MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KẾT CẤU CỐNG LẮP GHÉP BẰNG CỪ BTCT DỰ ỨNG LỰC Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu một loại kết cấu cống mới lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực: Kết cấu bền vững, kết hợp giao thông thủy bộ thuận lợi, thi công giữa lòng sông (không đắp đê quây và dẫn dòng thi công), hạn chế đền bù và giải phóng mặt bằng, tiến độ thi công nhanh, chi phí đầu tư rẻ,… phù hợp xây dựng ở vùng ảnh hưởng triều thấp ĐBSCL.

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 PHẦN III XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH - MÔ HÌNH TOÁN TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 141 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 142 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KẾT CẤU CỐNG LẮP GHÉP BẰNG CỪ BTCT DỰ ỨNG LỰC Ở ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG SEVERAL RESULTS OF THE RESEARCH AND APPLICATION ON STRUCTURE OF SLUICE PRESTRESSED REINFORCED BY CONCRETE SHEET PILE IN THE MEKONG DELTA ThS. Phan Thanh Hùng KS. Dỗn Văn Huế KS. Nguyễn Trọng Tuấn TĨM TẮT Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu một loại kết cấu cống mới lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực: Kết cấu bền vững, kết hợp giao thơng thủy bộ thuận lợi, thi cơng giữa lòng sơng (khơng đắp đê qy và dẫn dòng thi cơng), hạn chế đền bù và giải phóng mặt bằng, tiến độ thi cơng nhanh, chi phí đầu tư rẻ,… phù hợp xây dựng ở vùng ảnh hưởng triều thấp ĐBSCL. ABSTRACT The paper has presented the study on new structure of sluice with prestressed reinforced concrete sheet pile. It has some advantages as: solid structure favourable conditions for navigation, simple costruction work (no surrounding dike and diversion few work), compensation fee and clearance mitigation, rapid contruction time, cheep investment capital, suitable to the affected low tide areas in the Mekong delta I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Ở Đồng bằng sơng Cửu Long (ĐBSCL) trong những năm qua đã xây dựng hàng trăm cống ngăn mặn, tiêu thốt lũ, điều tiết nguồn nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân. Các cống xây dựng thường là kết cấu bêtơng cốt thép (BTCT) tồn khối kiểu truyền thống, qua khai thác sử dụng các cơng trình đã xây dựng cho thấy hạn chế của kết cấu cống kiểu truyền thống như sau: - Phải thi cơng trong điều kiện làm khơ hố móng, do vậy phải đắp đê qy và đào kênh dẫn dòng thi cơng nên u cầu giải phóng mặt bằng phạm vi rộng, diện tích mất đất vĩnh viễn lớn, tăng chi phí đền bù giải tỏa, thời gian thi cơng kéo dài, ảnh hưởng đến hoạt động giao thơng đường thủy, mơi trường, đời sống và sản xuất của nhân dân. VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 143 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 - Phần lớn các cống kiểu truyền thống thu hẹp dòng chảy sơng tự nhiên 50-70% làm giảm khả năng tiêu thốt nước, làm thay đổi mơi trường và dòng chảy sơng tự nhiên, phải xử lý và gia cố tiêu năng tốn kém. - Giá thành xây dựng cơng trình cao (750-900 triệu đồng/m ngang cửa cống), vượt q khả năng ngân sách của Nhà nước và các địa phương. Để khắc phục tồn tại nêu trên, cần thiết phải nghiên cứu một số kết cấu cống mới cải tiến, ứng dụng thử nghiệm vào thực tiễn sản xuất qua đó phân tích, đánh giá, tiến tới hồn thiện và làm chủ cơng nghệ thiết kế, thi cơng phù hợp điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội ở ĐBSCL. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: "Nghiên cứu cơng nghệ thiết kế và thi cơng kết cấu cống lắp ghép ở ĐBSCL" (2004 - 2005) do Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam chủ trì thực hiện góp phần giải quyết các u cầu cấp thiết nêu trên. Qua 4 năm triển khai nghiên cứu và ứng dụng thử nghiệm (2004-2007), Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã đề xuất được một giải pháp cơng nghệ mới: "Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực" làm phong phú thêm các giải pháp xây dựng cơng trình ngăn sơng ở ĐBSCL. II. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ MỚI Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực được hình thành trên cơ sở các ngun lý thiết kế cơ bản hồn tồn khác biệt so với ngun lý của kết cấu cống BTCT truyền thống (bảng 1):  Ngun lý về kết cấu cơng trình Kết cấu cống được thiết kế theo ngun lý lắp ghép bởi các cấu kiện chế tạo sẵn (cừ BTCT dự ứng lực, dầm van, cửa van,…) và liên kết chịu lực tại hiện trường  Ngun lý ổn định Kết cấu cống lắp ghép được ổn định nhờ hệ cọc BTCT dự ứng lực đóng sâu vào nền theo ngun lý "cọc ngàm trong đất". + Thân cống, trụ pin cống: Đều bằng cừ bê tơng cốt thép dự ứng lực ghép nối liên tục tạo thành một liên kết chịu lực và bền vững. 144 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM Hình 1: Thân cống bằng cừ BTCT dự ứng lực TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008  Ngun lý về chống thấm Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực chống thấm theo ngun lý "đường viền đứng", dòng thấm theo hệ tường cừ có tác dụng chống xói ngầm hiệu quả hơn 1,5-2 lần so với ngun lý chống thấm bằng "đường viền ngang" của kết cấu cống truyền thống. Bảng 1: So sánh ngun lý cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực và cống truyền thống Chỉ tiêu so sánh Kết cấu cống kiểu truyền thống Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực Nguyê n lý về kết cấu công trình Kết cấu cống bằng BTCT toàn khối Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực Nguyê n lý ổn đònh Ổn đònh bằng trọng lực Ổn đònh nhờ hệ cọc BTCT dự ứng lực “ngàm trong đất” Nguyê n lý chống thấm Chống thấm bằng “đường viền ngang” dưới bản đáy cống Chống thấm bằng “đường viền đứng” bản cừ BTCT dự ứng lực kết hợp chòu lực VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 145 P +1.30 -12.75 +3.80 i = 1 3 % i = 1 6 % +1.00 +0.50 -2.50 Puli 2 Puli 1 DÇm van TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Nguyê n lý chống xói hạ lưu Thu hẹp dòng chảy sông tự nhiên, phải gia cố và xử lý tiêu năng sau cống. Mở rộng dòng chảy sông tự nhiên, giảm gia cố và xử lý tiêu năng sau cống. Nguyê n lý về công nghệ thi công Thi công trong điều kiện làm khô hố móng nên phải đắp đê quây và dẫn dòng thi công. Thi công lắp ghép các hạng mục công trình trong nước (không phải đắp đê quây và dẫn dòng thi công)  Ngun lý về chống xói hạ lưu Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực hạn chế thu hẹp dòng chảy sơng tự nhiên, mở rộng khẩu độ cống B C /B S = 0,70-0,80 để giảm lưu tốc dòng chảy qua cơng trình hạn chế xói lở hạ lưu cống, tăng ổn định của cơng trình.  Ngun lý về cơng nghệ thi cơng - Thi cơng xây dựng cống giữa lòng sơng chính tự nhiên (khơng đắp đê qy và đào kênh dẫn dòng thi cơng như cơng nghệ xây dựng cống truyền thống). - Sử dụng các thiết bị đóng cừ chun dùng (theo cơng nghệ ép rung kết hợp với xói nền) để tăng độ chính xác và chất lượng cơng trình. III. KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU CỦA CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU  Đề xuất được kết cấu cống mới lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực khắc phục cơ bản các hạn chế và tồn tại của kết cấu cống BTCT tồn khối truyền thống làm phong phú thêm các giải pháp xây dựng cơng trình ngăn sơng ở Việt Nam.  Đã làm chủ được quy trình cơng nghệ thiết kế ứng dụng và quy trình cơng nghệ thi cơng cống lắp ghép ở vùng dao động mực nước thấp ĐBSCL. 146 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM +0.50 Cäc sµn ®¹o I300 L = 15m Cäc sµn ®¹o I300 L = 15m DÇm ngang sµn ®¹o I300 l = 4m Cõ b¶n BTCT dù øng lùc W400 - A L = 8 - 21m phÝa ®ång phÝa biĨn TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008  Ứng dụng vào thực tiễn sản xuất: Đã thiết kế 11 cơng trình ứng dụng "Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực" năm 2005-2006 với tổng kinh phí đầu tư là 47,5 tỷ đồng. Trong đó 6 cơng trình đã và đang xây dựng trong năm 2005-2006 (bảng 2). Bảng 2: Các cơng trình ứng dụng cơng nghệ kết cấu cống lắp ghép ở ĐBSCL ST T Tên cống Đòa điểm xây dựng Chiều rộng cống (B C ) Kinh phí đầu tư (tỷ đồng) Ghi chú 1 Cống Ninh Qưới Bạc Liêu 15m 2,6 Đã xây dựng 12/2003 2 Cống Hòa Bình Bạc Liêu 12m 3,5 Đã phê duyệt TKKT 3 Cống Vónh Phong Bạc Liêu 12m 3,2 4 Cống Kênh Bà Đầm Đ Cần Thơ 12m 4,5 Dự án Ômôn – Xà No đang triển khai thi công xây dựng 5 Cống Kênh 4.000 Đ Cần Thơ 10m 4,3 6 Cống Ba Voi Hậu Giang 15m 5,1 7 Cống Ông Dèo Hậu Giang 15m 4,6 8 Cống Sáu Kim Hậu Giang 8m 3,1 9 Cống Cầu Kênh Tiền Giang 10m 3,4 Đã phê duyệt TKKT 10 Cồng Hậu Giang 3A Hậu Giang 15m 6,5 Đã lập dự án đầu tư 11 Cống Hậu Giang 3B Hậu Giang 15m 6,7 47,5 HÌNH ẢNH THI CƠNG CỐNG LẮP GHÉP BẰNG CỪ BTCT DỰ ỨNG LỰC DỰ ÁN ƠMƠN - XÀ NO VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 147 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình 2: Thi cơng đóng cừ dự ứng lực thân cống Hình 3: Thi cơng trụ pin cơng trình cống Hình 4: Cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực IV. HIỆU QUẢ CỦA CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU  Hiệu quả về kỹ thuật - Giải pháp cơng nghệ "Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực" là cơng nghệ mới đầu tiên được nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam. Kết cấu cống sử dụng vật liệu mới là cừ BTCT dự ứng lực phát huy được lợi thế độ bền và khả năng chịu lực của cừ (moment chống uốn cao, cường độ bêtơng R n =600- 725 kg/cm 2 ) cho phép giảm 40-60% vật liệu ximăng, sắt thép,… so với giải pháp kết cấu cống BTCT truyền thống nhưng vẫn đảm bảo an tồn và bền vững cơng trình. - Biện pháp thi cơng cống giữa lòng sơng (khơng đắp đê qy và kênh dẫn dòng thi cơng), hạn chế thấp nhất diện tích mất đất vĩnh viễn góp phần khắc phục các khó khăn về đền bù giải tỏa, giải phóng mặt bằng, ổn định đời sống và sản 148 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 xuất của nhân dân. - Kỹ thuật thi cơng xây dựng cống theo phương pháp lắp ghép cừ BTCT dự ứng lực và các cấu kiện cơng trình đã chế tạo sẵn trong điều kiện ngập nước làm cho tiến độ thi cơng xây dựng nhanh hơn 1,5-2 lần so với cơng nghệ thi cơng truyền thống. Kết cấu cống mới có tiết diện thốt nước gần bằng tiết diện lòng sơng nên khơng làm thay đổi lớn đến dòng chảy sơng tự nhiên và xói lở sau cơng trình.  Hiệu quả về xã hội và mơi trường - Giải pháp cơng nghệ "Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực" giảm thu hẹp dòng chảy sơng tự nhiên, tăng khả năng thốt nước, hạn chế ảnh hưởng mơi trường sinh thái về trước mắt và lâu dài. - Cơng nghệ thi cơng kết cấu "cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực" hạn chế thấp nhất giải toả đền bù góp phần hạn chế ảnh hưởng đến cuộc sống ổn định của nhân dân trong q trình thi cơng xây dựng. - Cơng trình "cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực" kết hợp thuận tiện giao thơng thủy và bộ, góp phần phát triển kinh tế-xã hội của các địa phương.  Hiệu quả về kinh tế - Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực đơn giản do vậy giảm 40-60% khối lượng vật tư sử dụng, giảm 70-80% khối lượng đất đào đắp, rút ngắn 1,5-2 lần thời gian thi cơng xây dựng so với giải pháp xây dựng cống truyền thống. - Biện pháp thi cơng lắp ghép trong nước hạn chế giải phóng mặt bằng, hạn chế đền bù giải tỏa, giảm diện tích mất đất vĩnh viễn 70-80% cho sản xuất và tiết kiệm rất lớn chi phí đầu tư xây dựng cơng trình. - Kinh phí đầu tư xây dựng cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực thấp bằng 30-50% so với kết cấu cống truyền thống, phù hợp với khả năng kinh tế của các địa phương hiện nay. V. CÁC GIẢI THƯỞNG KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Giải pháp cơng nghệ mới "Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực" là kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Bộ "Nghiên cứu cơng nghệ thiết kế và thi cơng kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực ở ĐBSCL" do Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam chủ trì thực hiện năm 2004 - 2005 - Đề tài đã được Hội đồng nghiệm thu đánh giá đạt loại xuất sắc. - Bộ Nơng nghiệp & PTNT trao tặng "Cúp vàng Nơng nghiệp Việt Nam" tại Hội chợ triển lãm Nơng - Lâm nghiệp và Thủy sản quốc tế Việt Nam năm 2005. - Giải Nhì hội thi Sáng tạo khoa học kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh năm 2005. VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 149 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 - Bộ khoa học và cơng nghệ tặng Bằng khen và cấp "Chứng nhận kết quả nổi bật trong nghiên cứu khoa học và phát triển cơng nghệ giai đoạn 2001-2005". VI. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ "Kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực" là giải pháp cơng nghệ mới lần đầu tiên được nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam. Kết quả của giải pháp đã góp phần khắc phục cơ bản những hạn chế tồn tại của kết cấu cống truyền thống và giải quyết các u cầu cấp thiết của thực tiễn sản xuất: hạn chế đền bù giải phóng mặt bằng, tiến độ thi cơng nhanh, chi phí đầu tư thấp tạo điều kiện ổn định đời sống và sản xuất của nhân dân. Tuy nhiên các kết quả đạt được nêu trên mới chỉ là kết quả bước đầu đang trong giai đoạn thử nghiệm đề nghị các cấp có thẩm quyền cho phép tiếp tục nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ để mở rộng phạm vi ứng dụng góp phần phát triển kinh tế xã hội, đẩy nhanh q trình Cơng nghiệp hóa và Hiện đại hóa nơng nghiệp và nơng thơn ở Đồng bằng sơng Cửu Long. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Báo cáo tổng kết đề tài NCKH & PTCN cấp Bộ. “Hồn thiện cơng nghệ thiết kế, chế tạo và thi cơng cừ bản BTCT dự ứng lực cho các cơng trình giao thơng, thủy lợi và xây dựng ”. 2. Hồ sơ thiết kế các cơng trình ứng dụng kết cấu cống lắp ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực ở ĐBSCL (bảng 2). Người phản biện: GS.TS. Lê Sâm 150 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM . chi phí đầu tư rẻ,… phù h p xây dựng ở vùng ảnh hưởng triều th p ĐBSCL. ABSTRACT The paper has presented the study on new structure of sluice with prestressed reinforced concrete sheet pile cống l p gh p bằng cừ BTCT dự ứng lực" làm phong phú thêm các giải ph p xây dựng cơng trình ngăn sơng ở ĐBSCL. II. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PH P CƠNG NGHỆ MỚI Kết cấu cống l p gh p bằng cừ. "cống l p gh p bằng cừ BTCT dự ứng lực" kết h p thuận tiện giao thơng thủy và bộ, g p phần phát triển kinh tế-xã hội của các địa phương.  Hiệu quả về kinh tế - Kết cấu cống l p gh p bằng