“Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn

BẢN CAM KẾT Họ và tên học viên: Phạm Đức Hưng Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS Trương Đình Dụ 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 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 Đập Trụ đỡ, các đồng nghiệp thuộc nhóm thực hiện phản biện dự án cống Mương Chuối đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay và cung cấp nhiều thông tin bổ ích Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Phạm Đức Hưng

BẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên: Phạm Đức Hưng

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn”

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

Phạm Đức Hưng

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1 

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5 

1.1 Giới thiệu chung công nghệ Đập trụ đỡ: 5 

1.1.1 Hoàn cảnh ra đời: 5 

1.1.2 Kết cấu, nguyên lý làm việc của Đập Trụ đỡ : 5 

1.1.2.1 Kết cấu Đập trụ đỡ : 5 

1.1.2.2 Nguyên lý làm việc : 7 

1.1.3 Tình hình ứng dụng ngoài thực tế : 7 

1.2 Tổng quan về khung vây thi công: 9 

1.2.1 Khái niệm khung vây thi công : 9 

1.2.2 Cấu tạo khung vây: 9 

1.2.3 Một số dạng khung vây thi công trụ cầu giao thông: 11 

1.2.3.1 Khung vây cọc ván thép truyền thống: 11 

1.2.3.2 Khung vây sử dụng cọc ống thép: 16 

1.2.3.3 Khung vây cọc ống thép dạng giếng (Móng cọc SPSP) 17 

1.2.4 Khung vây thi công công trình ngăn sông: 19 

1.2.5 Nhận xét: 25 

1.3 Những vấn đề nghiên cứu của luận văn: 26 

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ KHUNG VÂY PHỤC VỤ THI CÔNG ĐẬP TRỤ ĐỠ Ở CÁC SÔNG CÓ CỘT NƯỚC LỚN 27 

2.1 Quy hoạch xây dựng công trình ngăn sông lớn: 27 

2.2 Các giải pháp kết cấu khung vây móng Đập trụ đỡ có cột nước sâu: 30 

2.2.1 Giải pháp khung vây truyền thống cừ ván thép: 30 

2.2.2 Giải pháp kết cấu khung vây bằng cọc ống thép : 31 

2.3 Lựa chọn kết cấu khung vây thi công móng Đập trụ đỡ cột nước sâu: 31 

2.4 Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định kết cấu khung vây: 32 

2.4.1 Sơ đồ kết cấu khung vây cải tiến: 33 

2.4.2 Nguyên tắc làm việc của các bộ phận kết cấu: 33 

2.5 Phương pháp tính toán kết cấu khung vây cừ ván thép [5];[7];[11] : 34 

2.5.1 Tải trọng tính toán: 35 

2.5.2 Tính chiều dày lớp bê tông bịt đáy: 35 

2.5.3 Tính ổn định chống lật của tường cọc ván thép [5];[7];[11] : 36 

2.5.4 Tính toán độ bền các bộ phận của khung vây [5];[7];[11] : 37 

2.5.4.1 Kiểm tra độ bền của cọc ván thép: 37 

2.5.4.2 Tính toán vành đai (khung chống): 37 

2.5.4.3 Tính toán thanh chống: 38 

2.5.4.4 Tính toán cọc định vị (cột chống) 38 

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU KHUNG VÂY CẢI TIẾN CHO CÔNG TRÌNH CỐNG MƯƠNG CHUỐI 41 

3.1 Tổng quan về công trình cống Mương Chuối [8] : 41 

3.1.1 Vị trí công trình : 41 

3.1.2 Tóm tắt nội dung quyết định đầu tư 42 

3.1.3 Đặc điểm địa chất công trình : 45 

3.2 Bố trí tổng thể công trình: 51 

3.3 Các phương án kết cấu khung vây: 53 

3.4 Kết cấu khung vây cải tiến : 54 

3.5 Tính toán kiểm tra ổn định kết cấu khung vây cải tiến: 55 

3.5.1 Tính toán chiều dày bê tông bịt đáy: 55 

3.5.2 Tính toán kiểm tra kết cấu khung vây [11]: 59 

3.5.2.1 Điều kiện ổn định của khung vây: 59 

3.5.2.2 Tính toán các lực tác dụng vào khung vây 59 

3.5.2.3 Tính toán ổn định các kết cấu khung vây 62 

3.5.2.4 Tính toán ổn định tổng thể khung vây 67 

3.6 Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật khung vây cải tiến và khung vây SPSP: 71 

CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP THI CÔNG 74 

4.1 Trình tự thi công khung vây và trụ pin Đập Trụ Đỡ: 74 

4.2 Biện pháp thi công cọc ván thép: 77 

4.2.1 Công nghệ đóng cừ bằng búa rung 77 

4.2.1.1 Khái quát và những cải tiến của búa rung 77 

4.2.1.2 Cấu tạo của búa rung và nguyên lý đóng cọc 78 

4.2.1.3 Phân loại các phương pháp 79 

4.2.2 Phương pháp xuyên nén bằng máy nén 80 

4.2.2.1 Nguyên lý nén ép 80 

4.2.2.2 Các phương pháp nén ép 81 

4.2.2.3 Thi công trên nền đá cứng 81 

4.2.2.4 Phương pháp quản lý thi công 82 

4.2.3 Phương pháp nén ép sử dụng mũi khoan 82 

4.3 Biện pháp thi công đóng cọc ống thép [19] : 82 

4.3.1 Phương pháp thi công bằng búa đóng: 82 

4.3.2 Phương pháp thi công bằng búa rung: 83 

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 

1. Kết luận : 84 

2. Kiến nghị : 85 

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Kết cấu chung Đập trụ đỡ 7 

Hình 1-2 Cống Sông Cui – Long An 8 

Hình 1-3 Cống ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long 8 

Hình 1-4 Công trình cống Biện Nhị 8 

Hình 1-5 Cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè 9 

Hình 1-6 Mặt bằng khung vây 10 

Hình 1-7 Cắt ngang khung vây 10 

Hình 1-8 Mặt cắt cừ dạng chữ Z 11 

Hình 1-9 Mặt cắt cừ dạng chữ U 11 

Hình 1-10 Mặt cắt cừ dạng hộp 11 

Hình 1-11 Khung vây thi công trụ cầu Kiền 12 

Hình 1-12 Khung vây thi công trụ cầu Đại Phước – Đồng Nai 12 

Hình 1-13 Cắt ngang trụ cầu Sông Mã – Thanh Hóa 13 

Hình 1-14 Cắt ngang khung vây trụ cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng 13 

Hình 1-15 Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Phú Long 14 

Hình 1-16 Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Hàm Luông[6] 15 

Hình 1-17 Một số hình dạng vòng vây cọc ống thép 16 

Hình 1-18 Một số hình ảnh thi công cầu Thanh Trì- Hà Nội [12];[17] 17 

Hình 1-19 Cấu tạo móng cọc dạng giếng SPSP 18 

Hình 1-20 Thi công trên sà lan ở dự án cầu Nhật Tân 19 

Hình 1-21 đóng cọc ống thép làm vòng vây thi công ở dự án cầu Thanh Trì 19 

Hình 1-22 Mặt bằng khung vây trụ cầu Nhật Tân [12];[17] 19 

Hình 1-23 Thi công các trụ ở công trình EMS –Đức [13] 20 

Hình 1-24 Khung vây cừ larsen thi công trụ[13] 20 

Hình 1-25 Dự án Mose – Venice – Italia [13] 21 

Hình 1-26 Khung vây thi công trụ Thảo Long 22 

Hình 1-27 Khung vây thi công trụ Nhiêu Lộc – Thị Nghè 23 

Hình 1-28 Khung vây thi công cống Nhà Mát 23 

Hình 1-29 Khung vây Cống Bà Đầm C 24 

Hình 1-30 Khung vây thi công cống Biện Nhị - tỉnh Cà Mau [21] 25 

Hình 2-1 Quy hoạch chống ngập úng khu vực TP Hồ Chí Minh [14] 28 

Hình 2-2 Mặt bằng khung vây truyền thống 33 

Hình 2-3 Cắt ngang khung vây truyền thống 33 

Hình 2-4 Mặt bằng khung vây cải tiến 33 

Hình 2-5 Cắt ngang khung vây cải tiến 33 

Hình 2-6 Sơ đồ khung vây cọc ván thép [11] 34 

Hình 2-7 Sơ đồ tải trọng tác dụng vào vành đai [11] 38 

Hình 2-8 Sơ đồ tính toán vành đai [11] 38 

Hình 2-9 Sơ đồ tính toán cột chống [11] 39 

Hình 3-1 Vị trí cống Mương Chuối [8] 41 

Hình 3-2 Mặt bằng bố trí công Mương Chuối [8] 51 

Hình 3-3 Cắt ngang công Mương Chuối [8] 52 

Hình 3-4 Khung vây cống Mương chuối theo dạng SPSP 53 

Hình 3-5 Mặt bằng khung vây cải tiến 55 

Hình 3-6 Cắt ngang khung vây cải tiến 55 

Hình 3-7 Áp lực dòng chảy 61 

Hình 3-8 Áp lực đất chủ và bị động 61 

Hình 3-9 Áp lực sóng và áp lực thủy tĩnh 61 

Hình 3-10 Mô hình tính toán khung vây 63 

Hình 3-11 Ứng suất lớn nhất xuất hiện trong cừ 64 

Hình 3-12 Nội lực trong khung chống tầng 1 65 

Hình 3-13 Nội lực trong khung chống tầng 2 65 

Hình 3-14 Nội lực trong khung chống tầng 3 65 

Hình 3-15 Nội lực trong khung chống tầng 4 66 

Hình 3-16 Nội lực trong khung chống tầng 5 66 

Hình 3-17 Mô hình tính toán ổn định khung vây 67 

Hình 3-18 Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 1 tầng 68 

Hình 3-19 Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 2 tầng 68 

Hình 3-20 Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 3 tầng 69 

Hình 3-21 Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ - văng chống 4 tầng 69 

Hình 3-22 Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ - hút tầng 5 70 

Hình 3-23 Biến dạng của khung vây khi hút cạn 70 

Hình 4-1 Lắp dựng khung chống K5 74 

Hình 4-2 Lắp dựng khung chống K4,K3,K2,K1 74 

Hình 4-3 Thi công đóng cừ ván thép 75 

Hình 4-4 Thi công đổ cát lấp,rải đá hộc 75 

Hình 4-5 Thi công đổ bê tông bịt đáy 76 

Hình 4-6 Bơm nước khung vây 76 

Hình 4-7 Lắp dựng thanh chống chéo 76 

Hình 4-8 Thi công bệ trụ pin 77 

Hình 4-9 Thi công thân trụ pin 77 

Hình 4-10 Cấu tạo búa rung đóng cừ ván thép [19] 78 

Hình 4-11 Búa rung không sử dụng công nghệ hỗ trợ [19] 79 

Hình 4-12 Búa rung sử dụng cắt bằng tia nước phun cao áp 80 

Hình 4-13 Hạ cọc ván thép bằng phương pháp nén ép [19] 80 

Hình 4-14 Đóng cọc ông thép bằng búa Diezel 83 

Hình 4-15 Hạ cọc ống thép bằng búa rung 83 

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 Quy mô các công trình theo quy hoạch chống ngập úng TP HCM [14] 29 

Bảng 3-1 Thông số thiết kế chính công trình cống Mương Chuối [8] 43 

Bảng 3-2 Bảng thông số cơ lý của các lớp [8] 47 

Bảng 3-3 Tính chất cơ lý địa chất Ví trí Cống [8] 50 

Bảng 3-4 Các thông số nén ba trục và nén đơn cho cống 50 

Bảng 3-5 Đặc trưng kỹ thuật của cọc cừ ván thép Larsen SP V 54 

Bảng 3-6 Cường độ chịu lực cho phép của cọc cừ ván thép 54 

1

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài:

Biến đổi khí hậu đang là một trong những thách thức mà con người trên trái đất phải đương đầu, ảnh hưởng tới tất cả các vấn đề xã hội, tới tất cả các quốc gia như: tác động tới yếu tố tự nhiên, môi trường, phát triển kinh tế (trong đó nông – lâm nghiệp ảnh hưởng nhiều nhất), đời sống – xã hội….[8]

Nhiều kết quả nghiên cứu dự báo của thế giới cho biết rằng, ở ĐBSCL biến đổi khí hậu sẽ gây cạn kiệt mùa khô, làm giảm nguồn nước tới 30 – 40%, gây tăng lũ lụt mùa mưa hơn 30% và đặc biệt gây ra nước biển dâng cực kỳ nguy hiểm Cũng theo dự báo của thế giới, Việt Nam là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nhiều nhất của nước biển dâng, 50 năm nữa nước biển có thể dâng lên 75cm và sẽ làm ngập nhiều vùng đất

2

canh tác và khu dân cư, nếu ta không có giải pháp phòng chống Do vậy việc đầu tư xây dựng các công trình ngăn các cửa sông lớn là cần thiết;

Công trình ngăn sông truyền thống đã có từ rất lâu và áp dụng rộng rãi ở nước

ta, chúng có thể được xây dựng theo các cách sau:

Cách 1: Đào móng trên bãi lồi ở đoạn sông cong để xây dựng cống, dẫn dòng

thi công qua dòng sông, khi xây dựng xong cống thì đào kênh dẫn thượng hạ lưu nối cống với sông và đắp đập ngăn sông Cách này thường áp dụng cho những sông

có đoạn cong

Cách 2: Đào kênh dẫn dòng để tháo lũ thi công, đắp đập tạm (đê quai) ở giữa

sông, thượng hạ lưu vị trí xây cống, bơm khô, đào móng và xây dựng cống, xong phá đập tạm và san kênh dẫn dòng Trong trường hợp thi công kịp trong một mùa khô thì không cần đào kênh dẫn dòng Cách này thường áp dụng cho sông thẳng, hẹp và nông

Cách 3: Lần lượt đắp đê quai theo từng phân đoạn từ bờ ra để tạo hố móng và

thi công từng phần cống trong phân đoạn đó Cách này áp dụng cho sông rộng nhưng nông

Các phương pháp xây dựng cống theo công nghệ truyền thống

Các công trình ngăn sông theo dạng truyền thống thích hợp đối với sông có bề rộng vừa và nhỏ, cột nước không lớn (dưới 6m).Tuy nhiên để ngăn các sông rộng

và cột nước sâu tới 20m, nền địa chất yếu thì rất khó khăn bởi vì không thể đắp đê quây trong lòng sông sâu Trường hợp thi công hố móng trên khô trong điều kiện nền địa chất yếu cũng rất tốn kém để đảm bảo ổn định mái hố móng đồng thời gây

3

ảnh hưởng đến môi trường, chiếm dụng một diện tích đất rất lớn, thời gian thi công kéo dài…Do vậy, để có thể ngăn được sông rộng và sâu thì chỉ có thể nghiên cứu giải pháp công trình để thi công được cống ngay trên lòng sông trong khung vây hẹp Điều này cũng có nghĩa là việc có làm được cống hay không phụ thuộc vào việc có làm được khung vây hay không Vì vậy, nghiên cứu vấn đề ổn định khung vây thi công ở các sông có cột nước lớn, nền địa chất yếu là hết sức cần thiết và có

ý nghĩa thực tiễn cao

Đề tài luận văn :” Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn” sẽ tập trung nghiên cứu

giải pháp cải tiến kết cấu khung vây để tăng cường độ ổn định trên cơ sở kế thừa các công nghệ đã và đang áp dụng trên thế giới cũng như trong nước

II Mục đích của đề tài:

Mục đích của đề tài là nghiên cứu lựa chọn và đề xuất giải pháp tăng cường ổn định cho khung vây để phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở sông có cột nước lớn Áp dụng cho công trình cống Mương Chuối, huyện Nhà Bè, thành phố Hồ Chí Minh

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tương nghiên cứu: Khung vây thi công cho Đập trụ đỡ cột nước sâu

- Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn:

9 Nghiên cứu tổng quan về công nghệ Đập trụ đỡ;

9 Nghiên cứu tổng quan về khung vây thi công;

9 Phân tích, đề xuất một giải pháp kết cấu khung vây thi công Đập trụ đỡ trường hợp cột nước sâu;

9 Đề xuất giải pháp cải tiến để tăng cường ổn định khung vây

9 Đề xuất một số biện pháp thi công khung vây Đập trụ đỡ cột nước sâu Công trình áp dụng : Cống Mương Chuối – TP Hồ Chí Minh

IV Cách tiêp cận và phương pháp nghiên cứu:

- Cách tiếp cận:

Tiếp cận bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân khoa học hay các phương tiện thông tin đại chúng; qua các kết quả nghiên cứu công

4

trình ngăn sông trên thế giới cũng như trong nước đã có kết hợp tìm hiểu, thu thập

và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, từ đó đề ra phương án cụ thể phù hợp với tình hình điều kiện cụ thể của nước ta

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng

+ Phương pháp chuyên gia

+ Phương pháp phân tích, tổng hợp

V Kết quả đạt được của luận văn:

+ Tổng quan chung về công nghệ Đập Trụ đỡ;

+ Tổng quan một số dạng khung vây thi công;

+ Đề xuất, nghiên cứu giải pháp tăng cường độ ổn định khung vây thi công phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn;

+ Phương pháp tính toán ổn định kết cấu khung vây cho phương án chọn; + Giới thiệu một số biện pháp thi công khung vây

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu chung công nghệ Đập trụ đỡ

1.1.1 Hoàn cảnh ra đời

Công trình ngăn sông vùng ven biển với mục đích ngăn mặn, giữ ngọt và tiêu lũ

để tạo nguồn nước cho dân sinh, nông nghiệp ở nước ta đã được nghiên cứu và xây dựng rất nhiều Hầu hết các công trình ngăn sông từ trước đến nay đều được xây dựng theo công nghệ truyền thống: Công trình dạng khối tảng bằng BTCT làm việc theo nguyên lý trọng lực, được thi công trong hố móng khô bằng cách đào móng trên bãi hoặc đắp đê quây vây quanh hố móng, dẫn dòng thi công, đào hố móng và bơm khô nước

Các công trình xây dựng theo công nghệ truyền thống này còn một số nhược điểm sau: Công trình thu hẹp dòng chảy nên làm thay đổi cảnh quan môi trường tự nhiên, khối lượng công trình lớn, khối lượng giải phóng mặt bằng lớn, thời gian thi công kéo dài, giá thành đầu tư cao nên hiệu quả công trình thấp Đặc biệt đối với một

số sông lớn, nơi nước sâu, sông rộng, địa chất nền mềm yếu thì công nghệ này khó thực hiện hoặc thực hiện được nhưng với giá thành cao

Công nghệ mới trong xây dựng công trình ngăn sông ở nước ta đã được Viện Khoa học Thuỷ lợi đề xuất và nghiên cứu trong đề tài khoa học cấp nhà nước" Nghiên cứu áp dụng công nghệ tiên tiến trong cân bằng, bảo vệ và sử dụng có hiệu quả nguồn nước Quốc gia" mã số KC 12-10 thuộc chương trình khoa học công nghệ KC 12 từ năm 1991÷ 1995 do GS.TS Trương Đình Dụ làm chủ nhiệm [10] Đề tài đã đề xuất và nghiên cứu nguyên lý làm việc mới, thay đổi kết cấu cống được một số giải pháp công trình để đổi mới công nghệ thi công cho cống vùng triều: từ thi công trong hố móng khô sang thi công dưới dòng chảy,kiểu công trình này được gọi là Đập Trụ Đỡ

1.1.2 Kết cấu, nguyên lý làm việc của Đập Trụ đỡ

1.1.2.1 Kết cấu Đập trụ đỡ

Đập Trụ đỡ là công trình ngăn sông bao gồm các trụ bằng bê tông cốt thép, các trụ này chịu lực cho toàn bộ công trình, móng trụ là các cọc cắm sâu vào nền, giữa

6

các trụ có dầm đỡ van liên kết với trụ, dưới dầm đỡ van và trụ là cừ chống thấm đóng sâu vào nền, các thanh cừ liên kết với nhau, đỉnh cừ liên kết với dầm đỡ van và trụ, trên dầm đỡ van là cửa van kết hợp với các trụ để ngăn và điều tiết nước

Trụ pin của công trình liên kết trực tiếp với hệ thống cọc hoặc thông qua bệ đỡ

Hệ thống cọc có thể là cọc bê tông cốt thép thường đúc sẵn hoặc cọc bê tông cốt thép

dự ứng lực hoặc cọc ống bê tông cốt thép đúc ly tâm hoặc cọc khoan nhồi hoặc cọc ống thép nhồi bê tông cốt thép

Dầm đỡ van nhận một phần lực do cửa van tác dụng và truyền về các trụ, có kết cấu dầm hoặc hộp phao được đúc sẵn rồi lắp ghép vào vị trí, hoặc đúc tại chỗ

Cừ chống thấm được đóng liên tục giữa hai bờ tạo thành vách đứng ngăn nước thấm dưới đáy công trình, liên kết vào đáy dầm đỡ van và trụ Cừ được nhiều đơn vị trong và ngoài nước chế tạo sẵn, có thể được làm bằng thép, nhựa, composite, bê tông cốt thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực

Cửa van sử dụng trong đập Trụ đỡ có thể là cửa van sập trục trên, cửa van sập trục dưới, cửa van phẳng, cửa van cánh, cửa tự động thủy lực, cửa van cung, cửa van cao su hay cửa van phao các loại Cửa van được vận hành đóng mở bằng thiết bị đóng mở

Đập Trụ đỡ chịu lực tập trung ở các trụ bằng hệ cọc nên có thể kết hợp làm cầu giao thông với tất cả các kết cấu cầu thông dụng Tuy nhiên khẩu độ nhịp cầu phụ thuộc vào việc lựa chọn khẩu độ khoang để đảm bảo khả năng chế tạo cửa van

Đập Trụ đỡ được thiết kế mở rộng khẩu độ thoát nước đảm bảo lưu tốc qua công trình nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của đất nền nên kết cấu gia cố chống xói cho thượng hạ lưu chỉ cần bằng thảm đá hoặc tấm BTCT

Hình 1-1 Kết cấu chung Đập trụ đỡ 1.1.2.2 Nguyên lý làm việc

Ổn định:

- Ổn định nhờ hệ cọc ngàm trong đất;

- Lực ngang hoàn toàn do các cọc trong móng trụ chịu

Chống thấm:

- Chống thấm bằng đường viền đứng tạo bởi các bản cừ đơn, liên tục dưới cống

và nối tiếp với hai bờ

Tiêu năng:

- Công trình mở rộng gần bằng với lòng dẫn tự nhiên nên ít co hẹp dòng chảy

- Tốc độ dòng chảy qua cống nhỏ nên không cần có kết cấu tiêu năng kiên cố, chỉ cần gia cố nhẹ lòng dẫn bằng thảm đá hoặc thảm bê tông

1.1.3 Tình hình ứng dụng ngoài thực tế

Công nghệ Đập Trụ đỡ đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình ngăn sông vùng ven biển với mục đích ngăn mặn, giữ ngọt và tiêu lũ để tạo nguồn nước cho dân sinh, nông nghiệp ở nước ta Một số công trình tiêu biểu :

8

1 Cống Sông Cui, huyện Châu

Thành, tỉnh Long An [18]:

Gồm 2 cửa mỗi cửa 7,5m Chênh

lệch mực nước 3m Cầu giao thông

H13-X60, bề rộng mặt cầu 5m, cửa van

tự động 2 chiều

Hình 1-2 Cống Sông Cui – Long An

2 Cống Thảo Long - Huế [19] :

Quy mô lớn nhất nước ta hiện nay,

có chiều rộng thoát nước 480,5m,

gồm 15 khoang cửa mỗi khoang rộng

31,5m, cửa van Clape trục dưới, nhịp

cầu 33m, mặt cầu rộng 10m, tải

trọng cầu H30-XB80 Chênh lệch

mực nước 1,2m

Hình 1-3 Cống ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long

3 Cống Biện Nhị - Cà Mau[21] :

Quy mô công trình có chiều rộng

thoát nước 30m, gồm 3 khoang cửa

mỗi khoang rộng 10,5m, cửa van tự

động 1 chiều, nhịp cầu 12,3m, mặt

cầu rộng 6 m, tải trọng cầu

H13-XB80 Chênh lệch mực nước 2m

Hình 1-4 Công trình cống Biện Nhị

Năm 2008, Chính phủ phê duyệt quy hoạch thủy lợi chống ngập úng cho TP Hồ Chí Minh tại Quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 [14] Hàng loạt các Cống lớn được quy hoạch đầu tư xây dựng như : Cống Tân Thuận, Phú Xuân, Mương Chuối, Sông Kinh, Kinh Lộ v.v Khẩu độ cống từ 60m -:-120m Công nghệ chủ yếu được lựa chọn để xây dựng các cống này là công nghệ Đập Trụ đỡ

1.2 Tổng quan về khung vây thi công

1.2.1 Khái niệm khung vây thi công

Khung vây là công trình phụ tạm trong giai đoạn thi công có tác dụng ngăn không cho nước xâm nhập vào hố móng nhằm đảm bảo hố móng khô và tạo ra không gian hẹp giữa sông để thi công các trụ cầu giao thông hoặc các trụ của Đập trụ đỡ

1.2.2 Cấu tạo khung vây

Kết cấu khung vây truyền thống có cấu tạo cơ bản theo sơ đồ như sau:

ChiÒu dµi khung v©y

ChiÒu réng khung v©y

Trong đó :

+ Lớp cừ chịu lực(1) đối xứng phía ngoài cắm vào nền, tựa vào vành đai(2) phía trong vừa làm nhiệm vụ kín nước, vừa tham gia chịu áp lực nước truyền vào và để giảm lưu lượng, áp lực thấm lên đáy móng

+ Hệ khung chống(3) phía trong liên kết với vành đai và nhận lực đối xứng từ 4 phía truyền vào, các thanh chống này làm việc theo sơ đồ chịu nén hướng tâm, có khả năng chịu lực rất cao đóng vai trò quan trọng làm cho khung vây cân bằng và ổn định trong một không gian hẹp

+ Hệ thống các cọc định vị(4)liên kết phía ngoài được đóng sâu vào lớp đất cứng để tăng cường độ ổn định tổng thể cho khung vây

+ Lớp bê tông bịt đáy(5) có tác dụng chống thấm và chống đẩy bục hố móng Đồng thời nó cũng đóng vai trò là điểm tựa như một khung chống của phần cừ cắm vào nền, nơi có áp lực ngoài tác dụng vào lớn nhất

Tùy theo chênh lệch mực nước trong và ngoài khung vây mà bố trí các tầng khung chống Cột nước càng cao thì hệ khung chống càng dày, cột nước thấp thì khung chống thưa

Đồng thời quan hệ giữa lớp cừ kín nước và khung chống là hỗ trợ nhau, nếu

cừ có độ cứng lớn thì khung chống bố trí thưa và ngược lại nếu chọn cừ có độ cứng yếu hơn thì khung chống phải dày hơn

11

1.2.3 Một số dạng khung vây thi công trụ cầu giao thông

1.2.3.1 Khung vây cọc ván thép truyền thống

Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng tường cọc bản bằng gỗ để làm tường vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng

Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (Ω), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau

Hình 1-10 Mặt cắt cừ dạng hộp

Thi công trụ cầu bằng khung vây cừ larsen được dùng phổ biến trên thế giới Tai Việt Nam, hầu hết các trụ cầu đều được thi công dựa vào kết cấu khung vây dạng này Một số công trình tiêu biểu như là :

+ Công trình cầu Kiền – Hải Phòng : xây dựng bên phà Kiền - QL 10, trên sông Cấm

12

Đây là cây cầu dây văng lớn thứ 2 của

Việt Nam sau cầu Mỹ Thuận, với tổng

chiều dài là 1.186m, rộng 16,7m do liên

danh nhà thầu Công ty Sumitomo Mitsui

(Nhật Bản) - Tổng công ty xây dựng

Thăng Long (Việt Nam) thi công

Biện pháp thi công trụ cầu là thi công

trong khung vây cừ ván thép 2 tầng

+ Công trình Cầu Đại Phước – Nhơn Trạch – Đồng Nai [6] :

Cầu Đại Phước bắc qua sông Đồng

Nai, thuộc dự án cầu đường vào khu đô

thị du lịch sinh thái Đại Phước – Huyện

Nhơn Trạch – Tỉnh Đồng Nai Cầu có

chiều dài L =525,14m, kết cấu nhịp

chính gồm 3 nhịp liên tục 70+110+70

bằng dầm hộp BTCT DƯL, bề rộng cầu

B =14,5m các nhịp dẫn bằng BTCT

DƯL lắp ghép, L =33m tiết diện chữ

I.trụ bê tông cốt thép trên móng cọc

khoan nhồi D = 1,2-1,5m

Hình 1-12 Khung vây thi công trụ cầu Đại

Phước – Đồng Nai

+ Cầu Sông Mã –Thanh Hóa [6]:

Cầu Sông Mã là một trong những cầu giao thông ở nước ta có bệ trụ đặt rất sâu, cột nước chênh lệch trong ngoài khung vây rất lớn 20m Trụ cầu được thi công bằng khung vây cừ larsen và các tầng khung chống, móng cọc khoan nhồi

+ Móng cọc khoan nhồi đường

kính D=2.0m Hình 1-13 Cắt ngang trụ cầu Sông Mã – Thanh Hóa + Cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng [6] :

Cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng là

một trong những cầu ở nước ta có

bệ trụ đặt ở sâu, chênh lệch cột

nước thi công lớn, biện pháp thi

công trụ khung vây cừ larsen

Các thông số thi công trụ cầu:

+ Khung vây cừ larsen V, 4

tầng khung chống thép hình

+ Chênh lệch cột nước khung

vây 14,2m

+ Đáy bệ -12.7m

+ Mực nước thi công +1.5m

+ Kích thước bệ là: 12,9x22,9m Hình 1-14 Cắt ngang khung vây trụ cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng

+ Cầu Phú Long-TP.HCM [6] :

Cầu Phú Long bắc qua sông Sài Gòn nối từ Q12 sang huyện Lái Thiêu – tỉnh Bình Dương Trụ cầu chính P5 ở giữa sông do Công ty CPXDCTGT 479 thi công, có các thông số kỹ thuật như sau:

Cao độ đáy sông: -17.50 m

Cao độ MNTC: +1.50 m

Cao độ đáy bệ: -9.50 m

Chênh lệch cột nước thi công trong và ngoài khung vây 11m

14

Kích thước bệ trụ: (30x16,50x3,5)m

Quá trình thi công bê tông bệ, thân trụ nhà thầu sử dụng vòng vây cọc ván thép lassen IV, chiều dài cọc ván thép là 30m; Đổ bê tông bịt đáy M200 dày 3.0m, vòng vây sử dụng 2 tầng khung chống I500-:-I600

Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Phú Long:

Hình 1-15 Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Phú Long

15

+ Cầu Hàm Luông – Bến Tre [6] :

Cầu Hàm Luông thuộc quốc lộ 60 tỉnh Bến tre, cầu chính giữa sông gồm 4 nhịp đúc hẩng khẩu độ 150m (là khẩu độ nhịp cầu đúc hẩng lớn nhất Việt Nam) Cầu do Công ty cầu 12 và Công ty CPXDCTGT 479 thi công hoàn thành năm 2009 Công ty

479 đảm nhận thi công 2 nhịp trên trụ P11 và P12 giữa sông, trụ chính có các thông

số kỹ thuật như sau:

- Cao độ đáy sông: -18.20 m

- Cao độ MNTC: +1.50 m

- Cao độ đáy bệ: -8.50 m

- Chênh lệch mực nước thi công trong và ngoài khung vây 10m

- Kích thước bệ: (29x19x3,5) m

- Khung vây cừ lassen IV, khung chống I500-:-I600 2 tầng

Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Hàm Luông [6]

16

1.2.3.2 Khung vây sử dụng cọc ống thép

Khung vây sử dụng cọc ống thép đóng sâu vào lớp đất tốt làm nhiệm vụ kín nước và giữ ổn định tổng thể khung vây Sau khi thi công bệ trụ xong, cọc ống thép làm khung vây được nhổ lên và di chuyển đến công trình khác Công nghệ này xuất phát từ Nhật Bản từ những năm 60 và nó thích hợp cho các công trình có cột nước sâu và nền địa chất yếu

Hình 1-17 Một số hình dạng vòng vây cọc ống thép

Tại Việt nam, công nghệ này chưa phổ biến và mới chỉ áp dụng cho cầu Thanh Trì - Hà nội;

Một số thông tin chính về cầu Thanh Trì [16] :

Cầu Thanh trì có tải trọng thiết kế là H30-XB80, cầu chính dài 3084m, rộng 33,1m với 6 làn xe Cấu tạo cầu gồm kết cấu phần trên được đặt lên 52 trụ và 2 mố Thời gian thi công bắt đầu từ năm 2002 và thông xe vào năm 2007;

Móng trụ là cọc khoan nhồi đường kính 2m, kích thước của trụ như sau: Dài x Rộng =38mx38m, đáy bệ trụ -9.0m, mực nước thi công +8.00m

Toàn bộ trụ cầu được thi công trong khung vây bằng cọc ống thép

+ Cọc ống ván thép đường kính D=1200mm

+ 2 Tầng khung chống thép hình H400

+ Chênh lệch mực nước thi công 17m

+ Dự án vốn ODA, công trình do nhà thầu Nhật Bản thi công

17

Thi công trụ cầu chính Thanh Trì bằng

khung vây cọc ống ván thép, ngăn nước

tạm thời còn móng cọc chịu lực chính là

cọc khoan nhồi

1.2.3.3 Khung vây cọc ống thép dạng giếng (Móng cọc SPSP)

Trên cơ sở nghiên cứu phát triển sử dụng cọc ống thép, người Nhật đã phát minh ra móng vây cọc ống thép (còn có tên gọi là móng cọc ống thép dạng tường hay

móng cọc ống thép dạng giếng), tên Tiếng Anh là Steel Pipe Sheet Pile Foundation

Móng vây cọc ống thép sử dụng các ống thép có các khóa chống cắt để liên kết các chúng lại với nhau lại thành một vòng khép kín Đầu của các cọc ống thép được liên kết cứng với bệ cọc tạo thành kết cấu móng có khả năng chịu tải trọng lớn, khả năng kháng động đất rất tốt

18

Hình 1-19 Cấu tạo móng cọc dạng giếng SPSP

Ban đầu vòng vây cọc ống thép được sử dụng làm vòng vây ngăn nước để thi công phần bệ móng Sau đó bệ móng được liên kết cứng với vòng vây cọc ống thép tạo thành kết cấu móng, phần cọc ống thép làm vòng vây thi công sẽ được cắt bỏ và tháo

dỡ, chỉ còn lại phần cọc ống thép liên kết với bệ móng Như vậy cọc ống thép vừa làm chức năng chân của móng vừa kết hợp làm vòng vây thi công;

Móng cọc ống thép dạng giếng SPSP được sử dụng nhiều trong các công trình cầu lớn ở Nhật Bản Ở Việt Nam, lần đầu tiên được áp dụng ở Cầu Nhật Tân Đây là cầu dây văng nhịp 300m do liên doanh công ty Chodai và công ty tư vấn thiết kế công trình Nippon thiết kế Tổ chức thi công là công ty Sumitomo của Nhật Bản thực hiện Một số thông số chính vòng vây thi công cầu Nhật Tân [16] :

+ Loại cọc ống thép D=1200mm , chiều dày vách 16~21 mm, Cọc dài 50m

+ Cao trình đáy bệ trụ : -8.50 m

+ Cao trình đỉnh bệ trụ: -3.00 m

+ Chiều dày bê tông bịt đáy : 3.50 m

+ Cao trình nạo vét đáy khung vây : -12.50 m

+ Cao trình đỉnh cọc ống thép khung vây : +10.50m

Thiết bị thi công Xà lan 1000T, cẩu 200T, búa đóng cọc 20T, ở cầu Nhật Tân các thiết bị này đều phải đi thuê ở nước ngoài và đơn vị nước ngoài thi công

19

Hình 1-20 Thi công trên sà lan ở dự án

1.2.4 Khung vây thi công công trình ngăn sông

Dựa trên nguyên lý cơ bản của khung vây truyền thống, các công trình ngăn sông hiện nay cũng đang sử dụng rộng rãi cọc ván thép làm khung vây cho hố móng Trên thế giới :

Công trình EMS- Đức [13] hoàn thành năm 2002 bằng khung vây cừ larsen V Đây là trụ có quy mô lớn bề rộng 10m, chiều dài 60m, chiều cao 20m

20

Các thông số cơ bản của khung vây :

Khung vây bằng cừ larsen, các

tầng khung chống bên trong bằng

thép ống

Chênh lệch cột nước khung

vây 16,6m

Chiều dài khung vây 60m

Khoảng cách giữa hai hàng cừ

larsen là 24m; 01 tầng chống thép

ống Hình 1-24 Khung vây cừ larsen thi công trụ [13]

thành phố Venice theo công nghệ xà

lan phao Tuy nhiên các âu thuyền

trong dự án đều được thi công trong

các khung vây cừ ván thép

Tại Việt Nam :

Từ khi Đập trụ đỡ được đề xuất nghiên cứu và ứng dụng ngoài thực tế cho các công trình ngăn sông trên khắp cả nước, biện pháp thi công chủ yếu là thi công trong

hố móng hẹp với khung vây truyền thống cừ ván thép Có thể kế đến một số công trình cụ thể như:

+ Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long [19] :

Công trình cấp III, xây dựng trên sông Hương – huyện Phú Vang – Tỉnh Thừa Thiên Huế với nhiệm vụ được Bộ NN&PTNT phê duyệt như sau :

- Ngăn mặn, giữ nguồn nước ngọt của sông Hương phối hợp với hồ Tả Trạch đảm bảo cung cấp đủ nước cho các nhu cầu nông nghiệp, công nghiệp, môi trường sinh thái, dân sinh vùng đồng bằng sông Hương và cải thiện cảnh quan du lịch thành phố Huế;

- Không ảnh hưởng tới khả năng thoát lũ của sông Hương so với hiện trạng đập Thảo Long cũ;

- Đảm bảo giao thông thủy trên sông Hương với thuyền tải trọng 50T, kết hợp làm cầu giao thông bộ qua sông cho phương tiện tải trọng H13, mặt cầu rộng 7m

Kết cấu công trình dạng Đập trụ đỡ, gồm 15 khoang cống rộng 31,5m và 1 khoang âu thuyền rộng 8m Kích thước bệ trụ lớn nhất : dài x rộng x cao = 12x5,6x2,15(m) Xử lý nền bằng cọc 8 cọc khoan nhồi D120

Khung vây thi công có dạng hình chữ I, khu vực vây bao gồm hai trụ và dầm đáy Chênh lệch cột nước lớn nhất giữa trong và ngoài khung vây gần 8m Kết cấu sử dụng

22

hàng cừ larsen IV dài 12m làm nhiệm vụ ngăn nước; Cọc định vị 2C300 dài 12m , 2 hàng văng chống C300 ở cao trỡnh -2.00 và +1.10 Hệ thống văng chống dọc, chống ngang kết hợp với cỏc vành đai ốp trong, ngoài giỳp khung võy đảm bảo điều kiện ổn định

L = 12m L100*63*6

Bản nối N1

Văng ngang tầng trên

2 [ 300 Vành đai ốp ngoài

2 [ 300

Cọc định vị ngoài 2C300 L=12m

Hỡnh 1-26 Khung võy thi cụng trụ Thảo Long

+ Cụng trỡnh cống Kiểm soỏt triều Nhiờu Lộc – Thị Nghố [22]:

Cống kiểm soỏt triều Nhiờu Lộc – Thị Nghố là cụng trỡnh ngăn triều kết hợp tiờu thoỏt nước bằng trạm bơm Vị trớ cụng trỡnh nằm ở hạ lưu kờnh Nhiờu Lộc – Thị Nghố đổ ra sụng Sài Gũn là ranh giới giữa phường Bến Nghộ, Quận 1 và Phường 22, Quận Bỡnh Thạnh – TP Hồ Chớ Minh

Biện phỏp thi cụng :

- Thi cụng trụ và dầm van trong nước, cỏc phõn đoạn sử dụng khung võy cừ

Quy mô công trình:

- Bề rộng khoang = 2x8,5 = 17m; bề rộng thông nước B=16,0m

- Cao trình ngưỡng cống: -4.00m

- Cao trình đỉnh trụ pin: +4.00 m

- Cao trình đỉnh cửa van: +3.50 m

Biện pháp thi công : Thi công

từng trụ độc lập trực tiếp trong

khung cừ Larsen IV dài 14m, kết

hợp với 2 hàng văng chống I500 ở

các cao trình -1.70 và +1.0 Vành

đai ốp trong, ngoài khung vây là

thép hình I400, kết hợp với hệ cọc

định vị I500 phía ngoài giúp ổn

định tuyệt đối khung vây Hình 1-28 Khung vây thi công cống Nhà Mát

24

+ Công trình cống Bà Đầm C [20] : Tỉnh Hậu Giang

Cống Bà Đầm C là một trong rất

nhiều cống thuộc dự án phát triển

thủy lợi Đồng bằng Sông Cửu

Long được xây dựng với nhiệm vụ

kiểm soát lũ, tưới tiêu, xổ phèn lấy

phù sa, cung cấp nước sinh hoạt

kết hợp phát triển giao thông thủy

bộ

Trụ pin cống được thi công

trong thùng chup, dầm van được

thi công trong khung vây cọc ván

- Cao trình đỉnh cửa van: +2.30 m

- Trụ pin chịu lực chính lên chùm cọc BTCT 35x35 dài 21m;

Biện pháp thi công:

- Thi công trụ và dầm van trong 2 phân đoạn sử dụng khung vây cừ larsen IV dài 12m, ổn định bằng hệ 2 hàng văng chống I300 ở cao trình -1.70 và +1.00 kết hợp với các cọc định vị I300 dài 12m

460 470

405 405

405 405

405 405

Bản nối N1 Cừ Larsen IV, L = 1200cm Cọc định vị trong, 2I300 L = 1200cm

Đai ốp ngoài khung vây

I300, L=390cm

35 đê thi công PĐIICừ larsen đặt sẵn

Đai ốp trong khung vây 2I300, L=2900cm

Cọc định vị ngoài

Cừ Larsen IV, L = 1200cm

Cọc định vị trong, 2I300 L = 1200cm

-10.00

Sàn công tác phục vụ thi công bằng gỗ

Đai ốp trong khung vây 2I300, L=2840cm

Đai ốp trong khung vây 2I300, L=2840cm

+1.00 +0.00

-1.70

-3.50 -4.50

-5.80 Trụ pin đợt 1 Trụ pin đợt 1 Trụ pin đợt 1

Văng ngang I300, L=390cm

Văng ngang I300, L=390cm

50

45 401

100 30

1.2.5 Nhận xột

Khung võy thi cụng núi chung và thi cụng Đập trụ đỡ núi riờng khỏ đa dạng và phong phỳ Chỳng làm nhiệm vụ giống nhau là tạo thành vựng kớn để làm khụ hố múng phục vụ thi cụng cỏc hạng mục trong nước

Khung võy hiện nay cơ bản đang ỏp dụng phổ biến ở Việt Nam là dạng khung võy truyền thống cừ vỏn thộp Bờn cạnh đú, cụng nghệ cọc ống thộp đang phỏt triển mạnh ở Nhật Bản và đang bước đầu ỏp dụng trong một số dự ỏn tại Việt nam như cầu Thanh trỡ,cầu Nhật Tõn ở Hà Nội hay cầu Bớnh ở Hải Phũng…

Đối với khung võy trụ cầu giao thụng ở nước ta, cỏc nhà thiết kế giao thụng đó giải quyết được những vấn đề khú khăn để thi cụng được cỏc trụ cầu lớn như cầu Tuyờn Sơn, cầu Sụng Mó…trong khung võy cọc vỏn thộp

26

Đối với khung vây Đập trụ đỡ hiện nay mới chỉ thực hiện được cho các công trình có cột nước <10m Các nhà thiết kế thủy lợi chưa có kinh nghiệm thiết kế khung vây cho những sông sâu, nền địa chất yếu Nhiều vấn đề kỹ thuật còn đang tranh luận và chưa đi đến thống nhất

1.3 Những vấn đề nghiên cứu của luận văn

Trên cơ sở khái quát một số nét chính về công trình ngăn sông dạng Đập trụ

đỡ và một số hình thức khung vây thi công, tác giả thấy rằng:

Trong tư duy xây dựng công trình ngăn sông hiện nay, phương án lựa chọn thi công cống trực tiếp trên lòng sông là tối ưu hơn cả Tuy nhiên đối với những sông sâu và rộng, việc có làm được cống hay không là phụ thuộc vào việc có làm được khung vây hay không Đây là vấn đề mà ngành thủy lợi chưa có nhiều kinh nghiệm

và lo ngại cho sự ổn định tổng thể của khung vây do lớp đất yếu và chênh lệch cột nước trong và ngoài khung vây lớn Khi làm cống Mương Chuối, đơn vị tư vấn thiết

kế đã làm khung vây theo dạng mới như cầu Nhật Tân (SPSP) rất tốn kém vì họ cho rằng khung vây truyền thống cọc ván thép không đảm bảo ổn định Do vậy, nghiên cứu giải pháp để tăng cường độ ổn định của khung vây thi công công trình ngăn sông trường hợp cột nước sâu, nền địa chất yếu là một đề tài mang ý nghĩa thiết thực cao

Trong phạm vi nội dung luận văn này, tác giả tập trung đi sâu vào nghiên cứu các vấn đề sau đây:

- Nghiên cứu giải pháp cải tiến kết cấu khung vây để tăng cường độ ổn định để có thể xây dựng được cống trực tiếp trên lòng sông trong trường hợp sông sâu, nền địa chất yếu;

- Nghiên cứu phương pháp tính toán ổn định khung vây;

- Nghiên cứu biện pháp thi công khung vây

27

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ KHUNG VÂY PHỤC VỤ THI CÔNG ĐẬP TRỤ ĐỠ Ở

CÁC SÔNG CÓ CỘT NƯỚC LỚN

2.1 Quy hoạch xây dựng công trình ngăn sông lớn

Do tác động của con người và biến đổi khí hậu toàn cầu, tài nguyên nước bắt đầu suy thoái Biến đổi khí hậu sẽ có tác động xấu đến sự thay đổi nguồn nước Sức

ép về sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế - xã hội, nhu cầu sử dụng nước tăng về

số lượng và đa dạng về chất lượng

Việt Nam chúng ta từ một quốc gia có nguồn tài nguyên nước dồi dào nay đứng trước nguy cơ thiếu trầm trọng nguồn nước ngọt và nước sạch do chịu ảnh hưởng lớn từ biến đổi khí hậu, nước biển dâng

Nước biển dâng ảnh hưởng đến ngập và mất đất đối với Đồng Bằng Bắc và Trung Bộ không khốc liệt như ở Đồng Bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) những sẽ kéo theo hiện tượng xâm nhập mặn sâu vào nội đồng là một nguy cơ không hề nhỏ

Mặt khác, nước ta có rất nhiều sông lớn đổ ra biển như: sông Hồng, sông Thái Bình (Bắc Bộ), sông Mã, sông Lam, sông Thạch Hãn, sông Hàn, sông Cái, sông Trà Khúc (miền Trung), sông Tiền Giang, sông Hậu Giang, Cái Lớn, Cái Bé, Vàm Cỏ, Đồng Nai, Cần Giờ (miền Nam) Các con sông này đóng vai trò hết sức to lớn trong phát triển kinh tế - xã hội nước ta như cấp nước tưới, sinh hoạt, dân sinh, công nghiệp, phát điện, vận tải thủy v.v

Việc đầu tư nghiên cứu các giải pháp công nghệ, thiết bị xây dựng các công trình ngăn sông lớn nhằm ngăn mặn, chống nước biển dâng, tạo nguồn nước ngọt nhưng vẫn đảm bảo khả năng tiêu thoát lũ là hết sức đúng đắn, cần thiết và cấp bách

Nhận thức được vấn đề cấp bách và quan trọng này, thủ tướng chính phủ đã phê duyệt quy hoach thủy lợi chống ngập úng thành phố Hồ Chí Minh tại quyết định

số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 Theo nội dung quyêt định này thì giai đoạn I: triển khai các dự án khu vực bờ hữu sông Sài Gòn - Nhà Bè

28

a Đợt 1: xây dựng 6 cống lớn: Phú Xuân, Mương Chuối, sông Kinh, Kinh Lộ, Thủ Bộ, kênh Hàng và các cống nhỏ tại các rạch khác; xây dựng tuyến đê bao nối các cống; nạo vét các kênh trục tiêu thoát nước trung tâm thành phố về phía Nam

b Đợt 2: xây dựng 2 cống lớn Rạch Tra, Vàm Thuật và các cống nhỏ khác liên hoàn với các tiểu dự án hệ thống thủy lợi bờ hữu sông Sài Gòn; nạo vét tuyến trục Rạch Tra - An Hạ - Nam Sài Gòn và tuyến trục Vàm Thuật -Tham Lương - Bến Cát - rạch Nước Lên

c Đợt 3: xây dựng 4 cống: Bến Nghé, Tân Thuận, Bến Lức, kênh Xáng Lớn,

mở thông cống An Hạ hiện hữu; xây dựng hoàn chỉnh tuyến đê bao và các cống nhỏ dưới đê khác

Quy mô các công trình như sau :

Hình thức vận hành

Chủ đầu tư dự kiến

1 Cống (Âu thuyền)

Có điều khiển

Thành phố Hồ Chí Minh

khiển

Thành phố Hồ Chí Minh

khiển

Thành phố Hồ Chí Minh

4 Cống (Âu thuyền)

Có điều khiển

Thành phố Hồ Chí Minh

khiển

Thành phố Hồ Chí Minh

8 Cống Kinh Lộ (rạch

Có điều khiển

12 Cống kênh Xáng Lớn 20 -4.0 Có điều

khiển Tỉnh Long An Trong 12 cống lớn được quy hoạch xây dựng này có nhiều cống được đề xuất áp đụng công nghệ Đập trụ đỡ

Đặc điểm của các công trình này là hầu hết nằm trên sông rộng và rất sâu (mực nước từ 10-:- 35m) Đồng thời đất nền chủ yếu là nền bồi tích sông biển mềm yếu,

Cho tới nay hầu hết các công trình áp dụng công nghệ Đập Trụ đỡ đều là những công trình ngăn sông tương đối nhỏ và cột nước không lớn Biện pháp thi công thường là thi công trong khung vây khô, giải pháp thi công này các nhà thầu trong nước đã có nhiều kinh nghiệm và thi công thành thạo

Tuy vậy, để có thể xây dựng các công trình ngăn sông rộng và cột nước sâu thì biện pháp thi công cần phải đươc đầu tư nghiên cứu nhằm vừa đáp ứng điều kiện đảm bảo an toàn đồng thời phù hợp với kinh nghiệm, công nghệ cũng như các thiêt bị của nhà thầu trong nước

2.2 Các giải pháp kết cấu khung vây móng Đập trụ đỡ có cột nước sâu

2.2.1 Giải pháp khung vây truyền thống cừ ván thép

Ưu điểm của cọc ván thép :

- Khả năng chịu được ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công cũng như trong quá trình sử dụng)

- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé

- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng cách hàn hay bắt bu lông để tăng chiều dài

- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế

- Có khả năng thi công ở các vùng nước sâu, rộng và nền đất yếu

- Có thể giảm thiểu thời gian thi công và kinh phí xây dựng

- Độ cứng và khả năng chịu lực cao nên có thể giảm diện tích chiếm dụng

- Có khả năng thi công một cách an toàn kể cả khi nền chịu lực ở sâu

Nhược điểm :

Nhược điểm của cọc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trường làm việc (khi sử dụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cữu) Tuy nhiên nhược điểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ như sơn phủ chống ăn

31

mòn, mạ kẽm, hoặc có thể sử dụng loại cọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao Ngoài ra, mức độ ăn mòn của cọc ván thép theo thời gian trong các môi trường khác nhau cũng đã được nghiên cứu và ghi nhận lại Theo

đó, tùy thuộc vào thời gian phục vụ của công trình được quy định trước, người thiết

kế có thể chọn được loại cọc ván thép với độ dày phù hợp đã xét đến sự ăn mòn này Phạm vi áp dụng : Áp dụng phổ biến cho hầu hết các công trình giao thông, thủy lợi, dân dụng thi công trong hố móng khô

2.2.2 Giải pháp kết cấu khung vây bằng cọc ống thép

Ưu điểm:

Đối với cọc ống thép dạng đơn, có rất nhiều ưu điểm như là :

- Trọng lượng nhẹ, cọc ống thép có độ bền cao,

- Có khả năng chịu lực tốt, sức kháng lực ngang lớn, phù hợp với nền địa chất yếu

- Cho phép chuyển vị ngang lớn, thời gian thi công nhanh, có thể đóng xiên

- Vận chuyển dễ dàng, đường kính lên tới 2500mm, chiều dài lên tới 90m

Nhược điểm:

- Khung vây dạng giếng sử dụng cọc ống thép có biện pháp thi công phức tạp, khác hoàn toàn với thi công cọc ống thép đơn

- Máy móc, thiết bị thi công không phổ biến, xử lý kín nước khung vây phức tạp

- Nhà thầu trong nước còn chưa có kinh nghiệm trong thi công khung vây dạng này Phạm vi áp dụng : Hiện nay ở Việt nam mới đang áp dụng cho các công trình cầu lớn như cầu Thanh Trì, cầu Nhật Tân

2.3 Lựa chọn kết cấu khung vây thi công móng Đập trụ đỡ cột nước sâu

Qua nghiên cứu, phân tích và so sánh các giải pháp khung vây thấy rằng, việc lựa chọn giải pháp kết cấu khung vây nào cho Đập trụ đỡ trường hợp cột nước sâu cần được xem xét trên tất cả các yếu tố như hệ số an toàn, khả năng đáp ứng thiết bị cũng như kĩ thuật, kinh nghiệm của nhà thầu thi công nhằm rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành đầu tư xây dựng công trình

Giải pháp sử dụng cọc ống thép có nhiều ưu điểm như : mức độ an toàn cao do cọc ống thép có chiều dài lớn, khả năng chịu lực ngang tốt, giảm thiểu ảnh hưởng đến