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

LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn “ Nghiên cứu cải tiến kết cấu cảng giải pháp công nghệ thi công phù hợp – Áp dụng cho cảng Nghi SơnThanh Hóa ” tơi nhận đuợc hướng dẫn, giúp đỡ, động viên cá nhân, tập thể Tôi xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc tới tất cá nhân tập thể tạo điều kiện giúp đỡ q trình học tập nghiên cứu Trước hết tơi xin bày tỏ cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, khoa sau đại học thầy giáo mơn Xây dựng cơng trình biển, thầy cô khoa Kỹ thuật Biển Trường Đại học Thuỷ lợi tạo điều kiện giúp đỡ hồn thành chương trình học tập nghiên cứu Có kết ngày hôm vô biết ơn bày tỏ lịng kính trọng sâu sắc PGS.TS Lê Xuân Roanh người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Xin gửi cảm ơn chân thành đến bố mẹ, gia đình bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ suốt trình học tập công tác Tuy nhiên khuôn khổ luận văn thạc sĩ, điều kiện thời gian hạn chế trình độ có hạn nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Qua luận văn tác giả mong nhận bảo, góp ý thầy cô giáo, đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 16 tháng 11 năm 2013 Tác giả luận văn Nguyễn Tuấn Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn ghi lời cảm ơn Các thông tin, tài liệu trình bày luận văn ghi rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Nguyễn Tuấn Anh i MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH CẢNG BIỂN VIỆT NAM 1.1 KHÁI NIỆM VỀ CẢNG BIỂN 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Định nghĩa cảng biển 1.1.3 Các phận cảng 1.2 CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ VÀ QUYỀN HẠN CỦA CẢNG BIỂN 1.2.1 Chức 1.2.2 Nhiệm vụ quyền hạn cảng biển 1.2.3 Trang thiết bị cảng 1.3 PHÂN LOẠI CẢNG BIỂN 1.3.1 Mục đích phân loại cảng biển 1.3.2 Phân loại cảng biển Việt Nam 10 1.4 TÌNH HÌNH CHUNG VỀ PHÁT TRIỂN CẢNG BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 13 1.4.1 Xu chung phát triển cảng biển giới 13 1.4.2 Phát triển cảng biển Việt Nam 14 1.4.3 Nội dung quy hoạch 17 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 29 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KIẾN TRÚC – CẤU TRÚC CHUNG CỦA CƠNG TRÌNH CẢNG BIỂN 30 2.1 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ CƠNG TRÌNH BẾN CẢNG 30 2.1.1 Cơng trình bến trọng lực 30 2.1.2 Công trình bến tường cừ 37 2.1.3 Cơng trình bến bệ cọc cao 38 2.2 TÍNH TỐN LỰC TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU 41 2.2.1 Các tải trọng tác động lên cơng trình bến 41 ii 2.2.2.Các tổ hợp tải trọng 43 2.3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN KẾT CẤU VẬT LIỆU 45 2.3.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu cơng trình bến 45 2.3.2 Phương án kết cấu bến số cảng Nghi Sơn – Thanh Hóa 50 2.3.3 Thiết kế sơ phương án xây dựng 51 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN KẾT CẤU CẢNG ÁP DỤNG CHO BẾN SỐ CẢNG NGHI SƠN – THANH HÓA 56 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẢNG NGHI SƠN – THANH HÓA 56 3.1.1 Sơ lược dự án xây dựng bến số cảng Nghi Sơn - Thanh Hóa 56 3.1.2 Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng 57 3.1.3 Điều kiện khai thác 64 3.1.4 Phân tích điều kiện khả xây dựng cơng trình 64 3.2 PHÂN TÍCH, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN KẾT CẤU 65 3.2.1 Đề xuất phương án cải tiến 65 3.2.2 Tính tốn kết cấu phương án: Thay đổi kết cấu tường góc sau bến 65 3.3 KHÁI TOÁN PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT 78 3.3.1 Kinh phí xây dựng theo phương án cũ 78 3.3.2 Kinh phí xây dựng theo phương án cải tiến - Thay đổi kết cấu tường góc 79 3.4 NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN SO VỚI PHƯƠNG ÁN CŨ 79 3.4.1 Giảm vật liệu dắt tiền trường bố trí mặt thi cơng 79 3.4.2 Tăng tính ổn định phần cơng trình 80 3.4.3 Công nghệ thi công đơn giản 80 3.4.4 Thời gian kinh phí thi cơng giảm 80 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 PHỤ LỤC 86 iii MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cảng biển Hình 1.2 Sơ đồ cảng đầu mối giao thơng Hình 2.1 – Các phận cơng trình bến trọng lực 30 Hình 2.2 – Sơ đồ truyền lực qua lớp đệm đá 31 Hình 2.3 – Cấu tạo cơng trình bến kiểu khối xếp 32 Hình 2.4 – Sơ đồ xếp so le khối theo phương thẳng đứng 33 Hình 2.5 – Một số dạng khối đá giảm tải sau bến 34 Hình 2.6 – Bến thùng chìm 35 Hình 2.7 – Cơng trình bến loại tường góc (Neo ngồi – Neo trong) 36 Hình 2.8 – Cơng trình bến tường cừ 37 Hình 2.9 – Cơng trình bến bệ cọc cao 39 Hình 2.10 – Sơ đồ tính độ cứng bệ cọc 40 Hình 2.11 – Phương án kết cấu bến số 50 Hình 2.12 – Mơ hình tường góc cọc 55 Hình 3.1 - Vị Trí Cảng Biển Nhóm 58 Hình 3.2 - Hoa gió trạm Tĩnh Gia 60 Hình 3.3 - Mặt cắt địa chất dọc theo tuyến mép bến 63 Hình 3.4 – Kích thước tường góc sau bến 66 Hình 3.5 – Bố trí cọc đáy đài 70 Hình 3.6 – Cung trượt mái đất kè gầm bến 77 Hình 3.7 – Kích thước khối phủ mái gầm bến 78 iv MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 DANH MỤC CẢNG BIỂN VIỆT NAM 11 Bảng 2.1 - Giá trị vượt tải số tải trọng 44 Bảng 2.2 – Phạm vi sử dụng loại kết cấu bến 48 Bảng 3.1-Một số bão ảnh hưởng tới khu vực Thanh Hoá (1985-1995) 60 Bảng 3.2 - Chỉ tiêu lý lớp đất 63 Bảng 3.3 – Bảng tính tốn ma sát hông 68 Bảng 3.4 – Bảng tính góc ma sát trung bình 72 Bảng 3.5 – Bảng tính trọng lượng móng khối quy ước 72 Bảng 3.6 – Hệ số tra A, B, D 73 Bảng 3.7 – Bảng tính độ lún móng 75 PHỤ LỤC - DANH MỤC CẢNG BIỂN TRONG QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢNG BIỂN VIỆT NAM ĐẾN NĂM 2020 (Ban hành kèm theo Quyết định số 2190/QĐ-TTg ngày 24 tháng 12 năm 2009 Thủ tướng Chính phủ) 86 Phụ lục - Chi phí xây dựng theo phương cũ 101 Phụ lục - Chi phí xây dựng theo phương án cải tiến 102 Phụ lục – Hệ số mf 106 Phụ lục – Các hệ số φI, α β 107 Phụ lục – Mặt phân đoạn bến 110 Phụ lục 10 – Mặt đứng phân đoạn bến 111 Phụ lục 11 – Mặt cắt ngang đại diện theo phương án kết cấu cũ 112 Phụ lục 12 – Mặt cắt ngang đại diện theo phương án kết cấu 113 MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Việt Nam có vị trí địa lý quan trong khu vực châu Á, nằm khu vực có mạng lưới vận chuyển hàng hóa đường biển động vào bậc châu Á Trong hoạt động kinh tế từ biển, hoạt động từ loại hình vận tải biển, cảng biển ln mạnh, ln đầu, phát triển nhanh chóng nước ta nước giới Giao thông biển ln an tồn, nhanh chóng, thuận lợi giá thành hợp lý, vận tải biển quốc gia có hệ thống cảng biển lớn chiếm tỷ trọng lớn việc giao thương hàng hóa giới Nghị IV Trung ương Đảng khóa X chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020 xác định: “Nước ta phải trở thành quốc gia mạnh biển, làm giàu từ biển, sở phát huy tiềm từ biển, phát triển toàn diện ngành nghề biển với cấu phong phú, đại, tạo tốc độ phát triển nhanh, bền vững, hiệu cao với tầm nhìn dài hạn.” Vì muốn mạnh biển, muốn “tiến biển” làm giàu từ biển, nước ta cần có thương cảng tổng hợp, có cơng nghệ khai thác đại, với quy hoạch cảng biển mang tính tổng thể cao Hiện phương án thường sử dụng để bảo vệ bến cảng thường kè mái nghiêng, phương án quen thuộc thường dễ thi công khối lượng cơng trình lại lớn Phần bến phía có dạng đài mềm BTCT nằm cọc khoan nhồi nên địi hỏi kích thước cọc lớn, ngồi với phương án khả ổn định phần bến phía khơng cao II Mục tiêu đề tài - Đề phương án cải tiến kết cấu tối ưu đảm bảo mặt kinh tế kỹ thuật cơng trình - Kiến nghị phương pháp thiết kế thi công phù hợp III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu thiết kế, thi cơng q trình khai thác vận hành hệ thống cảng biển xây dựng vào khai thác sử dụng - Tính tốn, so sánh phương án để đề xuất giải pháp xử lý hiệu khả thi IV Kết dự kiến đạt Tính tốn, so sánh phương án để đề xuất giải pháp xử lý hiệu cho phương án nghiên cứu V Nội dung luận văn - Phần mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết ý nghĩa đề tài, mục đích, đối tượng phương pháp nghiên cứu Chương Giới thiệu chung cơng trình cảng biển Việt Nam 1.1 Khái niệm cảng biển 1.2 Chức năng, nhiệm vụ quyền hạn cảng biển 1.3 Phân loại cảng biển Việt Nam 1.4 Tình hình chung xây dựng cảng Việt Nam 1.5 Kết luận chương Chương Thiết kế kiến trúc, cấu trúc chung cảng 2.1 Tổng quan số cơng trình bến cảng 2.2 Tính tốn lực tác động lên kết cấu 2.3 Phân tích lựa chọn kết cấu, vật liệu 2.4 Kết luận chương Chương Nghiên cứu cải tiến kết cấu cảng- Áp dụng cho Cảng biển Nghi Sơn 3.1 Giới thiệu chung cảng Nghi Sơn 3.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế tường chắn đất 3.3 Khái toán phương án đề xuất 3.4 Những ưu điểm phương án so với phương án cũ 3.5 Kết luận chương - Kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo - Phụ lục CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH CẢNG BIỂN VIỆT NAM 1.1 KHÁI NIỆM VỀ CẢNG BIỂN 1.1.1 Giới thiệu Việt Nam nằm bán đảo Đông Nam Á bên bờ Thái Bình Dương có vùng lãnh hải đặc quyền kinh tế rộng lớn, với triệu km2, gấp lần so với diện tích đất liền Bờ biển VN trải dài 3.260 km, gồm tuyến hàng hải quốc tế xuyên Á – Âu khu vực Dọc theo bờ biển có nhiều vị trí với điều kiện tự nhiên lý tưởng để xây dựng cảng biển Ngành kinh tế cảng biển đóng vai trị thật quan trọng nghiệp phát triển kinh tế xã hội đất nước Nghị số 03 – NQ/ TW, ngày 06/05/1993, Bộ Chính Trị khố VII, rõ: “Vận tải biển cần phát triển đồng với cảng, đội tàu, dịch vụ hàng hải, công nghiệp sửa chữa đóng tàu Nâng cấp xây dựng cảng biển tổ chức lại cách hợp lý” 1.1.2 Định nghĩa cảng biển Cảng biển hiểu nơi vào, neo đậu tàu biển, nơi phục vụ tàu bè hàng hoá, đầu mối giao thông quan trọng nước (Theo từ điển Hàng hải) Hình 1.1 Cảng biển 99 loại II 33 34 35 Cảng Trà Vinh Cảng Sóc Trăng Cảng Cà Mau Chưa xây dựng Chưa xây dựng Đang hoạt động - Tổng hợp địa phương, có bến chuyên dùng loại II 0,5 ÷ 0,8 10 ÷ 20 1,5 ÷ 2,0 10 ÷ 20 Bến Trà Cú - Tổng hợp địa phương, có bến chuyên dùng loại II 0,8 ÷ 1,0 10 ÷ 20 1,8 ÷ 2,5 10 ÷ 20 Bến Đại Ngãi 1÷3 Tổng hợp địa phương, có bến chun dùng loại II 0,8 ÷ 1,0 3÷5 2,0 ÷ 2,5 3÷5 36 Cảng Kiên Giang Đang hoạt động Tổng hợp địa phương, có bến chuyên dùng loại II a Bến Hịn Chơng Khơng hoạt động Tổng hợp địa phương 0,3 ÷ 0,5 2÷5 1,0 ÷ 1,5 2÷5 b Bến Bình Trị, Kiên Đang hoạt động Lương Chuyên dùng xi măng, xăng dầu 0,7 ÷ 1,0 5÷7 1,5 ÷ 2,0 5÷7 c Bến Bãi Nị – Hà Chưa xây dựng Tiên Tổng hợp địa phương 0,2 ÷ 0,3 2÷3 0,5 ÷ 0,6 2÷3 37 Cảng Phú Quốc Tổng hợp địa phương loại II Chưa hoạt động 5÷7 Bến Năm Căn Bến vệ tinh Ông Đốc Bến cửa Campuchia với 100 0,3 ÷ 0,5 1÷3 30 ÷ 50 (phao chuyển tải) 0,5 ÷ 0,7 1÷3 30 ÷ 50 (phao chuyển tải) a Bến An Thới Đang xây dựng 1÷3 Tổng hợp hàng khách b Bến Vịnh Đầm Chưa xây dựng - Tổng hợp hàng khách 0,2 ÷ 0,3 1÷5 1,0 ÷ 1,5 1÷5 c Bến Mũi Đất Đỏ Chưa xây dựng - Khách du lịch quốc tế - - - 80 – 100 GRT (tàu khách) 38 Cảng chuyên dùng nhập than cho nhiệt Chưa xây dựng điện Gồm đầu mối tiếp chuyển khơi bến nhà máy Chuyên dùng a Khu Đông ĐBSCL Chưa xây dựng Chuyên dùng cho nhiệt điện 14 ÷ 16 100 ÷ 200 (tại đầu mối) ÷ 10 (tại nhà máy) b Khu Tây ĐBSCL Chưa xây dựng Chuyên dùng cho nhiệt điện 5÷8 100 ÷ 200 (tại đầu mối) 39 Cảng cho tàu biển lớn ngồi khơi cửa Chưa xây dựng sơng Hậu 26 ÷ 28 ÷ 10 100 ÷ 200 (tại đầu mối) ÷ 10 (tại nhà máy) Đầu mối tiếp chuyển cửa sông Hậu Bến nhập cho nhà máy Duyên Hải – Trà Vinh, Long Phú – Sóc Trăng, Châu Thành – Hậu Giang, kho dự phịng Kim Sơn – Trà Vinh 100 ÷ 200 Đầu mối tiếp chuyển (tại đầu Nam Du Bến nhà máy mối) Kiên Lương – Kiên Giang Tiềm năng; Được cụ thể Quy hoạch chi tiết nhóm cảng 101 Phụ lục - Chi phí xây dựng theo phương cũ Hạng mục công việc Đơn vị Khối lượng Mã hiệu Nạo vét m3 271450 Đơn Giá Thành Tiền VL NC Máy Vật Liệu Nhân Công Máy 10 11 12 13 AB.71220 492.13 30528 133588688.5 Đổ BT TG Đ.vị Tổng 8286852745 0 ` Cốt thép Kg 16752 AF.61321 Ván khuôn m2 1713 AF.81312 Bê tông Đổ đá hộc kè gầm bến m3 AF.22150 AL.15311 m3 m3 Khối m3 623 36528 3645 506 457 2500 4200 32441 406852 khối m2 Xếp đá hộc Đá 4x6 Đá 1x2 Khối HARO BT Xếp khối HARO Ván khuôn Chênh Lệch m3 m3 612.324 170.93 135809403.9 10258104.77 2863646.36 5353 89677417.2 19263.1 55571707.08 32997690.3 0 124987 61961 253468796 77866901 38601703 334487 208385401 47250 20283 43262 1725983438 740912636.3 1580306783 0 AE.12120 AL.14112 AL.14112 51660 72000 72000 76746 63126 63126 147470 147470 AG.11925 403986 113417 17321 188300700 36432000 32904000 1696741200 279739170 31941756 28848582 476351400 74619820 67393790 72748200 0 0 334487 0 0 1404845400 2500 AG.41521 20688 5907 33441 51720000 14767500 83602500 0 100 AG.32211 TỔNG 319981 1876100 92746 31998100 4208929344 8106.7 187610000 9274600 2014882429 10216263787 674327 1702908218 Tổng chi phí: 18.143.658.105 (đồng) (Bằng chữ: Mười tám tỷ trăm bốn ba triệu sáu trăm năm tám ngàn trăm linh năm đồng) 102 Phụ lục - Chi phí xây dựng theo phương án cải tiến Khối lượn g Mã hiệu m3 19580 Hạng mục công việc Đơn vị Nạo vét Đổ bê tơng tường góc Đơn Giá Vật Liệu Nhân Công AB.71220 492.13 Thành Tiền Chênh Lệch Máy Vật Liệu Nhân Công Máy 10 11 12 13 30528.1 96359054 5977401980 0 Đơn Vị Tổng 0 Cốt thép Kg 27810 AF.61321 8106.7 612.324 170.936 225447271.4 17028730.44 4753730.16 5353 Ván khuôn m2 2844 AF.81312 32441.2 19263.1 92262659.04 54784256.4 Bê tông m3 1026 AF.22150 406852 124987 61961 417430152 128236662 63571986 Đá xếp kè gầm bến 33448 14886693 0 34318366 m3 3120 1500 742 AE.12120 AL.14112 AL.14112 51660 72000 72000 76746 63126 63126 147470 147470 161179200 108000000 53424000 239447520 94689000 46839492 221205000 109422740 1057743282 677384714,8 6376355436 33984 49205059 Xếp đá hộc Đá 4x6 Đá 1x2 m3 m3 m3 TỔNG Tổng chi phí: 8.603.873.865 (đồng) (Bằng chữ: Tám tỷ sáu trăm linh ba triệu tám trăm bảy ba ngàn tám trăm sáu năm đồng) 103 Phụ lục – Sức chống đất mũi cọc qp (T/m2) Độ sâu mũi cọc(m) 10 15 20 25 30 35 Sức chống cọc đóng cọc ống không nhồi bê tông ,qp (T/m2) Của đất cát chặt vừa Sỏi Thô Thô vừa Mịn Bụi Của đất sét với số độ sệt IL 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 750 660/400 300 310/200 200/120 110 830 680/510 380 320/250 210/160 125 880 700/620 400 340/280 220/200 130 970 730/690 430 370/330 240/220 140 1050 770/730 500 400/350 260/240 150 1170 820/750 560 440/400 290 165 1260 850 620 480/450 320 180 1340 900 680 520 350 195 1420 950 740 650 380 210 1500 1000 800 600 410 225 Phụ lục – Ma sát bên fs (T/m2) 0.6 60 70 80 85 90 100 110 120 130 140 104 Độ sâu trung bình lớp đất (m) 10 15 20 25 30 35 Thô & thô vừa Mịn 0.2 3.5 4.2 4.8 5.3 5.6 5.8 6.2 6.5 7.2 7.9 8.6 9.3 10 0.3 2.3 3.5 3.8 4.2 4.4 4.6 5.1 5.6 6.1 6.6 Ma sát bên cọc fs (T/m2) Của đất cát chặt vừa Bụi Của đất sét với số độ sệt IL 0.4 0.5 0.6 0.7 1.5 1.2 0.5 0.4 2.1 1.7 1.2 0.7 2.5 1.1 0.8 2.7 2.2 1.6 0.9 2.9 2.4 1.7 3.1 2.5 1.8 3.3 2.6 1.9 3.4 2.7 1.9 3.8 2.8 1.1 4.1 1.2 4.4 3.2 1.2 4.7 3.4 2.1 1.2 3.6 2.2 1.3 Phụ lục – Các hệ số mR, mf - - - 0.8 0.4 0.5 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.3 0.4 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.8 0.8 0.2 0.4 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 0.7 105 Phương pháp hạ cọc Hạ cọc đạc cọc rỗng có bịt mũi cọc, búa (treo), búa máy búa diezel Hạ cọc cách đóng vào lỗ khoan mồi với độ sâu mũi cọc không nhỏ 1m đáy hố khoan,khi đkính lỗ khoan mồi: a) Bằng cạnh cọc vuông b) Nhỏ cạnh cạnh cọc vuông 5cm b) Nhỏ cạnh cạnh cọc vuông hay đkính cọc tròn (đối với trụ đường dây tải điện) 15cm Hạ cọc có xói nước đất cát với điều kiện đóng tiếp cọc mét cuối xói nước 4.Rung ép cọc vào : a) Đất cát chặt vừa: - Cát thô thô vừa - Cát mịn - Cát bụi b) Đất sét có độ sệt IL =0.5 - Á cát - Á sét Hệ số điều kiện làm việc đất kể đến cách độc lập với tính toán sức chịu tải cọc Ở mặt bên Dưới mũi cọc mR cọc mf 1 1 0.5 0.6 1 0.9 1.2 1.1 1 1 0.9 0.8 0.9 0.9 106 - Sét c) Đất sét có độ sệt IL < = Hạ cọc rỗng hở mũi búa có kết cấu a) Khi đường kính lỗ rỗng cọc 40cm Cọc tròn rỗng , bịt mũi, hạ phương pháp bất kỳ, tới độ sâu lớn 10m, sau có mở rộng mũi cọc cách nổ mìn đất cát chặt vừa đất sét có độ sệt IL=25