Công trình bến- cảng

Giáo trình công trình bến- cảng

Chương 1

NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG.

1.1 Khái niệm về cảng, bến tàu và công trình bến.

1.1.1.Cảng:

Cảng là tập hợp các công trình và thiết bị cho phép tàu đỗ yên tĩnh, xếp dỡ hàng hóa, đưa hành khách xuống tàu và ngược lại nhanh chóng, tiện lợi tập trung, bảo quản, bao gói, và phân loại hàng hóa phục vụ những nhu cầu của tàu đỗ trong cảng

Vì vậy các Cảng trở thành những đầu mối giao thông quan trọng Tính chất xung yếu và phức tạp của đầu mối giao thông này phụ thuộc vào vị trí địa lý, vai trò và nhiệm

vụ của Cảng ví dụ cảng biển nằm trên các cửa sông (Hình 1.1) có thể là đầu mối phức tạp nhất, bao gồm vận tải đường biển, vận tải đường sông, vận tải đường sắt, vận tải đường ô

tô và vận tải đường ống còn các cảng sông đơn giản nhất cũng là đầu mối không kém phức tạp của vận tải đường sông và vận tải đường ô tô

Tổ chức và điều hòa mọi hoạt động của đầu mối giao thông giữa vận tải đường thủy với các hình thức vận tải trên bộ để vận chuyển hàng hóa từ dưới nước lên bờ và ngược lại là chức năng chủ yếu của các cảng hiện đại

2

3

45

Hàng hóa có thể chuyển theo hai phương án

- Phương án trực tiếp: Từ tàu thủy lên tàu hỏa (2) và ô tô (4) hoặc lên tàu sông (1)

- Phương án gián tiếp: Từ tàu thủy lên bãi (3) và kho (5); phân loại, xếp đống (6); chuyển tiếp lên tàu hỏa (7) và ô tô (8) Hàng hóa trên bờ đưa xuống tàu theo chiều ngược lại

1 3

2

Hình 1_ 2 Sơ đồ bốc xếp hàng qua bến.

Toàn bộ các quá trình nói trên đều được thực hiện nhờ các dây chuyền bốc xếp hay

là tuyến xếp dỡ bố trí trên bến Bến không chỉ là phần công trình bến để cho tàu đỗ mà còn bao gồm các thiết bị xếp dỡ, kho bãi, hệ thống các công trình và trang bị kỹ thuật khác bảo đảm cho bến tàu thực hiện được chức năng xếp dỡ, vận chuyển hàng hóa

Vậy bến là tập hợp công trình và thiết bị kỹ thuật của cảng để tiến hành công tãc xếp dỡ hàng hóa cho tàu

1.1.3.Công trình bến

Là bộ phận quan trọng nhất trong số các công trình xây dựng của bến Nó là gianh giới giữa khu đất và khu nước của cảng, tạo điều kiện tốt nhất cho tàu tiếp xúc với bờ, bảo đảm cho tàu neo đậu và bốc xếp hàng hóa đồng thời bảo đảm cho các thiết bị xếp dỡ

và phương tiện vận chuyển trên bến làm việc an toàn, thuận tiện

1.2.Phân loại công trình bến.

Các công trình bến có thể được phân loại dựa vào các đặc điểm như: Hình dáng mặt cắt, vị trí đối với bờ, vật liệu xây dựng, kiểu kết cấu, thời hạn phục vụ, công dụng, vốn đầu tư

1.2.1.Phân loại theo mặt cắt

Hình 1_ 3 Hình dạng mặt cắt ngang của công trình bến.

a _ Thẳng đứng; b _ mái nghiêng; c _ Nửa nghiêng;

d _ Nửa đứng; e _ Hai tầng (bậc thang)

Trên hình 1.3 là những dạng mặt cắt ngang thường gặp của công trình bến Kiểu thẳng đứng tuy khối lượng xây lắp lớn nhưng tiện lợi khi sử dụng (đặc biệt là các bến có

độ sâu lớn) nên được dùng rộng rãi nhất Công trình bến mái nghiêng là loại đơn giản và

rẻ tiền nhưng không thuận tiện cho khai thác Kiểu công trình bến này thường dùng trong các bến cảng sông hoặc kết hợp với các phao nổi hay các trụ độc lập

Các kiểu hỗn hợp nửa nghiêng, nửa đứng hay hai tầng được sử dụng trong trường hợp nơi xây dựng có mực nước thấp hay mực nước cao kéo dài trong năm hoặc theo mùa

1.2.2 Phân loại theo vị trí công trình đối với bờ

Tùy thuộc vào vị trí của công trình bến đối với bờ, có thể chia thành bến liền bờ, bến song song với bờ, bến nhô và bến vũng Điều này đã được nêu trong phần quy hoạch cảng ở đây chỉ trình bày mang tính chất tóm lược

- Bến liền bờ (hình 1.4a) là công trình bến tiếp liền liên tục với bờ suốt cả tuyến bến, do đó tạo điều kiện thuận tiện cho việc xếp dỡ hàng giữa tàu với các phương tiện vận tải trên bờ cũng như với kho bãi Bến liền bờ là hình thức khá phổ biến trong các cảng biển cũng như cảng sông

- Bến song song với bờ (hình 1.4b, 1.4c) gồm có đường dẫn vài chục mét, có khi hàng kilômet và cầu chính được đặt nơi có đủ độ sâu tự nhiên Số lượng đường dẫn

có thể là một, hai hay ba bố trí thẳng góc hay xiên một góc nào đó với bờ Công trình bến song song với bờ thường dùng cho các bến chuyên dụng hay bến có lượng hàng nhỏ

Hình 1_ 4 Phân loại công trình bến theo vị trí của nó đối với bờ.

a _Bến liền bờ; b _Bến song song với bờ;

c _ Cắt ngang bến song song với bờ: 1 _ Cầu chính; 2 _ Cầu dẫn

1.2.3- Phân loại theo vật liệu xây dựng

Vật liệu xây dựng có thể dùng để làm công trình bến là gỗ, thép, bê tông, bê tông cốt thép và vật liệu hỗn hợp Vật liệu gỗ chỉ được sử dụng nơi có nhiều gỗ để làm các công trình bến tạm hoặc cho phân công trình luôn ngập trong nước Phổ biến nhất là các công trình bến bằng bê tông, bê tông cốt thép và bê tông cốt thép ứng suất trước Để xây dựng các công trình bến có độ sâu lớn, gần đây ở một số nước tiên tiến đã dùng cọc ống thép đường kính từ 1-3mét và cừ thép có độ cứng chống uốn rất lớn

1.2.4 Phân loại theo quy mô công trình

Tùy thuộc quy mô của công trình mà người ta chia thành các cấp:

II III

1.2.5 Phân loại theo đặc điểm kết cấu

Theo đặc điểm kết cấu và tính toán, các công trình bến được chia thành bốn nhóm

chính: bến trọng lực, bến tường cừ, bến móng cọc và nhóm các công trình bến trên móng

đặc biệt như giếng chìm, giếng chìm hơi ép Công trình bến mà tính ổn định chống

trượt, lật do trọng lượng bản thân của nó sinh ra gọi là công trình bến trọng lực tường

cừ là loại tường chắn gồm nhiều cây cừ riêng lẻ đóng sát nhau và tính ổn định của nó là

nhờ gối neo (nếu có) và phần chân cừ, ngàm trong đất nền

Công trình bến kiểu móng cọc bao gồm bệ cọc đạt trên nền cọc và tính ổn định của

nó là do phần cọc ngàm trong đất

Như thế theo đặc điểm làm việc của công trình bến thì tường cừ cũng là một dạng

riêng của móng cọc

Phân loại công trình bến chi tiết hơn trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1_ 2 Phân loại công trình bến

Vật liệu bê tông,

bê tông ít cốt thép, bê tông đá hộc, đá xây

2

Tường trọng lực khối xếp

Vật liệu bê tông,

bê tông ít cốt thép, bê tông đá hộc, đá xây

3

Bến thùng chìm Thùng nổi bê

tông cốt thép chế tạo từ trên bờ, dùng tàu kéo đưa đến nơi xây dựng

4

Thùng chìm với phần trên là tường có neo

Thùng chìm được ghép bằng các bản BTCT trên triền Kết cấu phần trên là tường BTCT dây neo bằng thép tấm

5

Tường góc neo trong Bản đứng, bản đáy bằng BTCT

lắp ghép, dây neo bằng thép lá

6

Tường góc neo trong Bản đứng được neo ra ngoài bản

đáy

7

Tường góc có bản chống

Bản đứng, bản đáy bằng BTCT lắp ghép, bộ phận neo là bản chống BTCT Hình thức

đa dạng

8

Tường cọc ống đường kính lớn Đường kính cọc ống BTCT từ

4÷6m

9

Tường cọc ống đường kính lớn

có bản giảm tải

Đường kính cọc ống BTCT từ 4÷6m

CÔNG TRÌNH BẾN KIỂU TƯỜNG GÓC

10

Tường cừ không neo Tường mặt là cừ thép, BTCT kiểu

tiết diện chữ nhật, chữ T, tròn hay bản BTCT rộng 3÷4m

11

Tường cừ một tầng neo vào bản đứng

Như 10, dây neo thép tròn bản neo BTCT phẳng hay

có sườn hoặc cắt

ra từ cừ thép

12

Tường cừ một tầng neo, neo vào gối cọc chéo

Dây neo thép tròn, cọc neo BTCT

13

Tường cừ một tầng neo, gối neo

là cọc thẳng đứng

Dây neo thép tròn neo BTCT hoặc

cừ thép

14

Tường cừ một tầng neo là bản neo ngang

Bản neo ngang BTCT hay cừ thép liên kết chốt hay ngàm trượt với tường mặt

15

Tường cừ có nhiều tầng neo Tầng neo trên cùng như 11 hoặc

12 hoặc 13, các tầng dưới như 14

16

Tường cừ hai đoạn hai neo

Phần dưới: Tường

cừ BTCT một neo

có dầm neo là dầm đỡ phía trên

17

Tường cừ có thiết bị giảm tải Thiết bị giảm tải rất đa dạng

18

Tường cừ không neo bằng cọc ống

Đường kính cọc ống BTCT từ 1,6÷2,0m

19

Tường cừ cọc ống có một tầng neo

Như 18, neo như

11

20

Bệ cọc cao với tường cừ trước

Bệ và cọc bằng BTCT, tường cừ BTCT (ít dùng cừ thép hay cừ gỗ)

21

Bệ cọc cao với tường cừ sau Bệ và cọc bằng BTCT, tường cừ

BTCT (ít dùng cừ thép hay cừ gỗ)

22

Bệ cọc cao với nhiều tầng dầm ngang

Các dầm bệ và cọc BTCT

23

Bệ cọc cao mềm một tầng dầm ngang

Các dầm bệ và cọc BTCT Bệ có thể là bản, bản có dầm

24

Bệ cọc cao mềm

có trụ đặt trên móng cọc bệ cứng

Các dầm bệ và cọc BTCT Bệ có thể là bản, bản có dầm

25

Bệ cọc thấp Bệ cọc bằng bê

tông hay BTCT, cọc BTCT hay cọc gỗ

1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu công trình bến.

Khi thiết kế công trình bến, người ta đề ra các phương án kết cấu có thể sử dụng được, sau đó căn cứ vào các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật (giá thành, thời hạn xây dựng, độ lâu bền và các yêu cầu khai thác) tiến hành so sánh để lựa chọn phương án kết cấu hợp

lý

Để có thể đề xuất các phương án kết cấu cần phải biết các yếu tố ảnh hưởng đến kiểu kết cấu công trình bến như điều kiện tự nhiên nơi xây dựng, các yêu cầu sử dụng trình độ và trang bị kỹ thuật của các đơn vị thi công, khả năng cung cấp vật liệu v.v

1.3.1 Điều kiện tự nhiên nơi xây dựng

Trong số những yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến giải pháp kết cấu bến thì địa chất công trình nơi xây dựng là điều kiện tiên quyết

Đối với các loại đất mềm và cho phép hạ cọc bằng những phương pháp khác nhau (đóng, ép, xói, rung, xoắn) thì công trình bến kiểu cọc là hợp lý hơn trọng lực và trường

là phương án kết cấu được kiến nghị đầu tiên

Các công trình bến kiểu trọng lực sử dụng hợp lý với đất nền là đá, nửa đá hay sét chặt và không cho phép đóng cọc bến trọng lực có thể xây dựng trên đất cho phép đóng cọc nếu thi công theo phương pháp trên khô (trước lúc ngập của hồ chứa nước)

Trường hợp đất mềm yếu, không đủ độ bền để tiếp nhận trực tiếp các tải trọng và không cho phép sử dụng móng cọc (thí dụ như lớp đất yếu không dày phủ trên nền đá, lớp đất yếu có độ dày lớn nằm trên lớp đất tốt nhưng quá sâu v.v , thì phải sử dụng các móng đặc biệt giếng chìm, giếng chìm hơi ép v.v

Sau yếu tố địa chất công trình phải kể đến điều kiện thủy văn Trong nhiều trường hợp, tình hình thủy văn nơi xây dựng quyết định hình dáng và kích thước của công trình bến, quyết định việc phân bố theo chiều cao các đoạn nghiêng trung gian ở các bến khách

và việc phân bố thiết bị neo cập tàu Khi thiết kế bến bệ cọc cao cần thỏa mãn các yêu cầu sau Các tải trọng do tàu gây ra phải được truyền vào bệ, nghĩa là trong bất cứ trường hợp nào cũng không nên cho cọc tiếp nhận trực tiếp các tải trọng của tàu bè

Với những biên độ dao động của mực nước lớn hơn 4,0 mét việc tuân theo nguyên tắc này đòi hỏi phải có những giải pháp sáng tạo khi vạch ra phương án kết cấu bệ cọc cao

Trên một số sông có vật trôi về mùa lũ, không nên dùng kiểu bệ cọc cao hay bệ cọc cao với cừ sau vì đề phòng các vật trôi va chạm làm gãy cọc

Sau cùng, tính chất và mức độ ăn mòn của môi trường nước cũng có ảnh hưởng đến việc dùng bến trọng lực hay móng cọc

1.3.2 Những yêu cầu sử dụng

Kiểu và kết cấu công trình bến liên hệ chặt chẽ với sơ đồ cơ giới hóa Các quá trình bốc xếp trên bến, loại và các đặc trưng kỹ thuật củat máy xếp dỡ, vận chuyển cũng như việc bố trí hoạt động của chóng trên bến quyết định phạm vi, quy luật và giá trị của các tải trọng tác dụng lên công trình bến Sơ đồ bốc xếp đòi hỏi khu đất trước bến đủ rộng, trong nhiều trường hợp phải dùng bến liền bờ như trọng lực hoặc tường cừ Việc tạo ra một mặt bằng hẹp ở xa bờ và nối với bờ bằng đường dãn thích hợp hơn cả là dùng móng cọc Ở các cảng sông, khi bốc xếp hàng rời, công trình bến thường là các trụ độc lập xây dựng trên mái nghiên của bờ

Để có thể tiếp nhận tàu chuyên dụng và có kích thước lớn, các công trình bên phải cấu tạo đặc biệt đủ sức chịu đựng tác dụng của các tải trọng do tàu.,

1.3.3.Điều kiện thi công

Trình độ, trang bị và điều kiện thi công cũng là một nhân tố ảnh hưởng (nhiều khi rất đáng kể) đến giải pháp kết cấu cụ thể của công trình bến Nếu thi công trong nước thì tường cừ và móng cọc là các phương án hợp lý nhất Tường cừ cọc ống bê tông cốt thép đôi khi có thể cạnh tranh được với tường cừ thường nếu như có cơ sở công nghiệp chế tọa cọc và các đội thi công được trang bị búa rung Bến trọng lực, đặc biệt là kiểu khối

xếp, đòi hỏi phải có cần trục nổi với sức nâng lớn và các thiết bị chuyên dùng để tạo lớp

1.3.4.Điều kiện vật tư

Khả năng cung cấp vật liệu, đặc biệt là vật liệu tại chỗ (gỗ, cát, đá dăm, đá hộc, đất đắp v.v ) cũng giữ vai trò nhất định khi lựa chọn kết cấu bến

Tường cừ thép đối với nhiều nước tiên tiến trên thế giới là loại kết cấu thi công nhanh và kinh tế

Khi chọn kết cấu bến, người ta sẽ nghiêng về phương án tiêu tốn ít nhất các vật liệu quý hiếm, tăng cường sử dụng các vật liệu có thể chủ động trong kế hoạch và tận dụng

vật liệu địa phương

Sau đây là bảng tổng kết phạm vi sử dụng có lợi của các loại kết cấu bến (bảng 1.3)

Bảng 1_ 3 Phạm vi sử dụng của các loại kết cấu bến

Điều kiện tự nhiên nơi xây dựng

Điều kiện xây dựng

1 Tường cừ thép tiết diện lòng máng, không neo 4

Đất cát, sét dẻo chặt, nửa rắn và

2 Tường cừ bê tông cốt thép tiết diện chữ T không neo 4 Đất cát Như trên

3 Tường cừ bê tông cốt thép tiết diện phẳng 3 Sét dẻo mềm, dẻo chặt và nửa rắn Như trên

4 Tường cừ thép tiết diện lòng máng, 1 neo 11

Đất cát, cuội sỏi sét dẻo mềm, dẻo chặt, nửa cứng và cứng, bùn

Như trên

5 Tường cừ bê tông cốt thép tiết diện chữ T, 1 neo 10 Đất cát Như trên

6 Tường cừ bê tông cốt thép tiết diện phẳng 1 neo 10

Sét dẻo mềm, dẻo chặt và nửa cứng bùn

Như trên

7 Tường cừ thép, tiết diện lòng máng, 2 neo 14 Đất cát, cuội, sỏi sét và bùn Như trên

8 Tường cừ bê tông cốt thép 2 đoạn, 2 neo 15 Đất cát Như trên

9

Tường cừ bê tông cốt thép

tiết diện chữ T, cọc neo

10

Tường cừ bê tông cốt thép

tiết diện phẳng, cọc neo

Sét dẻo mềm, dẻo chặt và nửa cứng Như trên

11 Tường cừ có các thiết bị giảm tải 18 Đất cát, sét và bùn Như trên

12 Tường cừ có màn chắn 18 Như trên Như trên

13 Tường cừ vừa có thiết bị vừa có màn chắn giảm tải 23 Như trên Như trên

14 Tường cừ cọc ống bê tông cốt thép không neo 5

Đất cát, sét (trừ nửa cứng và cứng), bùn

Có xí nghiệp chế tạo cọc ống

15 Tường cừ cọc ống bê tông cốt thép, có neo 12

Đất cát, sét (trừ nửa cứng, và cứng), bùn

Có xí nghiệp chế tạo cọc ống

16 Tường cọc ống đường kính lớn 12 Như trên Như trên

17 Bệ cọc cao 20 Đất nền bất kỳ cho phép đóng cọc Bệ cọc hình thức phức tạp

18 Bệ cọc thấp 20 Như trên Xây dựng trên khô

19 Bệ cọc không chịu áp lực đất 18

Như trên và cả trong nền đất yếu

có chiều dày hạn chế

Không có đất đắp gây ra lực ngang tác dụng lên bến

20 Tường trọng lực liền khối Không hạn chế Đất không cho phép đóng cọc

Kết cấu bên trên phức tạp, có nhiều VL địa phương

21 Tường trọng lực khối xếp Như trên

Như trên và môi trường nước ăn mòn mạnh Không hạn chế

22 Thùng chìm Như trên Đất không cho phép đóng cọc Như trên

23 Tường góc lắp ghép, neo trong 12 Như trên Ưu tiên xây dựng trên khô

24 Tường góc lắp ghép, neo ngoài 12 Như trên Xd trong nước và cả trên khô

25 Tường góc có bản chống 9 Như trên

Khi cần rút ngắn thời gian xây dựng, phải có cần trục sức nâng lớn

26 Chuồng gỗ 10 Như trên và không có hà ăn gỗ Có nhiều gỗ tại nơi xây dựng

27 Chuồng bê tông cốt thép 10 Đất nền không cho phép đóng cọc Không có cần trục sức nâng lớn.

Chương 2

TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH BẾN.

2.1.Tải trọng và tổ hợp tải trọng.

2.1.1 Các tải trọng tác động lên công trình bến

Tùy theo tính chất và thưòi gian tác động của các tải trọng trên công trình bến người

ta chia những tải trọng này thành hai loại: tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời Trong đó các tải trọng tạm thời lại được phân ra ba nhóm Tải trọng tạm thời tác động lâu dài, tải trọng tạm thời tác động tức thời (nhanh) và tải trọng tạm thời đặc biệt

2.1.1.1 Tải trọng thường xuyên:

Là tải trọng tác động lên công trình hay kết cấu công trình trong suốt quá trình khai thác, bao gồm:

- Trọng lượng bản thân của công trình bến;

- Trọng lượng đất lấp trên công trình bến;

- Tải trọng do các công trình và thiết bị công nghệ đặt cố định trên bến;

- Áp lực chủ động của đất lấp sau công trình bến

2.1.1.2 Tải trọng tạm thời

Là tải trọng tác động lên công trình trong một thời gian hoặc từng thời kỳ nhất định trong quá trình xây dựng và khai thác công trình

a) Tải trọng tạm thời tác động lâu dài:

Tải trọng tác động lên công trình trong một thưòi gian tương đối dài

- Tải trọng do các máy bốc xếp di động, các phương tiện vận tải và hàng hóa xếp trên bến;

- Áp lực chủ động của đất do ảnh hưởng của tải trọng tạm thời trên bến;

- Áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau công trình bến cao hơn mực nước trước bến, trong điều kiện hệ thống công trình thoát nước ngầm của bến vẫn hoạt động bình thường

b) Tải trọng tạm thời tác động tức thời:

Tải trọng tác động lên công trình trong một thời gian ngắn

- Tải trọng do sóng;

- Tải trọng do tàu: lực neo tàu, lực tựa tàu và lực va khi tàu cặp bến;

- Tải trọng ngang do cần cẩu;

- Tải trọng tác động trong giai đoạn xây lắp

c) Tải trọng tạm thời đặc biệt:

Tải trọng tác động lên công trình trong thời gian ngắn, trong điều kiện đặc biệt

- Áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau công trình bến cao hơn mực nước trước bến, trong điều kiện chỉ có một nửa hệ thống công trình thoát nước ngầm còn hoạt động được;

- Tải trọng do động đất, sóng thần

Các tải trọng nói trên được chọn để ghép vào với nhau thành nhiều tổ hợp khác nhau Công trình bến được tính toán theo hai loại tổ hợp tải trọng: Tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt

2.1.2.Các tổ hợp tải trọng:

Khi tính toán công trình bến hay kết cấu của nó người ta phải tổ hợp tất cả các tải trọng có thể đồng thời tác dụng lên công trình gây trạng thái ứng suất biến dạng bất lợi nhất cho công trình hay các bộ phận của nó

2.1.2.1 Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm:

Các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời tác động lâu dài và một trong số các tải trọng tạm thời tác động tức thời Trong đó tải trọng tạm thời tác động tức thời được chọn đưa vào tổ hợp cơ bản phải là tải trọng gây ảnh hưởng nhiều nhất đối với trạng thái ứng suất, biến dạng của toàn bộ kết cấu hoặc của từng bộ phận kết cấu và nền công trình ngoài ra phải lựa chọn thành phần và cách xếp đặt các tải trọng sao cho có được tổ hợp bất lợi nhất

2.1.2.2) Tổ hợp tải trọng đặc biệt

Gồm các tải trọng thường xuyên các tải trọng tạm thời có khả năng xảy ra cùng một lúc và một trong số các tải trọng tạm thời đặc biệt Trong đó các tải trọng tạm thời tác động nhanh được nhân với hệ số tổ hợp n1 = 0,8 để xét đến việc trong thực tế tải trọng tạm thời đặc biệt và các tải trọng tạm thời khác ít có xác suất đạt đến giá trị lớn nhất trong cùng một lúc

Ngoài những tải trọng kể trên, khi thiết kế công trình bến phải xem xét những tác động khác có ảnh hưởng đến an toàn và tuổi thọ công trình như khả năng đất nền bị bào xói do dòng chảy, sóng, hoặc chân vịt của tàu, khả năng các cấu kiện bị han gỉ hoặc bị tác động bao mòn của phù sa

Tải trọng dùng để tính toán kết cấu và nền công trình có thể có hai giá trị Tiêu chuẩn và tính toán Việc sử dụng giá trị nào để tính toán phải phù hợp với quy định của từng bài toán cụ thể

Giá trị tiêu chuẩn của từng loại tải trọng được quy định trên cơ sở quan trắc những yếu tố tạo ra tải trọng đó và chỉnh biên các số liệu quan trắc bằng phương pháp xác suất thống kế Giá trị tính toán của tải trọng được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với hệ số vượt tải n Nếu việc giảm nhỏ trị số của một tải trọng nào đó sẽ ảnh hưởng xấu đến khả năng chịu tải của công trình hoặc từng bộ phận công trình thì giá trị tính toán của tải trọng dó được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với số nghịch đảo của hệ số vượt tải (1/n)

Trong bảng 2.1 ghi giá trị hệ số vượt tải của các tải trọng thường gặp trong tính toán công trình bến

Bảng 2_ 1 Giá trị vượt tải của một số tải trọng STT Tải trọng Hệ số vượt tải (n)

1 Trọng lượng bản thân của các kết cấu bê tông, bê tông

3 Trọng lượng của các máy bốc xếp, phương tiện vận tải

4 Tải trọng phân bố đều của hàng hóa xếp ở vùng

chuyển tiếp và vùng sau bến

- Các trị số trong ngoặc được lấy khi tính toán làm cho công trình nguy hiểm thêm

- Theo Tiêu chuẩn ngành 22TCN 207-92 hàng dùng hệ số vượt tải n = 1,25 thì

không sử dụng các hệ số trong bảng trên

2.2.Trọng lượng bản thân của các cấu kiện công trình bến.

Trọng lượng bản thân của các cấu kiện công trình bến được xác định trên cơ sở

kích thước hình học của cấu kiện và dung trọng vật liệu dùng để chế tạo ra cấu kiện đó

Trường hợp công trình nằm dưới mực nước tính toán, khi xác định trọng lượng các cấu

kiện phải trừ đi lực đẩy nổi thủy tĩnh tác dụng lên cấu kiện Trị số lực đẩy nổi thủy tĩnh

bằng trọng lượng khối nước bị choán chỗ Đối với vật liệu có cấu trúc đặc (kim loại, bê

tông, bê tông cốt thép v.v ) dung trọng của vật liệu nằm dưới nước bằng:

γ: dung trọng vật liệu trong không khí

Trọng lượng đất lấp tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt nằm ngang của công

trình lấy bằng tích số giữa dung trọng đất và chiều cao lớp đất lấp Dung trọng đất trong

trạng thái đẩy nổi (nằm dưới nước) được xác định có xét đến độ rỗng của đất theo công

thức:

ε

γγ

+1

2.3.1 Áp lực thủy tĩnh

Áp lực thủy tĩnh tác động lên cơng trình bến xuất hiện khi mực nước trong lịng bến cao hơn mực nước trước bến Nguyên nhân dẫn đến sự chênh lệch này giữa hai mực nước thường là do mực nước trước bến hạ xuống khi triều rút, khi chịu tác động của giĩ theo hướng từ bờ ra biển, hoặc khi mực nước dao động theo mùa cũng cĩ khi, mực nước ngầm dâng lên do nước mưa rào hoặc nước thải ra từ các máy bốc xếp thủy lực

Cĩ những loại kết cấu cơng trình bến cĩ kảh năng thoat nước, nhờ đĩ áp lực thủy tĩnh của ngước ngầm háa như khơng xuất hiện Đĩ là những cơng trình bến cĩ kết cấu dạng chuồng, dạng tường cừ bằng cọc bê tơng cốt thép khơng cĩ khĩa liên kết, dạng tường trọng lực trên đệm đá cĩ lăng thể giảm tải lịng bến v.v

Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm thường xuất hiện ở các cơng trình bến dạng tường

cừ bằng thép đĩng vào tầng sét, hoặc dưới chân tường cĩ tầng sét, cĩ tác dụng như tầng khơng thấm nước Lớp đất được coi là tầng khơng thấm nước khi hệ số thấm của lớp đất

đĩ nhỏ hơn 1/10 hệ số thấm của lớp đất lấp bên trên Trong thực tế đã cĩ trường hợp sau bến tường cừ mực nước ngầm cao hơn 3 ÷ 4 mét so với mực nước trước bến Độ chênh mực nước đĩ đã làm mơ men uốn trong cừ và nội lực trong thanh neo tăng lên 1,5 lần Bởi vậy, khi kết cấu bến và tầng đất bên dưới cĩ tác dụng ngăn nước thì khi thiết kế cần xét tới xây dựng hệ thống cơng trình thốt nước ngàm thích hợp đồng thời để lấp lịng bến phải dùng loại đất cĩ hệ số thấm khơng nhỏ hơn 5m ngày đêm

Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm cĩ thể khơng cần xét đến trong những trường hợp sau:

- Bến cĩ kết cấu tường trọng lực đặt trên đệm đá với chiều dày lớp đệm đá trên 0,5m (khơng phụ thuộc gì vào độ thấm nước của nền đá và biện pháp kết cấu đã dùng để che chắn khơng cho đát lọt qua khe tiếp giáp giữa các cấu kiện);

- Bến dạng tường gĩc họăc tường cừ cĩ những khe tiếp giáp giữa các cấu kiện nằm cách nhau khơng quá 4 mét theo chiều dài bến và được che chắn bằng tầng lọc ngược (khơng phụ thuộc gì vào độ thấm nước của nền)

Trong trường hợp khe tiếp giáp giữa các cấu kiện tường mặt của bến cĩ cấu tạo khơng thấm nước (cừ thép liên kết khĩa màn chắn bằng vật liệu tổng hợp v.v ) cần tính tốn áp lực thủy tĩnh tác động lên cơng trình do mực nước ngầm cao hơn mực nước trước bến Trong thực tế cĩ thể cĩ hai trường hợp tính tốn sau đây

2.3.1.1).Trường hợp 1

Bến tường cừ cĩ chơn cừ nằm trong tầng khơng thấm nước (hình 2.1a) hoặc bến tường gĩc mà giữa bản đáy và tầng khơng thấm nước cĩ lớp đệm đá dày khơng quá 0,5m (hình 2.1b)

Trong trường hợp này áp lực thủy tĩnh xác định theo biểu đồ vẽ trên các hình 2.1a,

và 2.1b, trong đĩ cột áp lực ∆h lấy bằng hiệu số độ cao giữa mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất trước bến, tức là xem mực nước ngầm vẫn giữ nguyên ở cao độ mực nước cao nhất khi mực nước trước bến đã hạ đến vị trí thấp nhất do quá trình dao động mực nước theo ngày Với chế độ dao động mực nước theo mùa và chiều dài tuyến bến trên 1000m, để dựng biểu đồ áp lực thủy tĩnh trị số ∆h được giảm di 10 ÷ 20%

Biểu đồ

áp lựcthuỷ tĩnh

Bến tường cừ cú chõn tường đúng chưa đến tầng khụng thấm nước (hỡnh 2.1c)

Trong trường hợp này để dựng biểu đồ ỏp lực thủy tĩnh của nước ngầm cột nước ∆h được

xỏc định riờng cho hai chế độ dao động mực nước, theo mựa và theo ngày

Đối với dao động mực nước theo mựa, cột nước ∆h cú thể tớnh toỏn theo cụng thức

L.V

t - Thời gian hạ từ mực nước cao nhất xuống mực nước thấp nhất

Cụng thức tớnh chiều dài giả định L của mạch thấm cú dạng:

3 2

2 3

2 3

2 1

ll

l45sinllll12

L

++

+

Trong đú:

l1 - Chiều sâu đóng cọc;

l2 - Khoảng cách từ chân cọc đến cao độ mức nước cao nhất;

l3 - Khoảng cách từ chân cọc đến bề mặt tầng không thấm nước Nếu l3 > l1, thì

công thức (2.4) thay l3 bằng l1

Trong thực tế tốc độ hạ của mực nước trước bến Vy thay đổi theo thời gian Bởi

vậy, khi cần tính toán cột nước ∆h một cách chính xác hơn có thể chia thời gian t của

đường quá trình hạ mực nước trước bến ra làm nhiều thời đoạn để tính và dựng đồ thị

biến thiên mực nước ngầm theo thời gian, từ đó tìm được trị số ∆hmax dùng làm cột nước

tính toán của biểu đồ áp lực

Đối với chế độ dao động mực nước theo ngày, cột nước ∆h tính toán theo công

t

k-1t

y

Trong trường hợp trên tường bến có áp lực thủy tĩnh của nước ngầm, khi xác định

áp lực đất lên tường nên tính toán hiệu chỉnh dung trọng đất lấp nằm dưới mực nước

ngầm theo công thức:

i

n n

n γ γ

Trong đó:

γđn- Dung trọng đất ở trạng thái đẩy nổi, xác định theo công thức (2.2);

γn- Dung trọng nước, lấy bằng 1,0T/m3;

i- Độ dốc dòng thám, xác định theo mạng lưới thủy động hoặc tính gần đúng theo

Trong công thức (2.6) dấu cộng được dùng đối với vùng áp lực chủ động của đất,

dấu trừ được dùng đối với vùng áp lực bị động

2.3.2 Áp lực do sóng

Thường chỉ xét đến khi bến có kết cấu dạng tường cừ hoặc tường trọng lực và chiều

cao sóng trên 0,5m Trong trường hợp này tải trọng sóng lớn nhất hình thành khi chân

sóng tiến đến mặt tường

Đối với bến tường trọng lực áp lực sóng xác định theo biểu đồ trên hình 2.2b

Độ chênh ζt giữa cao độ chân sóng và mực nước tính toán phụ thuộc vào các thông

số tính toán của sóng (chiều cao sóng h và bước λ) và chiều sâu nước trước bến

Đại lượng ζt và các trung độ p của biểu đồ áp lực sóng xác định theo Quy phạm tính toán tải trọng và tác động trên công trình thủy

2.4.Tải trọng do tàu

2.4.1 Tải trọng do gió, dòng chảy tác động lên tàu

Tải trọng do tàu tác động lên công trình bến bao gồm ba loại tải trọng neo tàu, tải trọng tựa tàu và tải trọng va khi tàu cập bến

Nguyên nhân làm xuất hiện tải trọng neo tàu và tải trọng tựa tàu là tác động của gió lên phần nổi của tàu và tác động của dòng chảy lên phần tàu ngập nước Khi gió và dòng chảy hướng ra phía khu nước thì tác động của chúng đẩy tàu tách khỏi bến và làm căng các dây neo, tạo ra tải trọng neo truyền vào công trình bến qua các bích neo Nếu gió và dòng chảy tác động theo hướng ngược lại thì tàu bị đẩy áp vào bến, tạo ra tải trọng tựa tàu

Tải trọng va xuất hiện khi đưa tàu cập bến Hình thành vào thời điểm tàu bắt đầu tiếp xúc với bến, trị số tải trọng va tăng dần và đạt giá trị lớn nhất khi toàn bộ động năng của tàu đã chuyển thành thế năng biến dạng của công trình bến và thiết bị đệm tàu trước bến

Để tính toán tải trọng neo tàu và tải trọng tựa tàu trước hết phải xác định tải trọng

do gió và dòng chảy tác động lên tàu

1) Thành phần ngang Wq(KN) và thành phần dọc Wn(KN) của tải trọng do gió tác động

lên tàu, xác định theo công thức:

ξ

q q

5

Trong đó:

Aq; An - Diện tích hướng gió của tàu theo hướng mạn tàu và theo hướng mũi tàu,

tính bằng m2;

Vq và Vn - Thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió, lấy theo tần suất

2% cho thời gian vận tải thủy, tính bằng m/s;

ξ - Hệ số xét đến tác động không đều của luồng gió được lấy theo bảng 2.2 tùy

thuộc vào chiều dài hình chiều tàu tàu lên mặt phẳng vuông góc hướng gió

Bảng 2_ 2 Hệ số ζ

Chiều dài của hình chiếu tàu lên

mặt phẳng vuông góc với hướng

Khi tính diện tích hướng gió của tàu phải xét tác động che chắn gió của những vật

cản nằm ở đầu gió bằng cách lấy diện tích hướng gió của tàu (Aq, An) trừ đi trị số tính đổi

của diện tích che chắn gió Ac của các vật cản gió Trị số tính đổi Ac có thể xác định theo

công thức:

Trong đó:

hb - Chiều cao từ mặt bến đến cao độ mực nước cao nhất tính bằng m;

Hc - Chiềucao trung bình của các vật cản, tính bằng m;

L - Chiều dài vùng chắn gió, láy bằng chiều dài tàu Lt nếu Lt < Lb và lấy bằng

chiều dài bến Lb nếu Lt >Lb tính bằng mét;

αc - Hệ số chắn gió, xác định theo công thức:

th

c c

c c

L

Ll

H5,0

Khi chiều dài bến Lb bé hơn chiều dài Lth của hình chiếu tàu lên mặt phẳng vuông

góc hướng gió thì công thức (2.11) thay Lth bằng Lb

2) Thành phần ngang Qa(KN) và thành phần dọc Na(KN) của tải trọng do dòng chảy tác

động lên tàu, xác định công theo công thức:

2 l l

2 t t

Trong đó:

Al và At - Diện tích cản nước của tàu, theo hướng mạn tàu và theo hướng mũi tàu,

tính bằng m2;

Vl và Vt - thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ dòng chảy, lấy theo tần

suất 2% cho thời gian vận tải thủy tĩnh bằng m/s

2.4.2- Tải trọng neo tàu:

Là tải trọng tập trung truyền lên công trình qua các thiết bị neo tàu bố trí trên

bến.Trên hình 2.3 là sơ đồ phân bố tải trọng neo tàu S trên một bích neo, các thành phần

Hình 2_ 3 Sơ đồ phân bố tải trọng neo tàu trên bích neo

Đối với bến tàu biển thành phần ngang Sq phân bố đều, tổng thành phần.ngang Qtot

của tải trọng do gió và do dòng chảy tác động lên tàu (Qtot = Wq + Qa) cho các bích neo

Như vậy tổng hợp lực neo lên một bích neo (S) và các thành phần Sq, Sn và Sv được xác

định bằng những biểu thức sau:

βα

=

cossinn

n - Số bích neo làm việc lấy theo bảng 2.3;

α và β - Góc nghiêng của dây neo đo bằng độ lấy theo bảng 2.4

Bảng 2_ 3 Số bích neo trước bến

Khoảng cách max giữa các bích neo, m 20 25 30 30

phía sau bến 30 40 20 10 40 20 Tàu sông chở khách hoặc

Khi xây dựng bến dùng để tiếp nhận những tàu biển trọng tải lớn với lượng choán nước có hàng trên 5 vạn tấn cần bố trí ở hai đầu bến hai bích neo cho các dây neo dọc Hai bích neo này đặt ngoài phạm vi chiều dài tàu Lt, cách hai mũi tàu không quá 0,2Lt

theo hướng mép bến Trong trường hợp này mỗi bích neo được tính toán chịu một lực bằng tổng thành phần dọc Ttot của tải trọng do gió và do dòng chảy (Ttot = Wn + Na) Xác định theo các biểu thức (2.9); (2.13)

3

1 Nhãm d©y neo däc

2 Nhãm d©y neo ngang

3 Nhãm d©y neo gi»ng

Hình 2_ 4 Phân bố các nhóm dây neo chuyên dụng.

Đối với các bến chuyên dụng chỉ gồm một sàn công nghệ và các trụ neo riêng lẻ (hình 2.4) trước khi tính toán phải lập so đồ bố trí các trụ neo cho 3 nhóm dây neo, nhóm dây neo dọc ở hai mũi tàu nhóm dây neo ngang và nhóm dây neo giằng vào giữa Với mỗi nhóm dây neo phải bố trí hai trụ neo, tính toán chịu tải ngang nhau Mỗi trụ neo thuộc nhóm dây neo dọc hoặc nhóm dây neo ngang chịu một tải trọng neo bằng 0,4 ΣH, mỗi trụ neo thuộc nhóm dây neo giằng chịu một tải trọng neo bằng 0,3ΣH Tùy theo số lượng dây neo trong mỗi nhóm và tải trọng tính toán của các bích neo mà bố trí từ một đến bốn bích neo trên mỗi trụ neo Khi tàu cập ở cả hai phía công trình bến thì tăng số trụ neo và bích neo lên hai lần

Đối với bến tàu sông, tổng hợp lực Q của tải trọng neo được tiêu chuẩn hóa theo quy định trong bảng 2.5

Bảng 2_ 5 Tải trọng neo tàu

Tổng hợp lực của tải trọng neo (Q), KN Lượng choán nước tính

toán của tàu khi có hàng

(D), t

Tàu chở khách, tàu chở cả khách và hàng, tàu thuộc đội tàu KT có kết cấu tầng trên kín

Tàu chở hàng và tàu thuộc đội tàu KT có kết cấu tầng trên hở

2.4.3 Tải trọng tựa tàu:

Là tải trọng phân bố đều theo chiều dài công trình bến trên toàn bộ đoạn tiếp xúc

giữa mạn tàu và mặt trước bến Đối với công trình có tuyến bến liên tục trong phạm vi

phần thẳng của mạn tàu tải trọng tựa tàu xác định theo công thức

tx

tot

l

Q1,1

Trong đó:

ltx - Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa mạn tàu và mặt trước bến

Nếu gọi lm là chiều dài phần thẳng của mạn tàu (hoặc của dầm bao mạn tàu) và Lb là

chiều dài bến thì trong công thức (2.18) phải lấy ltx = lmkhi Lb >lm và ltx = Lb khi Lb <lm

Đối với tuyến bến chỉ gồm các mố hoặc trụ tựa tàu riêng lẻ thì tải trọng tựa tàu chỉ

phân bố lên những mố hoặc trụ nào nằm trong phạm vi phần thẳng của mạn tàu

2.4.4- Tải trọng va khi tàu cập bến

Là tải trọng tập trung tác động lên công trình bến Là một trong những yếu tố quyết

định các kích thước chủ yếu, giá thành và tuổi thọ của nhiều loại kết cấu công trình bến

Phần lớn các công thức tính toán tải trọng va đã dùng trong thực tế thiết kế các công trình

bến cảng đều nhận được trên cơ sở phương trình cân bằng năng lượng

Ở thời điểm bắt đầu chạm vào công trình bến, tàu vẫn còn một vận tốc và một động

năng ứng với giá trị vận tốc đó Trong quá trình va một phần động năng của tàu biến

thành công của lực va gây ra biến dạng công trình bến và các thiết bị đệm ở mặt trước

bến Phần động năng đó, tính bằng Tm, được xác định bàng biểu thức

2

DVE

2

Trong đó:

D - Lượng choán nước tính toán của tàu khi cập bến tính bằng T

V - Thành phần vuông góc với mặt trước bến của tốc độ cập tàu, tính bằng m/s, lấy theo bảng 2.6

Ψ - Hệ số, dùng để xét ảnh hưởng chung của tất cả các yếu tố tác động đều quá trình va

Lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng: Năng lượng va tàu ứng với một khối lượng lớn hơn nhiều so với khối lượng của tàu khi cập bến, đó là do khi tàu chuyển động trong môi trường nước luôn luôn có một bộ phận nước cùng chuyển động theo Ở thời điểm va vào bến vận tốc V của chuyển động tịnh tiến của tàu bắt đầu giảm đi nhanh chóng và triệt tiêu hoàn toàn ở cuối quá trình biến dạng của công trình và thiết bị đệm Trong khi đó lượng nước cuốn theo tàu vẫn tiếp tục chuyển động theo lực quán tính và tác động lên tàu, làm gia tăng năng lượng va

Mặt khác, không phải tất cả động năng của tàu và khối nước cuốn theo đều chuyển thành công của lực va tàu, gây ra biến dạng đàn hồi của công trình bến và thiết bị đệm trước bến Một phần đáng kể của động năng tàu, kể cả khối nước cuốn theo, bị tiêu hao vào việc làm quay tàu và nghiêng ngang quanh điểm va; một phần khác chuyển thành thể năng biến dạng đàn hồi của vỏ tàu, hoặc biến thành nhiệt năng trên các mặt tiếp xúc giữa hai vật thể va

Tất cả những yếu tố làm tăng hoặc tiêu hao năng lượng va được xét đến bằng hệ số

R trong biểu thức (2.19), các giá trị của Ψ lấy theo bảng 2.7

Bảng 2_ 6 Vận tốc tàu cập bến Thành phần vuông góc của tốc độ cập tàu V, m/s có lượng

choán nước tính toán D, t

Sông Biển

- Bến liền bờ bằng các khối xếp thông thường hoặc khối hình, khối

cực lớn, cọc ống đường kính lớn và bến dạng tường góc, bến tường

cừ và bến trên nền cọc có tường cừ trước

- Bến liền bờ dạng bệ cọc hoặc dạng cầu; bến trên nền cọc có hàng

cừ sau

-Bến nhỏ dạng bệ cọc hoặc dạng cầu, trụ cập tàu

-Trụ cập tầu đầu bến hoặc trụ quay tàu

Quy phạm tính toán tải trọng và tác động trên công trình bến quy định tính toán tải

trọng va tàu trên cơ sở dựng các biểu đồ Fq =f,M và E=f,M như trình bày trên hình 2.5

Nhánh phải của biểu đồ là đường biểu diễn quan hệ giữa thành phần vuông góc Fq

của tải trọng va với tổng biến dạng của công trình bến và thiết bị đệm tàu Đường biểu

diễn này được dựng trên cơ sở cộng đồ thị của hai đường biểu diễn Fq =f,M

Nhánh trái của biểu đồ là đường biểu diễn quan hệ giữa năng lượng do tàu truyền

vào công trình bến và thiết bị đệm với tổng biến dạng của chúng Hoành đồ Ei của mỗi

điểm trên đường biểu diễn E=f,M bằng diện tích ωi giới hạn bởi đường Fq =f ft) và

trục tung trên đoạn ∆b tương ứng (hình 2.5)

Mỗi giá trị E tính trước theo biểu thức (2.19) có thể xác định một trị số Fq tương

ứng trên biểu đồ theo hướng các mũi tên trên đường dóng trên hình 2.5

Một số loại công trình bến có độ cứng lớn do đó khi chịu tải trọng va độ biến dạng

của công trình không đáng kể so với biến dạng của thiết bị đệm tàu Trong trường hợp

này khi tính toán tải tọng va tàu có thể bỏ qua năng lượng biến dạng của công trình

Nhược điểm của việc xác định tải trọng va theo cách dựng biểu đồ hình 2.5 là ở chỗ

thiết kế nhiều phương án kết cấu công trình bến, với nhiều phương án sử dụng các loại

thiết bị đệm tàu khác nhau người thiết kế phải dựng hàng loạt biểu đồ cho từng tổ hợp

công trình, thiết bị Mặt khác do đặc điểm thực tế ở Việt Nam việc sử dụng loại thiết bị

đệm tàu còn chưa có sự tiêu chuẩn hóa thống nhất Việc thí nghiệm nén ép gặp nhiều khó

khăn do đó thường thiếu số liệu cho việc tính toán thiết kế

2) Xác định lực va tàu theo Quy phạm (CHIP 14460)

Tải trọng Ny do tàu va vào bến xác định theo công thức

2 1 t

y

CC

Msin

.V.RN

+α

Trong đó:

R - hệ số xét đến tính chất chịu dộng năng của công trình bến phụ thuộc vào dạng

kết cấu công trình bến lấy theo bảng 10;

Vt - Tốc độ của tầu khi cập bến (m/s);

X- Góc tàu cập bến

g

W

M= : Trọng khối của tàu

W - Lượng thoát nước của tàu khi chở đầy hàng (T);

g - Gia tốc trọng trường g = 9,81m/m2

C1 - Tổng hệ số biến dạng đàn hồi của công trình và của kết cấu bảo vệ công trình;

C2 - Hệ số biến dạng đàn hồi của vỏ tàu

a) Xác định hệ số C1

Hệ số biến dạng đàn hồi C1 của công trình và kết cấu bảo vệ là trí ố biến dạng tính

bằng m của các công trình ấy dưới tác dụng của lực bằng 1 đơn vị (tấn) theo công thức

sau:

- Đối với tổ hợp cọc hay trụ đứng riêng rẽ:

Trong đó:

fn - Trị số chuyển vị diểm tác dụng của tải trọng thẳng góc với mặt trước công

trình dưới tác dụng của lực đơn vị (m/T);

f0 - Trị số biến dạng của kết cấu bảo vệ do lựuc bằng đơn vị tác dụng vào thanh

bảo vệ (thanh ngoài hoặc thanh đệm( (m/T);

n - Số lượng thanh bảo vê đồng thời chịu lực tàu va vào

- Đối với bến dài liên tục:

r

fl

f

Trong đó:

fc - Trị số chuyển vị điểm tác dụng của tải trọng hướng thẳng góc với mép bến

dưới tác dụng của lực bằng 1 tàu trên một mét dài (m/T);

l - Chiều dài của khu vực bến chịu lực tàu va vào (m)

b) Xác định hệ số C2

Hệ số biến dạng đàn hồi của vỏ tàu C2 được tính như sau:

- Đối với tàu biển

(L 70)

90,035

015,0

C2

−+

Đối với tàu biển có bộ phận chống va chạm của băng:

(L 70)

80,135

015,0

C2

−+

Các trị số về lực va tàu Ny tính được, không được lớn hơn áp lực cho phép Nd đối

với vỏ tàu tính bằng T Muốn vậy phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Đối với tàu biển không có bộ phận bảo vệ chống băng trôi:

(L 70)

3,150

- Đối với tàu biển có bộ phận bảo vệ chống băng trôi:

(L 70)

7,250

- Đối với tàu sông:

Trong trường hợp các điều kiện trên không thỏa mãn lớn hơn áp lực cho phép đối

với vỏ tàu thì phải hạn chế tốc độ của tàu khi cập bến hoặc thay đổi kết cấu bảo vệ tìm

loại có tính đàn hồi cao hơn

d) Xác định lực va tiếp tuyến với bến (Fn)

Lực va hướng dọc theo bến tính bằng công thức:

Trong đó:

Fq - Lực va tàu vào bến;

µ - Hệ số ma sát giữa tàu và kết cấu bảo vệ;

Với kết cấu bảo vệ bằng gỗ fm = 0,4

Bằng cao su, hoặc bê tông fm = 0,5 ÷ 0,6

E = f( )t

0E

ω i

M i,t,

f

q

Hình 2_ 5 Sơ đồ dạng đồ thị quan hệ giữa độ biến dạng của thiết bị đệm

và công trình bến F q với năng lượng va tàu E q và lực va tàu F q

2.5.Tải trọng do thiết bị bốc xếp, phương tiện vận tải và hàng hóa gây ra

trên bến.

2.5.1- Đối với cảng sông:

Tải trọng khai thác trên bến được xác định tùy theo vào nhiệm vụ của Cảng và sơ

đồ công nghệ bốc xếp hàng hóa chọn dùng Tải trọng do cần trục và tàu hỏa gây ra tùy

theo mục đích tính toán được tính đổi thành tải trọng phân bố dọc theo đường ray Trong

thực tế tính toán tải trọng khai thác trên bến được lấy như sau:

- Tải trọng vùng mép bến trong trường hợp trên bến có cả cần trục và tàu hỏa được lấy là tải trọng phân bố đều q = 4T/m2 Trường hợp trên bến chỉ có cần trục, hoặc tàu hỏa tải trọng phân bố đều được lấy là q = 2T/m2

- Tải trọng vùng xếp hàng lấy tối đa q = 6T/m2

CÇn trôc søcn©ng 16Tn©ng 16T

2,0

a)

b)

q = 6T/m2

Hình 2_ 6 Sơ đồ tải trọng khai thác trên bến cảng sông

a_Đối với hàng rời đổ đống có dung trọng bé hơn 20KN/m 3 b_Đối với mọi loại hàng hóa, trừ hàng rời đổ đống.

2.5.2 Đối với cảng biển

Theo công dụng của bến, tải trọng khai thác trên bến được tiêu chuẩn hóa thành các cấp được thể hiện trên bảng 2.8

Bảng 2_ 8 Cấp tải trọng tiêu chuẩn

chuẩn

1- Đối với hàng bốc dỡ và đồ đống được xử lý lại bằng hệ thống

công nghệ chuyển tải đặc biệt

- Khi xếp hàng ở vị trí ngoài khu vực tải trọng tác dụng trực tiếp

lên công trình bến

- Khi xếp hàng ở vị trí tác dụng trực tiếp gần tường bến

2- Đối với hàng hóa xếp đống: sắt thép thiết bị và những hàng hóa

khác khi khối lượng hàng tại vị trí là 10T và lớn hơn với sơ đồ cơ

0-b 0-C

giới hóa bằng cần trục

- Đối với bến độ sâu 11,50m và lớn hơn;

- Đối với bến còn lại

3- Đối với bến container lớn và loại tàu Ro-Ro

4- Đối với hàng gỗ

5- Đối với hàng hóa ghép theo từng chiếc

6- Đối với dầu mỡ, sản phẩm dầu mỡ, hóa chất, thực phẩm và hầu

I (0)

I (II) III

III(II) III(II) III

Ghi chú: Cấp tải trọng ghi trong ngoặc dùng khi thiết kế sơ bộ

Theo chiều rộng bến, tải trọng được phân thành bốn vùng với các giá trị tải trọng

trên từng vùng lấy theo bảng 2.9

Bảng 2_ 9 Tải trọng hàng hóa trên bến

Sơ đồ tải trọng do các máy

2

Vùng sát mép bến

Vùng mép bến

Vùng trung chuyển

Vùng hậu phương

mép bến

Đoàn tàu hỏa T/m

Vận tải không đường sắt

trọng ô tô H-10 trên toàn bộ chiều rộng bến, hoặc một tổ hợp bất kỳ gồm tải trọng ô tô và

tải trọng do hàng hóa có thể có trong điều kiện khai thác thực tế trên bến Đối với các bến

tính toán chịu cấp tải trọng Tiêu chuẩn còn lại thì trên mỗi vùng (A, B, C, D) sẽ đặt một

trong những tải trọng quy định trên các sơ đồ hình 2.7 a, b, c

- Vùng A: Vùng sát mép bến, chiều rộng vùng này xác định trên cơ sở đảm bảo an

toàn cho cần trục di chuyển dọc bến Theo quy hoạch cảng khoảng cách từ mép bến đến

tim ray ngoài chân cần trục được lấy theo quy định 2,25-2,75m, mặt khác Khi xếp hàng

vùng A phải cách tim ray ngoài của cần trục 2 mét vì vậy trong thực tế hầu như không có

vùng A

- Vùng B: là vùng bố trí thiết bị xếp dỡ, phương tiện vận chuyển, hàng hóa đôi khi

cũng có thể xếp tạm ở vùng này với chiều cao không lớn lắm nhằm đảm bảo an toàn cho

công trình

- Vùng C: là vùng trung gian, chẳng hạn đối với bến hàng rời thì vùng này nằm

dưới mái dốc của đống hàng do đó chiều rộng của vùng được xác định theo công thức:

Trong đó:

hđ - Chiều cao đống hàng rời;

ho - Chiều cao tường chắn bãi hàng rời (nếu có);

αo - Góc nghỉ tự nhiên của hàng rời

Với những loại hàng có thể xếp thành đống thẳng đứng thì không có vùng này

- Vùng D: là vùng hậu phương, hàng hóa ở đây có thể xếp cao đến chiều cao xếp

đống cho phép của mỗi loại hàng Chiều rộng của vùng này chỉ bị hạn chế bởi bán kính hoạt động của các máy bốc xếp và gianh giới khu đất của cảng

Hình 2_ 7 Sơ đồ tải trọng khai thác trên bến.

Tải trọng Tiêu chuẩn nêu trên sử dụng trong tính toán thiết kế các công trình cảng khi dây chuyền công nghệ bốc xếp được sử dụng các sơ đồ cơ giới hóa xếp dỡ Tiêu chuẩn thông dụng hiện nay Trong trường hợp thiết lập dây chuyền công nghệ bốc xếp

khác với quy trình công nghệ nêu trên thì cần phải căn cứ vào số thiết bị xếp dỡ, phương

tiện vận tải thực tế và vị trí hoạt động của chúng để xác định đúng tải trọng khai thác trên

bến

Ghi chú: Khi tính toán công trình bến liền bờ kiểu tường cọc, trọng lực thì tải trọng

tập trung do chân trước cần trục gây ra được thay bằng tải trọng phân bố đều tương

đương, còn áp lực chân phía bờ của cần trục lấy bằng tải trọng phân bố đều của hàng

hóa xếp trên khu vực này

Tải trọng rải đều tương đương được xác định theo công thức:

bl

Pq

H

Trong đó:

PH- Tổng tải trọng lớn nhất do một nhóm lực tập trung khi sử dụng một cần trục

đứng độc lập hoặc hai cần trục cạnh nhau, xác định theo sơ đồ bố trí công nghệ

các cần cẩu trên bến (PH = ΣPiH) áp lực do các lực này được truyền lên chiều dài

dải phân bố (hình 13)

b - Bề rộng bản, dầm dưới ray hoặc chiều dài tà vẹt;

l - Chiều dài dải phân bố tải trọng dọc tuyến mép bến xác định theo hình 2-8

ϕ ϕ

b/2 b/2 b

Hình 2_ 8 Sơ đồ xác định tải trọng tương đương

a_Sơ đồ theo mặt cắt ngang; b_Sơ đồ theo mặt cắt dọc.

- Với một chân riêng rẽ của cần trục (khi lo > 2htgϕ +1,0m):

- Với hai chân của hai cần trục cạnh nhau (khi lo < 2htgϕ + 1,0m):

l = lk2 = 2htgϕ + l1 + lo + l2 + 1,0m (2 32)

2.6 Áp lực ngang của đất

Đối với các bến tường chắn (tường trọng lực, tường cừ, cầu tàu có tường cừ phía

trước hoặc phía sau v.v ) áp lực ngang của đất chiếm phần chủ yếu trong tổng tải trọng

tác động lên công trình Tải trọng do hàng hóa, thiết bị bốc xếp và phương tiện vận tải đặt

trên khu đất tiếp giáp với bến cùng truyền vào kết cấu công trình bến qua khối đất đắp

làm gia tăng áp lực ngang của đất trị số áp lực đất có quan hệ hàm số với độ võng và di

chuyển vị của kết cấu bến, do đó việc dựng biểu đồ áp lực đất lên một bài toán khá phức

tạp ngay cả trong trường hợp đơn giản của nền đồng nhất

2.6.1.Áp lực đất chủ động

Thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động do trọng lượng bản thân của đất và

tải trọng rải đều gây ra phải xác định theo lý thuyết cân bằn giới hạn của đất có xét đến

đặc điểm trượt theo mặt cong của lăng thể phá hoại (theo phương pháp lý thuyết cân bằng

giới hạn của sêcôlôp xki và Goluskevich) Quy luật biến thiên của áp lực đất chủ động

trong phạm vi mỗi lớp đất đồng nhất là quy luật tuyến tính

Ngoài ra thành phần nằm ngang của áp lực chủ động cũng được phép xác định theo

lý thuyết cổ điển (Culomb) đối với mặt trượt phẳng của lăng thể phá hoại

Trung độ của biểu đồ thành phần ngang của áp lực chủ động trong các phương pháp

trên được xác định theo công thức:

tc i

tc i

γ - Dung trọng của đất ở trạng thái ẩm tự nhiên bị đẩy nổi hoặc bão hòa nước

hi- Chiều cao lớp đất thứ i có cùng các đặc trưng cơ lý;

C- Lực dính của đất nằm ở độ sâu cần xác định tung độ biểu đồ áp lực đất chủ

động (khi tính toán theo trạng thái giới hạn nhóm I thì C = CI; nhóm II thì C = CII);

λa λac- Các hệ số thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động và do lực dính

xác định theo sau:

- Trong trường hợp tường bến có mặt sau thẳng đứng và mặt đất nằm ngang thì các

hệ số thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động theo lý thuyết cần bằng giới

hạn lấy theo bảng 2.10

Bảng 2_ 10 Hệ số thành phần ngang của áp lực đất chủ động

Hệ số thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động theo

α- Góc nghiêng so với phương đứng của mặt phẳng tính toán tiếp nhận áp lực đất

chủ động (khi tính toán theo nhóm I và trạng thái giới hạn thì α=αI theo nhóm

II.α=αII);

δ- Góc ma sát của đất lên mặt phẳng tiếp nhận áp lực chủ động (khi tính toán theo

nhóm I các trạng thái giới hạn thì δ = δI , theo nhóm II δ= δII)

Ghi chú:

- Nếu Cλac > σax thì trên đoạn này ta lấy σax = 0;

- Nếu tường có mặt sau thẳng đứng thì cho phép xác định σax theo lý thuyết cổ điển,

còn nếu tường có mặt sau nghiêng thì dùng lý thuyết cân bằng giới hạn;

- Đối với đất dính khi mực nước giao động, thì tùy theo vị trí và độ ẩm mà lấy dung

trọng γtc của đất như hình sau (hình 2.9)

Hình 2_ 9 Vị trí các khu vực đất theo độ ẩm.

A - Biên độ trung bình của dao động triều

γH - Ở trạng thái ẩm tự nhiên;

γ - Ở trạng thái bão hòa nước;

γn - Ở trạng thái đẩy nổi thủy tĩnh

1) Cao trình đáy bến;

2) Cao độ trung bình của đỉnh triều;

3) Cao độ trung bình của chân triều

- Phía trên cao độ trung bình của đỉnh triều, lấy theo các số liệu khảo sát địa chất

tc =γ −ε γ − −

Khi có các số liệu đủ tin cậy có thể xét đến trạng thái đẩy nổi không hoàn toàn do

đó với đất dính có độ ẩm hữu hạn, nếu trong lớp đất dính đó không có các lớp kẹp hoặc

thấu kính thấm nước

- Trong phạm vi giữa mực nước cao và mực nước thấp khi mực nước dao động với

biên độ trung bình, coi tất cả các lỗ hổng trong dất đều chứa đầy nước theo công thức:

( tc 1)

s o

tc s

=

λ

tgtg

Trong trường hợp riêng, khi không có tải trọng trên mặt bến, hoặc tải trọng này

phân bố đều trên toàn bộ mặt bến, đối với mặt sau tính toán của tường bến giả định là

nghiêng một góc α = β = 45o-4/2; và khi góc ma sát giữa đất và mặt sau bến là δ = ϕ,

hoặc đối với trường hợp mặt sau của tường bến là thẳng đứng và không có ma sát, tức δ =

0 và α = 0 thì hệ số thành phần ngang của áp lực chủ động xác định theo công thức:

tc o

tc n

tc i

tc o ai

2q2

HH

qqZS

γ

−γ

∑++

1 tc

q - Cường độ tải trọng ở giao điểm của mặt bãi với mặt phẳng phá hoại;

H- Tổng chiều cao của lăng thể phá hoại;

γ - Dung trọng của lớp đất bên dưới trọng lăng thể phá hoại

Khi xác định, trong khối đất lấp, góc nghiêng α của mặt phẳng tiếp nhận áp lực chủ

động (xem hình 2-10) và góc nghiêng β tương ứng với nó của mặt phá hoại phải xuất

phát từ điều kiện áp lực chủ động của lăng thể phá hoại tác động lên tường có giá trị lớn

Khi có lăng thể đá giảm tải, biểu đồ áp lực chủ động cũng được dựng theo cách

trình bày trên với giả thiết các lớp đất, đá kéo dài vô tận, sau đó cộng thêm vào một biểu

đồ áp lực do tải trọng của đất nằm trên mái dốc khối đá để bên trong lăng thể trượt Tung

độ ∆σi của biểu đồ áp lực gia tăng này (hình 2.11) trong trường hợp tổng quát được xác

q tc i ar ak o

i

tc i

λ

−λγ

∑+

=σ

- Phía dưới lăng thể đá với chiều cao ∆t theo công thức

t

Sh

q tc i ar ak o

i

tc i

γ

−λγΣ+

=σ

Σ - Áp lực do trọng lượng bản thân của đất và tải trọng khai thác ở cao

độ của giao điểm giữa mái dốc lăng thể đá với mặt phá hoại, mặt phá hoại này

được vẽ từ điểm cần xác định tung độ ∆σi ở mặt sau tường bến

ar

λ - Hệ số thành phần ngang của áp lực chủ động của đất nằm trên mái dốc lăng

thể đá

ak

γ - Hệ số thành phần ngang của áp lực chủ động của đá đổ;

So’ So- Hình chiếu lên phương đứng của các đoạn mái dốc đá, các đoạn này nằm

giữa các mặt phẳng đá hoặc vẽ qua chân các đoạn ∆H và ∆T ở mặt phẳng tính toán

của tường mặt (xem hình 2.11)

trên mái dốc lăng thể đá.

Các công thức tính toán tung độ của biểu đồ

H

Sh

o ak ar

tc 1 tc

γ

−γγ

=σ

H

SS

h

o ak ar

' o

tc 2

tc 1 tc 2

γ

−γγ+γ

=σ

t

SS

h

o

tc 2

tc 1

tc '

γ

−γγ+γ

=σ

( )

t

SS

Sh

o

tc 2

tc 1

tc '

γ

−γ+γ+γ

=σ

Các hình chiếu được xác định theo các công thức:

k

k '

o

tg1

aHtgBS

β+

−

o o

' o o

o

m1

bm1SaHmS

+

++

−

−

Các ký hiệu khác xem trên hình vẽ 2.11

Ghi chú: Có thể xem áp lực trong lăng thể phá hoại của khối đá đổ được truyền lên

mặt phẳng tính toán dưới góc βk = 26 o

2.6.2 Áp lực đất bị động

Áp lực bị động của đất được xác định theo lý thuyết cân bằng giới hạn có xét đến

đặc điểm mặt trượt của lăng thể bị động là đường cong

Trong phạm vi mỗi lớp đất đồng nhất quy luật biến thiên của áp lực theo chiều sâu

được coi là tuyến tính;

Tung độ biểu đồ thành phần ngang của áp lựuc bị động lên tường thẳng đứng khi

mặt đất nằm ngang được xác định theo công thức:

- Với áp lực đất bị động thuận chiều:

pc i

tc i p

tc i

p = q +Σγ h λ +Cλ

Trong đó

tc i i

λ - Hệ số thành phần ngang của áp lực đất bị động của đất, lấy theo bảng 2.11,

tùy theo góc ma sát trong ϕ của đất ở tiết diện cần tính tung độ, biểu đồ áp lực bị

động và góc ma sát ở giữa lăng thể bị động với trường:

=

λ

tg

19,

0 p

Ghi chú:

-Áp lực đất bị động của đất có thể xác định theo lý thuyết cổ điển với giả thiết mặt

trượt phẳng trong lăng thể bị động Trong trường hợp này tung độ biểu đồ áp lực bị động

xác định theo các công thức trên, trong đó giá trị của λp lấy theo bảng 2.11 còn λpz theo

công thức: λpc =2 λp hoặc theo bảng 2.11

-Đối với lớp đất trên mặt, nơi mà cấu trúc của đất dính có thể bị phá hoại thì lấy C

= 0 Trị số đầy đủ của lực dính được lấy từ độ sâu 1,0m Từ cao trình đáy đến độ sâu 1,0m, lực dính tăng từ 0 đến C theo quy luật tuyến tính

Bảng 2_ 11 Hệ số thành phần ngang áp lực bị động của đất

Hệ số thành phần ngang của áp lực bị động của đất theo