Cao trỡnh đỉnh õu căn cứ vào mực nước thiết kế cao nhất để định ra, đồng thời cú xột đến ảnh hưởng của mực nước động.
đỉnh tường õu = Mực nước max + ∆ZNBD + độ cao an toàn (3.5)
Độ cao an toàn thường lấy < 1m (theo bài giảng bộ mụn õu tàu – Đại học Hàng Hải). Chọn độ cao an toàn 0,75m
Mực nước động lớn nhất cú xột đến súng, giú. Tuy nhiờn với õu Vũng Tàu - Gũ Cụng cú hệ thống đờ chắn súng bảo vệ nờn chiều cao súng cú thể bỏ qua. Khi đú, mực nước động max là mực nước cao cực trị: +2,70m
Trị số gia tăng mực nước biển trung bỡnh do ảnh hưởng của nước biển dõng được xỏc định:
∆ZNBD = Tct* RNBD = 100*0,0075= 0,75 (m) (3.6) Trong đú:
RNBD : Tốc độdõng nước biển trung bỡnh (m/năm) RNBD= 0,0075 (m/ năm) TCT: Tuổi thọ cụng trỡnh dự kiến xõy dựng TCT= 100 năm.
Do đú cao trỡnh đỉnh tường õu:
đỉnh tường õu = 2,7 +0,75 +0,75 = 3,95m
Lựa chọn cao trỡnh đỉnh tường õu là +4,00m 3.4. Tớnh toỏn kiểm tra ổn định õu thuyền
3.4.1. Kiểm tra ổn định nổi của đơn nguyờn buồng õu
3.4.1.1. Lựa chọn kớch thước đơn nguyờn buồng õu
Đơn nguyờn buồng õu cú kết cấu dạng phao hộp xà lan, thi cụng trong hố múng khụ sau đú làm nổi, di chuyển và hạ chỡm vào vị trớ thiết kế. Kớch thước cơ bản của đơn nguyờn phao hộp xà lan bao gồm chiều rộng phao BP, chiều dài phao Lp và chiều cao phao Hp.
Cỏc kớch thước phao hộp xà lan được lựa chọn đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể của cụng trỡnh, đảm bảo nổi trờn mặt nước và thuận tiện trong quỏ trỡnh thi cụng chế tạo, di chuyển và hạ chỡm phao.
Dựa vào kớch thước cơ bản của õu thuyền đó tớnh toỏn, lựa chọn cỏc kớch thước cơ bản của phao hộp xà lan như sau :
- Chiều rộng phao Bp:
Bp = Bk1 + 2Bt (3.7)
Trong đú : Bk1 = 36m là chiều rộng hữu ớch của buồng õu Bt là chiều rộng trụ õu. Chọn Bt = 10m
Do đú Bp = 36 +2*10 = 56m - Chiều dài phao Lp.
Chiều dài phao được lựa chọn căn cứ vào chiều dài hữu ớch của buồng õu Lk1, điều kiện thi cụng chế tạo và di chuyển hạ chỡm. Với chiều rộng hữu ớch của buồng õu Lk1 = 560m, tỏc giả lựa chọn chiều dài của đơn nguyờn phao xà lan Lp = 28m để tớnh toỏn kiểm tra ổn định.
- Chiều cao phao Hp.
Hp = đỉnh tường õu – đỏy buồng õu + Hđỏy (3.8) Lựa chọn chiều cao đỏy phao Hđỏy = 5m
Do đú Hp = 4 – (-16,05) + 5 = 25,05m - Bốtrớ cỏc khoang, tường và vỏch:
Kớch thước cỏc khoang, chiều dày của tường, bản đỏy được xỏc định với việc tớnh toỏn kết cấu ứng với trường hợp làm việc bất lợi nhất. Cỏc kớch thước được lựa chọn sơ bộ theo kinh nghiệm và tớnh toỏn kiểm tra ổn định, kết cấu để kiểm tra. Vỡ vậy, tỏc giảđề xuất lựa chọn cỏc kớch thước như sau :
Chiều rộng cỏc khoang ≤ 5m ; Chiều dày tường bao ngoài : 50cm ; Chiều dày cỏc vỏch ngăn : 30cm ; Chiều dày bản đỏy : 50cm.
Hỡnh 3.6. Mặt bằng kết cấu phao hộp xà lan 3.4.1.2. Điều kiện đảm bảo nổi
Đơn nguyờn buồng õu cú kết cấu dạng phao hộp xà lan (gọi tắt là phao hoặc xà lan) được cấu tạo bởi cỏc tường và vỏch cú chuyền dày từ 30 ữ 50cm. Yờu cầu khi thiết kếđơn nguyờn buồng õu là nú phải nổi được ở trong nước với độ nổi thiết kế. Một xà lan đang nổi trờn mặt nước chịu tỏc động đồng thời của hai lực ngược chiều nhau, trọng lượng bản thõn theo phương hướng xuống và lực nổi acsimet theo hướng ngược lại.
Điều kiện nổi của xà lan trong nước là lực đẩy nổi cú giỏ trị tuyệt đối bằng trọng lượng của đơn nguyờn và thiết bị, tõm nổi (B) của phần chỡm và trọng tõm (G) cựng nằm trờn đường thẳng vuụng gúc với mặt thoỏng.
Một đơn nguyờn buồng õu dạng phao hộp xà lan, sau khi sơ bộxỏc định cỏc thụng số và kớch thước sẽtớnh được trọng lượng bản thõn.
Điều kiện nổi của xà lan: ∑G = B.hn.L ⇒hn G B.L = ∑ (3.9) Trong đú:
hn: Chiều sõu mớn nước (độ ngập). ∑G : Trọng lượng của toàn bộ xà lan. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo “Kỹ thuật thi cụng cụng trỡnh Cảng – Đường thủy” Trường Đại học Xõy dựng 2003. Để đảm bảo an toàn trong quỏ trỡnh di chuyển đơn nguyờn buồng õu trong điều kiện vựng nước cú súng lớn, cần lựa chọn chiều cao mạn khụ (F) của xà lan theo điều kiện: S h tg B d H − ≥ + + = 3 2 2 F φ (3.10) Trong đú:
H: Chiều cao xà lan
B: Chiều rộng xà lan tại ngang mặt nước
φ: Gúc nghiờng của xà lan khi di chuyển, thường lấy θ = 60 ữ 80
h: Chiều cao súng
S: Chiều cao dự trữ mạn khụ
xà lan, thường lấy 0,50 ữ 1,0m Hỡnh 3.7. Sơ đồ kiểm tra chiều cao mạn khụ F
của xà lan 3.4.1.3. Kiểm tra điều kiện ổn định nổi
Đểđảm bảo xà lan khụng bị lật ngay khi nổi thỡ nú phải đảm bảo ổn định ở trạng thỏi tĩnh. Điều này phụ thuộc vào vịtrớ tương đối của trọng tõm và tõm nổi tức là phụ thuộc vào kết cấu của xà lan.
Điều kiện đảm bảo cho xà lan khi nổi ổn định trờn mặt nước là tõm nổi của phần chỡm và trọng tõm của xà lan nằm trờn cựng đường thẳng vuụng gúc mặt thoỏng.
Trọng tõm của xà lan: Để xà lan nổi đều trờn mặt thoỏng thỡ kết cấu phải thoả món phương trỡnh sau: 0 . 1 = ∑ = n i i i x g (3.11) 0 . 1 = ∑ = n i i i y g (3.12) Trong đú:
gi: Trọng lượng của kết cấu thứ i, hoặc tải trọng thứ i
xi, yi: khoảng cỏch từ trọng tõm kết cấu thứi đến trục OX, OY.
Khi xà lan thoảmón cỏc điều kiện trờn thỡ toạđộ trọng tõm XG= 0, YG= 0, ZG.
B1 Yb hn B/2 M G B B/2 Φ P M N Q Φ
Hỡnh 3.8. Diễn biến tõm nổi và tõm ổn định khi nghiờng
G: Trọng tõm của xà lan: n i i i 1 G n i i 1 g Z Z g = = =∑ ∑ (3.13)
Tõm nổi B của phần chỡm là trọng tõm của phần xà lan dưới nước, đối với kết cấu đối xứng thỡ tọa độ tõm nổi là:
XB = 0; YB = 0; ZB = hn/2
Tõm ổn định M được xỏc định trong trường hợp xà lan bị nghiờng với gúc nghiờng hết sức nhỏ, là điểm cắt giữa hướng tỏc động của lực nổi và trục đối xứng xà lan.
Bỏn kớnh tõm ổn định là khoảng cỏch giữa tõm nổi B và tõm ổn định M. Khi xà lan nghiờng với gúc nghiờng nhỏ thỡ tõm nổi di chuyển theo cung gần như cung trũn với bỏn kớnh MB cũn tõm là M. Khi xà lan nghiờng với gúc nghiờng lớn, điều trờn khụng cũn đỳng nữa. Tõm B lỳc đú dịch chuyển theo quĩ đạo giả elip, cũn M luụn nằm trờn đường cong ngược với đường cong mà tõm B vẽ.
(3.14) (3.15) (3.16) Diễn biến ổn định: - Nếu: G B M G B Z Z hoặc Z Z Z < > >
Thỡ xà lan ở trạng thỏi ổn định bền. Khi làm nổi nếu xà lan nghiờng gúc φ, tõm nổi di chuyển từB đến B1, lực nổi W đi qua tõm nổi B1 và hướng lờn, trọng lượng xà lan đi qua G và hướng xuống, hai lực này song song ngược chiều nhau và cú giỏ trị tuyệt đối bằng nhau, tạo ra momen phục hồi (Mph) đưa xà lan về lại vị trớ cõn bằng.
Mph= ΣG.GM.sinφ = ΣG.GM.φ (3.17)
GM: khoảng cỏch từ trọng tõm đến tõm ổn định
Khi kộo nổi đường gần hay trong vựng nước được che chắn, lấy GM ≥ 20cm, khi kộo nổi đường xa hoặc trong vựng nước khụng được che chắn lấy GM ≥ 30cm. Nếu độ sõu luồng lớn, để đảm bảo an toàn chiều cao mạn khụ F của xà lan thường lấy GM ≥ 40 ữ 50cm.
Nếu ZB < ZM <ZG xà lan ở trạng thỏi ổn định khụng bền.
Dựa vào hệphương trỡnh trờn ta kiểm toỏn được điều kiện ổn định của xà lan khi nổi. Nếu thoảmón điều kiện vềổn định thỡ cỏc thụng số của xà lan như đó chọn là hợp lý, cũn nếu khụng thoả món thỡ cần phải thay đổi hoặc bố trớ lại kết cấu.
Đối với kết cấu xà lan như đó đề xuất xỏc định được:
Tổng trọng lượng của xà lan : ∑G = 14632,69 (T) Chiều sõu mớn nước của xà lan : hn = ∑G/B.L = 9,33 (m) Trọng tõm của xà lan : ZG = 9,39 (m) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chiều cao tõm nổi của xà lan : ZB = hn/2 = 4,67 (m) Chiều cao tõm ổn định của xà lan : ZM = 31,42 (m)
Khoảng cỏch từ trọng tõm đến tõm ổn định: GM = 22,03 (m) Như vậy: ZM > ZG > ZB => Xà lan đảm bảo điều kiện ổn định bền.
Giả thiết chiều cao súng trong quỏ trỡnh di chuyển xà lan h=1,5 m gúc nghiờng của xà lan 70, S = 1,0 m. Kiểm tra điều kiện mạn khụ:
F = H – hn = 25,05 – 9,33 = 15,72 (m) > B/2*tg70 + 2/3*1 + 1 = 3,39 (m)
Chiều cao mạn khụ của xà lan đảm bảo an toàn trong quỏ trỡnh di chuyển
3.4.2. Tớnh toỏn kiểm tra sức chịu tải của nền
Trường hợp tớnh toỏn
Tớnh toỏn cho trường hợp bất lợi nhất là trường hợp õu thuyền vận hành. - Trường hợp vận hành 1: Đưa tàu từthượng lưu (lựa chọn phớa hồlà thượng lưu) về hạ lưu (lựa chọn phớa biển là hạ lưu). Khi đú mực nước trong hồ là +1,00 (Mực nước giữ trong hồ) và mực nước phớa biển là mực nước thấp khai thỏc -2,44. Quỏ trỡnh vận hành như sau:
Mực nước hồ +1,00 cửa õu thượng hạ lưu đúng Bơm nước vào buồng õu đến +1,00 Mở cửa õu thượng lưu Đưa tàu vào buồng õu Bơm nước đến cao trỡnh -2,44 Mở cửa õu hạ lưu Tàu ra khỏi buồng õu.
- Trường hợp vận hành 2: Đưa tàu từ hạ lưu lờn thượng lưu. Khi đú mực nước phớa biển là +2,70, mực nước trong hồ là -1,00.
Mực nước biển +2,70 cửa õu thượng hạ lưu đúng Bơm nước vào buồng õu đến +2,70 Mở cửa õu hạ lưu Đưa tàu vào buồng õu Bơm nước ra đến cao trỡnh -1,00 Mở cửa õu hạ thượng Tàu ra khỏi buồng õu.
Như vậy trong 2 trường hợp vận hành, buồng õu làm việc bất lợi nhất là trường hợp vận hành thứ 2 khi mực nước trong buồng õu lớn nhất là +2,70m. Đõy cũng là trường hợp đầu õu làm việc bất lợi nhất với chờnh lệch cột nước +3,70m. Do đú trong khuụn khổ luận văn, tỏc giả lựa chọn tớnh toỏn kiểm tra ổn định buồng õu và đầu õu cho trường hợp vận hành 2.
3.4.2.1. Kiểm tra sức chịu tải của nền đầu õu
Khi cụng trỡnh làm việc sẽ truyền tải trọng tỏc dụng xuống nền. Do đú, cần tớnh toỏn kiểm tra xem nền tự nhiờn cú đảm bảo khả năng chịu tải của cụng trỡnh
hay khụng, nếu khụng thỏa món nền cần được gia cố: Điều kiện đảm bảo cho nền khụng cần gia cố :
σtb < Rnền và σmax< 1,2 Rnền (3.18) Tải trọng tỏc dụng lờn đầu õu gồm:
- Tải trọng đứng
+ Trọng lượng bản thõn của đầu õu bao gồm: trọng lượng kết cấu bờ tụng cốt thộp, trọng lượng vật liệu lấp đầy khoang rỗng G1 ;
+ Trọng lượng cửa van và thiết bị G2
+ Áp lực nước tĩnh thiết kế tỏc dụng trực tiếp lờn cụng trỡnh G3, G4 + Áp lực đẩy nổi tỏc dụng lờn cụng trỡnh Wp
- Tải trọng ngang
+ Áp lực nước phớa thượng lưu HTL + Áp lực nước phớa hạ lưu HHL
+ Áp lực đất chủ động phớa hạ lưu Eđc + Áp lực đất bị động phớa thượng lưu Eđb
Bỏ qua ỏp lực nước ngầm, ỏp lực thấm và ảnh hưởng của tường buồng õu lờn đầu õu Theo kết quả tớnh toỏn trong Phụ lục 2 ta cú:
Sức chịu tải của nền Rnền = 48,24 T/m2
σtb = 31,24 (T/m2) < Rnền = 48,24(T/m2) σmax = 67,13 (T/m2) > 1,2Rnền = 57,89 (T/m2)
Điều đú cú nghĩa là đất nền dưới đầu õu khụng đảm bảo khảnăng chịu tải, cần phải gia cố.
3.4.2.2. Lựa chọn phương phỏp gia cố nền
Để gia cố tăng cường ổn định nền hiện nay cú rất nhiều phương phỏp như phương phỏp thay nền, phương phỏp gia cố bằng múng cọc…Với cụng trỡnh chịu tải trọng lớn, yờu cầu ổn định và tuổi thọ cao như õu thuyền Vũng Tàu – Gũ Cụng thỡ phương phỏp gia cố nền bằng múng cọc là phự hợp hơn cả.
Ưu điểm chung của múng cọc là giỳp cụng trỡnh đạt được độ ổn định ngang lớn hơn, khả năng chống đẩy nổi tốt hơn, tăng cường khảnăng chống xúi của nền so với (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nền gia cố trực tiếp và nền phõn bố tải trọng đồng thời khống chếđộ chờnh lệch lỳn là nhỏ nhất. Tuy nhiờn, việc thi cụng lại phức tạp nhất vỡ cần phải cú cỏc thiết bị thi cụng đặc biệt, thời gian thi cụng dài và cần phải cú kết cấu để liờn kết giữa đỏy múng với nền. Loại nền múng cọc được sử dụng rộng rói trong xõy dựng cụng trỡnh, đặc biệt là cỏc cụng trỡnh chịu tải trọng ngang lớn.
Theo phương phỏp thi cụng chia thành hai loại múng cọc là: cọc chiếm chỗ và cọc đổ tại chỗ.
Cọc chiếm chỗ (chốn ộp):
Đõy là loại cọc được chế tạo sẵn, được thi cụng bằng cỏch chỉ dựng lực xung kớch hoặc cú thể kết hợp thờm một số thiết bị như rung, xúi thủy lực đểđưa cọc sõu vào lũng đất. Gọi là cọc chốn ộp là do cọc trong quỏ trỡnh hạvào trong đất sẽộp đất ra xung quanh.
Trong trường hợp mực nước thi cụng khụng quỏ 10m thỡ cú thể dựng cọc BTCT thường với tiết diện 40 x 40cm hoặc 45 x 45cm gồm nhiều đoạn nối với nhau mỗi đoạn 10–15m. Khi mực nước lớn hơn 10m, chiều dài cỏc đoạn cọc cần phải dài hơn do vậy nếu sử dụng cọc đúng thỡ nờn dựng cọc ống ly tõm đường kớnh từ 55 – 60cm. Hiện nay cũng cú thể sử dụng cọc BTCT dự ứng lực cú tiết diện 50 x50cm hoặc lớn hơn.
Cọc thay thế (đổ tại chỗ)
Cọc ống cũng là một dạng cọc sử dụng khỏ phổ biến cho kết cấu múng cọc cụng trỡnh. Cọc ống cú thể được khoan mở đỏy hoặc khụng mở đỏy. Khi cọc mở đỏy, cần phải sử dụng nước ỏp lực cao để làm sạch đất trong thõn cọc. Trong trường hợp khụng mởđỏy, cọc ống được bịt đầy bằng một tấm thộp. Phần lớn cọc ống sau khi đúng hạ vào trong đất sẽ được nhồi bằng bờ tụng, trong một số trường hợp, để tiết kiệm giỏ thành, cọc ống sẽđược để rỗng bờn trong và trong trường hợp này việc sử dụng phụ gia hoặc cỏc biện phỏp bảo vệ ăn mũn cọc cần được để ý tới. Đõy là loại cọc nhẹ, cú khảnăng chịu lực cao, cú thểxiờn trong đất nờn khảnăng bố trớ để đảm bảo chịu tải trọng ngang là rất tốt.
Cọc khoan nhồi: Đõy là dạng cọc bờ tụng cốt thộp được thi cụng tại chỗ trong lỗ khoan. Lỗkhoan được mỏy khoan trờn nền cụng trỡnh thường cú đường kớnh từ 30cm đến 320cm và cú chiều sõu từ3 đến 120m. Đất trong lỗ khoan được đưa lờn trờn tạo thành một lỗ rỗng trong đất. Thành lỗ khoan thường được bảo vệ bởi dung dịch bentonit. Cọc khoan nhồi cú khả năng chịu lực tốt và đặc biệt cú lợi khi thi cụng cỏc cụng trỡnh trong khu vực cú cơ sở hạ tầng khỏc vỡ khụng gõy chấn động như loại cọc đúng.
Cọc khoan nhồi cú ưu điểm là chiều dài cọc cú thể dễdàng được điều khiển để ngàm vào tầng chịu lực, khụng làm thay đổi cấu trỳc của đất nền và khụng gõy tiếng ồn và rung động nờn khụng ảnh hưởng đến cỏc cụng trỡnh lõn cận. Tuy nhiờn, cọc khoan nhồi đường kớnh lớn cú đặc điểm là do khú thi cụng xiờn, cọc được đặt trờn