Nghiên cứu giải pháp thi công công trình cống chịu ảnh hưởng vùng triều

Bộ giáo dục đào tạo Bộ nông nghiệp ptnt Trường đại học thuỷ lợi - - Nguyễn văn toàn Nghiên cứu giảI pháp thi công công trình Cống chịu ảnh hưởng vùng triều Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy MÃ số: 60.58.40 luận văn thạc sĩ Người hướng dẫn khoa học: TS Đồng Kim Hạnh Hà nội - 2013 LI CM N Tỏc gi luận văn xin cảm ơn sâu sắc cô giáo hướng dẫn TS Đồng Kim Hạnh hướng dẫn bảo tận tình suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giáo tham gia giảng dạy khóa cao học 18 trường Đại học Thủy lợi tận tình hướng dẫn truyền đạt cho tác giả tri thức khoa học quý giá Tác giả xin cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, Phòng đào tạo đại học sau đại học Bộ môn Công nghệ Quản lý xây dựng tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, động viên, khích lệ để luận văn tốt nghiệp hoàn thành tốt đẹp Hà Nội, ngày tháng TÁC GIẢ Nguyễn Văn Toàn năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu trích dẫn trung thực Các kết nghiên cứu luận văn chưa người công bố cơng trình khác./ Hà Nội, ngày tháng TÁC GIẢ Nguyễn Văn Toàn năm 2013 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH THI CƠNG CÁC CƠNG TRÌNH CỐNG CHỊU ẢNH HƯỞNG VÙNG TRIỀU 1.1.Tổng quan đặc điểm, điều kiện tự nhiên cơng trình cống vùng triều 1.1.1Vùng ven biển từ Quảng Ninh đến Nghệ An (Cửa Hội) 1.1.2Vùng ven bờ từ Nghệ An (Cửa Hội) đến Quảng Binh (Cửa Tùng) 1.1.3 Vùng ven bờ từ Cửa Nam Quảng Bình (Cửa Tùng) đến Cửa Thuận An 1.1.4 Vùng ven biển Cửa Thuận An lân cận 1.1.5Vùng ven bờ Nam Thừa Thiên – Huế đến Bắc Quảng Nam Đà Nẵng 1.1.6 Vùng ven bờ từ Quảng Nam Đà Nẵng đến Thuận Hải 1.1.7Vùng ven bờ từ Hàm Tân đến Mũi Cà Mau 1.1.8 Đặc tính thủy văn vùng cửa sơng có thủy triều 1.1.9 Chuyển động bùn cát vùng cửa sông 1.1.10 Điều kiện địa hình, địa chất 15 1.2.Các biện pháp thi cơng cơng trình vùng triều 21 1.2.1 Công nghệ thi cống cống vùng triều dạng truyền thống 23 1.2.2 Công nghệ thi công kiểu đập xà lan 27 1.2.3 Công nghệ ngăn sông dạng Đập trụ đỡ 29 1.3 Kết luận chương I 32 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI Q TRÌNH THI CƠNG CƠNG TRÌNH CHỊU ẢNH HƯỞNG vùng TRIỀU 33 2.1.Phân tích, đánh giá điều kiện ảnh hưởng tới cơng trình vùng triều 33 2.1.1.Điều kiện địa hình 33 2.1.2.Điều kiện địa chất 33 2.1.3.Điều kiện thủy văn, dòng chảy, thủy triều 33 2.1.4.Điều kiện lợi dụng tổng hợp dòng chảy 34 2.2.Các nhân tố ảnh hưởng tới giải pháp thi công 34 2.2.1 Nhóm nhân tố điều kiện tự nhiên khu vực thi cơng cơng trình 34 2.2.2 Nhóm nhân tố điều kiện thi cơng cơng trình 35 2.2.3 Nhóm nhân tố đặc điểm kết cấu cơng trình 35 2.3.Các giải pháp cơng trình cống điều kiện vùng triều 35 2.4 Kết luận chương II 51 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HỢP LÝ THI CƠNG CƠNG TRÌNH CỐNG NHIÊU LỘC - THỊ NGHÈ 52 3.1 Tổng quan dự án “ Thi công cống Nhiêu Lộc – Thị Nghè” 52 3.2 Đặc điểm kết cấu, điều kiện tự nhiên 53 3.2.1 Đặc điểm kết cấu 53 3.2.2 Điều kiện địa hình 55 3.2.3 Điều kiện địa chất 56 3.2.4 Điều kiện thủy văn 57 3.3Giải pháp thi công Cống 61 3.3.1 Tính tốn thơng số phục vụ cho thi công theo phương án chọn 63 3.3.2 Thi công xử lý 70 3.4Kết luận chương III 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số mũ công thức 1.4 .12 T T Bảng 1.2: Thống kê số cơng trình ngăn vùng cửa sơng, ven biển .23 T T Bảng 1.3: Bảng thống kê xói lở hạ lưu số cống lộ thiên 26 T T Bảng 2.1: Kích thước thiết bị neo .41 T T Bảng 2.2: Thông số xích neo .42 T T Bảng 2.3: Thơng số mắt xích cuối .42 T T Bảng 2.4: Thơng số mắt xích quay 43 T T Bảng 2.5 : Thông số vòng liên kết .43 T T Bảng 2.6: Thơng số vịng nối 44 T T Bảng 2.7: Thông số cáp 44 T T Bảng 3.1: Phân bố địa hình lưu vực 56 T T Bảng 3.2: Các đặc trưng nhiệt độ 57 T T Bảng 3.3: Các đặc trưng gió 57 T T Bảng 3.4: Mơ hình mưa trận ứng với chu kỳ lặp lại (năm) .59 T T Bảng 3.5 :Thời gian trì độ mặn g/l số vị trí điều kiện tự nhiên 60 T T Bảng 3.6: Mực nước cực trị trạm Phú An 60 T T Bảng 3.7: Mực nước triều lớn tính theo số liệu trạm Phú An H(cm) 61 T T Bảng 3.8: Điều kiện thủy văn thủy lực .63 T T Bảng 3.9: Đặc trưng kỹ thuật cọc cừ ván thép Larsen SP IV 64 T T Bảng 3.10: Cường độ chịu lực cho phép cọc cừ ván thép 64 T T Bảng 3.11: Đặc tính kỹ thuật cáp PC36 65 T T Bảng 3.12: Thông số đất đất đắp 67 T T Bảng 3.13: Thông số vật liệu mơ hình 67 T T Bảng 3.14: Thông số ô tô 74 T T Bảng 3.15: Thông số yêu cầu vữa bentonite 76 T T Bảng 3.16: Thông số điều chỉnh độ nhớt vữa bentonite 79 T T Bảng 3.17: Sai lệch cho phép cọc khoan nhồi 87 T T DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Biểu đồ quan hệ T .9 T Hình 1.2: Phân bố chiều dày hàm lượng bùn cát với lưu tốc dòng triều 10 T T Hình 1.3: Cống lower - Rhine 22 T T Hình 1.4: Cắt dọc, mặt đứng phía thượng lưu, hạ lưu cống đại diện .24 T T Hình 1.5: Mặt bằng, cắt dọc biện pháp thi cơng hố móng cống đại diện .25 T T Hình 1.6: Cấu tạo đập xà lan 29 T T Hình 1.7: Cơng trình ngăn mặn giữ Phó Sinh (Bạc Liêu -1998) 30 T T Hình 1.8: Cơng trình ngăn mặn giữ Sơng Cui (Long An -2001) 31 T T Hình 1.9: Cơng trình cống Hiền Lương (Quảng Ngãi) 32 T T Hình 2.1: Tìm trọng tâm hợp lực 37 T T Hình 2.2: Tính độ chìm .38 T T Hình 2.3: Tính bán kính ổn định .39 T T Hình 2.4: Tính bán kính ổn định 39 T T Hình 2.5: Tính độ nghiêng 40 T T Hình 2.6: Thiết bị neo .41 T T Hình 2.7: Xích neo 41 T T Hình 2.8: Vịng xích 42 T T Hình 2.9: Mắt xích cuối 42 T T Hình2.10: Mắt xích quay 43 T T Hình 2.11 : Vịng liên kết 43 T T Hình 2.12: Vịng nối 44 T T Hình 2.13: Neo 45 T T Hình 2.14: Lực tác dụng vào neo 47 T T Hình 2.15: Lực xung kích tác dụng lên cáp neo .47 T T Hình 2.16: Chiều dài cáp neo 47 T T Hình 2.17: Một số hình ảnh thi cơng hệ 48 T T Hình 2.18: Một số hình ảnh thi công phương pháp đắp đảo 50 T T Hình 3.1: Khu vực dự án 53 T T Hình 3.2: Mặt cơng trình 55 T T Hình 3.3: Mặt mặt cắt khung vây đắp cát 65 T T Hình 3.4: Mơ hình, tải tác dụng nội lực cừ, phản lực gối tựa 66 T T Hình 3.5: Mơ hình tính tốn giai đoạn thi công .68 T T Hình 3.6: Biến dạng tổng thể biểu đồ mô men cừ - TH1 .68 T T Hình 3.7: Biến dạng tổng thể biểu đồ mô men cừ - TH2 .69 T T Hình 3.8: Ổn định tổng thể khung vây – TH2 69 T T Hình 3.9: Máy khoan SOILMEC RT3 – ST .75 T T Hình 3.10: Cấu tạo phiễu thử nhớt 77 T T Hình 3.11: Sơ đồ tạo lỗ khoan 79 T T Hình 3.12: Cơng tác gia cơng cốt thép .81 T T Hình 3.13: Cơng tác hạ cốt thép .82 T T Hình 3.14: Quy trình thi công cọc khoan nhồi 85 T T MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Là quốc gia với chiều dài bờ biển khoảng 3260 km, hệ thống sơng ngịi dày đặc, với nhiều cơng trình thủy lợi vùng cửa sơng ven biển, Việt Nam có lợi lớn việc phát triển kinh tế biển khai thác nguồn lợi từ vùng bãi ven bờ Nhưng bên cạnh đó, phải gánh chịu thiệt hại nặng nề thiên tai từ biển mang lại Hàng năm đến thời điểm triều cường lên cao gây ngập úng diện rộng làm ảnh hưởng lớn đến đời sống sinh hoạt, sản xuất nhân dân Mặt khác vài thập niên gần thiên tai xảy khốc liệt biến đổi khí hậu tồn cầu Tình hình bão lũ, động đất, sóng thần, xói lở , xuất nhiều hơn, cường độ lớn hơn, diễn biến khó lường, khơng tuân theo quy luật Đặc biệt tương lai biến đổi khí hậu tồn cầu dẫn tới tình trạng nước biển dâng Theo cảnh báo Liên hiệp quốc Việt Nam nước chịu ảnh hưởng nghiêm trọng tượng nước biển dâng Nếu mực nước biển tăng thêm 1m, Việt Nam phải đối mặt với mức thiệt hại lên tới 17 tỷ USD/năm, 1/5 dân số nhà cửa, 12,3% diện tích đất trồng trọt biến 40.000 km2 diện tích đồng bằng, 17 km2 diện tích bờ biển khu vực tỉnh lưu vực sông Mêkông chịu tác động trận lũ mức độ khơng thể dự đốn Chính việc đầu tư xây dựng cơng trình thủy lợi, đặc biệt cơng trình vùng triều nhu cầu thiết, nhằm hạn chế mức độ tàn phá thiên nhiên Trong vùng chịu ảnh hưởng thủy triều thành phố Hồ Chí Minh vùng chịu ảnh hưởng rõ rệt Các cơng trình xây dựng vùng triều Tp Hồ Chí Minh thường xuyên chịu tác động điều kiện phức tạp ảnh hưởng đến điều kiện thi công khả vận hành an toàn, hiệu cơng trình, yếu tố ảnh hưởng: - Mật độ dân số tập trung đông, mặt thi công trật hẹp - Trong q trình thi cơng phải đảm bảo giao thơng dịng chảy sơng - Các cơng trình kiến trúc hữu cơng trình ngầm trở ngại lớn q trình thi cơng cơng trình chịu ảnh hưởng vùng triều Tp Hồ Chí Minh - Hệ thống đường giao thông, cầu cống nhỏ hẹp, xuống cấp số lượng hạn chế so với nhu cầu thực, việc vận chuyển vật tư thiết bị chủ yếu đường thủy, dẫn tới tăng thời gian vận chuyển chi phí xây dựng bến bãi - Chế độ triều Tp Hồ chí Minh tác nhân gây khó khăn cơng tác thi công đào kênh, đắp đê quây, đập vận chuyển vật liệu, vật tư thiết bị - Địa chất cơng trình gây khó khăn định cho thi công lớp đất mặt cơng trình mềm yếu, lớp đất có khả chống cọc nằm sâu phải khoan cọc nhồi xử lý nền, biện pháp thi công dựng cừ chống Vì việc nghiên cứu áp dụng biện pháp thi cơng xây dựng cơng trình vùng triều nhu cầu cần thiết, nhằm hạn chế tới mức thấp tác động xấu điều kiện tự nhiên đến q trình thi cơng cơng trình Mục đích đề tài - Nghiên cứu đặc trưng thi cơng cơng trình cống chịu ảnh hưởng triều - Đề xuất giải pháp thi cơng cho cơng trình cống xây dựng vùng triều - Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thi công thích hợp cống Nhiêu Lộc - Thị Nghè Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các cơng trình cống xây dựng vùng triều - Phạm vi nghiên cứu: Đề xuất giải pháp thi cơng thích hợp cơng trình cống Nhiêu Lộc – Thị Nghè Phương pháp tiếp cận nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết áp dụng cho toán cụ thể 80 Phương pháp Nước tích lẫn cát tuần Cát hoàn Cuội sỏi ngầm nhiều Bùn pháp tĩnh Trộn thêm 1% 33 - 40 sét bentonite, đồng thời trộn Bùn Phương 23 - 35 tích lẫn cát 55 - 65 thêm 0.1-0.2% CMC sau 23 - 35 Cát 37 - 45 Cuội sỏi 70 - 80 thí nghiệm để xác định độ dính Trộn thêm 0.1 – 0.2% chất giảm nước, thêm nước khơng thích hợp e Rửa hố khoan - Sau công tác khoan tạo lỗ kết thúc cần tiến hành công tác rửa vệ sinh hố khoan cách thay bổ sung vữa bentonite theo phương pháp tuần hoàn nghịch hàm lượng cát vữa bentonite nhỏ 4% độ nhớt tỷ trọng vữa bentonite đạt đến yêu cầu bảng 3.5 - Lượng chất bồi lắng đáy hố khoan sau vệ sinh hố khoan không dày 1,25cm - Kiểm tra độ lắng đọng chất bồi lắng cách đặt hộp thép khơng có nắp xuống đáy hố khoan sau vệ sinh xong, sau trước đổ bê tơng lấy hộp thép lên kiểm tra độ dày lớp lắng đọng - Nếu độ dày lớp lắng đọng lớn quy định phải tiến hành vệ sinh lại f Công tác cốt thép - Cốt thép đưa vào sử dụng phải kích thước chủng loại theo yêu cầu thiết kế - Khung cốt thép cọc chế tạo sẵn thành khung nhỏ theo hồ sơ thiết kế sau đưa vị trí thi công tổ hợp hạ xuống cao độ thiết kế - Công tác hạ lồng cốt thép phải làm khẩn trương để giảm tối đa lượng chất lắng đọng xuống đáy hố khoan khả sụt lở thành vách 81 - Công tác hạ cốt thép phải tiến hành sau vệ sinh hố khoan xong tiến hành sớm tốt - Vì chiều dài cọc 50m nên phải nối thép mối hàn, mối nối hàn phải tận dụng tối đa khả thiết bị hàn để rút ngắn thời gian hàn nối đến mức tối thiểu - Tồn thời gian cơng tác hạ lồng cốt thép không nên - Việc hạ lồng cốt thép phải làm nhẹ nhàng tránh va đập mạnh vào thành hố khoan làm sụt lở vách - Sau lồng cốt thép hạ đến cao độ yêu cầu phải tiến hành neo cố định lồng cốt thép vào ống vách thép để tránh chuyển vị q trình đổ bê tơng - Để cho khung cốt thép đặt vào tâm hố khoan khung cốt thép phải đặt sẵn kê có kích thước phù hợp có khoảng cách tầng kê từ 2-3m Hình 3.12: Cơng tác gia cơng cốt thép 82 Hình 3.13: Cơng tác hạ cốt thép g Công tác bê tông - Trộn bê tông + Bê tông phải trộn trạm trộn cân đong tự động máy trộn có hệ thống định lượng có sai số khơng vượt q 2% + Thời gian trộn phụ thuộc vào đặt tính kỹ thuật thiết bị trộn khơng 1,5 phút Bê tông trước đổ khỏi thùng trộn phải có độ sụt đồng -Vận chuyển bê tông: Bê tông chuyển xe HD270 8m3-380PS - Đổ bê tông Dùng cẩu hạ đoạn lồng cốt thép gia công nghiệm thu xuống lỗ khoan; - Đổ bê tông cọc khoan nhồi phương pháp đổ bê tông nước + Tổ hợp lắp đặt ống đổ bê tơng vào lịng hố khoan cho ống đặt suốt chiều dài hố khoan + Treo hệ thống ống đổ bê tông lên miệng ống vách thép + Để giảm tối thiểu mức độ lắng cặn khả sụt lở hố khoan, bê tơng phải đổ vào lịng cọc sau khoan xong rửa vệ sinh hố khoan vữa bentonite sau lắp đặt xong khung cốt thép 83 + Các công tác như: Kiểm tra đáy hố khoan, lắp đặt lồng cốt thép, lắp đặt ống dẫn bê tông phải làm khẩn trương Nếu thời gian vượt phải tiến hành thay bổ sung vữa betonite độ nhớt dung trọng vữa betonite đạt yêu cầu rồì tiến hành rót bê tơng vào lịng cọc + Sau lắp đặt lồng cốt thép xong trước đổ bê tông thiết phải kiểm tra độ độ lắng đọng mùn hố khoan Nếu ướt quy định phải tiến hành rửa lại hố khoan vữa bentonite theo phương pháp tuần hoàn nghịch + Bê tơng rót vào ống dẫn bê tơng thơng qua phễu + Bê tơng trước rót vào phễu ơng dẫn phải có độ sụt >14cm Khơng mẻ bê tơng có độ sụt