Chương 11 Thi công thùng chìm

Tài liệu “ Thi công chuyên môn” được biên soạn với mục đích đáp ứng nhu cầu về tài liệu cho môn kỹ thuật thi công các công trình xây dựng, và phục vụ cho công tác dạy và học tập của giáo viên

Chương 11

THI CÔNG THÙNG CHÌM

Trong công trình thủy, khi xây dựng các công trình bến trọng lực và đê chắn sóng tường đứng, phần nhiều sử dụng kết cấu thùng chìm có tính toàn khối cao, tốc độ xây dựng nhanh và hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao Công trình cảng ngày càng có xu hướng phát triển ra nơi nước sâu, việc sử dụng thùng chìm kích thước lớn, cao đến 10÷20m, nặng đến 1600÷6000T để thi công các công trình này thể hiện ưu điểm ngày càng rõ rệt

Một số công trình có kết cấu thùng chìm như sau:

Hình 11.1_ Bến tường đứng bằng các thùng chìm kiểu Gda'nsk Ba Lan 1 Lớp đệm đá; 2 Thùng chìm đúc sẵn;

3 Tường đổ bê tông tại chỗ; 4 Khối đá chống xói

Hình 11.3_ Đê chắn sóng bằng thùng chìm có các vách ngăn a Đê chắn sóng dạng tường đứng; b Đê chắn sóng dạng hỗn hợp

Hình 11.4_ Đê chắn sóng bằng thùng chìm có buồng tiêu năng

a Buồng có khe ngang; b Buồng có khe dọc; c Buồng có khe dạng cong

Đá dăm4,975250400

Lấp cátdày 20 cm

Đá hộcMặt đất tự nhiên

Cọc ống bê tông D700Ray cần cẩu20,000

+2.15MNTN +0.6

MNTB +2.06MNCN +3.6

Sét cứngSét mềmGạch tự chèn 12 cm

Cát dày 5 cmLớp Base dày 30 cmLớp subbase dày 20 cm+4.5

11.2.1.1 Đỳc và hạ thủy bằng đường triền, đà

Trong thực tế, hạ thủy bằng phương phỏp này là khụng kinh tế bởi vỡ đường triền yờu cầu phải cú nền múng và bề mặt trượt tốt

* Ưu điểm : Nước ta có nhiều nhà máy đóng tàu vì vậy có thể đúc và hạ thuỷ thùng chìm bằng triền tàu hay đà tàu

* Nhược điểm:

- Kinh phí để chế tạo thùng chìm sẽ rất lớn nếu phải xây dựng triền tàu mới

- Chỉ có thể hạ thuỷ được các thùng chìm có kích thước nhỏ do trong điều kiện Việt Nam các thiết bị động lực và quy mô các triền tàu trong các nhà máy đóng tàu còn hạn chế

- Không kinh tế do phải gia cố nền móng dưới đà tàu, chế tạo xe triền, trang bị hệ thống động lực (nếu có) nên giá thành đúc thùng chìm sẽ rất cao

thùng chìm có thể tự nổi

- Thùng chìm khi hạ thuỷ bằng phương án này có thể bị lật dẫn đến kinh phí chế tạo thùng chìm sẽ rất lớn

* Phạm vi áp dụng có lợi nhất của phương pháp này là:

- Có nhà máy chế tạo thùng chìm và hạ thuỷ thùng chìm bằng triền tàu - Trọng lượng bản thân của thùng chìm nhỏ

- Không phải nạo vét khu nước tại đuôi triền tàu và khu nước từ nơi đúc đến nơi lắp đặt

11.2.1.2 Đúc và hạ thủy bằng ụ khô

Ụ khô sử dụng để đóng và sửa chữa tàu Việc xây dựng một ụ khô là rất tốn kém, thường không chỉ xây dựng ụ khô chỉ nhằm mục đích sản xuất thùng chìm Do đó người ta thường thuê ụ khô để đúc các thùng chìm thì mới đạt hiệu quả kinh tế

* Ưu điểm: Nước ta có nhiều nhà máy đóng tàu vì vậy có thể đúc và hạ thuỷ thùng chìm bằng ụ khô

* Nhược điểm:

- Kinh phí để chế tạo thùng chìm sẽ rất lớn nếu phải xây dựng ụ mới

thước nhỏ

có thể tự nổi và khó khăn trong quá trình vận chuyển thùng chìm từ vị trí đúc đến chân công trình

* Phạm vi áp dụng có lợi nhất của phương án này là:

- Có nhà máy chế tạo thùng chìm và hạ thuỷ thùng chìm bằng ụ khô - Kích thước và trọng lượng bản thân của thùng chìm nhỏ

- Không phải nạo vét khu nước tại cửa ụ và khu nước từ nơi đúc đến nơi lắp đặt

Ray cÇn cÈuM¸y b¬m

Buång ôCöa ô

- Ụ nổi BTCT: Nhà máy sửa chữa tàu biển và dàn khoan:

- Ụ nổi nhà máy đóng tàu Hạ Long, ụ nổi công ty công nghiệp tàu thuỷ Nam Triệu có sức nâng 8500 tấn

* Nhược điểm:

- Kinh phí để chế tạo thùng chìm sẽ rất lớn nếu phải chế tạo ụ nổi mới

11.2.2.1 Cấu tạo kết cấu ván khuôn

Theo phương pháp này, ván khuôn có dạng cửa phao như hình 11.8 Đó là một kết cấu không gian ổn định, gồm thép I, bulông và gỗ Thép I bố trí thành cặp có khoảng cách giữa hai thanh trong cùng một cặp bằng chiều dày tường vách thùng, được khống chế bằng ống PVC hay ống bằng vữa ximăng cát luồn qua bulông liên kết hai thanh Khoảng cách giữa các cặp thép I bằng chiều dày bụng thép cộng chiều dày tấm phai và có độ dự trữ nhất định Dãy thép I bên ngoài tựa trực tiếp lên ván khuôn đáy, dãy thép I bên

trong tựa lên những gối bằng bêtông, chiều cao gối bằng chiều dày bản đáy Dọc theo các thanh thép I, khoan lỗ cách nhau 2m để luồn bulông liên kết Trên cánh của thép I hàn thép L ngắn để làm chỗ tựa cho gỗ nẹp ván khuôn và làm đà giáo, sàn công tác Sàn trên đỉnh dùng để nhận và phân phối vữa cho các ô thùng, sàn các tầng dưới dùng để làm nơi buộc cốt thép, lắp đặt tấm phai và đầm bêtông

Hình 11.8_ Kết cấu ván khuôn dạng cửa phai

Chiều dày tấm phai, số hiệu thép I, đường kính bulông, khoảng cách bulông đều được xác định bằng tính toán dựa trên áp lực ngang của vữa bêtông Tấm phai ván khuôn có 2 loại: bằng gỗ, bằng thép (hình 11.9) Đối với tấm phai bằng gỗ, để tránh cong vênh,

vòng, chiều dày tấm phai không nên nhỏ hơn 6cm Tính theo áp lực vữa bêtông thì chiều dài tấm phai khoảng 1m

khung gỗ ngang vào giữa các mảng thép I số 1# và số 2#→cẩu dựng mảng thép I số 3#, hai đầu dùng mỗi đầu một dây neo, đặt ống khống chế khoảng cách và luồn bắt bulông liên kết hai mảng thép I số 1# và số 3# Sau đó cẩu dựng tuần tự các mảng thép I số 4#, 5#và 6#, lắp khung gỗ, bắt bulông → chuyển sang phương khác từ đàu này đến đầu kia cẩu

buộc và đặt cốt thép bản đáy → dựng đà giáo → cẩu lắp cốt thép ngang của tường ngoài (hình 11.11) và móc vào mặt trong của mảng thép I của mặt ngoài tường ngoài (tháo các dây neo bị vướng), bắt bulông tương ứng → dùng giá treo như hình 11.12 cẩu cắm cốt thép đứng mặt trong và mặt ngoài bó và treo vào thép I → từ đà giáo bên ngoài luồn lắp cốt thép ngang tường ngăn → buộc cốt thép ở các góc thùng → lắp phai, dùng nêm cố định tấm phai vào thép I để dễ dàng khi tháo ván khuôn

Trình tự lắp tấm phai như hình 11.13, trong đó đường nét liền là phần lắp một lần đến đỉnh, đường nét đứt là lắp dần theo tiến độ đổ bêtông cho đến đỉnh

Hình 11.11_ Giá treo cẩu cốt thép ngang

Hình 11.12_ Giá treo cẩu cốt thép đứng

11.2.2.3 Đổ bêtông

Thường dùng cần cẩu chuyển vữa bêtông lên đỉnh sàn công tác trên cùng, rồi dùng công nhân xúc đổ vào các ống vòi voi đưa xuống bản đáy và các tường Đổ và đầm bêtông theo lớp, không gián đoạn Có thể dùng xe bơm vữa bêtông, thông qua ống mềm đưa vữa vào trong ván khuôn

Sau khi đổ bêtông đạt đến cường độ có thể dỡ ván khuôn thì thực hiện theo trình tự dỡ ván khuôn như sau: Tháo nêm dỡ ván phai, tháo bulông liên kết thép I, tháo thép I mặt ngoài, tháo khung gỗ và đà giáo, tháo thép I bên trong

11.2.3 Phương pháp dùng ván khuôn trượt

Dùng ván khuôn trượt đúc thùng chìm thì quá trình tác nghiệp liên tục, trình độ cơ giới hóa cao

Ván khuôn của thùng chìm phải thi công riêng, không thể dùng cùng với ván khuôn tường Đáy thùng chìm thường có góc vát, có cái còn có chân đế phía ngoài Kết cấu ván khuôn đáy thùng chìm ví dụ như hình 11.14 Ván khuôn góc vát nằm ngang của bản đáy như hình 11.15, ván khuôn góc vát thẳng đứng của tường như hình 11.16

Hình 11.14_ Một dạng ván khuôn đáy của thùng chìm

Trước hết lắp dựng ván khuôn đáy, buộc cốt thép bản đáy, lắp một đoạn ván khuôn và cốt thép tường rồi đổ bêtông cùng một lượt với bản đáy, sau một ngày đêm đánh xờm mặt bêtông thường, buộc tiếp cốt thép đứng của tường lên tới đỉnh, dỡ ván khuôn cũ, lắp ván khuôn trượt, bắt đầu đổ bêtông tường Trong quá trình đổ bêtông thì tiến hành lắp dần cốt thép ngang của tường Toàn bộ quá trình thi công ván khuôn trượt chia thành 3 giai đoạn: trượt lần đầu, trượt bình thường và trượt kết thúc Sau khi đã vào giai đoạn trượt bình thường nếu vì một lý do nào đó phải tạm ngừng thi công thì phải có giải pháp ngừng trượt

Hình 11.15_ Ván khuôn góc vát ngang của bản đáy

Hình 11.16_ Ván khuôn góc vát đứng của tường

11.2.3.1 Trượt lần đầu

Mục đích là để kiểm tra toàn bộ trang thiết bị ván khuôn trượt có thể bước vào giai đoạn trượt bình thường được không Khi đã đổ bêtông đạt 60÷80cm, sau 3÷3,5h tính từ khi bắt đầu đổ bêtông, nâng ván khuôn thứ nhất, trong 2÷3h đầu phải nâng rất chậm, tốc độ thường từ 2÷3cm/h, mỗi lần nâng kích từ 1÷2 nấc, sau khi bêtông ra khỏi ván khuôn không bị trượt rơi, dùng ngón tay ấn có thể có dấu vân tay mà vữa không dính vào tay là được Nếu phán đoán cường độ bêtông và thời gian trượt của giai đoạn này là phù hợp thì có thể nâng kích mỗi lần 8÷10 nấc (bình quân 2÷3m/ngày đêm) đồng thời kiểm tra toàn diện thiết bị ván khuôn Sau khi điều chỉnh và kiểm tra chứng tỏ các thiết bị vận hành bình thường thì có thể tiếp tục đổ bêtông, chuyển sang giai đoạn trượt bình thường

11.2.3.2 Trượt bình thường

Trong giai đoạn trượt bình thường, các công đoạn buộc cốt thép, đổ bêtông, nâng

tình trạng bêtông bị kéo nứt Trước mỗi lần trượt đều kiểm tra loại bỏ các chướng ngại Khi trượt, bảo đảm các kích đều tháo hết dầu, tránh gây nên tình trạng ván khuôn bị nghiêng, sàn công tác không ngang bằng

11.2.3.4 Trượt kết thúc

Ván khuôn trượt đến đỉnh thùng, công tác trượt bước vào giai đoạn cuối Trong giai đoạn này thì cần giảm tốc độ đổ bêtông Sau khi đổ bêtông đến cao độ thiết kế thì ngừng đổ bêtông và đầm chặt lớp bêtông trên cùng 2 lần phòng ngừa hiện tượng tơi đỉnh Ván khuôn vẫn tiếp tục nâng để ván khuôn không bị dính vào bêtông cần chờ cho bêtông đạt đến cường độ nhất định tránh khi ván khuôn bị trượt nghiêng dẫn đến tình trạng bêtông bị kéo nứt, vỡ đỉnh

Để kiểm tra độ nằm ngang của ván khuôn trượt, dùng phương pháp khống chế mức dầu của kích để đảm bảo sàn công tác nằm ngang Dùng quả dọi kết hợp máy kinh vĩ kiểm tra độ thẳng đứng của ván khuôn trượt

11.2.4 Nối cao thùng chìm

Khi thi công thùng chìm, bất kể phương pháp nào cũng đều đúc thùng chìm đến chiều cao thiết kế mới hạ thủy Nhưng khi thùng lớn, nếu hạn chế bởi năng lực chịu tải của bệ hay trọng tải của ụ mà không thể đúc đủ chiều cao thiết kế thì sau khi đúc đến độ cao nhất định, thùng đưa đến nơi nối cao

11.2.4.1 Nối cao thùng trên lớp đệm đá

Để thuận tiện cho thi công, đặt thùng lên trên lớp đệm đá Diện tích và chiều dày lớp đệm phụ thuộc vào kích thước, số lượng thùng đồng thời nối cao Cao trình đỉnh cần chọn thỏa mãn yêu cầu trước khi nối cao có thể chờ triều hay dùng cần cẩu nổi hỗ trợ đưa thùng đặt lên lớp đệm không bị ngập đỉnh, có thể lắp dựng ván khuôn, dựng cốt thép và đổ bêtông

Sau khi nối cao có thể bơm nước trong thùng ra chờ triều hay dùng cần cẩu nổi hỗ trợ đưa thùng ra khỏi lớp đệm và chở nổi đến hiện trường lắp đặt hay vũng tập kết thùng

Nếu thùng quá lớn, lại không thể đáp ứng các yêu cầu trên thì có thể xem xét làm 2 loại lớp đệm có cao trình đỉnh khác nhau Trước tiên tại lớp đệm nông, nối thùng đến cao độ nhất định, sau đó chuyển sang lớp đệm sâu đúc thùng đến cao độ thiết kế

Ưu điểm của phương pháp này là tác nghiệp an toàn, thuận tiện, ít bị ảnh hưởng của sóng gió, số ngày làm việc được nhiều

Nhược điểm là phải làm lớp đệm cao hơn yêu cầu thì sau khi nối chìm phải đào cho đủ độ sâu nên giá thành cao Phương pháp này thích hợp với trường hợp thùng nối cao ít, sóng gió lớn, điều kiện địa chất tốt và độ sâu nước đảm bảo

11.2.4.2 Nối cao thùng ở trạng thái nổi

Phương pháp này cần có neo giữ để giữ chặt thùng chìm Ưu điểm là không phải làm lớp đệm, giá thành hạ Nhược điểm là hệ thống neo chiếm vùng nước lớn, chịu ảnh hưởng của sóng gió, điều kiện lao động kém, số ngày làm việc ít (sóng cao trên 0,5m không thể thi công được) Phương pháp này thích hợp với số lượng thùng chìm cần nối cao ít, sóng gió nhỏ và độ sâu nước lớn

Hình 11.17_ Xe trượt lăn

Hình 11.18 là xe giá bằng có thể di chuyển dọc - ngang, dùng cho thùng chìm 2000T Xe có kết cấu bằng thép, mặt lót kín bằng gỗ, dưới có 2 dãy bánh xe di chuyển ngang và 2 cặp bánh xe di chuyển dọc bằng thép đúc C45 Chiều dài xe thường bằng chiều rộng bệ, chia làm 4 đốt để tiện chế tạo và vận chuyển Khi di chuyển ngang, 2 dãy bánh xe di chuyển dọc treo lơ lửng, khi di chuyển dọc thì 2 dãy bánh xe di chuyển ngang

nằm ngang Trên mặt xe ở hai dầm chính, vị trí đầu và cuối xe đặt đường ray có trục lăn để dùng cho xe trượt lăn

Hình 11.21 là xe giá nghiêng dùng cho thùng chìm 2000T Khung xe bằng kết cấu thép Trên mặt xe đường ray dùng cho xe giá bằng (hoặc xe trượt lăn), dưới có 4 rãnh bánh xe bằng thép đúc C45 Chiều dài xe lớn hơn xe giá bằng (hoặc xe trượt lăn) khoảng 2m

Hình 11.18_ Xe giá bằng di chuyển dọc – ngang

Hình 11.19_ Xe giá bằng

Hình 11.20_ Xe tự cân bằng

nhanh để kiểm tra đường triền và có thể thí nghiệm hạ thủy Thông thường thì cho xe chạy chậm cũng đủ đảm bảo hạ thủy an toàn

Bố trí tời phục vụ hạ thủy thùng chìm như hình 11.22

Hình 11.22_ Bố trí tời kéo đưa thùng chìm xuống nước a Mặt bằng; b Mặt đứng

Tời 1 và tời 2 kéo xe đưa thùng chìm xuống nước, tời 3 và 4 giữ đỉnh thùng không cho đỉnh thùng nghiêng về phía trước, tời 5 và tời 6 giữ đáy thùng không cho đỉnh thùng nghiêng về phía sau, tời 7 điều khiển móc tự động Khi thùng xuống đến đường dốc, dùng tời 7 mở móc tự động thùng sẽ trượt nhanh xuống nước

11.4 Vận chuyển thùng chìm dưới nước

Sau khi hạ thủy thông thường không đưa thùng đến hiện trường lắp đặt ngay mà để ở nơi kín sóng gió, đợi ngày thời tiết thuận lợi mới đưa đến hiện trường lắp đặt Trong thời gian chờ lắp đặt cần phải neo buộc tàu cẩn thận và cho thêm nước vào thùng để hạ trọng tâm, tăng ổn định, cũng có khi cho thùng hạ hẳn xuống đất nền (độ sâu nước nhỏ hơn chiều sâu thùng 1÷2m) Cũng trong thời gian này làm công tác chuẩn bị lắp đặt thùng: đặt tời quay tay (1,5÷5)T và neo lên 4 góc thùng, cắm cột tiêu lên đường trục và cạnh thùng, lát ván cho công nhân đi lại làm việc trên đỉnh thùng, treo đệm mềm vào các cạnh góc thùng để bảo vệ thùng khi vận chuyển và lắp đặt Chỉ vận chuyển thùng khi thời

tiết tốt (không có gió và sóng gió không quá cấp 1÷2) Nếu khoảng cách vận chuyển không quá 2km thì dùng cách lai áp mạn hoặc kết hợp lai áp mạn và kéo Cách này chỉ phù hợp với luồng lạch hẹp nhưng tốc độ chậm, tốn nhiều công suất và sinh ra sóng nên khi có sóng lại càng nguy hiểm

Đôi khi phải kéo thùng đi xa hàng chục, hàng trăm km từ cảng này đến cảng khác, lúc này phải đậy kín thùng để tránh sóng làm tràn nước vào thùng, dùng 1 hay 2 tàu kéo với tốc độ 5÷7km/h

Trước khi vận chuyển phải khảo sát luồng lạch để tránh mắc cạn hay va hỏng thùng Để tăng ổn định khi chở nổi, thường phải gia tải bằng nước, cát sỏi hay khối bêtông Gia tải bằng nước là dễ nhất nhưng khi kéo nổi, nước trong thùng lắc mạnh, nếu vận chuyển đi đường xa thì nguy hiểm, lúc đó nên gia tải bằng cát sỏi hay khối bêtông

Trước khi kéo nổi thùng chìm cần tính toán ổn định chở nổi của thùng (tham khảo

giáo trình “Kỹ thuật thi công Công trình Cảng – Đường thủy” – trang 65)

11.5 Lắp đặt và lấp thùng chìm

11.5.1 Vũng tập kết (bãi chứa tạm thời) thùng chìm

Nói chung, trong công thùng chìm, không bố trí bãi chứa trong bãi đúc mà sau khi đúc xong đưa thùng chìm ra vũng tập kết ở ngoài bãi đúc Vũng tập kết nên chọn ở nơi gần hiện trường lắp đặt thì tiện cho việc chở đến hiện trường (vừa lắp, vừa chở) tức lợi dụng tối đa số ngày lắp đặt, lại giảm thời gian chở đến và chờ lắp

Phương thức chứa thùng chìm có hai loại: chứa neo và chứa cập, dùng loại nào là tùy theo chủng loại, số lượng, điều kiện thủy văn, địa chất, thời gian chứa thông qua phân tích tổng hợp mà chọn

- Chứa neo:

Vũng nước cần có che chắn và điều kiện neo đỗ tốt, sóng không cao quá 0,5m, độ sâu nước thỏa mãn, có độ sâu dự trữ (thường là 0,5÷0,8m) đối với mớn nước ổn định chở nổi của thùng và mớn nước tăng giảm của thùng khi có sóng Cần tính toán khối neo, dây neo, phao neo và dây buộc

Dùng phương thức chứa neo thì khi đưa thùng đi lắp đặt không cần có động tác cho thùng nổi lên

Tùy theo điều kiện che chắn và neo đỗ cũng như vùng nước lớn hay bé có thể dùng 1 hay 2 neo (hình 11.23) Khi neo nhiều thùng cần chú ý khoảng cách để tránh va nhau