Đặc điểm thủy triều tại khu vực dự ỏn là chếđộ bỏn nhật triều khụng đều, một ngày lờn xuống 2 lần với biờn độ lớn (4ữ4,5m). .
Hỡnh 2.6. Đường mực nước thực đo thỏng 6 năm 2012 [2]
Trờn hỡnh 2.6 cú thể thấy, mực nước thủy triều Vũng Tàu theo chếđộ bỏn nhật triều, đỉnh triều cao đạt +1,50 m nhưng chõn triều thỡ xuống gần – 2,80 m.
Bảng 2.7. Mực nước đỉnh triều tại cỏc trạm thủy văn ứng với tần suất xuất hiện [2] Đơn vị: (cm) Trạm Thủy văn Tần suất (P %) 0.01 0.10 0.20 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10.0 Nhà Bố 179.6 170.1 167.2 165.0 163.1 159.9 157.9 156.5 154.5 151.8 147.9 Phỳ An 180.8 170.2 166.8 164.4 162.3 158.7 156.5 154.9 152.6 149.5 145.1 ThủDầu Một 144.7 138.5 136.5 135.0 133.8 131.7 130.4 129.4 128.0 126.2 123.5 Vũng Tàu 167.3 160.7 158.5 156.9 155.5 152.9 151.4 150.2 148.5 146.2 142.7 2.3.5. Đặc điểm về địa hỡnh
Địa hỡnh trờn tuyến đờ biển theo tài liệu thu thập được đó cú sự thay đổi khỏ nhiều từ cao trỡnh đỏy đến vị trớ cỏc bói bồi trờn tuyến. Dựa vào cao độ của cỏc hố khoan địa chất cú thể sơ bộ xỏc định cao độ địa hỡnh dọc tuyến đờ dự kiến. Cao trỡnh đỏy biển tại vị trớ tuyến trung bỡnh khoảng -8.0, cú chỗ sõu tới -11,0m đến - 12,0m; Tại cỏc vị trớ cửa Lũng Tàu cao trỡnh sõu nhất khoảng -20,0m đến -22,0m.
Hỡnh 2.7. Cắt dọc địa hỡnh tại vị trớ tuyến đờ chớnh [5]
Tại vị trớ xõy dựng õu thuyền, cao độđỏy biển từ -9.00m đến -12.00m.
2.3.6. Đặc điểm về địa chất
Tuyến đờ Vũng Tàu - Gũ Cụng nằm trờn khu vực mà nơi đõy cú địa chất nền rất phức tạp, đặc biệt là lớp đất mặt trờn cựng. Đõy là lớp đất sột yếu cú tớnh chất cơ lý kộm, hầu như ớt cú khảnăng chịu tải trọng.
Hỡnh 3.1. Bỡnh đồ vị trớ hố khoan trờn tuyến đờ biển Vũng Tàu - Gũ Cụng[5]
Tại vị trớ õu thuyền tiến hành khoan 01 lỗ khoan với độ sõu 70m, thớ nghiệm SPT 23 lần, lấy 23 mẫu đất, gửi phõn tớch 16 mẫu đất đại diện cho 3 lớp đất. Cỏc thụng số thớ nghiệm trung bỡnh của cỏc lớp đất thể hiện ở trong bảng sau:
Bảng 2.8. Bảng chỉ tiờu cơ lý của cỏc lớp đất Thụng số thớ nghiệm Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 - Thành phần hạt + Hàm lượng % hạt sỏi 1,1 + Hàm lượng % hạt cỏt 30,7 44,8 73,1 + Hàm lượng % hạt bụi 34,9 31,7 14,9 + Hàm lượng % hạt sột 34,4 23,5 10,9 - Độẩm tự nhiờn (W%) 65,78 22,02 21,46 - Dung trọng tự nhiờn (γw kg/cm3 ) 1,51 1,97 1,945 - Dung trọng khụ ( γc kg/cm3) 0,91 1,61 1,607 - Dung trọng đẩy nổi (γđn ) 0,56 1,01 1,01 - Tỷ trọng (∆) 2,61 2,7 2,674 - Độ bóo hũa (G) 92 88 85 - Độ rỗng (n) 65 40 40 - Hệ số rỗng (e0) 1,865 0,677 0,673 - Giới hạn chảy (Wch) 62,4 36 - Giới hạn lăn (Wd) 35,7 19,4 - Chỉ số dẻo (Id) 26,7 16,6 - Độ sệt (B) 1,13 0,16 - Gúc ma sỏt trong (φo ) 03028' 15013' 22054' - Lực dớnh (C kG/cm2 ) 0,053 0,297 0,079
Lớp 1: Đõy là lớp cỏt bựn, bựn cỏt, chiều dày lớp 7m. Thành phần là sột hữu cơ, bựn cỏt màu xỏm đen,xỏm nõu, đụi chỗ xen lớp mỏng cỏt hạt mịn. Trạng thỏi dẻo chảy. Giỏ trị SPT từ0 đến 1.
Lớp 2: Nằm ngay dưới lớp 1, chiều dày 5m. Thành phần là sột, sột pha cỏt hạt mịn màu nõu vàng, xỏm trắng. Trạng thỏi dẻo cứng. Giỏ trị SPT là 14.
Lớp 3: Cỏt, cỏt pha màu nõu vàng, xỏm trắng. Kớch thước hạt mịn - trung - thụ. Trạng thỏi chặt vừa - chặt. Đụi chỗ gặp sạn sỏi thạch anh, lỗ khoan sõu 70m chưa khoan hết lớp này. Giỏ trị SPT từ11 đến 50..
2.3.7. Một số đặc điểm chớnh của õu thuyền Vũng Tàu – Gũ Cụng
Âu thuyền núi chung và õu thuyền Vũng Tàu – Gũ Cụng núi riờng là cụng trỡnh nhằm mục đớch phục vụ giao thụng vận tải thủy, đưa tàu thuyền từnơi cú mực cao đến nơi cú mực nước thấp và ngược lại. Âu thuyền trờn thế giới đó được nghiờn
cứu và xõy dựng từ rất lõu, tuy nhiờn tại õu thuyền tại Việt Nam phần lớn là cỏc õu thuyền nhỏ, đơn giản. Âu thuyền Vũng Tàu – Gũ Cụng là cụng trỡnh cú quy mụ rất lớn, chưa từng cú tại Việt Nam, cụng trỡnh được xõy dựng mới trờn nền đất yếu. Với những đặc điểm cơ bản đú sẽ dẫn tới một số vấn đề về mặt kỹ thuật cần phải hết sức quan tõm khi nghiờn cứu đề xuất, tớnh toỏn kết cấu cụng trỡnh. Đú là:
- Quy mụ cụng trỡnh rất lớn
- Nền múng xõy dựng cụng trỡnh yếu và mới.
- Cụng trỡnh chịu sự tỏc động của súng, giú từ cả hai phớa (ngoài biển vào và trong bờ ra) với tải trọng lớn hơn và phức tạp hơn rất nhiều so với cỏc cụng trỡnh õu thuyền trong sụng.
- Điều kiện thi cụng, vật liệu thi cụng cụng trỡnh gặp nhiều khú khăn.
2.4. Một sốgiải phỏp kết cấu õu cú thể ỏp dụng cho xõy dựngõu thuyền Vũng Tàu - Gũ Cụng. Tàu - Gũ Cụng.
2.4.1. Giải phỏpkết cấu õu thuyền cú tường õu và bản đỏy liền khối
2.4.1.1. Cấu tạo
Âu thuyền cú tường õu và bản đỏy liền khối là kết cấu được ứng dụng khỏ phổ biến trờn thế giới và Việt Nam. Kết cấu õu cú thể bằng bờ tụng cốt thộp, đỏ xõy…, mặt cắt buồng õu dạng chữ nhật, chữ U hoặc hỡnh thang. Tuy nhiờn dạng mặt cắt hỡnh chữ nhật thường được sử dụng phổ biến hơn. Với õu thuyền lớn, buồng õu dài thỡ cú thể chia thành nhiều phõn đoạn khoảng 25 ữ 30m, giữa cỏc phõn đoạn cú khớp nối chống thấm cho phộp cỏc phõn đoạn lỳn tự do. Với điều kiện địa chất yếu , chờnh lệch cột nước cao thỡ nền cụng trỡnh được gia cố bởi múng cọc BTCT, cọc khoan nhồi, cọc ống ly tõm hoặc cọc ống thộp…
2.4.1.2. Điều kiện ỏp dụng
Buồng õu kiểu tường và đỏy liền khối cú thể dựng cho cỏc õu thuyền cú cột nước cao (H ≥ 8 ữ 10 m), chiều rộng buồng õu Bb < 30m.
a.Mặt cắt hỡnh chữ nhật b.Mặt cắt hỡnh thang Hỡnh 2.8. Cắt ngang buồng õu cú tường õu và bản đỏy liền khối
Hỡnh 2.9. Hỡnh ảnh 3D õu thuyền cú tường õu và bản đỏy liền khối 2.4.1.3. Ưu, nhược điểm
Ưu điểm:
- Lợi dụng được toàn bộ chiều rộng của buồng õu để đậu thuyền, do vậy tiết kiệm được lượng nước tiờu hao mỗi lần thỏo qua õu
- Lực truyền xuống nền phõn bốtương đối đều, do vậy được sử dụng khi địa chất nền tương đối xấu.
Nhược điểm
- Khi bề rộng buồng õu lớn khú xỏc định ứng suất đỏy õu (ngoại lực để xỏc định chiều dày đỏy õu)
- Giỏ thành xõy dựng cao.
- Do chiều dày đỏy lớn nờn õu thuyền loại này chỉ ỏp dụng với õu thuyền cú bề rộng buồng õu B < 30m.
2.4.2. Giải phỏp kết cấu õu thuyền dạng bản đỏy đặc,tường õu kiểu dầm cụng xụn (kết cấu tường õu dạng trọng lực) xụn (kết cấu tường õu dạng trọng lực)
2.4.2.1. Cấu tạo
Kết cấu chung của loại hỡnh buồng õu này bao gồm tường õu bằng bờ tụng hoặc bờ tụng cốt thộp, dưới chõn tường cú dạng mỳt thừa cụng xụn phớa trong buồng õu hoặc phớa ngoài cũng cú khi cụng xụn cả phớa trong hoặc phớa ngoài. Do bản đỏy của buồng õu và tường õu được tỏch rời nhau nờn phần của buồng õu cú khảnăng lỳn tự do (khụng phụ thuộc lẫn nhau), điều đú cho phộp giảm chiều dày của bản đỏy theo dọc trục õu thuyền. Bản đỏy buồng õu cú thếđược đổ bờ tụng trong nước, thả cỏc tấm BTCT hoặc gia cố bởi cỏc võt liệu khỏc.
Đểtăng cường ổn định của tường õu, trong trường hợp địa chất nền yếu cú thể gia cố bởi hệ thống cọc khoan nhồi, cọc ống ly tõm hoặc cọc ống thộp.
Để đảm bảo tường õu khụng bị nghiờng vào trong do lỳn, độ nghiờng chớnh diện của tường õu thường bằng 1: 100 ữ 1: 50.
Bề rộng nhỏ nhất của tường õu bờ tụng cốt thộp ởcao trỡnh đỏy õu và trờn đỏy õu được xỏc định căn cứ vào tớnh toỏn lực kộo lớn nhất của bờ tụng ởsau tường, phụ thuộc vào đất lấp và mực nước ngầm tớnh toỏn sau tường.
Hỡnh 2.10. Cắt ngang buồng õu
1: Tường õu, 2 – Bản đỏy, 3: cừ chống thấm, 4: cọc gia cố nền, 5: bờ tụng bịt đỏy thi cụng tường õu
2.4.2.2. Điều kiện ỏp dụng
Giải phỏp này cú thể ứng dụng cho õu thuyền với bất kỳ cột nước nào, đặc biệt thớch hợp với cỏc õu thuyền cú cột nước lớn, địa chất tốt, với những cụng trỡnh cú địa chất khụng tốt thỡ nền tường õu cú thểđược gia cố bởi hệ thống cọc
2.4.2.3. Ưu nhược điểm Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, bản đỏy õu thuyền cú thể là bờ tụng đổtrong nước, cỏc tấm BTCT đỳc sẵn hay dạng phao hộp
- Thi cụng đơn giản, tốn ớt cốt thộp. - Thời gian thi cụng nhanh và chủđộng
Nhược điểm:
-Khú khăn cho việc bố trớ hệ thống cấp thỏo nước cho buồng õu
-Khụng tận dụng được bản đỏy đểtăng cường ổn định cho buồng õu.
2.4.3. Giải phỏp kết cấu õu thuyền dạng cọc, cừ
2.4.3.1. Cấu tạo
buồng õu được cấu tạo bởi hệ thống cọc ống ly tõm, cọc ống thộp, cừ bản dự ứng lực hoặc cừ và thộp đúng ken sớt tạo thành tường õu. Để tăng cường ổn định cho tường õu cú thể dựng hệ thống neo bằng cỏp neo, cọc và dầm neo. Bản đỏy õu cú kết cấu bằng bờ tụng vữa dõng đổ trong nước, cỏc tấm bờ tụng cốt thộp…Để giảm ỏp lực đẩy nổi lờn bản đỏy thỡ trờn bản đỏy õu cú bố trớ cỏc lỗthoỏt nước và tầng lọc ngược. Để gia cố nền cú thể sử dụng cọc xi măng đất, cọc cỏt…
a.Đầu õu cửa chữ nhõn b.Đầu õu cửa phẳng kộo đứng Hỡnh 2.11. Kết cấu đầu õu
Bùn sét hữu cơ màu đen, xám tro. Trạng thái chảy =1,51 g/cm3, =3 28',o c =0,053 Kg/cm2
Sét, sét pha cát hạt mịn màu nâu vàng, xám trắng. Trạng thái dẻo cứng =1,97 g/cm3, =15 13',o c =0,297 Kg/cm2, SPT = 1 -:-12 Cát, cát pha màu nâu vàng, xám trắng. Kích thước hạt mịn - trung - thô. Trạng thái chặt vừa - chặt.
Đôi chỗ gặp sạn sỏi, thạch anh. =1,94 g/cm3, =22 54',o c =0,079 Kg/cm2, SPT = 12 -:- 37 Cọc xi măng đất gia cố nền Cọc xi măng đất gia cố nền
Hỡnh 2.12. Kết cấu buồng õu dạng cọc, cừ 2.4.3.2. Điều kiện ỏp dụng
Thường ỏp dụng cho cỏc õu thuyền xõy dựng trờn nền khụng phải là đỏ, cột nước vận hành thấp và vừa. Kết cấu buồng õu dạng cọc cừ thường được xõy dựng khi cột nước chờnh lệch H<13m
2.4.3.3. Ưu nhược điểm: Ưu điểm:
Tiết kiệm được bờ tụng, do cỏc cấu kiện đỳc sẵn nờn thi cụng nhanh, thớch hợp nơi địa chất yếu, chế tạo cọc, cừ trong cụng xưởng nờn kiểm soỏt được chất lượng, mỹquan đẹp khi sử dụng ở kết cấu nổi trờn mặt đất
Nhược điểm:
- Quỏ trỡnh thi cụng đũi hỏi phải cú thiết bị chuyờn dụng, độ chớnh xỏc cao. - Bố trớ hệ thống cấp thỏo nước buồng õu cũng như cỏc thiết bị neo tàu, chống va phức tạp
2.4.4. Giải phỏp kết cấu õu thuyền dạng phao hộp xà lan
2.4.4.1. Cấu tạo
Kết cấu õu thuyền dạng phao hộp xà lan là kết cấu mà tường õu và bản đỏy cú kết cấu dạng tường, vỏch bằng bờ tụng cốt thộp tạo thành hộp phao rỗng, bờn trong được chia thành nhiều khoang rỗng. Bản đỏy của phao liờn kết trực tiếp với hệ thống cọc được đúng sõu vào nền để đảm bảo ổn định. Cỏc đơn nguyờn hộp phao được thi cụng trong hố múng khụ, trờn ụ nổi… sau đú lai dắt hạ chỡm vào vị trớ xõy dựng cụng trỡnh hoặc cú thể được thi cụng tại chỗ trong đờ quõy. Để thuận tiện cho quỏ trỡnh thi cụng lai dắt, đỏnh chỡm hộp phao, đối với õu thuyền dài cú thể phõn tỏch õu dọc theo chiều dài õu thành cỏc đơn nguyờn, giữa cỏc đơn nguyờn này được liờn kết với nhau bằng khớp nối chống thấm cho phộp cỏc phõn đoạn chuyển vị tự do giảm được ứng suất sinh ra do lỳn khụng đều.
Sau khi cỏc đơn nguyờn phao hộp xà lan được hạ chỡm vào vị trớ, tiến hành bơm vật liệu (bờ tụng, vữa xi măng…) điền đầy cỏc khoang rỗng để tăng ổn định cho cụng trỡnh.
2.4.4.2. Điều kiện ỏp dụng
Giải phỏp này thường được ỏp dụng với cỏc õu thuyền lớn, chờnh lệch cột nước cao, địa chất yếu. Khi mà điều kiện thi cụng tại chỗ gặp khú khăn.
Hỡnh 2.13. Cắt ngang buồng õu dạng phao hộp xà lan 1: Tường õu thuyền 3: Khoang cấp nước và kiểm tra
2: Bản đỏy 4: Hệ cọc gia cố
2.4.4.3. Ưu nhược điểm Ưu điểm:
- Chống thấm và chống trượt tốt.
- Trờn nền đất mềm cú thể xõy dựng õu thuyền cú cột nước lớn.
- Kết cấu gọn nhẹ tận dụng tối đa khảnăng chịu lực của kết cấu, tiết kiệm vật liệu.
- Thi cụng lắp đặt ngay trờn mặt nước khụng cần phải võy để thi cụng. - Thi cụng gia cố nền õu thuyền và õu thuyền đồng thời nhanh chúng. - Khụng cú hiện tượng đất trồi vào buồng õu.
Nhược điểm:
- Khi bề rộng buồng õu lớn khú xỏc định ứng suất đỏy õu (ngoại lực để xỏc định chiều dày đỏy õu).
- Thi cụng đỏnh chỡm khú khăn vỡ cụng trỡnh được thi cụng trờn biển nờn chịu ảnh hưởng của súng, giú và chiều sõu cột nước, gõy nờn hiện tượng dồn vật liệu đỏnh chỡm trong cỏc khoang của phao.
- Làm phẳng hố múng trong nước khú khăn, khú đỏnh giỏ chất lượng liờn kết giữa nền và hộp phao õu thuyền.
2.5. Nghiờn cứu phương phỏp tớnh toỏn kết cấu õu thuyền Vũng Tàu - Gũ Cụng Cụng
Tớnh toỏn kết cấu õu thuyền cú nhiều phương phỏp tớnh toỏn để xỏc định nội lực nhưng cú 2 phương phỏp tớnh toỏn cơ bản hiện này là :
- Phương phỏp sức bền vật liệu (phương phỏp mặt cắt); - Phương phỏp phần tử hữu hạn.
2.5.1. Phương phỏp sức bền vật liệu
Đối với phương phỏp này thỡ trong tớnh toỏn kết cấu vẫn phải sử dụng một số giả thiết đơn giản húa sau :
- Vật liệu của kết cấu liờn tục, đồng nhất và đẳng hướng - Biến dạng tỷ lệ bậc nhất với ứng suất (định luật Hookle)
- Chuyển vị do biến dạng gõy ra rất nhỏ so với kớch thước của kết cấu nờn cú thểcoi kớch thước của kết cấu sau biến dạng vẫn như kớch thước trước biến dạng.
Rời rạc kết cấu về cỏc dạng kết cấu đơn giản như dạng sườn, vỏch, cột,…để ỏp dụng cỏc cụng thức tớnh toỏn cơ bản của bài toỏn sức bền vật liệu như dầm cột hay cỏc bài toỏn siờu tĩnh dạng khung dầm.
Với phương phỏp này khụng xột tổng thể toàn bộ kết cấu mà chỉ tớnh toỏn riờng lẻ từng bộ phận kết cấu, coi cỏc bộ phận làm việc độc lập.
+ Bản đỏy õu: tớnh như múng băng chịu phản lực của nền đất, nội dung tớnh toỏn bao gồm: tớnh toỏn nội lực trong bản, kiểm tra cường độ chịu uốn cắt, đõm thủng.
+ Tường õu: tớnh toỏn như cấu kiện chịu nộn uốn chịu tỏc động của tải trọng nộn tại chõn dầm, tường, ỏp lực đất, ỏp lực nước…
Phương phỏp này cú ưu điểm là đơn giản, dễ kiểm soỏt. Tuy nhiờn cú một nhược điểm lớn trong tớnh toỏn là đối với kết cấu õu thuyền cú kết cấu dạng khụng gian như phao hộp gồm tường, vỏch, sàn và đất nền làm việc cựng nhau, cú tương tỏc qua lại nờn việc tớnh toỏn riờng rẽ từng bộ phận thường cho kết quả với độ chớnh xỏc chưa cao.
2.5.2. Phương phỏp phần tử hữu hạn
Phương phỏp này xõy dựng trờn nguyờn lý biến phõn Lagrerang về cực tiểu