổ biến nhất là cống bằng bê tông cốt thép và kim loại, chỉ trong trường hợp cột nước thấp mới sử dụng cống bằng sành, bằng bê tông và ống nhựa;

Theo hình thức kết cấu : có các loại cống tròn, cống hộp, cống

vòm;

Theo cách bố trí : cống ngầm đặt trực tiếp trên nền, cống ngầm đặt

trong hành lang bằng bê tông cốt thép Cách bố trí thứ nhất tương đối kinh tế nhưng kiểm tra sửa chữa khó khăn nếu khớp nối giữa hai đoạn ống làm việc không tốt để nước rò rỉ sẽ ảnh hưởng an toàn của đập Khi tháo nước với lưu lượng rất lớn, tại các chỗ nối tiếp hoặc các kẽ nứt sẽ hình thành chân không,

có thể hút hết các hạt đất ở thân đập vào cống và làm đập bị trụt lún Vì vậy, chỉ trong trường hợp nến đá tốt mới dùng và thường đặt mốt phần hoặc toàn

bộ đường ống ở trong nền;

The o hình thức lấy nước, thoát nước và ngăn nước

a Lấy nước theo kiểu đặt van khống chế ở hạ lưu hoặc thượng lưu

b Lấy nước theo kiểu cửa kéo nghiêng

Theo biện pháp thi công

a Cống thi công tại chổ

b Cống được chế tạo hoặc đúc sẵn thi công lắp ghép

1.1.3 Phạm vi ứng dụng

Cống vùng triều được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt ở Nước ta, nơi

có đường bờ biển dài và nhiều hệ thống sông ngòi thông ra biển trãi dài từ Bắc chí Nam

Tùy vào công năng sử dụng, quy hoạch xây dựng (thủy lợi, giao thông, hạ tầng kỹ thuật,…) và điều kiện tự nhiên (vị trí địa lý, địa hình, địa chất, thủy văn,…) mà sẽ lựa chọn hình thức và kết cống cho phù hợp

1.1.4 Tình hình xây dựng cống vùng triều trên thế giới và Việt Nam 1.1.1.4 Đặc điểm chung

Sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước là một vấn đề đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm Đặc biệt trong khi tương lai sắp tới các hiện tượng thời tiết cực đoan có xu hướng tăng về tần suất và mạnh về cường

độ, trong đó nổi lên vấn đề xâm nhập mặn, nước biển dâng sẽ gây khó khăn

cho sản xuất nông nghiệp, cung cấp nước sạch và làm suy thoái tài nguyên đất

và nước Các dạng thiên tai sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới sinh mạng và đời sống của ngưới dân

1.1.4.2 Một số công trình trên Thế giới

[1] Đập chắn sóng Hollandse Ijsel – Hà Lan :

Công trình được khởi công xây dựng trên sông Hollandse IJsel nối Rotterdam với biển bắc, khởi công năm 1954 và hoàn thành đưa vào sử dụng năm 1958 Vị trí xây dựng công trình trên đoạn sông rộng 250m Đập gồm 3 trụ tạo thành 1 khoang rộng 80m và 1 âu thuyền rộng 24m dài 120m.Trên trụ

là 4 tháp bố trí thiết bị đóng mở cao 45m Hai cửa van phẳng rộng 81,2m cao 11,5m nặng hơn 635 tấn được vận chuyển ra vị trí lắp đặt bằng tàu kéo Công trình này có 2 cửa và đóng mở lần lượt để đảm bảo an toàn khi có sự cố Cửa van âu thuyền nặng 60 tấn

Hình 1-1 : Đập Hollandse Ijssel barrier

Các kết cấu BTCT gồm trụ ngưỡng được thi công tại chỗ trong khung vây tường thép Nền móng của công trình được gia cố thêm bằng cọc đóng sâu vào nền công trình

[2] Công trình Lower – Rhine:

Công trình Lower – Rhine của Hà lan được xây dựng trên sông

đập chắn nước để phát điện và phục vụ giao thông thủy Trên sông Rhine còn

có hai công trình có kết cấu tương tự được xây dựng tại Amerongen và Hagestein

vào năm 1970

Hình 1- 2 : Công trình Lower – Rhine

[3] Đập chắn sóng bão Hartel – Hà Lan:

Công trình được xây dựng trên kênh Hartel để chống nước dâng do bão, khánh thành năm 1996 Công trình gồm 2 khoang thông nước, điều tiết nước bằng của van phẳng Cửa lớn rộng tới 98m cao 9,3m Cửa nhỏ rộng

0,2 m để nước vẫn qua lại được

Hình 1 - 3 : Đập chắn sóng bão Hartel – Hà Lan

[4] Đập sông Thame – Anh:

Hình 1 - 4 :Đập Sông Thame ( Anh)

Để chống lại sóng và triều cường từ biển Bắc đổ vào sông Thames khi có bão, năm 1974 các kỹ sư người Anh đã triển khai thiết kế và thi công công trình ngăn sông Thames Hoàn thành và đưa vào sử dụng năm 1982 Đập chắn sóng sông Thames được xây dựng tại Woolwich cách thủ đô 17 km

Công trình này có chiều rộng tổng cộng 520m gồm 4 khoang 61m, 6 khoang 31,5m, cửa van cao hơn 20m, cửa van được hàn kín tạo thành hộp phao nên nước có thể được cho vào khi đóng của và ra khi nâng cửa lên

[5] Đập chắn sóng Ems – Đức:

Công trình được xây dựng trên sông Ems từ năm 1999 đến năm

2002 Công trình gồm 7 khoang thông nước Cửa thông thuyền lớn nhất rộng 60m bố trí cửa van trụ xoay (Rotary segmentgate) Hai cửa hai bên khoang

Châu Âu

Hình 1 - 5 : Đập Ems - Đức

bình và có hệ thống sông ngòi khá dày đặc nhưng hiệu quả sử dụng nước còn chưa cao bởi nhiều nguyên nhân khác nhau Trong đó, một phần khá lớn lượng nước ngọt bị lãng phí do đổ tự do ra biển theo các cửa sông Trong điều kiện khí hậu toàn cầu biến đổi bất lợi và thảm phủ rừng bị suy thoái, nguồn nước ngọt từ thượng nguồn chảy về đồng bằng ngày càng giảm, tình trạng thiếu nước ngọt đã và đang xảy ra ở các vùng châu thổ

Các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long chịu tác đông trực tiếp của thủy triều, mặn xâm nhập sâu Hiện tại diện tích đất nông nghiệp bị mặn xâm nhập (có nồng độ khoảng 4g/l) là rất lớn, chiều dài xâm nhập trên các sông chính nhiều nơi lên đến 40Km Thời gian qua, các tỉnh này trong đó có Bến Tre đã và sẽ chịu những tác động bất lợi do biến đổi khí hậu gây ra

Để chuẩn bị và kịp thời đối phó với tác động bất lợi kể trên thì phải đầu tư một khối lượng lớn hệ thống công trình ngăn sông, hệ thống đê bao ven biển ở hạ lưu các sông nên cần rất nhiều tài lực, vật lực và nhân lực Trong đó, chiếm một tỷ trọng không nhỏ là các công trình cống làm nhiệm vụ ngăn triều, ngăn mặn, điều tiết nước, tiêu thoát nước, …

1.1.4.3 Một số công trình ở Việt Nam

- Chiều dài thân cống : 16,0m

- Cao trình đỉnh trụ pin : + 3,0m

- Cao độ dạ cầu : +5,50m

lưu : 17,50m Hố phòng xói thượng lưu có cao độ : -6,0m, phòng xói hạ lưu : -7,0m

rộng đáy kênh dẫn : 107,6m, cao độ đáy kênh -4,0m, mái kênh dẫn m = 3,0

- Xử lý nền cống bằng cọc BTCT 35x35cm

- Cửa van tự động kiểu chữ nhất bằng thép không gỉ, cao độ đỉnh cửa : +3,0m, H=7,2m

Hình 1 - 6 : Cống Ba Lai

[2] Cống Thảo Long (Thừa Thiên Huế)

Hình 1 - 7 : Tổng thể công trình ngăn mặn, giữ ngọt Thảo long

Cống Thảo Long (Thừa Thiên Huế) ngăn cửa sông Hương có quy

mô lớn nhất nước ta hiện nay Bxh=485x4m, gồm 15 khoang cửa mỗi khoang rộng 31,5m, cửa van Clape trục dưới điều khiển bằng xi lanh thủy lực, nhịp

cầu 33m, mặt cầu 10m, H30-XB80, chênh lệch mực nước 1,2m; giá thành 160

tỷ, giảm 70 tỷ so với phương án truyền thống

[3] Cống Láng Thé (Trà Vinh)

Hình 1 - 8 : Cống Láng Thé

van tự động hai chiều

- Chiều rộng thông nước : 100,0m

- Chiều dài thân cống : 17,0m

- Cao độ dạ cầu : +5,50m

- Cầu ô tô trên cống : H18-X80, B=7,0m

- Tiêu năng hai chiều, chiều dài bể tiêu năng thượng lưu : 21,2m, hạ lưu : 15,0m Hố phòng xói thượng, hạ lưu có cao độ : -6,50m

rộng đáy kênh dẫn : 125m, cao độ đáy kênh -4,5m, mái kênh dẫn m = 3,0

- Cửa van tự động kiểu chữ nhất bằng thép không rỉ, cao độ đỉnh cửa : +3,0m, H=7.5m

[4] Cống Kênh 284 (Kiên Giang)

Hình 1 - 9 : Cống kênh 284

van tự động hai chiều

- Cao trình ngưỡng : -2,50m

- Kích thước cửa : nxBxH = 1x(5x4,5m)

- Cao độ dạ cầu : +2,2m

- Cầu ô tô trên cống : H13, B=3,5m

lưu : 12m Hố phòng xói thượng, hạ lưu có cao độ : -3,50m

- Kênh dẫn thượng lưu dài 70m, kênh dẫn hạ lưu dài 350m, bề rộng đáy kênh dẫn : 6,0m, cao độ đáy kênh -2,5m, mái kênh dẫn m = 1,5

- Cửa van tự động kiểu chữ nhất bằng thép không rỉ, cao độ đỉnh cửa : +2,0m, H=4,5m

Theo số liệu thống kê, các công trình cống ngăn mặn do Nhà nước đầu tư xây dựng ở tỉnh Bến Tre :

TT Tên cống Địa điểm xây dựng Số cửa, chiều rộng thông nước (m) trình Cao

ngưỡng

Thời gian xây dựng Vốn đầu tư (triệu đ)

thống Hiện nay, Ban chiến lược & Phát triển Công nghệ Thuỷ lợi - Viện Khoa học Thuỷ lợi do GS.TS Trương Đình Dụ chủ trì đã nghiên cứu đề xuất hai công nghệ ngăn sông mới là đập trụ đỡ và đập xà lan Những công nghệ này thích hợp cho việc xây dựng các công trình ngăn sông lớn, lòng sông rộng

và sâu, đất nền mềm yếu và có những ưu điểm vượt trội hơn công nghệ truyền thống

1.2 Các hình thức kết cấu cống vùng triều đã được xây dựng

1.2.1 Cống lộ thiên BTCT truyền thống

Hình 1 - 10 : Cắt ngang cống truyền thống với cửa van phẳng tự động đóng mở

Hình 1 - 11 : Cắt dọc cống truyền thống cửa van phẳng tự động đóng mở

Hình 1 - 12 : Cắt ngang cống truyền thống với cửa van cung

-6.00 -4.30

Hình 1 - 13 : Cắt dọc cống truyền thống với cửa van cung

Ưu điểm:

- Quản lý vận hành và duy tu sửa chữa công trình thuận lợi;

lớn, vùng ven biển;

ứng dụng, tích lũy kinh nghiệm trong các giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công, vận hành khai thác sử dụng và duy tu bảo quản

Nhược điểm:

- Thời gian thi công dài do biện pháp thi công làm khô hố móng;

suất tác dụng lên nền lớn hơn khả năng chịu tải của nền, do đó phải đóng cọc

bê tông cốt thép khá sâu;

- Diện tích mặt bằng thi công xây dựng cống lớn dẫn đến công tác đền

bù giải phóng mặt bằng, tái định cư phức tạp, khó khăn và tốn kém ảnh hưởng không nhỏ đến tiến độ xây dựng, đôi khi làm mất tính khả thi của dự án

1.2.2 Cống ngầm BTCT truyền thống

PHÍA ĐỒ NG PHÍA SÔ NG

Hình 1 - 14 : Kết cấu cống trịn

Hình 1 - 15 : Cống hộp hình chữ nhật

Ưu điểm:

cơng, vật liệu xây dựng cống cĩ ở mọi nơi, giá thành rẻ;

đặt trở nên đơn giãn và chất lượng

Nhược điểm:

- Thời gian thi cơng do biện pháp thi cơng làm khơ hố mĩng;

khơng tốt cơng trình dễ bị sụp lún do các hạt đất bị nước qua thân cống cuốn ra gây bọng lớp đất quanh khớp nối

Để khắc phục những hạn chế cho cống công nghệ truyền thống vì phải tốn kém trong công tác đền bù giải phóng mặt bằng, tái định cư; đòi hỏi nguồn kinh phí đầu tư rất lớn do phải thi công trên khô, một số công nghệ làm cống mới đã được nghiên cứu Dưới đây là một số kết cấu cống cải tiến đã được ứng dụng có hiệu quả ở Việt Nam

1.2.3 Cống đập trụ đỡ

Hình 1 - 16 : Kết cấu cống đập trụ đỡ

Ưu điểm:

truyền thống như : thi công giữa lòng sông (không phải dẫn dòng thi công)

giảm diện tích mất đất và chi phí đền bù giải phóng mặt bằng…

Nhược điểm:

khung vây cọc ván thép giữa lòng sông, kỹ thuật thi công rất phức tạp phụ thuộc rất lớn đến thời tiết khí hậu và thủy văn dòng chảy trên sông;

- Thi công lắp ghép các hạng mục công trình dưới nước hạn chế độ

Nhược điểm:

- Đối với công trình ngăn sông lớn, do yêu cầu mở rộng khẩu độ cống, cột nước sâu và chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cao nên kết cấu trụ pin là rất lớn, chi phí cao;

lắp đặt

chật hẹp, không phải dẫn dòng thi công do chế tạo tại một địa điểm khác, di chuyển đến vị trí thi công hạ chìm vào vị trí;

Đập xà lan nếu dùng cửa van Clape trục dưới thì rẻ hơn cửa tự động 25%

Nhược điểm:

nước thấp; điều kiện địa chất thuận lợi (tại những vùng, mà đất có chỉ tiêu về lực dính thích hợp);

- Việc giám sát chất lượng khó khăn;

- Phụ thuộc vào đường thủy lai dắt từ bãi chế tạo đến công trường lắp đặt

1.3 Vấn đề nghiên cứu của luận văn

1.3.1 Đặt vấn đề

Với điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn của tỉnh Bến Tre, này trong khu vực chịu ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng của nước biển dâng và xâm nhập mặn do tác động của biến đổi khí hậu

Trong tình hình hiện nay, để kịp thời ứng phó với biến đổi khí hậu Việc đầu tư xây dựng các tuyến đê biển, đê bao ven các sông và các công trình cống trên các tuyến đê là vấn đề cấp thiết mà Nhà nước và Nhân dân tỉnh Bến Tre đã và đang thực hiện

Nhằm giãm gánh nặng về vốn đầu tư xây dựng công trình đã có nhiều công trình nghiên cứu về mặt cắt đê hợp lý cho khu vực này Vấn đề đặt

ra ở đây là nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu thân cống hợp lý cho khu vực này đó cũng là nội dung nghiên cứu của luận văn

1.3.2 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu thân cống

Khu vực tỉnh Bến Tre với mạng lưới sông ngòi dày đặc, biên độ triều dao động lớn Đánh giá ưu, nhược điểm của các hình thức kết cấu cống vùng triều kết hợp với kinh nghiệm khảo sát, thiết kế và thi công các công trình cống tại khu vực này thì chưa có công trình cống nào áp dụng công nghệ mới, kể cả những công trình vừa mới triển khai gần đây như : cống Định Trung, cống Sơn Đốc 2, đều sử dụng công nghệ truyền thống

Thực tế cũng cho thấy công nghệ cống truyền thống này rất thích hợp với khu vực tỉnh Bến Tre Nó sẽ còn áp dụng rất nhiều cho các công trình cống sau này Để mang lại nhiều lợi ích cho Nhà đầu tư việc Nghiên cứu chọn giải pháp kết cấu hợp lý thân cống vùng triều theo công nghệ truyền thống là hướng đi đúng đắn và mang lại hiệu quả thiết thực

Do nội dung nói trên quá lớn, nên để giảm bớt khối lượng luận văn

sẽ không đi sâu vào nghiên cứu địa chất yếu mà chấp nhận cống làm việc trên nền đã xử lý bằng cọc BTCT Đây cũng là cách xử lý phổ biến và khá hợp lý đối với công trình cống vùng triều trên nền đất yếu ở khu vực đồng bằng Sông Cửu Long nói chung và tỉnh Bến Tre nói riêng

Kết luận chương 1

Qua khái quát về tình hình xây dựng các công trình cống trong và ngoài nước kết hợp với các kết cấu cống vùng triều đã được xây dụng ở nước

ta từ xưa đến nay cùng với đánh giá ưu, nhược điểm của từng loại kết cấu

Xuất phát từ thực tiễn và điều kiện tự nhiên của khu vực Qua phân tích đã định hướng được vấn đề cần nghiên cứu

Trong nội dung tiếp theo luận văn đi sâu vào phân tích và nghiên cứu một số nội dung sau:

- Đề xuất hình thức kết cấu thân cống phù hợp cho khu vự tỉnh Bến Tre và xây dựng phương pháp tính toán

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU

THÂN CỐNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 2.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực đồng bằng sông Cửu Long

2.1.1 Đặc điểm chung

Sông Mêkông chảy qua lãnh thổ Việt Nam chia ra hai nhánh sông Tiền và sông Hậu rồi đổ ra biển Đông Theo chín cửa gồm : Cửa Tiểu, Cửa Đại, Ba Lai, Hàm Luông, Cổ Chiên, Cung Hầu, Định An, Ba Thắc, Trần Đê (riêng Ba Lai đã có hệ thống cống đập Ba Lai ngăn lại, Ba Thắc đã bị bồi lấp)

đã hình thành một vùng đồng bằng châu thổ rộng lớn một phần của nó là đồng bằng sông Cửu Long

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL)với diện tích là 40.548,2 km²

Có vị trí nằm liền kề với vùng Đông Nam Bộ, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam là Biển Đông Vùng bao gồm các tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, An Giang, Đồng Tháp, Hậu Giang

Nằm ở phần cuối của bán đảo Đông Dương, liền kề với vùng kinh tế trọng điểm phía Nam nên vùng có mối quan hệ hai chiều rất chặt chẽ và quan trọng Nằm giáp với Campuchia và cùng chung sông Mê Kông là điều kiện giao lưu hợp tác với các nước trên bán đảo Nằm ở vùng tận cùng Tây Nam của Tổ quốc có bờ biển dài 73,2 km và nhiều đảo, quần đảo như Thổ Chu, Phú Quốc là vùng đặc quyền kinh tế giáp biển Đông và vịnh Thái Lan

Vùng nằm trong khu vực có đường giao thông hàng hải và hàng không quốc tế giữa Nam á và Đông Nam á cũng như với châu Úc và các quần đảo khác trong Thái Bình Dương Vị trí này rất quan trọng trong giao lưu quốc tế

Hình 2 - 1 : Bản đồ đồng bằng Sông Cửu Long

Địa hình:

Vùng đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam được hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển; qua từng giai đoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc theo bờ biển Những hoạt động hỗn hợp của sông và biển đã hình thành những vạt đất phù sa phì nhiêu dọc theo đê ven sông lẫn dọc theo một số giồng cát ven biển

và đất phèn trên trầm tích đầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ

bằng sông Cửu Long có địa hình bằng phẳng hầu hết có cao độ trung bình từ 0,7-1,2 m Dọc theo biên giới Campuchia cao hơn với cao độ từ 2,0-4,0 m, sau đó thấp dần xuống trung tâm đồng bằng với cao độ 0,8-1,2 m và chỉ còn

Khí hậu:

Nền khí hậu nhiệt đới ẩm với tính chất cận xích đạo thể hiện rõ rệt

Có hai mùa rõ rệt, mùa mưa tập trung từ tháng 5 - 11, lượng mưa chiếm tới 99% tổng lượng mưa của cả năm Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, hầu như không có mưa

Có thể nói các yếu tố khí hậu của vùng thích hợp cho các sinh vật sinh trưởng và phát triển, là tiền đề cho việc thâm canh, tăng vụ

Đất đai:

Diện tích đất trong vùng bao gồm các nhóm đất sau:

+ Đất phù sa: Phân bố chủ yếu ở vùng ven và giữa hệ thống sống Tiền và sông Hậu, diện tích 1,2 triệu ha chiếm 29,7% diện tích đất tự nhiên toàn vùng và khoảng 1/3 diện tích đất phù sa của cả nước Nhóm đất này có

độ phì cao và cân đối, thích hợp đối với nhiều loại cây trồng lúa, cây ăn quả, màu, cây công nghiệp ngắn ngày;

+ Nhóm đất phèn: Phân bố ở vùng Đồng Tháp Mười và Hà Tiên, vùng trũng trung tâm bản đảo Cà Mau với tổng diện tích 1,2 triệu ha chiếm 40% diện tích toàn vùng Đất có hàm lượng độc tố cao, tính chất cơ lý yếu, nứt nẻ nhanh;

+ Nhóm đất xám: Diện tích trên 134.000 ha chiếm 3,4% diện tích toàn vùng Phân bố chủ yếu dọc biên giới Campuchia, trên các bậc thềm phù

sa cổ vùng Đồng Tháp Mười Đất nhẹ, tơi xốp, độ phì thấp, độc tố bình thường;

+ Ngoài ra còn có các nhóm đất khác như đất cát giông, than bùn, đất đỏ vàng, đất xói mòn… chiếm diện tích không đáng kể khoảng 0,9% diện tích toàn vùng;

+ Nhìn chung đất đai ở đây rất thuận lợi cho phát triển nông nghiệp, thích hợp trồng lúa, dừa, mía, dứa, cây ăn quả

Tài nguyên nước:

Tiền và sông Hậu tổng lượng nước sông Cửu Long là 500 tỷ mét khối Trong

đó sông Tiền chiếm 79% và sông Hậu chiếm 21% Chế độ thuỷ văn thay đổi theo mùa Mùa mưa nước sông lớn vào tháng 9, tháng 10 làm ngập các vùng trũng Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên Về mùa này, nước sông mang nhiều phù sa bồi đắp cho đồng bằng Về mùa khô, lượng nước giảm nhiều, làm cho thuỷ triều lấn sâu vào đồng bằng làm vùng đất ven biển bị nhiễm mặn nghiêm trọng

Chế độ nước ngầm khá phức tạp, phần lớn ở độ sâu 100 mét Nếu khai thác quá nhiều có thể làm nhiễm mặn trong vùng

Tài nguyên biển:

Chiều dài bờ biển 732 km với nhiều cửa sông và vịnh Biển trong vùng chứa đựng nhiều hải sản quí với trữ lượng cao: Tôm chiếm 50% trữ lượng tôm cả nước, cá nổi 20%, cá đáy 32%, ngoài ra còn có hải sản quí như đồi mồi, mực…

Trên biển có nhiều đảo, quần đảo có tiềm năng kinh tế cao như đảo Thổ Chu, Phú Quốc

Ven bờ là hệ thống rừng ngập mặn có giá trị về kinh tế và sinh thái với nhiều loại động vật, thực vật

Tài nguyên khoáng sản:

Trữ lượng khoáng sản không đáng kể Đá vôi phân bố ở Hà Tiên, Kiên Lương dạng núi vách đứng với trữ lượng 145 triệu tấn Phục vụ sản xuất

xi măng, vôi xây dựng; cát sỏi ở dọc sông Vàm Cỏ, sông Mê Kông trữ lượng khoảng 10 triệu mét khối; than bùn ở U Minh, Cần Thơ, Sóc Trăng, tứ giác Long Xuyên Ngoài ra còn các khoáng sản khác như đá, suối khoáng…

2.1.2 Điều kiện địa chất nền

Vùng ĐBSCL của Việt Nam được hình thành từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển; qua từng giai đoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc theo bờ biển Những hoạt động hỗn hợp của sông và biển đã hình thành những vạt đất phù sa phì nhiêu dọc theo đê ven sông lẫn dọc theo một số giồng cát ven biển và đất phèn trên trầm tích đầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác

phù sa sông Tiền, sông Hậu, đất than bùn, Glây- mùn, sét và cát Nhìn chung địa chất ờ vùng này đa phần là đất yếu

Đặc tính của đất yếu thường có độ ẩm cao và sức kháng cắt không thoát nước thấp Đất thuộc dạng cố kết bình thường và có khả năng thấm

nước thấp Mực nước ngầm trong nền đất thường nằm gần bề mặt, cách từ 0,5m đến 2,5m Một số trường hợp đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao và có cả lớp than bùn Đối với một vài loại đất, do lún thứ cấp chiếm từ 10-25% độ lún tổng cộng Trong một số khu vực của các thành phố, mặt cắt địa kỹ thuật cho thấy nền đất bao gồm các lớp đất với độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khác nhau

Đặc điểm của công trình thuỷ lợi nói chung khác với các công trình giao thông, xây dựng là ngoài chịu tải trọng đứng còn phải chịu tải trọng ngang, thành phần tải trọng ngang trong công trình thủy lợi thường rất lớn, phụ thuộc nhiều vào cột nước trước và sau công trình Trong khi đó thông thường các kết cấu nền móng chịu tải trọng đứng lớn hơn rất nhiều lần tải trọng ngang Đây là điều bất lợi nhất đối với các công trình thuỷ lợi vùng ĐBSCL phần lớn có địa chất nền mềm yếu, sông rộng và sâu Với điều kiện địa chất nền như trên việc xây dựng công trình nói chung và cống vùng triều nói riêng ở khu vực này sẽ ảnh hưởng nhiều đến kích thước bản đáy và hình thức kết cấu thân cống

Kiểm tra địa chất một số khu vực trên địa bàn tỉnh Bến Tre do Xí nghiệp khảo sát Xây dựng của Công ty Cổ phần Tư vấn Bến Tre thực hiện khoan thăm dò tại một số vị trí công trình như sau:

Kết quả báo cáo địa chất cho thấy:

trực tiếp đến sức kháng cắt)

Bảng 2-1 : Bảng kiểm tra địa chất một số công trình trên tỉnh Bến Tre

4 Trạm tăng áp Mỏ Cày Nam

(Xã Tân Hội, huyện Mỏ Cày Nam) 0.054 14.89 1.31

5 Trạm tăng áp Thạnh Phú

(Xã Mỹ Hưng, huyện Thạnh Phú) 0.04 11.45 1.04

6 Trụ sở phòng giao dịch Bình Đại

(Thị trấn Bình Đại, huyện Bình Đại) 0.042 23.94 1.02

7 Trung tâm y tế huyện Ba Tri

(Thị trấn Ba Tri, huyện Ba Tri) 0.044 17.64 1.21

(Xã Tân Bình, huyện Mỏ Cày Bắc) 0.01 67.54 2.95

2.2 Đề xuất giải pháp kết cấu cống phù hợp

2.2.1 Hình thức kết cấu

vách đứng đỡ nhà van đặt thiết bị đóng mở và cũng là mố đỡ cầu giao thông Kết cấu thân cống đặt trên cọc, chịu trọng lượng bản thân, chịu áp lực đất hai bên, áp lực nước, áp lực nước ngầm, cầu giao thông, xe cộ và người qua lại

2.2.2 Phương pháp tính toán

Tính toán kết cấu thân cống vùng triều có nhiều phương pháp tính

là :

- Phương pháp tính toán theo hệ phẳng;

Cả hai phương pháp này trong tính toán kết cấu đã sử dụng một số

kết cấu nên có thể coi kích thước của kết cấu sau biến dạng vẫn như kích thước trước biến dạng

1) Phương pháp tính toán theo hệ phẳng

Rời rạc kết cấu về các dạng kết cấu đơn giản như dạng sườn, vách, cột,…để áp dụng các công thức tính toán cơ bản của bài toán sức bền vật liệu như dầm cột hay các bài toán siêu tĩnh dạng khung dầm

Với phương pháp này không xét tổng thể toàn bộ kết cấu mà chỉ tính toán riêng rẽ từng bộ phận kết cấu, coi các bộ phận làm việc độc lập

+ Bản đáy: Tính như móng bè chịu phản lực của nền đất, nội dung tính toán bao gồm: tính toán nội lực trong bản, kiểm tra cường độ chịu uốn cắt, đâm thủng;

+ Bản sàn trên (nếu có): Tính như kết cấu sàn chịu tác động của tải trọng thực tế của công trình, liên kết các bản sàn này là các gối cứng tại các góc của giao 2 trụ biên;

+ Hệ tường ngang, dọc: Cắt 1m theo phương ngang hoặc phương dọc, tính toán như hệ khung siêu tĩnh làm việc đồng thời với nền, trong đó sàn đáy có sơ đồ là dầm được kê lên các gối cứng (vì đáy thân cống được liên kết với cọc);

tải trọng nén tại chân dầm, tường, áp lực đất, áp lực nước…

Phương pháp này có đơn giản, dễ kiểm soát Tuy nhiên có một nhược điểm lớn trong tính toán: kết cấu dầm dạng thân cống có dạng không gian gồm trụ biên, trụ pin (nếu có), sàn (nếu có) và đất nền làm việc cùng nhau, có tương tác qua lại nên việc tính toán riêng rẽ từng bộ phận là không chính xác

2) Phương pháp tính toán theo bài toán không gian

Kết cấu cống là một kết cấu không gian có hình dạng, điều kiện biên

và chịu tải trọng đều khá phức tạp, để giải bài toán này không thể thực hiện bằng phương pháp giải tích, mà phải dùng phương pháp số Một trong các phương pháp số hữu hiệu hiện nay là phương pháp phần tử hữu hạn giải theo chuyển vị (mô hình tương thích) và cũng không thể giải được nếu không có

sự trợ giúp của máy tính điện tử và các phần mềm chuyên dụng

Phương pháp này xây dựng trên nguyên lý biến phân Lagrange về cực tiểu của thế năng có xét đến tổng thể tương tác giữa các bộ phận kết cấu trong trụ pin Đồng thời mô phỏng được các đặc trưng cơ bản của phần tử biểu thị mối quan hệ giữa các lực nút và các biến dạng nút tương ứng, quan hệ chuyển vị từng điểm với ngoại lực tác dụng lên kết cấu Ngoài ra với phương pháp tính này có thể tính toán cho bài toán lớn, điều kiện biên phức tạp, kết cấu không gian, chi tiết, có thể xem và xử lý nội lực xuất hiện cục bộ trong kết cấu, đồng thời có thể kiểm tra khả năng chống chọc thủng của cọc đối với kết cấu

Khi xét đến tương tác trong chuyển vị cục bộ và tổng thể, xác định

độ cứng tổng thể và các tải trọng tác dụng từ đó xác định được các thông số biến dạng của kết cấu, tính toán ứng suất trong kết cấu Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin, hạn chế của phương pháp phần tử hữu hạn là khối lượng tính toán lớn được giải quyết rất nhanh bởi phương pháp này có thể lập trình tính toán Hiện nay có nhều các phần mềm đã được ứng dụng vào

tính toán thiết kế của các nước trên thế giới như Thái Lan, Hàn Quốc, Đan Mạch, Mỹ, Tuy nhiên các phần mềm hiện nay thường tập trung sâu vào một khía cạnh nhất định, hoặc là kết cấu phần trên như Sap2000, Ansys (Hoa Kỳ)… hoặc tập trung phân tích ứng suất biến dạng đất nền như Plaxis (Hà Lan), Sigma/w (GeoSlope, CaNaDa)

Với bài toán phân tích ứng suất biến dạng trong kết cấu thì thường ứng dụng phần mềm phân tích kết cấu như SAP2000 hoặc ANSYS

Với kết cấu dạng tường bản: Bản sàn trên (nếu có), bản đáy, trụ biên

và trụ pin (nếu có) được mô hình hóa là các phần tử Shell, cọc, thanh chống (nếu có) là các phần tử Frame, các đặc trưng hình học và tính chất vật lý được gán tương ứng cho từng bộ phận kết cấu

Hình 2 - 2 : Sơ đồ tính kết cấu thân cống vùng triều trong luận văn

Các bước tính toán :

2.2.2.1 Sơ bộ chọn tiết diện kết cấu thân cống

Lựa chọn tiết diện kết cấu sơ bộ dựa trên những cơ sở sau :