Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình biển: Nghiên cứu thiết kế cải tiến kết cấu cảng và giải pháp công nghệ thi công phù hợp - áp dụng với cảng Nghi Sơn - Thanh Hóa

Thiết kế sơ bộ phương án đã được xây dựng

Cầu tau có chiều dài là 225 m, mặt cầu rộng 25 m Toàn bộ chiều dai cầu tau được chia thành $ phân đoạn, mỗi phân đoạn đài 45 m, khe nổi giữa hai phân đoạn rộng 2 cm Cầu tàu bao gồm các kết cấu chính như: nền cọc, hệ thống dim ngang, dầm dọc, bản mặt c:

(a) Nền cọc: Nền cọc là những cọc khoan nhdi bằng BTCT mác 400, đường kính 1500 mm Mỗi phân đoạn cầu tau có 9 hàng cọc theo phương dọc và 5 hang cọc theo phương ngang, khoảng cách giữa các hàng cọc theo phương ngang và phương đọc cầu tiu là 5,25 m.

(b) Hệ thống dằm ngang dọc: Tương ứng với những hàng cọc là hệ thống dim ngang và dọc bằng BTCT mác 300, được thi công theo phương. pháp đỗ tại chỗ Dim ngang và dim dọc đều có chiều cao là 145 em và chiều rộng là 120 cm Các nút giao nhau của các dim ngang va đọc được mớ rộng đều về các phia.Dam ngang có 2 loại: NI(không lắp đặt đệm tựa) và N2 (lắp đặt đệm tựa và bích neo tau), Dam đọc cũng có hai loại: D1 (dam dọc thường) và D2 (dầm doc dưới chân cẩn trục).

(c) Bản tựa và trụ va tàu: Trong phạm vi dai mép bến cao độ đáy các dim ngang DN2 được hạ thấp và mở rộng tạo thành trụ va tàu Tại mỗi trụ va có lắp ghép bản tựa tàu bằng BTCT mác 300.

(4) Ban mặt cẳu: Bản mặt cầu có chiều diy 40em, bê tông M300, phía trên được phủ một lớp bé tông atfan day 15cm đến cao trình +6,5.

2 © Bồ tri cất thép lớp trên:

~ Theo phương dọc của bản mặt cầu ta bồ trí thép ®14- All, khoảng. cách các cốt thép a em,

~ Theo phương ngang bản mặt cầu bé tí thép 20- AIL, khoảng cách các cốt thép a em.

~ Tại vi trí xung quang cọc bố trí thép ®20- AI, khoảng các cốt thép a em.

= Tại vị trí ita hai cọc theo phương ngang và phương dọc của bản mặt cầu ta bổ trí thép ©20- AIT

* Bồ trí cốt thép lớp dưới:

- Theo phương dọc của bản mặt cầu ta bố tí thép ®14- ATT, khoảng cách các cốt thép a = 15cm.

~ Theo phương ngang bản mặt cầu bố tí thép ®20- AII, khoảng cách cốt thép a Sem. e) Gờ chắn xe: Gờ chắn xe cao 30 em, bằng BTCT mác 300, đỗ tại chỗ.

Khi hoàn thiện gis chắn xe được sơn bằng loại sơn phản quang dùng trong Giao thông

() Hồ cấp điện, nước: Dọc theo tuyến mép bến có bố trí hỗ cấp điện, hỗ cấp nước cho tàu và hố cắp điện cho cần cấu.

(g) Đường ray cần cầu và mốc chắn xe: Đường ray cần cầu được lắp trên các dim dọc bằng các bu lông được chôn sin khi đỏ bê tông dim Ray đường cần cầu là log PK-100 (của Nga) hoặc loại tương đương Cự ly giữa hai ray là 10.5 m, Tại đầu và cuối mỗi đường ray bd tri mốc chắn xe bằng BTCT dé tại chỗ kết hợp đệm gỗ.

(h) Bích neo tàu: Bích neo tàu được lắp đọc tuyến bến, theo suốt chiều dai bến là I1 chiếc, mỗi bích neo có sức neo Q = 40 T, tim bích neo cách mép bến 75 em.

(i) Độm tựa tàu: Đệm tựa tàu bằng cao su được liên kết với trụ va bản tựa bằng những bu lông lam từ thép không ri, các bu lông được chôn sẵn khi đỗ bê tông Toàn bộ có 21 bộ đệm tựa tàu, mỗi đệm có chiều đài L = 2.5 m, cao H =0.6 m.

Ké gầm bến có kết cấu dang mái dốc nghiêng bằng đá hộc dé kết hop với tường góc trên nền đá, độ đốc mái kẻ m = 1.5. Để không bị mắt cát sau tường toàn bộ khe nối giữa hai phân đoạn kè được phủ vải địa kỹ thuật và đá dim cấp phối đầm lèn chat.

Ting lọc ngược của mái kẻ đá dé sau tường góc có kết cấu như sau: lớp. đá dim 4x6 cm day 30 cm, lớp đá dam cắp phối 1x2 day 20 cm và sau cùng là lớp vải địa kỹ thuật Tat cả các lớp đá dim đều phải được đầm chặt trước khi trải vải địa kỹ thuật

“Toàn bộ tuyến tường góc sau cầu tầu dai 225 m bằng BTCT mác 300.

Khu nước trước bến số 2 được chia làm hai khu vực: khu vực đậu thu và khu vực quay trở tàu Khu vực đậu tàu là dai khu nước sát tuyển mép bến có chiều dài 225(m) và chiều sâu -11,5(m), Đây là khu nước bảo đảm an toàn. cho tầu neo đậu khi làm hàng.

- Kích thước cọc khoan nhỏi: Đường kính D= 1,5 m, M400; Chiều dài cọc 27(m); Diện tích mặt cắt ngang cọc: F = 3.14-0.7S” =1,77 mổ,

~ Bồ tí cốt thép cọc khoan nhôi

+ Cất thép chi: Với các cọc có chiều đài 27m thì lồng cốt thép chế. tao thành 3 đoạn Mỗi đoạn dai 9,5 m.Các lồng thép được han chồng vào nhau

50 cm Thép chủ xung quang cọc 70 ®20AIL

+ Cất thép dai: Cét thép dai xoắn 10, khoảng cách a các vòng đai a cm; Cốt dai phía trong 28, khoảng cách gữa các vòng dai a= 170 cm; Để đễ ding cho việc thé tạo lồng, can phải sử dụng các cốt thép đặc biệt làm vòng dai lắp dựng hoặc vòng cỡ Vòng đai phải đảm bảo độ cứng dé có. thể giữ vững lồng thép và các ống thăm dé khuyết tật khi nâng chuyển Vong dai được nói kín bằng hàn chồng hoặc hàn đối dau.

+ Móc treo (Thép định vị ®10 Al): Móc treo phải bé trí sao cho khi cấu ling cốt thép không bị biến dang lớn Chọn cốt thép chuyên dùng lim móc cẩu, gia công móc treo han vào thép chủ.

+ Ông thăm đò: ĐỂ kiểm tra không phá huỷ các cọc đã thi công xong, cần phải đặt trước các ống thăm dé bằng nhựa có nắp đậy ở đáy, có. kích thước phù hợp với phương pháp thăm dò trên suốt chiều dai cọc dùng ống 50 mm để thăm dò bằng siêu âm va ống ©100 mm để khoan lấy mẫu bê. tông ở đáy hồ khoan Các ống thăm dò thanh thép hàn kẹp ống vào đai. Đối với các ống dùng dé khoan mẫu đặt cao hơn chân lồng thép

Im và không tring vào vị trí cốt thép chủ.

Phía sau bến là tường góc BTCT dé tại chỗ đặt trên nền cọc Tường góc có bản đứng cao 3,0m; bản day rộng 3,5m; chiều day bản đứng: đỉnh tường 30cm, đáy tường 50em; chiều dây bản đáy là 50em; chiều dày bản chống là 30cm, Coe bê tông ứng suất trước M300, kích thước 40x40x1700em, khoảng cách giữa các cọc: 1,6m Khoảng cách giữa các bản chống là: 3m;

Hình 2.12 - Mô hình tường góc trên nền cọc.

- Công trình bến cảng biển có rất nhiễu dạng kết cầu ( mái nghiêng, bi trọng lực, bến tường c tu ) Mỗi hình thức kết cấu công trình bến lại phụ thuộc vào nh ảnh hưởng như: Điều kiện tr nhiên nơi xây dựng, những yêu cầu sử dụng, điều kiện thi công, điều kiện vật tw Để đưa. ra được hình thức kết cấu phù hợp với khu vực xây dựng ta phải xem xét đ tắt cả các yếu tổ trên, Mặt khác với mỗi hình thức kết cấu lại có rí nhiều yếu tố tác động lên công trình rất phức tạp đỏi hỏi sự tính toán hết sức chỉ tiết và. tỷ mí để thẳm đưa ra được hình thức phủ hợp nhất với khu vực dựng đảm bảo được các yếu tố: thi công nhanh, an toàn, đơn giản và ti kiệm.

NGHIÊN CỨU CẢI TIEN KET CAU CANG AP DUNG

Sơ lược dự án xây dựng bến số 2 cảng Nghỉ Sơn - Thanh Hóa „56 3.1.2 Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng 57 3.1.3 Điều kiện khai thác, 6 3.1.4 Phân tích điều kiện và khả năng xây dựng công trình 64 3.2 PHAN TÍCH, DE XUẤT PHƯƠNG ÁN CAI TIEN KET CAU 65 3.2.1 Đề xuất phương án cải tiến 65 3.2.2 Tinh toán kết cấu phương án: Thay đổi kết cấu tường góc sau bến

Sơn thuộc địa phận xã Hải Thượng, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hoá Cảng cách Thành phố Thanh Hoá khoảng 70 km về phía Nam va cách Quốc lộ 1A. khoảng 9 km Cảng biển Nghỉ Sơn là một trong những cảng biển quan trọng thuộc nhóm cảng Bắc trung bộ của hệ thống cảng biển Việt nam, đã được Bộ.

Giao Thông Vận Tải tình Chính Phủ phê duyệt phát triển.

Qui mô cảng hiện tại bao gồm bến số 1dai 165 m (bến mở đầu cho tau

10000DWT, thuộc khu cảng tổng hợp của địa phương đã được khởi công xây: dựng tháng 11 năm 2000 và đã đưa vào khai thác chính thức), kho hàng bách hóa và CPS, đường bãi và các công trình phụ trợ và mạng kỹ thuật Ngoài ra một dé chắn cát có chiều đài 1125 m cũng đang được thi công Cảng có khả năng thông qua lượng hàng 460000 T/năm.

Mặc dù mới được đưa vào khai thác chính thức chưa lâu nhưng tính đến nay, cảng đã tiếp nhận nhiều lượt tau ra vào bến làm hàng, chủ yếu là hàng. của nhà máy xi ming Nghỉ Sơn Ngoài ra, một lượng lớn xi măng của nhà máy xi măng Hoàng Mai cũng sẽ xuất qua cảng Nghỉ Sơn trong tương lai không xa Để đáp ứng được lượng hàng hóa thông qua cảng ngày cing tăng và đáp ứng được sự phát trién của các ngành công nghiệp trong khu kinh tế

Hiện nay khu kinh tế Nghi Sơn đang là địa điểm dự kiến đầu tư của hang loạt các dự án Dự án Khu Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn đã được Chính Phủ cho phép đầu tr Quá trình xây dựng sẽ cần vận chuyển khoảng 6,7 triệu tin sr thiết bị, máy móc bằng đường thủy mà trong đó cảng biển Nghĩ Sơn đồng một vai trd quan trong.

Nhu vậy với một bến mở dau, cảng Nghỉ Son sẽ không thé đáp ứng được yêu cầu vận tải cho những năm sắp tới cả về quy mô và cỡ tau ra vào cảng. Đứng trước tình hình đó, sở GTVT Thanh Hóa đã được UBND tỉnh Thanh

Hod giao nhiệm vụ tiến hành lập báo cáo NCKT bến số 2 cảng Nghỉ sơn Báo. cáo NCKT đã được UBND Tỉnh Thanh Hoá phê duyệt bằng quyết định số

21/QDD-CT ngày 02 tháng 01 năm 2007,

3.1.2 Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng.

3.1.2.1 Vj trí địa lý, đặc diém địa hình

Nghỉ Sơn nằm ở vùng cực Nam huyện Tinh Gia, cách đường quốc lộ

IA 10 km về phía Đông, cách thành phố Thanh Hoá khoảng 70 km về phía. Nam Vùng đảo Nghỉ Sơn có toa độ địa lý 1918207 độ Bắc và 105” 49"

00” kinh độ Đông Cảng Nghỉ sơn được che ấn tốt phía Bắc và đông bởi Đảo Nghỉ Sơn , cửa biển vào cảng rộng 2 km hướng về phía Đông và Đông

Nam tiếp giáp biển Đông, độ sâu cửa cing khoảng -6.0 m Đây là một vùng vita là địa hình xâm thực bóc mòn vừa là địa hình tích tụ, tạo ra một vùng có điều kiện để xây dựng cảng.

Khu vực xây dựng dự kiến kéo dài bến có địa hình là bãi cát tương đối thoải và bằng phẳng Cao độ tự nhiên phía ngoài bến số 1 khoảng -0.5 m++2.0m Phía trong địa hình cạn hơn, có những doi cát nổi với cao độ tới+Â.0m + +3.5 m

3.1.2.2.Diéu kiện khí tượng thủy văn

+ Nhiệt độ trung bình năm 238; ô _ Nhiệt độ trung bỡnh thỏng cao nhất 294 ( thỏng 6 và 7); ô Nhiệt độ thang thấp nhất 17°4 ( thỏng 1).

+ Độ âm cao nhất 43,3 mb;

+ D6 Am thấp nhất 6.3 mb; © Độ ấm trung bình 25.4 mb.

Tổng lượng mưa trung bình năm là 1716 mm Năm 1989 có tổng lượng mưa lớn nhất trong 10 năm là 2364,7mm Nam 1995 có tổng lượng. mưa nhỏ nhất trong 10 năm là 1311,7mm Số ngày bình quân có mưa trong năm là 139 ngày.

Mia mưa trong năm thường từ thing 5 đến tháng 10, lượng mưa từ tháng 5 đến tháng 10 là 1450,8mm, chiếm 84,5% tổng lượng mưa cả năm. Lượng mưa ngày lớn nhất là 291 mm.

Giỏ thịnh hành ở Tĩnh Gia là gió Bắc chiếm 15,23%, sau đó lả'Đông-Nam 8,88%, Đông-Bắc 8,593, Bắc-Tây Bắc 8,58 Tin suất lặng gió

33,32%, phần lớn gió có tốc độ từ 0,1~3,9 mis (51,69%), chỉ chiếm 0,05%.

Hoa gió tổng hợp trạm Tĩnh Gia năm 1986 - 1995 xem hình 1.2. seu ve ve

Hình 3.2- Hoa gió trạm Tĩnh Gia

Nghi Sơn là vùng chịu ảnh hưởng mạnh của bão biển Đông Theo tài liệu thống kê tir năm 1985 đến 1995 có 9 cơn bão dé bộ vào khu vực này Tốc độ gió lớn nhất đo được trong bão là 40m/s (Bảng 1.1)

Bang 3.1-Một số cơn bão ảnh hưởng tới khu vực Thanh Hoá (1985-1995)

TT Tênbão | Thờigian Nơi đỗ bộ l

5 LEWIS 12/07/93 Nghệ An-Thanh Hóa 244

6 | amy | 31/07/94 QN-Nghệ An Is

Trong năm trung bình có 10,6 ngày có sương mù Sương mù thường xuất hiện từ tháng 11 đến tháng 4 Tháng 3 là thing có nhiều ngày sương mit nhất trong năm (3,9 ngày),

Do ảnh hưởng của sương mủ nên trong năm có 2.6 ngày có tầm nhìn dưới 1 km, 31.5 ngày có tim nhìn tir 1 đến10 km Những ngày còn lại có tắm. nhìn lớn hơn 10 km.

Dao động mực nước biển tại Nghỉ Sơn thuộc chế độ nhật triều không. đều.

‘Van tốc dong chảy trong khu vực biển thiên khoảng 0.25 mvs + 0.35 m/s, có hướng chủ đạo Đông Bắc và Tây Nam, gin như song song với tuyến đường bở.

Khu vực xây dựng cảng nằm ở phía Nam đảo Biển Son, các hướng từTây Nam theo chiều kim đồng hồ đến Tây Bắc là lục địa, hướng Bắc đến Đông Bắc có đảo Biển Sơn che chấn Đồng thời còn có đảo Hòn Mê và một quần thé các đảo nhỏ khác như Hòn Bảng, Hòn Hộp, Hon Miéng, Hòn Số.

2 hạn chế lan truyền sóng vào khu vực cảng Chỉ có các sóng hướng Đông đến

‘Nam là anh hưởng trực tiếp dén khu cảng.

Mực nước giờ tại trạm Sim Sơn được quan trắc trong 10 năm, từ năm.

3.1.2.4, Dia chất khu vực xây dựng bến

Theo tài liệu khảo sát địa chất khu vực nghiên cứu, địa ting khu vực xây cdựng cảng bao gồm các lớp từ trên xuống dui như sau

NHỮNG UU DIEM CUA PHƯƠNG ÁN CẢI TIÊN SO VỚI PHƯƠNG ÁN CŨ T9 1 Giảm được vật liệu dắt tiền và hiện trường bố trí mặt bằng thi công

Vay mái của công trình đảm bảo điều kiện én định trượt

3.2.2.5, Kidm tra ỗn định của vật liệu lát mái [I]

Phần mái dốc dưới gầm bến công trình là đá hộc xếp day 40cm Để khối gia cố nằm ổn định trên mái dốc nó phải có khối lượng tương ứng với. tham số sóng tác động Thực tế trong bến sóng đã bị phá vỡ, chủ yếu là sóng do tầu gây ra, nhưng để thiên về an toàn thì trong luận văn sẽ lấy chiều cao sóng cho phép của cảng ứng với chiều cao sóng với tần suất xuất hiện 3%:

Hyg của khu vực cảng Nghỉ Sơn ~ Thanh Hóa là 0,51 (m), chu kỳ sóng trung bình T, = 5 (9)

Sử dụng phần mềm Wadibea xác định trọng lượng khối phủ mái cho. công trình thu được kết quả như sau: oh om kh thước p áo tm

=—— cayonmviroare © pda atte Sees as

"QJÁÁ`-Á ini ene ns eraniacinitite im 6) 1

“HH se dửệ-benkg nữ crevasses ơ-

Hình 3.7 ~ Kích thước khối phủ mái dưới gầm bến.

Kết qua tính toán cho ra chiều dày lớp đá phủ là 0,31m < 0,4m Vậy khối phủ mái đảm bảo điều kiện ôn định.

3.3, KHÁI TOÁN PHƯƠNG AN DE XUẤT

3.3.1 Kinh phí xây dựng theo phương án cũ

Luận văn chỉ xét đến kinh phí xây dựng một số hạng mục liên quan đến phương án đẻ xuất: Khôi lượng nạo vét, đá hc gam bền, khối cấu kiện Haro, bê tông cốt thép tường góc. Áp dụng: Định mức dự toán xây dựng công trình ban hành kèm theo. quyết định số 24/2005/QĐ-BXD ngày 29/7/2005 của Bộ trưởng Bộ xây dựng. và đơn giá xây dựng công trình tỉnh Thanh Hóa năm 2006.

Phan tính toán như trong bảng Phy lục 3.1 - Chi phí xây dựng cơ bản theo phương án ci.

“Tổng chỉ phí xây dựng tính theo đơn giá xây dựng cơ bản của phương. án cũ là: 18.143.658.105,00 đồng (Mười tam th một trăm bồn ba triệu sáu. trăm năm mươi tám ngàn một trăm linh năm đông).

3.3.2 Kinh phí xây dựng theo phương án cải tiến - Thay đổi kết cấu tường góc

Tinh toán chỉ phí xây dựng theo đơn giá xây dựng cơ bản trình bay tại bảng Phụ lục 3.2 = Chỉ phí xây dựng cơ bản theo phương án cải tiến

Tổng chỉ phí xây dựng một số hạng mục tính toán là: 8.603.873.865 (đồng) (Bằng chữ: Tâm tỷ su trăm link ba triệu tâm trăm Bảy ba ngân tâm trầm sâu năm đẳng)

3⁄4 NHUNG UU DIEM CUA PHƯƠNG AN CẢI TIEN SO VỚI PHƯƠNG ÁN CŨ

3.4.1 Giảm được vật liệu dit tiền và hiện trường bố trí mặt bằng thi công

= Thi công theo phương án mới sẽ giảm được khối lượng lớn bê tông dùng để đỗ khối cấu kiện Haro Khối cấu kiện BT đúc sẵn Haro được xếp phan phía trên mái kè gầm bến với số lượng tương đối lớn: 2500 (khối).

- Khối Haro được thi công dé tại chỗ nên cin mặt bằng công trường rộng để thi công và tập kết trước khi được xếp dưới gầm bến Nếu thi công theo

80 phương án cải tiễn mới thì công trường sẽ không phải tién hành công tác nay, từ đó sẽ giảm bớt được diện tích mặt bằng công trường và tạo điều kiện thuận lợi hơn cho thi công.

3.4.2 Tăng tính ôn định phan nền công trình

= Thi công theo phương án cũ khối lượng đá hdc dé dưới gầm bến rất lớn {36.528,8 m‘), khối lượng đá lớn như vậy sẽ làm cho nền dat dưới chân công. trình phải chịu một tải trọng lớn.

~ Nếu thi công theo phương án mới khối lượng đá dưới gằm bến giảm đi rất nhiều ( tông khối lượng đá đỏ dưới gam bén 5.362 mì), từ đó sẽ giảm tai trong lớn xuống nền giúp nền sẽ được ôn định hơn.

3.4.3 Công nghệ thi công đơn giản

~ Khi tiến hành thi công theo phương án cũ khối lượng dat dưới gim bến phải nạo vét rit lớn, công tác này sử dụng tàu hút bùn tự hành để thi công. Công tác đỗ đá tạo mái đốc dưới gầm bến theo phương án cũ được thi công theo hai hình thức:

+ Đá được vận chuyên bằng xà lan 200T đến vị trí thi công phía khu nước trước bến, dùng cin trục xích tự hành dé đồ;

+ Đá được vận chuyển đến khu vực bai sau bến ( khi khu vực đã san. lắp mặt bằng đến sát phía sau bến ) dùng cần trục tự hành để đỏ đá.

~ Thi công theo phương án mới thì khối lượng đất phải nao hút và lượng, đã hộc dé dưới gầm bến giảm di khá nhiều ( giảm 75.650 m dat phải nạp hút và 35.774 mỶ đá ), cao trình phần mái cũng cao hơn so với phương án cũ nên việc thi công sẽ đơn giản hơn

3.4.4, Thời gian và kinh phí thi công gidm

- Do thi công theo phương án mới khối lượng đá đỗ dươi gầm bến và khối lượng đất phải nạo vét giảm đi nhiều dẫn đến thời gian thi công công. gỊ trình giảm di đáng kể, từ đó sẽ giúp cho tiến độ thi công toàn bộ công trình đảm bảo hơn và tiết kiệm chỉ phi hơn

~ Kinh phí thi công theo phương án cải tiến đề xuất giảm khá nhiều so với phương án cũ (giảm 9.539.184.235 đồng ~ chín năm trăm ba chín triệu bảy trăm tâm tự nghìn hai trăm ba năm đồng).