(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Giải Pháp Cửa Van Bê Tông Cốt Sợi Áp Dụng Cho Cống Đầu Mối Trong Ô Thủy Lợi Tỉnh Cà Mau

LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp cửa van bê tông cốt sợi áp dụng cho cống đầu mối Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu không chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2016 Học viên cao học Lê Thanh Cảnh i LỜI CÁM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Văn Thái, người hướng dẫn trực tiếp vạch định hướng khoa học cho luận văn Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hồng Phó Un hướng dẫn phần vật liệu bê tông cốt sợi Xin cảm ơn Nhà trường, thầy cô giáo Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Xin cảm ơn đồng nghiệp Bộ môn Trụ đỡ Trung tâm Công trình đồng ven biển Đê điều - Viện Thủy công - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả q trình học tập hồn thiện luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh em gia đình động viên tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2016 Học viên cao học Lê Thanh Cảnh ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục đích đề tài Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Kết dự kiến đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan phát triển Ô Thủy lợi .4 1.1.1 Tình hình phát triển chung [5] 1.1.2 Tình hình phát triển quy hoạch thủy lợi Cà Mau [5] 1.2 Tổng quan 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 bê tông cốt sợi [1] 23 1.3.1 Khái niệm bê tông cốt sợi 23 1.3.2 Các ứng dụng giới 23 1.3.3 Các ứng dụng Việt Nam 25 1.4 Kết luận chương 26 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỬA VAN BÊ TÔNG CỐT SỢI 27 2.1 Đặt vấn đề 27 2.2 Đặc điểm bê tông chất lượng cao [4] 27 2.2.1 Ưu điểm bê tông chất lượng cao 27 2.2.2 Nhược điểm bê tông chất lượng cao .27 2.2.3 Vật liệu chế tạo 28 2.3 Ưu điểm cốt sợi bê tông [1],[2],[3],[4] 29 2.3.2 Vai trò sợi việc nâng cao tính chất học bê tơng 33 2.3.3 Vai trị sợi 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 iii 2.4.3 Cửa van có khung dầm mặt lượn sóng SW .40 2.4.4 Kết luận .42 2.5 Cách tiếp cận phương pháp tính tốn 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 tốn [9] 47 2.6.1 Các bước phân tích tốn 47 2.6.2 Lực tải trọng tính tốn 47 2.6.3 Tổ hợp tải trọng 51 2.6.4 Các hệ số tính tốn tải trọng 53 2.7 Kết luận chương 54 CHƯƠNG 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 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 tốn khả chịu lực cửa van 57 3.2.1 Thông số tính tốn [6] 57 3.2.2 Tính tốn 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 hai cừ [12] 68 3.3.3 Lớp phủ bề mặt [13] 69 3.3.4 Kết cấu sau hoàn thiện 70 3.4 Các modul cửa van .72 3.5 Kết luận chương 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 KẾT LUẬN .73 KIẾN NGHỊ 73 iv TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC TÍNH TỐN .75 Phụ lục 1: Trường hợp cửa van SW ngang .75 Phụ lục 2: Trường hợp cửa van SW đứng 79 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình - 1: Bố trí khu nuôi tôm Nam Thái Lan Hình - 2: Các hình thức nuôi tôm Hình - 3: Cấu tạo cửa bê tông cốt thép .19 Hình - 4: Nguyên lý hoạt động 20 Hình - 5: Cống Nghi Quang – Nghệ An .21 Hình - 6: Cống Diễn Thành – Nghệ An .21 Hình - 1: Ứng xử học BTCS chịu kéo 33 Hình - 2: Sự tương tác sợi cốt liệu 34 Hình - 3: Mơ hình hóa trình hình thành vết nứt: .36 Hình - 4: Sự hình thành vết nứt tải trọng uốn: 37 Hình - 5: Sự làm việc khác bê tông cốt thép cốt thép sơi 37 Hình - 6: Cửa van dạng tường phẳng không sườn .38 Hình - 7: Cửa van dạng tường phẳng có sườn 39 Hình - 8: Cửa van có khung dầm mặt lượn sóng 40 Hình - 9: Kết cấu dầm dầm 41 Hình - 10: Kết cấu mặt .41 Hình - 11: Sơ đồ làm việc cửa van .47 Hình - 12: Sơ đồ áp lực thủy tĩnh .48 Hình - 1: Ô thủy lợi xã Tân Hưng – Cái Nước 55 Hình - 2: Hiện trạng hệ thống lấy nước vào ao nuôi ô nhiễm 56 Hình - 3: Mơ hình thí nghiệm phịng LAS-XD125 .60 Hình - 4: Vị trí cắt cừ chế tạo mặt .64 Hình - 5: Hình 3.2: Thanh mặt sau hồn thiện 65 Hình - 6: Chi tiết móc vận hành móc định vị cửa nằm ngang .65 Hình - 7: Chi tiết khe bên khe đáy 66 Hình - 8: Định vị lắp ghép mặt 67 Hình - 9: Mặt đổ bê tông khung dầm cửa van 68 Hình - 10: Nhìn A -A 70 Hình - 11: Mặt cửa van 70 Hình - 12: Nhìn B-B 70 vi Hình - 13: Mặt cắt I-I 71 Hình - 14: Mặt cắt II-II .71 Hình - 15: Bố trí kín nước cữ trượt 71 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng - 1: Thuộc tính loại sợi khác 30 Bảng - 2: Các thông số số loại cốt sợi thép 31 Bảng - 3: Tỷ lệ thành phần BTCS thường .32 Bảng - 4: Tỷ lệ thành phần BTCS cường độ cao 32 Bảng - 1: Cấp phối bê tông đúc mẫu 60 Bảng - 2: Tổng hợp cửa van SW ngang ứng suất – chuyển vị 63 Bảng - 3: Tổng hợp cửa van SW đứng ứng suất – chuyển vị 63 Bảng - 4: Tổng hợp modul tính tốn 72 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ Chữ viết tắt Diễn giải ĐHTL Đại học Thủy lợi BTCS Bê tông cốt sợi QCCT Quảng canh cải tiến NTTS Nuôi trồng thủy sản DBSCL Đồng sông Cửu Long FA Tro bay N Nước SF Silica fume PGK Phụ gia khoáng PGSD Phụ gia siêu dẻo N/CKD Tỷ lệ nước chất kết dính theo khối lượng ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong thập niên trước đây, dự án phát triển thuỷ lợi đồng sông Cửu Long thường thiên phục vụ cho lúa, sau chuyển dần theo hướng đa mục tiêu, đặc biệt xuất yêu cầu sử dụng nước cho thuỷ sản nước mặn/lợ Trong Quy hoạch sản xuất sử dụng đất chưa tập trung mà mang tính thích nghi với tại, manh mún Tỉnh Cà Mau có tổng diện tích tự nhiên tỉnh 5.210 km2, 13,1% diện tích vùng đồng song Cửu Long 1,58% diện tích nước Năm 2013 nước xuất thủy sản đạt 6,7 tỷ USD, riêng Cà Mau tỷ USD, chiếm 15% nước Năm 2014 xuất thủy sản đạt 1,314 tỷ USD Để đạt mục tiêu xuất thủy sản, tỉnh Cà Mau đối mặt với nhiều thách thức cho việc phát triển bền vững tương lai Từ năm 2010, tỉnh quy hoạch thành hai vùng sản xuất trọng điểm Nam Bắc Cà Mau với tất 23 tiểu vùng Do nguồn vốn đầu tư hạn chế nên đến sau 10 năm thực hiên quy hoạch chưa có tiểu vùng khép kín Theo tổng kết khoa học thực tiễn, cho thấy nơi sản xuất vụ lúa đất ni tơm mang lại hiệu bền vững Để việc sản xuất Tôm – Lúa hiệu quả, yêu cầu hệ thống thủy lợi phải khép kín Nhưng để khép kín 23 tiểu vùng, tiểu vùng hàng chục ngàn ha, cần khoảng hai, ba chục ngàn tỷ đồng Trong giai đoạn nay, khó có nguồn vốn đáp ứng Việc xây dựng cơng trình thủy lợi khép kín ô nhỏ, để đáp ứng nhu cầu thị trường sản xuất hang hóa hồn vốn đầu tư khoảng 2-4 năm xây dựng mà không mâu thuẫn với quy hoạch lâu dài khép kín 23 tiểu vùng Hạ tầng cho Ô thủy lợi khép kín bao gồm cống, đập, đê, trạm bơm, kênh mương…, có diện tích từ 250 - 400 hecta tạo điều kiện điều tiết nguồn nước, kiểm soát nguồn nước, kiểm sốt dịch bệnh Hiện cơng trình hạ tầng thuỷ lợi chưa chuẩn hố nên việc chuẩn bị đầu tư cho thuỷ lợi nhiều thời gian nên chậm phát huy hiệu Lắp dựng cốt thanh, lắp đặt liên kết cụm chi tiết khí, đo đạc chỉnh xác Cốt liệu bê tơng tập kết đong theo cấp phối thiết kế sẵn quanh vị trí máy trộn Tiến hành trộn bê tơng theo cấp phối cấp Đổ bê tông dầm dưới, dầm trên, dầm biên Sử dụng đầm dùi hỗn hợp để đảm bảo bê tông điền đầy hết lỗ rỗng đẩy hết bọt khí ngồi Sau hoàn thiện cửa van, tiến hành dưỡng hộ định kì tạo điều kiện tốt cho bê tơng đạt cường độ thiết kế Lau chùi dụng cụ bê tông kết thúc công việc Khi bê tông đạt cường độ, ghép chi tiết kín nước quét phụ gia chống thấm hồn thiện cửa van Hình - 9: Mặt đổ bê tông khung dầm cửa van 3.3.2 Liên kết hai cừ [12] Liên kết kín nước cừ với keo dán Newtech UW – keo dán epoxy sửa chữa nước 68 Newtech UW keo dán, vữa sửa chữa epoxy thành phần không dung môi, hỗn hợp vật liệu sau đơng cứng khơng gây co ngót tạo vật liệu có cường độ cao đặc Sản phẩm cung cấp dạng định lượng sẵn, gốm thành phần, dễ dàng sử dụng Newtech UW thích hợp cho việc thi cơng cách tram trét, dán cấu kiện bê tông hay thép neo môi trường nước ẩm ướt Ưu điểm: Phát triển cường độ ban đầu nhanh, giảm thiểu hao mòn thời gian bảo dưỡng; Sản phẩm đóng gói định lượng sẵn, dễ kiểm tra, đảm bảo độ sệt giảm sai sót nơi cơng trường; Khơng bị ảnh hưởng hầu hết chất kiềm, acid hóa chất cơng nghiệp; Cường độ sau đóng rắn cao; Chịu va đập kháng mài mòn tốt; Có thể rót hay trát; Khơng võng, dễ thi cơng; Đạt cường độ ban đầu nhanh điều kiện thi công nước 3.3.3 Lớp phủ bề mặt [13] Sử dụng phụ gia CT 09-VTC để quét cửa van phục vụ chống thấm CT 09-VTC hỗn hợp khơ gồm xi măng, phụ gia chống thấm, khống hoạt tính siêu mịn xúc tác dạng tinh thể giúp thẩm thấu vào bề mặt bê tông vữa Sau thẩm thấu vào mao dẫn chúng tác dụng với muối xi măng tạo thành khống khơng tan lấp đầy mao dẫn lỗ rỗng tạo khả chống thấm tốt tăng độ bền cho bề mặt cơng trình Ưu điểm: Nhờ thẩm thấu nên khả chống thấm thể tích sâu triệt để, nên lớp sơn quét làm tăng độ bền bề mặt bền mài mịn 69 Dễ thi cơng cần trộn với nước Khả chống thấm ngược Bền xâm thực tốt Khơng độc hại, sử dụng cho nhiều loại cơng trình 3.3.4 Kết cấu sau hồn thiện Hình - 10: Nhìn A -A Hình - 11: Mặt cửa van Hỡnh - 12: Nhỡn B-B 70 Cữ trượt cửa van Cữ trượt cửa van Hỡnh - 13: Mt cắt I-I Chi tiÕt Hình - 14: Mặt ct II-II Dầm cửa van Dầm cửa van Cữ trượt dầm bên Cữ trượt dầm bên Cữ trượt dầm bên Cữ trượt dầm bên Cữ trượt dầm bên Cữ trượt dầm bên Dầm cửa van Dầm cưa van Hình - 15: Bố trí kín nước cữ trượt 71 3.4 Các modul cửa van Tính toán tương tự phương pháp với độ chênh lệch mực nước khác, đưa bảng thông số cửa van đây: Bảng - 4: Tổng hợp modul tính tốn VTC.CV.2.2 H50 2,0 Chiều dày mặt (cm) 2,5 VTC.CV.2.2,5 H100 2,5 VTC.CV.3.2 H50 VTC.CV.3.2,5 H100 20 Chênh lệch mực nước 50 3,0 25 100 2,0 2,5 20 50 2,5 3,0 25 100 VTC.CV.4.2 H50 2,0 2,5 20 50 VTC.CV.4.2,5 H100 2,5 3,0 25 100 VTC.CV.5.2 H50 2,0 2,5 20 50 VTC.CV.5.2,5 H100 2,5 3,0 25 100 TT Tên sản phẩm Chiều rộng (m) Chiều cao (m) Chiều dày tổng (cm) 3.5 Kết luận chương Trên sở sử dụng mơ hình xây dựng chương 2, chương tác giả nghiên cứu tính tốn áp dụng cửa van bê tơng cốt sợi cho cơng trình Ơ thủy lợi xã Tân Hưng, huyện Cái Nước, tỉnh Cà Mau Dựa mơ hình phần mềm SAP2000, tác giả tính tốn lựa chọn kết cấu cửa van có BxH=320x200, theo dạng sóng W có chiều dày bê tơng 2,5cm; cao 24,5cm Từ kết cấu cửa van, tác giả đề xuất biện pháp thi công hợp lý dễ dàng thi cơng chế tạo cửa van thực tiễn, đưa vào sản xuất đại trà Trong chương 3, tác giả tổng hợp kết tính tốn lựa chọn mẫu cửa van bê tông cốt sợi bảng 3-4 có giá trị ứng dụng cao 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu giải pháp cửa van bê tông cốt sợi áp dụng cho cống đầu mối Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau” nghiên cứu tổng quan Ơ thủy lợi Từ đề xuất cửa van Bê tông cốt sợi áp dụng làm cửa van cống đầu mối Ô thủy lợi Ở chương 2, tác giả đề xuất loại cửa van bê tơng cốt sợi có ưu điểm nhẹ, rẻ, bền, đẹp để áp dụng vào ô thủy lợi Tác giả trình bày phương pháp tính tốn cửa van bê tông cốt sợi Trong chương 3, tác giả vận dụng sở lý thuyết phương pháp tính toán kết cấu cửa van cụ thể áp dụng cho cống đầu mối Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau Tác giả đề xuất biện pháp thi công thử nghiệm cửa van bê tông cốt sợi Đề xuất loạt mẫu cửa van bê tông cốt sợi bảng 3-4 Luận văn làm rõ sở khoa học cho giải pháp dùng bê tông cốt sợi chế tạo cửa van nhằm làm cho cửa van nhẹ hơn, rẻ hơn, bền hơn, đẹp KIẾN NGHỊ Đây nghiên cứu bước đầu cửa van bê tông cốt sợi, để cửa van áp dụng rộng rãi có hiệu quả, cần tiếp tục nghiên cứu: - Nghiên cứu thêm cấp phối để đưa cường độ Kéo, nén, uốn bê tông cốt sợi với loại cốt sợi khác - Thử nghiệm đo đạc thực tiễn để ban hành ban hành tiêu chuẩn cửa van BTCS; 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Ngọc Long, Phạm Duy Anh, “Bê tông cốt sợi”, Nhà xuất Xây Dựng, 2012 Nguyễn Văn Chánh, Trần Văn Miền, “Nguyên cứu chế tạo BTCS vật liệu xây dựng địa phương” Nguyễn Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông, Phạm Duy Anh, “Bê tông cường độ cao chất lượng cao”, 2008 Nguyễn Công Thắng, “Nguyên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khống vật liệu có sẵn Việt Nam”, luận án tiến sĩ kỹ thuật, 2016 Trần Văn Thái, “Nghiên cứu áp dụng công nghệ để xây dựng mơ hình kết cấu hạ tầng Ô thủy lợi tỉnh Cà Mau”, đề tài, 2016 Nguyễn Phú Quỳnh, “Nguyên cứu giải pháp hạ tầng kỹ thuật thủy lợi nội đồng (cấp, xử lý nước) phục vụ ni tơm vùng ven biển Đồng sông Cửu Long”, đề tài, 2013-2016 Nguyễn Bá Việt, Lê Minh Long, Nguyễn Trung Hòa, “Phân tích ứng xử bê tơng cốt sợi thép tính siêu cao”, Tạp chí khoa học cơng nghệ Xây dựng – số 1/2015 “Tổng quan loại cửa van tự động Việt Nam giới”, chun đề, Trung tâm cơng trình đồng ven biển đê điều Tiêu chuẩn Việt Nam 8299:2009 Công trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật thiết kế cửa van, khe van thép 10 Tiêu chuẩn Viêt Nam 9147:2012 Cơng trình thủy lợi – Quy trình tính tốn thủy lực đập tràn 11 Quy chuẩn Việt Nam 04-05: 2012/BNNPTNT Cơng trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu thiết kế 12 Catalog New tech UW – Keo dán epoxy dán, sửa chữa, neo định vị cấu trúc nước, [Online] http://chongtham.net.vn/upload/news/newtech-uw1413008304.pdf 13 Catalog CT- 09 VTC - Vật liệu chống thấm thẩm thấu kết tinh gốc xi măng 14.Và số tài liệu liên quan khác 74 PHỤ LỤC TÍNH TỐN Phụ lục 1: Trường hợp cửa van SW ngang Hình PL1-1: Cửa van bề dày 2cm - Ứng suất uốn Smax MN/m2 Hình PL1-2: Cửa van bề dày 2cm – Chuyển vị 20.10-6m 75 Hình PL1-3: Cửa van bề dày 2,5cm - Ứng suất uốn Smax 7.2 MN/m2 Hình PL1-4: Cửa van bề dày 2,5cm – Chuyển vị 9.10-6m 76 Hình PL1-5: Cửa van bề dày 3,0cm - Ứng suất uốn Smax 4,5 MN/m2 Hình PL1-6: Cửa van bề dày 3,0cm – Chuyển vị 6.10-6m 77 Hình PL1-7: Cửa van bề dày 4,0cm - Ứng suất uốn Smax 3,2 MN/m2 Hình PL1-8: Cửa van bề dày 4,0cm – Chuyển vị 5.10-6m 78 Phụ lục 2: Trường hợp cửa van SW đứng Hình PL2-1: Cửa van bề dày 2,0cm - Ứng suất uốn Smax 5,6 MN/m2 Hình PL2-2: Cửa van bề dày 2,0cm – Chuyển vị 15.10-6m 79 Hình PL2-3: Cửa van bề dày 2,5cm - Ứng suất uốn Smax 4,0 MN/m2 Hình PL2-4: Cửa van bề dày 2,5cm – Chuyển vị 10.10-6m 80 Hình PL2-5: Cửa van bề dày 3,0cm - Ứng suất uốn Smax 2,8 MN/m2 Hình PL2-6: Cửa van bề dày 3,0cm – Chuyển vị 10.10-6m 81 Hình PL2-7: Cửa van bề dày 4,0cm - Ứng suất uốn Smax 1,8 MN/m2 Hình PL2-8: Cửa van bề dày 4,0cm – Chuyển vị 7.10-6m 82