Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Đình Hòa đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường. Cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và đê điều – Viện Thủy Công - Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam là những người đã sát cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu. Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ môn phát triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài đê biển Vũng Tàu – Gò Công đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay, cung cấp nhiều thông tin bổ ích và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn này. Xin cảm ơn Ban chỉ đạo và chủ nhiệm của các đề tài trong cụm 6 đề tài thuộc chương trình: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng tuyến đê biển đa mục tiêu Vũng Tàu – Gò Công” đã cung cấp cho tác giả những số liệu đầu vào cần thiết dùng trong quá trình làm luận văn. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Bùi Cao Cường BẢN CAM KẾT Họ và tên học viên: Bùi Cao Cường Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công”. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên cao học Bùi Cao Cường MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7 1.1. Giới thiệu chung vùng nghiên cứu [2],[5],[6] 7 1.2. Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trên thế giới [5], [13] 11 1.2.1. Âu thuyền Baudoudin – Bỉ 12 1.2.2. Âu thuyền Zandvlied và Bezendrecht – Bỉ 13 1.2.3. Âu thuyền Francois, Le Havre – Pháp 15 1.2.4. Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan 16 1.2.5. Âu thuyền Zeebrugge – Bỉ 17 1.2.6. Âu thuyền tại Wilhelmshaven – Đức 19 1.2.7. Âu thuyền Bassin Loubet – Pháp 20 1.2.8. Âu thuyền trên đê biển Saint Petersburg – Nga 21 1.2.9. Âu thuyền trên đê biển Seamangeum – Hàn Quốc 22 1.2.10. Âu thuyền trên đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên 23 1.3. Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trong nước 24 1.3.1. Âu thuyền Thảo Long 25 1.3.2. Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau 26 1.3.3. Âu tàu Rạch Chanh – Long An 26 1.4. Kết luận chương 1 27 1.5. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn 29 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG 30 2.1. Vị trí và quy mô công trình 30 2.1.1. Vị trí công trình dự kiến 30 2.1.2. Quy mô công trình 32 2.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của công trình 32 2.3. Điều kiện tự nhiên của vùng dự án [2], [5] 33 2.3.1. Đặc điểm về thủy văn thủy lực 33 2.3.2. Đặc điểm về khí tượng 35 2.3.3. Đặc điểm về bão 36 2.3.4. Đặc điểm về thủy triều 36 2.3.5. Đặc điểm về địa hình 37 2.3.6. Đặc điểm về địa chất 38 2.3.7. Một số đặc điểm chính của âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công 39 2.4. Một số giải pháp kết cấu âu có thể áp dụng cho xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công. 40 2.4.1. Giải pháp kết cấu âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối 40 2.4.2. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng bản đáy đặc, tường âu kiểu dầm công xôn (kết cấu tường âu dạng trọng lực) 42 2.4.3. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng cọc, cừ 43 2.4.4. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng phao hộp xà lan 45 2.5. Nghiên cứu phương pháp tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công 47 2.5.1. Phương pháp sức bền vật liệu 47 2.5.2. Phương pháp phần tử hữu hạn 48 2.6. Kết luận chương 2 48 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG THEO PHƯƠNG ÁN PHAO HỘP XÀ LAN 50 3.1. Bố trí tổng thể và đề xuất kết cấu các bộ phận công trình 50 3.1.1. Bố trí tổng thể công trình 50 3.1.2. Kết cấu đầu âu 51 3.1.3. Kết cấu thân âu (buồng âu) 52 3.1.4. Cửa van âu thuyền 52 3.1.5. Các hạng mục khác 53 3.2. Các thông số thiết kế 53 3.3. Tính toán xác định các kích thước cơ bản của âu thuyền 55 3.3.1. Chiều dài hữu ích của buồng âu L k1 55 3.3.2. Chiều rộng hữu ích của buồng âu B k1 56 3.3.3. Chiều sâu trên ngưỡng và cao trình đáy buồng âu 56 3.3.4. Cao trình đỉnh tường âu 57 3.4. Tính toán kiểm tra ổn định âu thuyền 58 3.4.1. Kiểm tra ổn định nổi của đơn nguyên buồng âu 58 3.4.2. Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền 64 3.4.3. Ổn định kết cấu đơn nguyên buồng âu 70 3.5. Kết luận chương 3 74 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH 76 4.1. Biện pháp thi công đầu âu 76 4.2. Biện pháp thi công buồng âu 77 4.2.1. Phương pháp thi công tại chỗ 78 4.2.2. Thi công theo phương pháp thùng chìm [4] 79 4.2.3. Thi công kết hợp 84 4.3. Kết luận chương 4 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 HÌNH MINH HỌA Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Hình 1.1. Phạm vi ảnh hưởng của dự án 8 Hình 1.2. Tuyến luồng Sài Gòn – Vũng Tàu và luồng Soài Rạp – Hiệp Phước 9 Hình 1.3. Tuyến luồng sông Đồng Nai và tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải 11 Hình 1.4. Tuyến luồng sông Dinh 11 Hình 1.5. Mặt bằng âu Baudouin nhìn từ Google Earth 12 Hình 1.6. Cắt ngang kết cấu buồng âu 13 Hình 1.7. Tàu qua âu Baudouin 13 Hình 1.8. Tổng thể âu Zandvlied (trái) và Bezendrecht (phải) 14 Hình 1.9. Cắt ngang kết cấu buồng âu Zandvlied 14 Hình 1.10. Cắt ngang kết cấu buồng âu Bezendrecht 15 Hình 1.11. Tàu qua âu Zandvlied và Bezendrecht 15 Hình 1.12. Tổng thể âu Francois, Le Havre từ Google Earth 16 Hình 1.13. Cắt ngang kết cấu buồng âu 16 Hình 1.14. Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan 17 Hình 1.15. Cắt ngang kết cấu buồng âu Terneuzen 17 Hình 1.16. Tổng thể âu Zeebrugge từ Google Earth 18 Hình 1.17. Cắt ngang buồng âu 18 Hình 1.18. Tàu qua âu Zeebrugge 18 Hình 1.19. Âu thuyền tại Wilhelmshaven 19 Hình 1.20. Cắt ngang kết cấu buồng âu 19 Hình 1.21. Mặt bằng và cắt ngang âu Bassin Loubet 20 Hình 1.22. Kết cấu Âu thuyền Bassin Loubet 20 Hình 1.23. Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg và cống hàng hải S1, S2 21 Hình 1.24. Cống hàng hải S1, S2 trên tuyến đê 22 Hình 1.25. Đê biển Seamangeum và các hạng mục trên đê 23 Hình 1.26. Đê NamPho – Bắc Triều Tiên 24 Hình 1.27. Âu thuyền trên đê biển Nam Pho 24 Hình 1.28. Âu thuyền Thảo Long – Thừa Thiên Huế 25 Hình 1.29. Âu thuyền Tắc Thủ - Cà Mau 26 Hình 1.30. Âu tàu Rạch Chanh – Long An 27 Chương 2 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công Hình 2.1. Vị trí dự kiến vùng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công [5] 30 Hình 2.2. Bố trí âu thuyền trên đê chính [5] 31 Hình 2.3. Các phương án bố trí âu trên đê phụ [5] 31 Hình 2.4. Đường mực nước lớn nhất theo một số kịch bản 34 Hình 2.5. Biểu đồ hướng gió 35 Hình 2.6. Đường mực nước thực đo tháng 6 năm 2012 [2] 37 Hình 2.7. Cắt dọc địa hình tại vị trí tuyến đê chính [5] 38 Hình 2.8. Cắt ngang buồng âu có tường âu và bản đáy liền khối 41 Hình 2.9. Hình ảnh 3D âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối 41 Hình 2.10. Cắt ngang buồng âu 43 Hình 2.11. Kết cấu đầu âu 44 Hình 2.12. Kết cấu buồng âu dạng cọc, cừ 44 Hình 2.13. Cắt ngang buồng âu dạng phao hộp xà lan 46 Chương 3 : Tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công theo phương án phao hộp xà lan Hình 3.1. Bình đồ vị trí hố khoan trên tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công [5] 38 Hình 3.1. Bố trí tổng thể âu thuyền 50 Hình 3.2. Mặt bằng âu thuyền 51 Hình 3.3. Kết cấu đầu âu 52 Hình 3.4. Cửa van âu thuyền [2] 53 Hình 3.5. Cắt ngang kết cấu phao hộp xà lan 59 Hình 3.6. Mặt bằng kết cấu phao hộp xà lan 60 Hình 3.7. Sơ đồ kiểm tra chiều cao mạn khô F của xà lan 61 Hình 3.8. Diễn biến tâm nổi và tâm ổn định khi nghiêng 62 Hình 3.9. Mặt bằng bố trí cọc đầu âu 69 Hình 3.10. Cách xác định K lx 70 Hình 3.11. Kết quả tính toán nội lực trong kết cấu 73 Chương 4 : Nghiên cứu đề xuất phương án thi công công trình Hình 4.1. Hình ảnh thi công công trình tại chỗ [15] 77 Hình 4.2. Thi công đơn nguyên trên hệ nổi 78 Hình 4.3. Hố móng chế tạo các đơn nguyên 80 Hình 4.4. Chế tạo đơn nguyên trên hệ nổi và đường triền 80 Hình 4.5. Hạ thủy và di chuyển phao 81 Hình 4.6. Định vị và hạ chìm phao 82 Hình 4.7. Thiết bị hỗ trợ di chuyển, định vị và hạ chìm [12] 83 Hình 4.8. Khớp nối liên kết các đơn nguyên phao hộp xà lan 84 Hình 4.9. Thi công kết hợp 85 BẢNG BIỂU Chương 2 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công Bảng 2.1. Tần suất mực nước giờ tại trạm hải văn Vũng Tàu (khi chưa có đê biển Vũng Tàu – Gò Công) [2] 33 Bảng 2.2. Mực nước cực trị tại Vũng Tàu (khi chưa có đê biển Vũng Tàu – Gò Công) [2] 34 Bảng 2.3. Mực nước đồng thời tại âu thuyền trên đê chính [2] 34 Bảng 2.4. Nhiệt độ trung bình, thấp nhất, cao nhất tháng và năm tại Vũng Tàu [2] 35 Bảng 2.5. Số ngày mưa trung bình tháng và năm [2] 36 Bảng 2.6. Tốc độ gió gần khu vực Vũng Tàu tương ứng với chu kỳ lặp lại 36 Bảng 2.7. Mực nước đỉnh triều tại các trạm thủy văn ứng với tần suất xuất hiện [2] 37 Bảng 2.8. Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 39 Chương 3 : Tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công theo phương án phao hộp xà lan Bảng 3.1. Các loại mực nước thiết kế âu 54 Bảng 3.2. Trị số độ sâu an toàn nhỏ nhất dưới bụng tàu phụ thuộc vào chiều sâu đặt ngưỡng 57 1 PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang là một vấn đề hết sức nóng bỏng và bức thiết hiện nay bởi những tác động tiêu cực và ngày càng rõ rệt của nó đến đời sống của loài người trên toàn thế giới nói chung và người dân Việt Nam nói riêng. Các hiện tượng thời tiết cực đoan thường xuyên xảy ra với mức độ và cường độ ngày càng cao như hạn hán, lũ lụt, triều cường, xâm nhập mặn…gây ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của người dân. Tại Việt Nam, biến đổi khí hậu và nước biển dâng cũng đã ảnh hưởng rất lớn đến đời sống xã hội. Bão lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, triều cường… xảy ra theo chiều hướng ngày càng tăng về số lượng và cường độ ngày càng mạnh đã gây ra rất nhiều thiệt hại cho người dân. Theo thống kê thì năm 2013, số lượng cơn bão và áp thấp nhiệt đới đã lên đến 18 vượt mức kỷ lục năm 1964 (16 cơn) đặc biệt là cơn bão số 14 (tên quốc tế là Haiyan) được coi là cơn bão mạnh nhất trong lịch sử đổ bộ vào nước ta gây ra rất nhiều thiệt hại cho người dân. Mới đây, ngày 5/12/2013, triều cường tại thành phố Hồ Chí Minh đã đạt mốc lịch sử là 1,68m. Đây là đỉnh triều cao nhất trong hơn 60 năm qua đã làm cho thành phố Hồ chí Minh và khu vực phụ cận bị ngập lụt nặng nề, đời sông người dân bị đảo lộn, nền kinh tế đặc biệt là kinh tế nông nghiệp bị thiệt hại rất lớn…Đây mới chỉ là một trong số rất nhiều ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến đời sống xã hội hiện nay. (a) Ngập lụt do triều cường (b) Lúa chết do nhiễm mặn [...]... công trình âu thuyền nói riêng Đề tài luận văn: Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công trên cơ sở nghiên cứu kế thừa các công nghệ xây dựng đã và đang phát triển trên thế giới cũng như trong nước để đề xuất giải pháp về kết cấu âu thuyền hợp lý II Mục đích của đề tài Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương án và tính toán kết cấu cho hạng mục âu thuyền công trình đê. .. thuật trong thiết kế và thi công nên kết cấu âu thuyền vẫn mang tính truyền thống, kích thước âu không lớn, kết cấu đơn giản và tính thẩm mỹ của công trình chưa cao Các âu thuyền mới xây dựng trong một vài năm gần đây phải kể đến như âu thuyền Tắc Thủ, âu thuyền Thảo Long, âu thuyền Đò Điệm…Mặc dù có nhiều công trình âu thuyền mới được nghiên cứu và xây dựng nhưng hiện nay, trình độ công nghệ xây dựng âu. .. công trình âu thuyền; 6  Phân tích một số giải pháp kết cấu công trình âu thuyền và đề xuất lựa chọn phương án âu thuyền ứng dụng để xây dựng trên tuyến Vũng Tàu – Gò Công  Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu cho phương án chọn  Tính toán kết cấu cho hạng mục âu thuyền của phương án lựa chọn  Nghiên cứu đề xuất biện pháp thi công công trình 7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới... các công trình âu thuyền lớn được xây dựng với nhiều hình thức kết cấu khác nhau Căn cứ vào kết cấu buồng âu thì một số loại hình kết cấu âu thuyền thường được sử dụng bao gồm: âu thuyền có buồng âu dạng liền khối, buồng âu tường trọng lực, buồng âu kiểu đáy phân ly, buồng âu dạng cọc cừ, buồng âu dạng hộp phao 1.2.1 Âu thuyền Baudoudin – Bỉ Âu thuyền Baudouin nằm phía Bắc của cảng Antwerp, cách âu. .. dựng tuyến đê biển khép kín tại cửa ra của sông Soài Rạp và sông Lòng Tàu sẽ ảnh hưởng đến việc lưu thông hàng hóa của khu vực Chính vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng âu thuyền để đảm bảo giao thông thủy là một vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu khi xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công Trên thế giới, âu thuyền đã được nghiên cứu và xây dựng rất phổ biến, nhiều công trình lớn, kết cấu phức tạp... bằng âu nhìn từ Google Earth b.Hình ảnh tàu qua âu Hình 1.14 Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan Hình 1.15 Cắt ngang kết cấu buồng âu Terneuzen 1.2.5 Âu thuyền Zeebrugge – Bỉ Âu Zeebrugge cũng là một trong những âu thuyền lớn nhất thế giới khi đó, âu được hoàn thành năm 1985 Chiều dài âu là 500m, chiều rộng buồng âu B=57m và sâu 18,5m Cao trình đáy buồng âu là -15.0, cao trình đỉnh tường âu là +8.00 Âu có... ngang buồng âu Hình 1.18 Tàu qua âu Zeebrugge 19 1.2.6 Âu thuyền tại Wilhelmshaven – Đức Hai âu thuyền tại lối vào Wilhelmshaven có chiều rộng buồng âu B = 60m, chiều rộng cửa vào 57m, chiều dài buồng âu là 350m và khoảng cách giữa hai âu thuyền là 150m Cao trình đáy buồng âu là –1 5,65, cao trình đỉnh tường âu là +3,45 Kết cấu buồng âu thuyền dạng tường đứng BTCT kết hợp với cọc ván thép Tường âu BTCT... việc đi lại của tàu thuyền khi xây dựng các công trình ngăn sông 25 thì âu thuyền là một hạng mục công trình không thể thiếu khi nghiên cứu đầu tư xây dựng các công trình này Vì vậy phần lớn âu thuyền đang được nghiên cứu xây dựng tại Việt Nam hiện nay gắn liền với việc xây dựng các công trình ngăn sông như âu thuyền Thảo Long… 1.3.1 Âu thuyền Thảo Long Đập Thảo Long được xây dựng bằng công nghệ đập... Long – Thừa Thiên Huế Âu thuyền đảm bảo cho tàu bè tải trọng 50 tấn qua lại dễ dàng và nhanh chóng Công trình thuộc dự án Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long – Thừa 26 Thiên Huế Công trình do Viện khoa học Thuỷ lợi Việt Nam thiết kế Công trình đưa vào vận hành năm 2006 1.3.2 Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau b .Âu thuyền khi hoàn thành a.Buồng âu khi xây dựng Hình 1.29 Âu thuyền Tắc Thủ - Cà Mau Âu thuyền. .. độ công nghệ xây dựng âu thuyền ở nước ta, đặc biệt là các âu thuyền lớn còn tụt hậu rất xa so với các nước trên thế giới và trong khu vực 5 Âu thuyền trong dự án đê biển Vũng Tàu – Gò Công là một âu thuyền lớn, làm việc trong điều kiện phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như sóng, bão, thủy triều…nên việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu cũng như biện pháp thi công hợp lý là một vấn đề . chính của âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công 39 2.4. Một số giải pháp kết cấu âu có thể áp dụng cho xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công. 40 2.4.1. Giải pháp kết cấu âu thuyền có tường âu và bản. chung và của công trình âu thuyền nói riêng. Đề tài luận văn: Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công trên cơ sở nghiên cứu kế thừa các công nghệ xây dựng đã. chọn giải pháp kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công Hình 2.1. Vị trí dự kiến vùng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công [5] 30 Hình 2.2. Bố trí âu thuyền trên đê chính [5]