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 lịng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Đình Hịa vạch định hướng khoa học tận tình hướng dẫn tác giả suốt q trình hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trường đại học Thủy Lợi, Phịng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ suốt thời gian tác giả học tập nghiên cứu trường Cảm ơn anh chị em Trung tâm cơng trình đồng ven biển đê điều – Viện Thủy Công - Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam người sát cánh tác giả trình nghiên cứu Đặc biệt đồng nghiệp thuộc Bộ môn phát triển cơng nghệ mới, nhóm thực đề tài đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay, cung cấp nhiều thông tin bổ ích tạo điều kiện cho tác giả hồn thành luận văn Xin cảm ơn Ban đạo chủ nhiệm đề tài cụm đề tài thuộc chương trình: “Nghiên cứu xác lập sở khoa học thực tiễn cho việc xây dựng tuyến đê biển đa mục tiêu Vũng Tàu – Gò Công” cung cấp cho tác giả số liệu đầu vào cần thiết dùng trình làm luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình động viên tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng Tác giả Bùi Cao Cường năm 2014 BẢN CAM KẾT Họ tên học viên: Bùi Cao Cường Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu âu thuyền cơng trình đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng” Tơi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, tính tốn trung thực, không chép từ nguồn thơng tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật Khoa Nhà trường Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên cao học Bùi Cao Cường MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung vùng nghiên cứu [2],[5],[6] .7 1.2 Tổng quan dạng cơng trình âu thuyền giới [5], [13] 11 1.2.1 Âu thuyền Baudoudin – Bỉ 12 1.2.2 Âu thuyền Zandvlied 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 Wilhelmshaven – Đức 19 1.2.7 Âu thuyền Bassin Loubet – Pháp 20 1.2.8 Âu thuyền đê biển Saint Petersburg – Nga 21 1.2.9 Âu thuyền đê biển Seamangeum – Hàn Quốc 22 1.2.10 Âu thuyền đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên 23 1.3 Tổng quan dạng cơng trình âu thuyền 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 27 1.5 Những vấn đề nghiên cứu luận văn 29 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GỊ CƠNG 30 2.1 Vị trí quy mơ cơng trình 30 2.1.1 Vị trí cơng trình dự kiến 30 2.1.2 Quy mơ cơng trình 32 2.2 Mục tiêu nhiệm vụ cơng trình 32 2.3 Điều kiện tự nhiên vùng dự án [2], [5] 33 2.3.1 Đặc điểm thủy văn thủy lực 33 2.3.2 Đặc điểm khí tượng 35 2.3.3 Đặc điểm bão 36 2.3.4 Đặc điểm thủy triều 36 2.3.5 Đặc điểm địa hình 37 2.3.6 Đặc điểm địa chất 38 2.3.7 Một số đặc điểm âu thuyền Vũng Tàu – Gị Công 39 2.4 Một số giải pháp kết cấu âu áp dụng cho xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gị Cơng 40 2.4.1 Giải pháp kết cấu âu thuyền có tường âu đáy liền khối 40 2.4.2 Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng 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 tốn kết cấu âu thuyền Vũng Tàu - Gị Cơng 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 48 CHƯƠNG TÍNH TỐN KẾT CẤU ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GỊ CÔNG THEO PHƯƠNG ÁN PHAO HỘP XÀ LAN 50 3.1 Bố trí tổng thể đề xuất kết cấu phận công trình 50 3.1.1 Bố trí tổng thể cơng 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 tốn xác định kích thước âu thuyền 55 3.3.1 Chiều dài hữu ích buồng âu Lk1 55 3.3.2 Chiều rộng hữu ích buồng âu Bk1 56 3.3.3 Chiều sâu ngưỡng cao trình đáy buồng âu 56 3.3.4 Cao trình đỉnh tường âu 57 3.4 Tính tốn kiểm tra ổn định âu thuyền 58 3.4.1 Kiểm tra ổn định đơn nguyên buồng âu 58 3.4.2 Tính tốn kiểm tra sức chịu tải 64 3.4.3 Ổn định kết cấu đơn nguyên buồng âu 70 3.5 Kết luận chương 74 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CƠNG CƠNG 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 chỗ 78 4.2.2 Thi cơng theo phương pháp thùng chìm [4] 79 4.2.3 Thi công kết hợp 84 4.3 Kết luận chương 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 HÌNH MINH HỌA Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Hình 1.1 Phạm vi ảnh hưởng dự án .8 Hình 1.2 Tuyến luồng Sài Gịn – Vũng Tàu luồng Sồi Rạp – Hiệp Phước .9 Hình 1.3 Tuyến luồng sông Đồng Nai tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải .11 Hình 1.4 Tuyến luồng sơng Dinh .11 Hình 1.5 Mặt 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) 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 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 Wilhelmshaven 19 Hình 1.20 Cắt ngang kết cấu buồng âu 19 Hình 1.21 Mặt 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 cống hàng hải S1, S2 21 Hình 1.24 Cống hàng hải S1, S2 tuyến đê 22 Hình 1.25 Đê biển Seamangeum hạng mục đê 23 Hình 1.26 Đê NamPho – Bắc Triều Tiên 24 Hình 1.27 Âu thuyền 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 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu phương pháp tính tốn âu thuyền Vũng Tàu – Gị Cơng Hình 2.1 Vị trí dự kiến vùng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng [5] 30 Hình 2.2 Bố trí âu thuyền đê chính[5] 31 Hình 2.3 Các phương án bố trí âu đê phụ [5] .31 Hình 2.4 Đường mực nước lớn theo số kịch 34 Hình 2.5 Biểu đồ hướng gió .35 Hình 2.6 Đường mực nước thực đo tháng năm 2012 [2] .37 Hình 2.7 Cắt dọc địa hình vị trí tuyến đê [5] 38 Hình 2.8 Cắt ngang buồng âu có tường âu đáy liền khối .41 Hình 2.9 Hình ảnh 3D âu thuyền có tường âu 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 : Tính tốn kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gị Cơng theo phương án phao hộp xà lan Hình 3.1 Bình đồ vị trí hố khoan tuyến đê biển Vũng Tàu - Gị Cơng[5] 38 Hình 3.1 Bố trí tổng thể âu thuyền 50 Hình 3.2 Mặt 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 kết cấu phao hộp xà lan 60 Hình 3.7 Sơ đồ kiểm tra chiều cao mạn khô F xà lan 61 Hình 3.8 Diễn biến tâm tâm ổn định nghiêng 62 Hình 3.9 Mặt bố trí cọc đầu âu 69 Hình 3.10 Cách xác định K lx 70 Hình 3.11 Kết tính toán nội lực kết cấu 73 Chương : Nghiên cứu đề xuất phương án thi cơng cơng trình Hình 4.1 Hình ảnh thi cơng cơng trình chỗ [15] 77 Hình 4.2 Thi cơng đơn ngun hệ 78 Hình 4.3 Hố móng chế tạo đơn ngun .80 Hình 4.4 Chế tạo đơn nguyên hệ đường triền 80 Hình 4.5 Hạ thủy di chuyển phao 81 Hình 4.6 Định vị hạ chìm phao 82 Hình 4.7 Thiết bị hỗ trợ di chuyển, định vị hạ chìm [12] 83 Hình 4.8 Khớp nối liên kết đơn nguyên phao hộp xà lan 84 Hình 4.9 Thi công kết hợp .85 BẢNG BIỂU Chương : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu phương pháp tính tốn âu thuyền Vũng Tàu – Gị Cơng Bảng 2.1 Tần suất mực nước trạm hải văn Vũng Tàu (khi chưa có đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng)[2] 33 Bảng 2.2 Mực nước cực trị Vũng Tàu (khi chưa có đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng)[2] 34 Bảng 2.3 Mực nước đồng thời âu thuyền đê [2] 34 Bảng 2.4 Nhiệt độ trung bình, thấp nhất, cao tháng năm Vũng Tàu [2] 35 Bảng 2.5 Số ngày mưa trung bình tháng 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 trạm thủy văn ứng với tần suất xuất [2] 37 Bảng 2.8 Bảng tiêu lý lớp đất 39 Chương : Tính tốn kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gị Cơng 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 bụng tàu phụ thuộc vào chiều sâu đặt ngưỡng .57 PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Biến đổi khí hậu nước biển dâng vấn đề nóng bỏng thiết tác động tiêu cực ngày rõ rệt đến đời sống lồi người tồn giới nói chung người dân Việt Nam nói riêng Các tượng thời tiết cực đoan thường xuyên xảy với mức độ cường độ ngày cao hạn hán, lũ lụt, triều cường, xâm nhập mặn…gây ảnh hưởng lớn đến sống người dân Tại Việt Nam, biến đổi khí hậu nước biển dâng ảnh hưởng lớn đến đời sống xã hội Bão lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, triều cường… xảy theo chiều hướng ngày tăng số lượng cường độ ngày mạnh gây nhiều thiệt hại cho người dân Theo thống kê năm 2013, số lượng bão áp thấp nhiệt đới lên đến 18 vượt mức kỷ lục năm 1964 (16 cơn) đặc biệt bão số 14 (tên quốc tế Haiyan) coi bão mạnh lịch sử đổ vào nước ta gây nhiều thiệt hại cho người dân Mới đây, ngày 5/12/2013, triều cường thành phố Hồ Chí Minh đạt mốc lịch sử 1,68m Đây đỉnh triều cao 60 năm qua làm cho thành phố Hồ chí Minh khu vực phụ cận bị ngập lụt nặng nề, đời sông người dân bị đảo lộn, kinh tế đặc biệt kinh tế nông nghiệp bị thiệt hại lớn…Đây số nhiều ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến đời sống xã hội (a) Ngập lụt triều cường (b) Lúa chết nhiễm mặn diện 30cm tai khe cửa Vách ngang tường âu trụ đối diện 50cm khe cửa m3 0,50 4,35 18,75 81,56 Sàn trụ âu để cửa van m3 12,20 59,00 0,30 431,88 Sàn trụ âu đối diện m3 0,30 238,7 71,61 Sàn m3 0,50 1664,31 832,16 Tai dẫn hướng m3 1,00 1,00 27,55 BÊ TÔNG ĐIỀN ĐẦY KHOANG RỖNG 55,10 38.407,42 Bản đáy Ô 325x380 56 3,25 3,80 5,20 3.596,32 Ô 325x400 28 3,25 4,00 5,20 1.892,80 Ô 325x315 28 3,25 3,15 3,50 1.003,28 Ô 330x380 36 3,30 3,80 5,20 2.347,49 Ô 330x400 18 3,30 4,00 5,20 1.235,52 Ô 330x315 18 3,30 3,15 3,50 654,89 Ô 345x380 3,45 3,80 5,20 545,38 Ô 345x400 3,45 4,00 5,20 287,04 Ô 345x315 3,45 3,15 3,50 152,15 Ô 456x380 4,56 3,80 5,20 360,42 Ô 456x400 4,56 4,00 5,20 189,70 Ô 456x315 4,56 3,15 3,50 100,55 Ô 405x380 4,05 3,80 5,20 320,11 Ô 405x400 4,05 4,00 5,20 168,48 Ô 405x315 4,05 3,15 3,50 89,30 Ô 325x380 56 3,25 3,80 18,95 13.105,82 Ô 325x400 28 3,25 4,00 18,95 6.897,80 Ô 330x380 3,30 3,80 18,95 950,53 Ô 330x400 3,30 4,00 18,95 500,28 Ô 456x380 4,56 3,80 18,95 656,73 Ô 456x400 4,56 4,00 18,95 691,30 Ô 456x230 4,56 2,30 18,95 397,50 Trụ âu 38.407,42 Ô 405x380 4,05 3,80 18,95 1.166,56 Ô 405x400 4,05 4,00 18,95 613,98 Ô 405x315 4,05 3,15 18,95 483,51 BÊ TÔNG PHẦN BUỒNG ÂU m3 Khối lượng BTCT phân đoạn 28,0m buồng âu m3 Bản đáy m3 28,00 56,00 0,50 784,00 Tường Xung quanh đáy m3 168,00 0,50 4,00 336,00 Vách ngang m3 55,00 0,30 4,00 396,00 Vách dọc 30cm m3 11 25,20 0,30 4,00 332,64 Vách dọc 50cm m3 25,20 0,50 4,00 100,80 Sàn m3 28,00 56,00 0,50 784,00 Tường xung quanh trụ âu m3 76,00 0,50 19,55 1.485,80 Vách dọc m3 27,00 0,30 19,55 316,71 Vách ngang m3 12 8,70 0,30 18,95 593,51 Sàn tầng m3 25,20 8,7 0,30 131,54 Sàn tầng m3 25,20 8,7 0,30 131,54 Sàn m3 28,00 10,00 0,50 280,00 5.853,08 5.853,08 Phần vát 25x25 m3 112 Tai dẫn hướng m3 22,95 1 25,05 BÊ TÔNG ĐIỀN ĐẦY KHOANG RỖNG 0,03125 80,325 100,2 13.419,76 Bản đáy Ô 435x360 28 4,35 3,60 4,00 1.753,92 Ô 345x360 14 3,45 3,60 4,00 695,52 Ô 330x360 56 3,30 3,60 4,00 2.661,12 28 4,35 3,60 18,95 8.309,20 Trụ âu Ô 435x360 13.419,76 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH NỔI CỦA PHAO HỘP XÀ LAN BUỒNG ÂU THƠNG SỐ ĐẦU VÀO Thơng số hình học Chiều dài xà lan theo phương di chuyển Chiều rộng xà lan vng góc với phương di chuyển Chiều rộng đáy xà lan theo phương di chuyển Chiều cao xà lan L B B' H = = = = 56,00 28,00 28,00 25,05 m m m m Chiều dày đáy tb = 0,50 m Chiều dày thành bên ts = 0,50 m Trọng lượng riêng bê tông γc = 2,50 T/m3 Trọng lượng riêng nước biển γw = 1,03 T/m3 TÍNH TỐN Khối lượng bê tơng phao xà lan Trọng lượng thân xà lan Độ sâu mớm nước xà lan V ΣG Hn = ΣG/BL = 5853,08 = 14632,69 = 9,33 m3 T m Trọng tâm xà lan ZG = 9,39 m Tọa độ tâm B xà lan cân XB = 0,00 m YB = 0,00 m Chiều cao tâm ổn định Z B = hn/2 = 4,67 m Khi xà lan lệch góc nhỏ φ φ = = 15,00 0,26 độ radian Y B = [0,5B(h n -0,5φ).B+(B/3).(B φ/2)]/(h n B) = 17,65 m BB = B/2-Y B = B φ/(12.h n ) = 7,00 m MB = BB /φ = B2/(12.h n ) = 26,76 m Z M = Z B + MB = B /(12h n )+0,5.h n = 31,42 m Vật liệu 2 Kiểm tra: Xà lan ổn định bền khi: Z G < Z B Không đảm bảo Thỏa mãn ZM > ZG > ZB M ph = ΣG.GM.sinφ = ΣG.GM.φ Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm ổn định: GM = Z M -Z G = 84339,64 = F 22,03 = = 16,22 3,39 Tm m KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẦU ÂU Các thông số cao độ tổng thể âu CT đáy âu thuyền CT mặt đất thiết kế CT đỉnh đầu âu phía biển CT đỉnh đàu âu phía hồ Bề rộng đơn nguyên âu thiết kế Chiều rộng khe cửa van Thông số đầu âu Chiều rộng đầu âu thiết kế Chiều rộng đáy đầu âu thiết kế Chiều dài đầu âu thiết kế Các thông số mực nước Cao trình mực nước biển max Cao trình mực nước hồ Z mđtk Z ĐA = CTTK Z1 Z2 Ba Bv = -16,05 = -23,55 = 4,00 = 4,00 = 36,00 = 7,60 m m m m m m B = 33,00 B' = 33,00 L = 100,00 m m m Z smax = 2,70 Z lmin = -1,00 Tính chất lý vật liệu BTCT M300 Trọng lượng riêng Ứng suất cho phép uốn Ứng suất cho phép cắt Thép Trọng lượng riêng Ứng suất cho phép uốn Ứng suất cho phép uốn γ bt = 2,50 [σ] bt uốn = 0,09 [σ] bt cắt γ st = 7,85 [σ] st uốn = 3,90 [σ] st cắt = 1,70 m m (T/m3) (T/cm2) (T/cm2) (T/m3) (T/cm2) (T/cm2) Bảng PL2 – : Địa chất đất cát đắp Lớp Z SPT m φ C Su γ đn γ bh γω T/m2 T/m2 T/m3 T/m3 T/m3 -16 1,00 3,30 0,57 1,70 0,62 1,62 1,54 -22 15,00 15,10 2,98 7,50 1,01 2,01 1,93 -34 18,00 23,00 0,67 1,03 2,03 2,02 Cát đắp -16,05 20,00 30,00 0,00 0,90 1,90 1,75 0,00 3.1 LỰC TÁC DỤNG LÊN ĐẦU ÂU Áp lực thẳng đứng Trọng lượng bê tông lấp đầy khoảng rỗng G = 96018,54 e đx = -6,57 T m Trọng lượng BTCT M300 G = 51467,33 e ex = -6,57 T m Trọng lượng nước mặt TL (ứng mực nước -1,00) G = 6880,86 e ex = 22,00 T m e ey G4 e ex e ey G2 e ex = 9,90 = 8572,50 = 22,00 = -9,90 = 800,00 = 21,30 m T m m T m Wtt p = 74415,0 T Trọng lượng nước mặt HL (ứng mực nước +2,70) Trọng lượng cửa van Áp lực đẩy cơng trình e ex = 0,00 e ey = 0,00 m m Áp lực ngang Áp lực nước phía hạ lưu H HL ez ex H TL ez ex Eđc ez ex Eđb ez ex Áp lực nước phía thượng lưu Áp lực đất chủ động phía hạ lưu Áp lực đất bị động phía thượng lưu = 6328,13 = 13,75 = 22,00 = -25425,13 = 7,52 = 0,00 = 15028,25 = 9,18 = -28,00 = -2531,25 = 2,50 = 0,00 T m m T m m T m m T m m TL HL ®c ®b p Hình PL2 – 1: Sơ đồ lực tác dụng lên đầu âu BẢNG PL – 3: BẢNG TỔNG HỢP TỔ HỢP TẢI TRỌNG TIÊU CHUẨN Tổ hợp tiêu chuẩn Các loại tải trọng: Giá trị Hệ số vượt tải Độ lệch tải tính tốn ex ey ez Tải trọng đứng Tải trọng ngang Mô men Mx Mô men My (T) (T) (Tm) (Tm) Trọng lượng BTCT M300 51467,33 1,05 -6,57 51467,33 338140,35 Trọng lượng bê tông lấp đầy khoảng rỗng 96018,54 1,10 -6,57 96018,54 630841,80 Trọng lượng nước mặt TL (ứng mực nước -1,00) 6880,86 1,10 22,00 9,90 6880,86 -68120,51 -151378,92 Trọng lượng nước mặt HL (ứng mực nước +2,70) 8572,50 1,10 22,00 -9,90 8572,50 84867,75 -188595,00 800,00 1,05 21,30 -74415,00 1,00 Áp lực đất bị động phía thượng lưu -2531,25 0,80 Áp lực đất chủ động phía hạ lưu 15028,25 0,80 6328,13 1,00 -25425,13 1,00 Trọng lượng cửa van Áp lực đẩy nước Áp lực nước phía hạ lưu Áp lực nước phía thượng lưu 800,00 -17040,00 -74415,00 2,50 -2531,25 6328,13 -28,00 9,18 15028,25 -138009,42 22,00 13,75 6328,13 -87011,72 7,52 -25425,13 191112,19 -6600,00 -10833,59 89324,23 611968,23 BẢNG PL2-4: BẢNG TỔNG HỢP TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÍNH TỐN Tổ hợp tính toán Các loại tải trọng: Giá trị Hệ số vượt tải Độ lệch tải tính tốn ex ey ez Tải trọng đứng Tải trọng ngang Mô men Mx (T) (T) (Tm) Mô men My Trọng lượng BTCT M300 51467,33 1,05 -6,57 54040,70 0,00 355047,37 Trọng lượng bê tông lấp đầy khoảng rỗng 96018,54 1,10 -6,57 105620,39 0,00 693925,98 Trọng lượng nước mặt TL (ứng mực nước -1,00) 6880,86 1,10 22,00 9,90 7568,95 -74932,57 -166516,81 Trọng lượng nước mặt HL (ứng mực nước +2,70) 8572,50 1,10 22,00 -9,90 9429,75 93354,53 -207454,50 800,00 1,05 21,30 -74415,00 1,00 Áp lực đất bị động phía thượng lưu -2531,25 0,80 Áp lực đất chủ động phía hạ lưu 15028,25 0,80 6328,13 1,00 -25425,13 1,00 Trọng lượng cửa van Áp lực đẩy nước Áp lực nước phía hạ lưu Áp lực nước phía thượng lưu 840,00 -17892,00 -74415,00 2,50 -2025,00 5062,50 -28,00 9,18 12022,60 -110407,54 22,00 13,75 6328,13 -87011,72 7,52 -25425,13 191112,19 -9099,40 17177,39 103084,78 657110,04 Diện tích đáy Moment tĩnh theo Ox Moment tĩnh theo Oy Chiều sâu chơn móng + Đặc trưng đáy + Tính tốn áp lực đáy σ max = G z /F + M x /W x + M y /W y σ = G z /F - M x /W x - M y /W y σ av = 0,5*(σ max + σ ) Tải trọng đào móng Ứng suất gây lún đáy móng + Sức chịu tải o 23,0 γ c T/m 1,03 T/m 0,67 (m2) (m3) (m3) m = 3300,00 = 55000,00 = 18150,00 = 7,50 Tiêu chuẩn Tính tốn (T/m2) (T/m2) 60,98 67,13 -6,85 -4,65 27,07 31,24 T/m p o ' = γ h m = 4,65 T/m2 p = σ tb - p o ' = 26,59 R = m m /k tc (Aγb + B.q + D.c) m = 1,10 m = 1,00 k tc = 1,25 Cường độ: φ F = B.L Wx Wy hm b hm m 33,00 m 7,50 R A B D 0,66 3,65 6,23 T/m2 48,24 Kết luận Nền bị phá hoại 3.2 TÍNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỌC KHOAN NHỒI Chiều dài cọc L cọc = 70,00 m Mác bê tông thiết kế M = 300 Đường kính cọc D = 1,20 m Trọng lượng riêng bê tông γ bt = 2,50 T/m3 Diện tích cọc Ap Chu vi cọc U Cao trình đáy bệ = = = 1,13 m2 Cường độ chịu nén bê tông Rn 3,77 m Số thép cốt dọc n -21,50 m Số hiệu thép cốt dọc = = = 1350 32,00 28,00 T/m2 Cao trình đỉnh cọc = -20,50 m Diện tích thép chịu nén Fa' = 0,02 Cao trình mũi cọc = -90,50 m Cường độ tính toán thép Ra = 21000 m2 T/m2 BẢNG PL2-5: TÍNH THEO SNIP 2.02.03.85 (TCXD 205: 1998)_ SỨC CHỊU TẢI TÍNH THEO CƠ LÝ ĐẤT NỀN Mơ tả mặt cắt địa chất theo HK3 Lớp Cao trình Cao trình mặt đất ban đầu Đỉnh lớp Cát hạt mịn mầu xám xanh, xám vàng, xám trắng, kết cấu chặt vừa đến chặt 0,2 Đáy lớp Zi m Li f si f i *l i m m T/m -22,00 3,00 7,00 7,20 50,40 -29,00 10,00 7,00 9,75 68,25 -36,00 17,00 7,00 11,22 78,54 -43,00 24,00 7,00 12,69 88,83 -50,00 31,00 7,00 14,16 99,12 -57,00 38,00 7,00 18,76 131,29 -64,00 45,00 7,00 20,52 143,64 -71,00 52,00 7,00 22,28 155,99 -78,00 59,00 7,00 24,05 168,34 -85,00 65,25 5,50 25,62 140,93 -10,20 -90,50 Cộng Sức chịu tải tiêu chuẩn 71,70 1125,32 = 3236,93 = 2312,09 = 1,40 Tấn Tấn = 470,00 Tấn = 77,88 Tấn Q tc Qa Fs Q tc =m c *(m r *R*F + m f *Ap*U*Σf i *l i ) = Sức chịu tải tính tốn: Hệ số an toàn + Fs: Hệ số an toàn theo Snip + m c , m r ,m f : Hệ số điều kiện làm việc mr= 0,9; mf= 0,9 + m c : Trường hợp cọc nhồi mc= 0,9 + f i : Ma sát thành bên (T/m2) + l i : Chiều sâu lớp đất thứ i + A p : Diện tích mặt cắt ngang cọc + R: Sức chống mũi đầu cọc đặt lớp 3; Đất cát: R R = 0,75β(γ' I DA k o+ αγ I LB k o) + β, A k o, α, B k o: Hệ số khơng thứ ngun phụ thuộc góc ma sát mũi cọc ϕ mũicọc - Góc ma sát - Tỷ số: L/D α β = = = 23,00 độ 59,75 0,44 0,19 Ak0 = 7,90 = 16,80 = 1,030 Bk + γ I ': Trị tính tốn trọng lượng đất mũi cọc γΙ' + γ I : Trị tính tốn trung bình trọng lượng đất, nằm phía mũi cọc, γ Ι = Lớp 3 Chiều dày 3,00 2,00 68,50 T.L đẩy 0,62 1,01 1,03 1,01 T/m3 3.3 TÍNH TỐN SỐ LƯỢNG VÀ BỐ TRÍ CỌC Số cọc đứng n đứng = β.N tt /P c Trong β : Hệ số kinh nghiệm có kể tới ảnh hưởng lực ngang mô men β = 1,30 N tt : Tổng tải trọng đứng tính tốn tác dụng lên cơng trình N tt =103084,78 Tấn P c : Sức chịu tải cọc khoan nhồi D120cm, L=70m Số lượng cọc đứng cần thiết cần thiết: Số cọc chịu tải trọng ngang P cọc = 2312,09 Tấn n đứng = 57,96 cọc n ngang = β.H t /Qc Trong đó: β : Hệ số kinh nghiệm có kể tới ảnh hưởng lực ngang mô men β1 = 1,30 H tt : Tổng tải trọng ngang tính tốn tác dụng lên cơng trình Ht = 9099,40 Tấn Q c : Sức chịu tải cọc khoan nhồi D120cm, L=70m Q cọc = 200,00 Tấn => n ngang = 59,15 cọc Số lượng cọc đứng cần thiết cần thiết: n chọn = 60,00 cọc Chọn số lượng cọc cần bố trí 60 cọc khoan nhồi D=120cm, L=70m Với kích thước đáy đầu âu LxB=33x100m, bố trí hàng cách 9m, hàng 15 cọc cách 6,5m Chi tiết xem hình vẽ 3.9 TÍNH TỐN ỔN ĐINH BUỒNG ÂU Các thông số cao độ tổng thể âu CT đáy âu thuyền CT mặt đất thiết kế CT đỉnh xà lan phía biển CT đỉnh xà lan phía hồ Bề rộng đơn nguyên âu thiết kế Thông số xà lan âu Chiều rộng xà lan thiết kế Chiều rộng đáy xà lan thiết kế Chiều dài xà lan thiết kế Các thông số mực nước Cao trình mực nước biển max Z mđtk Z ĐA = CTTK Z1 Z2 Ba = -16,05 = -21,20 = 4,00 = 4,00 = 36,00 m m m m m B = 56,00 B' = 56,00 L = 28,00 Z smax = 2,70 m m m m T/m3 Cao trình mực nước hồ Tính chất lý vật liệu BTCT M300 Thép Z lmin = -1,00 Trọng lượng riêng Ứng suất cho phép uốn Ứng suất cho phép cắt Trọng lượng riêng Ứng suất cho phép uốn Ứng suất cho phép uốn 4.1 LỰC TÁC DỤNG Áp lực thẳng đứng Trọng lượng bê tông lấp đầy khoảng rỗng Thể tích rỗng âu Điểm đặt Trọng lượng BTCT M300 đơn nguyên buồng âu Trọng lượng nước mặt (ứng mực nước +2,70) Áp lực đẩy cơng trình γ bt = 2,50 [σ] bt uốn = 0,09 [σ] bt cắt γ st = 7,85 [σ] st uốn = 3,90 [σ] st cắt = 1,70 Gp Vs e đx Gp e ex Gn e ex Wtt p e ex e ey = 33549,39 = 13419,76 = 0,00 = 14632,69 = 0,00 = 18900,00 = 0,00 = 37475,2 = 0,00 = 0,00 n p p Hình PL2-2: Sơ đồ lực tác dụng lên đơn nguyên buồng âu m (T/m3) (T/cm2) (T/cm2) (T/m3) (T/cm2) (T/cm2) T m2 m T m T m T m m 4.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BUỒNG ÂU Các loại tải trọng Hệ số vượt tải Giá trị Trọng lượng BTCT M300 đơn nguyên Trọng lượng bê tông lấp đầy khoảng rỗng Trọng lượng nước mặt (ứng mực nước +2,70) Áp lực đẩy nước Độ lệch tải tính tốn Tổ hợp tiêu chuẩn Tổ hợp tính tốn Tải trọng đứng Tải trọng đứng (T) (T) 14632,69 1,05 0,00 14632,69 15364,33 33549,39 1,10 0,00 33549,39 36904,33 18900,00 1,10 0,00 18900,00 20790,00 -37475,20 1,00 0,00 -37475,20 -37475,20 29606,88 35583,46 4.3 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH, KHẢ NĂNG CHỊU LỰC VÀ LÚN NỀN Kiểm tra khả chịu lực + Đặc trưng đáy Diện tích đáy Moment tĩnh theo Ox Moment tĩnh theo Oy Chiều sâu chơn móng + Tính tốn áp lực đáy Cường độ σ max = G z /F + M x /W x + M y /W y σ = G z /F - M x /W x - M y /W y σ av = 0,5*(σ max + σ ) Tải trọng đào móng Ứng suất gây lún đáy móng R + Sức chịu tải nền F = B.L Wx Wy hm = 1568,00 = 7317,33 = 14634,67 = 5,00 Tiêu chuẩn (T/m2) 18,88 18,88 18,88 Tính tốn (T/m2) 22,69 22,69 22,69 p o ' = γ h m = 3,10 p = σ tb - p o ' = 15,78 = m m /k tc (Aγb + B.q + D.c) (m2) (m3) (m3) m T/m2 T/m2 m = 1,10 m = 1,00 k tc = 1,25 γ o 23,0 c T/m3 T/m2 1,03 0,67 Kết luận: Nền đảm bảo b hm m m 28,00 5,00 A B D 0,66 3,65 6,23 R T/m2 36,98 Tính lún cho cơng trình Độ lún tức thời S c = Σβ.σ zi h i /E oi - Chiều rộng khối móng quy ước A = 28,00 (m) - Chiều dài khối móng quy ước B = 56,00 (m) A/2 = 14,00 (m) B/2 = 28,00 (m) Đặt m = (B/2)/(A/2) (cạnh lớn/cạnh nhỏ): m Đặt n= z/(A/2) (chiều sâu/ cạnh nhỏ): n =2z/A β = - 2υ2/(1-υ) β = 0,74 μ - Hệ số Poisson; μ = 2,00 = 0,30 E oi mô đun biến dạng lớp đất thứ i đáy móng Chia khối đất thành nhiều lớp có chiều dày: Δh = 0,50 (m) S gh = 7,94 cm + Ứng suất đáy khối móng: σ zi = γ tb h m +γ iđn (z i +∆h/2) (T/m2) + Ứng suất gây lún đáy khối móng: P = (T/m2) + Ứng suất gây lún bên đáy khối móng: σ z = kp 19,48 (T/m2) k: Hệ số phụ thuộc m',n'; k =f(m',n') Bảng PL2 – 7: Bảng tính lún tâm tương đương Zi γ idn σ zi σ ztbi σz E Si (m) (T/m3) (T/m2) (T/m2) (T/m2) (T/m2) (m) 0,0 0,25000 3,100 3,358 3,95 825 0,00178 0,04 0,24999 3,615 3,873 3,95 825 0,00178 1,030 0,07 0,24996 4,130 4,388 3,94 825 0,00178 1,5 1,030 0,11 0,24986 4,645 4,903 3,94 825 0,00177 2,0 1,030 0,14 0,24968 5,160 5,418 3,94 825 0,00177 2,5 1,030 0,18 0,24938 5,675 5,933 3,93 825 0,00177 3,0 1,030 0,21 0,24895 6,190 6,448 3,92 825 0,00177 3,5 1,030 0,25 0,24836 6,705 6,963 3,91 825 0,00176 4,0 1,030 0,29 0,24760 7,220 7,478 3,90 825 0,00176 4,5 1,030 0,32 0,24666 7,735 7,993 3,88 825 0,00175 5,0 1,030 0,36 0,24553 8,250 8,508 3,86 825 0,00174 5,5 1,030 0,39 0,24421 8,765 9,023 3,84 825 0,00173 6,0 1,030 0,43 0,24270 9,280 9,538 3,82 825 0,00172 6,5 1,030 0,46 0,24100 9,795 10,053 3,79 825 0,00171 7,0 1,030 0,50 0,23912 10,310 10,568 3,76 825 0,00169 2Z/A k 1,030 0,00 0,5 1,030 1,0 7,5 1,030 0,54 0,23707 10,825 11,083 3,72 825 0,00168 8,0 1,030 0,57 0,23485 11,340 11,598 3,69 825 0,00166 8,5 1,030 0,61 0,23247 11,855 12,113 3,65 825 0,00164 9,0 1,030 0,64 0,22996 12,370 12,628 3,61 825 0,00162 9,5 1,030 0,68 0,22732 12,885 13,143 3,57 825 0,00161 10,0 1,030 0,71 0,22457 13,400 13,658 3,52 825 0,00159 10,5 1,030 0,75 0,22172 13,915 14,688 3,43 825 0,00154 11,0 1,030 0,79 0,21877 14,430 15,203 3,38 825 0,00152 11,5 1,030 0,82 0,21576 14,945 15,718 3,33 825 0,00150 12,0 1,030 0,86 0,21268 15,460 16,233 3,28 825 0,00148 12,5 1,030 0,89 0,20954 15,975 16,233 3,28 825 0,00148 13,0 1,030 0,93 0,20637 16,490 16,748 3,23 825 0,00000 13,5 1,030 0,96 0,20317 17,005 17,263 3,18 825 0,00000 14,0 1,030 1,00 0,19994 17,520 S Độ lún nền: S = 4,36cm Hình PL2-3: Biểu đồ tính lún đơn nguyên buồng âu = 0,04358 PHỤ LỤC 3: TÍNH TỐN CỐT THÉP CHO BẢN ĐÁY XÀ LAN THEO PHƯƠNG DỌC CÁC DỮ LIỆU ĐẦU VÀO: • Cấp cơng trình: • Tổ hợp tính tốn cho hạng mục cơng trình: • Thiết kế cốt liệu cho hạng mục cơng trình: Bê tơng M: Cốt thép nhóm: • Tiết diện ban đầu cần tính tốn bố trí thép theo phương dòng chảy Chiều rộng b Chiều cao h • Tải trọng tính tốn tác dụng vào mặt cắt: M tt • Chiều dày bảo vệ thép: a a' kn • Hệ số làm việc cơng trình Hệ số an toàn Hệ số tổ hợp tải trọng nc • Hệ số làm việc bê tơng cốt thép: Cốt thép ma Bê tông mb Hệ số giới hạn αo αo Hệ số quy đổi Ao Ao • Cường độ làm việc bê tông: Cường độ chịu nén Rn Cường độ chịu kéo Rk • Cường độ làm việc cốt thép: Chịu nén Ra' Ra = Chịu kéo σa ho • Chiều cao làm việc cú ớch tit din: max ã Hm lng thộp giới hạn: Cơ 300 µ KẾT QUẢ TÍNH TỐN CỐT DỌC: A = 0,008 & + Theo điều kiện giới hạn, cấu kiện cần : TÍNH THEO CỐT ĐƠN Fa = 1,54 cm2; Fa' = 0,00 cm2; = Φ 12 cm cm Tm cm cm = 1,00 = 1,10 = 1,00 = 0,60 = 0,42 = 135,0 kg/cm2 = 10,00 kg/cm2 = 2700,0 kg/cm2 = 2700,0 kg/cm2 = 45,0 cm = 2,73 % = 0,15 % anpha = 0,008 = 0,034% Hàm lượng thép giới hạn = 0,2% µ = 0,00 Fa = 100 = 50 = 1,71 = 5,0 = 5,0 = 1,20 µ + So sánh µ max µ thấy rằng: Cần tăng lượng cốt thép Fa = 6,75 cm2 + Số lượng cốt thép chọn : Chữ nhật = 6,79 cm2 ... nghiên cứu xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công Trên giới, âu thuyền nghiên cứu xây dựng phổ biến, nhiều cơng trình lớn, kết cấu phức tạp xây dựng hệ thống âu thuyền kênh đào Panama, âu thuyền. .. xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gị Cơng - Nghiên cứu phương pháp tính tốn kết cấu âu thuyền 30 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GỊ... điểm âu thuyền Vũng Tàu – Gị Cơng 39 2.4 Một số giải pháp kết cấu âu áp dụng cho xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gị Cơng 40 2.4.1 Giải pháp kết cấu âu thuyền có tường âu đáy