b. Tải trọng sóng, dòng chảy
5.2 Bμi toán cọc chịu tải dọc trục
5.2.1 Sức chịu tải của cọc chịu nén
Hình 8: Sơ đồ chịu tải của cọc trong đất.
Khả năng chịu lực tới hạn của cọc chịu nén đ−ợc xác định theo công thức: Qd Q1inf(Qp1,Qp2)W
Trong đó:
Q1: Tổng lực ma sát bên ngoμi thμnh cọc (T), đ−ợc tính theo công thức: Q f U L z z . 0 0 1
QP1, QP2: Phản lực tại mũi cọc trong hai tr−ờng hợp cọc có bịt đầu vμ cọc không bịt đầu (T). i L L z i wp p p p p p U f A q Q A q Q
0 2 1 W: Trọng l−ợng cọc trong đất (T)p n L L L z wp A W
) ( 0 f: Sức kháng ma sát của đất xung quanh thμnh cọc (T/m2) As: Diện tích xung quanh thμnh cọc (m2).
Q: Sức kháng mũi – lực phân bố d−ới mũi cọc (T/m2). AP: Diện tích mặt cắt ngang cọc (cọc bịt đầu) (m2) AP AWP ASP
AWP: diện tích mặt cắt thμnh cọc Asp: diện tích phần lõi đất trong cọc
W: trọng l−ợng cọc trong đất, đ−ợc tính theo công thức
Xác định sức kháng ma sát xung quanh vμ sức kháng mũi trong đất dính:
+ Sứckháng ma sát xung quanh thμnh cọc của đất dính đ−ợc tính theo công thức: f Cu
Trong đó: : lμ hệ số lực dính, đ−ợc tính theo công thức 0.50.5 khi 1
0.50.25khi > 1 với = Cu/v v lμ áp lực đất hiệu quả (KN/m3)
Cu: c−ờng độ cắt không thoát n−ớc của đất (KN/m2) + Sức kháng mũi trong đất dính đ−ợc xác định theo công thức: q NC.Cu
Với NC lμ hệ số c−ờng độ kháng mũi, NC = 9.
Xác định sức kháng ma sát xung quanh vμ sức kháng mũi trong đất rời: + Sức kháng ma sát xung quanh đất rời đ−ợc xác định theo công thức: f Kv.tang
Trong đó: lμ góc ma sát giữa cọc vμ đất
K lμ hệ số áp lực ngang của đất, K = 0.8 đối với cọc đóng không bịt đầu vμ K = 1 đối với cọc đóng có bịt đầu. Trong phạm vi đồ án nμy do cọc đóng không bịt đầu cho nên K = 0.8
v lμ áp lực đất hiệu quả (KN/m3) + Sức kháng mũi trong đất rời:
qp v.Nq
Với Nq lμ hệ số không thứ nguyên đ−ợc cho trong bảng sau:
Bảng 1.34: Bảng tra hệ số Nq theo tiêu chuẩn API:
Góc ma sát trong của đất (độ) Góc ma sát giữa đất với thμnh cọc (độ) Hệ số Nq
20 15 8
25 20 12
30 25 20
35 30 40
5.2.2 Sức chịu tải của cọc chịu nhổ
Với cọc chịu kéo, sức chịu tải của cọc đ−ợc tính theo công thức sau: QQ1W'
Trong đó: Q1 lμ sức kháng biên ngoμi của cọc đ−ợc tính theo công thức Q f U L z z . 0 0 1
W A w As L L z z p w
] ) ( [ ' 0 5.3 Tính toán cọc chịu tải dọc trục
Từ kết quả tính toán nội lực ta có bảng tổng hợp kết quả nội lực cho các cọc nh− sau:
Bảng 1.35: Bảng kết quả thống kê lực đầu cọc:
Frame Station OutputCase P M2 M3
Text m Text Ton Ton-m Ton-m
301 0 COMBONE 286.6376 -91.1111 258.85791 301 3 COMBONE 287.8452 -12.99472 41.70791 301 6 COMBONE 289.0527 65.12166 -175.4421 302 0 COMBONE 163.637 -69.47082 227.52344 302 3 COMBONE 164.8446 -13.21089 36.17952 302 6 COMBONE 166.0521 43.04904 -155.1644 303 0 COMBONE -224.0495 -97.7321 235.12485 303 3 COMBONE -222.842 -15.9605 29.19489 303 6 COMBONE -221.6344 65.81111 -176.73507 304 0 COMBONE -779.8289 -39.81057 240.04788 304 3 COMBONE -778.6214 -8.85814 31.19137 304 6 COMBONE -777.4138 22.09428 -177.66514 305 0 COMBONE -957.7996 -52.57755 228.4378 305 3 COMBONE -956.592 -9.19408 40.38826 305 6 COMBONE -955.3845 34.1894 -147.66127 306 0 COMBONE -784.3524 -55.75242 247.18652 306 3 COMBONE -783.1449 -8.77492 41.46656 306 6 COMBONE -781.9373 38.20258 -164.25339 307 0 COMBONE -386.1944 -37.7047 173.39153 307 3 COMBONE -384.9868 -7.81952 29.84884 307 6 COMBONE -383.7793 22.06565 -113.69385 308 0 COMBONE 138.2367 -122.2173 188.80575 308 3 COMBONE 139.4442 -19.31505 29.85687 308 6 COMBONE 140.6517 83.58719 -129.09201 Kết Luận:
Ta nhận thấy trong số 8 cọc thì có 6 cọc chịu nén vμ 2 cọc chịu nhổ. Lực dọc trục lớn nhất cho cọc chịu nén lμ 957.8(T), còn lực dọc trục lớn nhất cho cọc chịu nhổ lμ 289.05(T)
Tính toán cụ thể cho cọc chịu nén ta nhận thấy với độ sâu đóng cọc sơ bộ nh− đã chọn trong mục thiết kế sơ bộ (50m) thì cọc ch−a đủ sức chịu tải. Để đảm bảo sức chịu tải cho cọc chịu nén thì chiều sâu đóng cọc phải đạt tới độ sâu 66.5(m). Kết quả tính toán cụ thể đ−ợc cho trong phần Phụ Lục 9.
Đối với cọc chịu nhổ thì chiều sâu đóng cọc cần thiết theo tính toán lμ 34.5(m). Kết quả tính toán cụ thể cho cọc chịu nhổ đ−ợc cho trong phần Phụ Lục 10.
Nh− vậy để đảm bảo sức chịu tải của cọc cho cả hai tr−ờng hợp ta chọn chiều sâu đóng cọc lμ 68(m)
5.4 Thiết kế cọc
Các kết cấu ngoμi khơi đ−ợc đặc tr−ng bởi tỷ số lớn giữa tải trọng ngang vμ tải trọng đứng, chủ yếu do sóng bão gây ra. Sự thật thì dụng ý chính ẩn sau kết cấu chân đế lμ cho phép các cọc đóng chịu toμn bộ tải trọng nh− một thể thống nhất. Đối với các chân đế thép thì cọc cũng đ−ợc cấu tạo từ thép ống vμ đ−ợc đóng xuyên qua ống chính. Khi thiết kế cọc cần chú ý đến các yếu tố sau:
- Kích cỡ vμ khả năng đóng của búa sẽ đ−ợc sử dụng khi thi công đóng cọc - Khả năng chuyên chở của sμ lan dùng khi thi công cọc
Giá trị thiết kế sức chịu tải của cọc vμ độ sâu đóng cọc không nên v−ợt quá giới hạn của kinh nghiệm đối với điều kiện t−ơng tự vμ đối với cùng hoμn cảnh, có nghĩa lμ cùng tiết diện cọc, cùng thiết bị thi công, cùng ph−ơng pháp thi công. Độ sâu xung quanh 100m đ−ợc coi lμ giá trị tới hạn trong thực tế thi công đóng cọc. Tránh việc thiết kế d− độ sâu đóng cọc bởi vì việc xử lý tại hiện tr−ờng do độ chối sớm quá sẽ rất tốn kém vμ mất thời gian
Nh− vậy trên thực tế việc thiết kế cọc thực chất lμ việc lựa chọn kích th−ớc cọc (đ−ờng kính ngoμi vμ chiều dμy thμnh cọc), xác định đ−ợc độ sâu đóng cọc để đảm bảo cọc đủ sức chịu tải đứng vμ chịu tải trọng ngang. Việc lựa chọn kích th−ớc tiết diện cọc phải căn cứ vμo kích th−ớc tiết diện ống chính. Còn việc xác định chiều sâu đóng cọc đ−ợc tính toán đúng dần dựa theo chiều sâu sơ bộ đã tính toán trong phần thiết kế sơ bộ. Chiều sâu đóng cọc thoả mãn nếu: Qd Nt Trong đó: Nt k.(N0 Q.cos) N0: lμ lực dọc tính toán tại đỉnh cọc Q: trọng l−ợng đoạn cọc d−ới mặt đất k: hệ số an toμn, lấy k = 2
Theo kết quả tính toán ở trên ta thu đ−ợc kết quả chiều sâu đóng cọc cần thiết lμ L = 68(m). Cọc sẽ đ−ợc tổ hợp từ các đoạn thép ống thμnh các phân đoạn. Trong quá trình thi công đóng cọc các phân đoạn cọc sẽ đ−ợc cẩu lên bằng tμu cẩu. Các phân đoạn cọc nμy sẽ đ−ợc thi công hμn nối ngay tại vị trí xây dựng công trình trong quá trình thi công. Các phân đoạn cọc đ−ợc tổ hợp hμn nối với nhau thông qua các chi tiết nối cọc. Để đảm bảo chiều dμi các đoạn cọc phù hợp với tầm với của cẩu, dự kiến với hai cọc đóng xuyên suốt từ đỉnh chân đế xuống sẽ chia lμm ba đoạn. Chiều dμi từng đoạn lμ: đoạn 1 dμi 60m, đoạn cọc số 2 dμi 60(m), đoạn cọc số 3 dμi 52(m). Với các đoạn cọc có chiều dμi nh− vậy sẽ đảm bảo phù hợp với tầm với của cẩu, đồng thời những điểm nối cọc cũng đảm bảo không nằm tại những vị trí tập trung nội lực lớn (tại mặt đáy biển vμ phần giao điểm của mực n−ớc với KCĐ).
Chi tiết cấu tạo nối cọc xem bản vẽ ĐATN 12.
5.5 Nhận xét
Từ kết quả tính toán ở trên ta nhận thấy với lực đầu cọc tính đ−ợc (với cọc chịu nén Nmax = 957.8T) vμ chiều sâu đóng cọc 68m. Thì với năng lực thi công, các thiết bị thi công hiện tại của xí nghiệp liên doanh VietsoPetro hoμn toμn có thể đáp ứng đ−ợc.
Kết quả tính toán thực tế nμy cũng cho thấy tính toán sơ bộ ở trên, cùng với các kích th−ớc cấu kiện ở trên đặc biệt lμ kích th−ớc cọc + ống chính đã chọn ở trên lμ t−ơng đối chính xác, đảm bảo khả năng ổn định vμ điều kiện bền trong suốt đời sống công trình.
Ch−ơng 6: thi công 6.1 Tổng quan
Với sự phát triển v−ợt bậc của khoa học kỹ thuật nói chung vμ trong ngμnh xây dựng công trình biển nói riêng, hiện nay công nghệ thi công cho các công trình biển rất phong phú. Tuỳ vμo quy mô công trình cũng nh− những ph−ơng tiện thi công sẵn có mμ ta có thể sử dụng những ph−ơng án thi công phù hợp. D−ới đây trình bμy một số ph−ơng pháp thi công hay đ−ợc sử dụng.
6.1.1 Thi công trên bờ (BLR)
a. Ph−ơng pháp thi công chế tạo nút
Thi công KCĐ bằng ph−ơng pháp chế tạo nút lμ ph−ơng pháp chế tạo sẵn các nút của KCĐ trong nhμ máy vμ công x−ởng, sau khi chế tạo xong các nút của KCĐ trong công x−ởng ng−ời ta tiến hμnh vận chuyển các nút ra ngoμi công tr−ờng bằng các xe nâng hoặc cẩu lọai nhỏ.
Các nút nμy đ−ợc đặt lên trên hệ thống các gối đỡ đã đ−ợc thiết kế vμ lắp sẵn ngoμi công tr−ờng.
Sau khi đã cố định các nút trên hệ thống các gối đỡ ng−ời ta tiến hμnh chế tạo các thanh
còn lại của các nút theo đúng chiều dμi thiết kế, tiến hμnh lắp các thanh vμo các nút theo
bản vẽ thiết kế vμ tiến hμnh hμn cố định các thanh vμo các nút, khi hμn ng−ời ta phải kiểm
soát chất l−ợng các mối hμn vμ kiểm soát đ−ợc hệ thống kích th−ớc của các kết cấu theo
đúng bản vẽ thiết kế.
Tiến hμnh lắp ráp các kết cấu phụ còn lại của khối chân đế nh− các hệ thống sμn chống lún, các ống dẫn h−ớng
Biện pháp thi công chế tạo KCĐ bằng ph−ơng pháp chế tạo nút có các −u, nh−ợc điểm sau đây:
Ưu điểm :
Ưu điểm lớn nhất của ph−ơng pháp nμy lμ có thể chế tạo toμn bộ các nút của KCĐ trong nhμ x−ởng vì vậy ta có thể kiểm soát đ−ợc chất l−ợng các mối hμn, hơn nữa kết cấu đ−ợc chia nhỏ do vậy có thể sử dụng các thiết bị nâng, các loại cẩu nhỏ để phục vụ cho quá trình thi công KCĐ, nó cũng rất thuận tiện cho việc kiểm soát hệ thống kích th−ớc của các cấu kiện theo thiết kế.
Tuy vậy nh−ng ph−ơng pháp nμy có rất nhiều nh−ợc điểm, đó lμ:
Do lắp ráp bằng ph−ơng pháp chế tạo nút nên số l−ợng các mối hμn tăng lên rất nhiều, các khối l−ợng công việc thực hiện ngoμi công tr−ờng nhiều, do vậy mμ các chi phí về kiểm tra, kiểm soát mối hμn cũng rất khó khăn, tốn rất nhiều thời gian vμ nhân lực, khối l−ợng các công việc thi công trên cao vμ trong không gian cũng rất lớn vì vậy mμ cần nhiều hệ thống giμn giáo vμ công tác an toμn phải đ−ợc đảm bảo hơn, lμm tăng chi phí công trình vμ thời gian thi công cũng kéo dμi, việc kiểm soát kích th−ớc cũng khó khăn hơn.
Nói chung lμ ph−ơng pháp nμy có rất nhiều nh−ợc điểm đặc biệt lμ khó đẩy nhanh tiến độ vμ hiệu quả kinh tế thấp do vậy hiện nay khi mμ các thiết bị thi công đã đ−ợc trang bị hiện đại thì ng−ời ta không thi công chế tạo KCĐ bằng ph−ơng pháp nμy nữa.
b. Ph−ơng pháp thi công úp mái
Thi công KCĐ bằng ph−ơng pháp úp mái lμ ph−ơng pháp chế tạo sẵn hai Panel d−ới đất, một Panel đ−ợc chế tạo ngay trên đ−ờng tr−ợt, Panel còn lại thì đ−ợc chế tạo ngay vị trí bên cạnh đ−ờng tr−ợt, sau khi thi công xong Panel trên đ−ờng tr−ợt, ng−ời ta tiến hμnh lắp dựng các thanh xiên không gian của hai Panel bên.
Sau khi lắp đặt xong các thanh không gian của hai Panel bên thì tiến hμnh lắp đặt các mặt ngang (các mặt Diafragm).
Sau cùng lμ dùng cẩu cẩu nhấc Panel còn lại (đ−ợc chế tao ở d−ới đất bên cạnh đ−ờng tr−ợt) lên vμ úp nó xuống rồi tiến hμnh hμn cố định Panel đó với các thanh ngang, thanh xiên vμ các mặt ngang.
Tiếp theo ng−ời ta sẽ tiến hμnh lắp đặt các kết cấu phụ của KCĐ nh− sμn chống lún, các anốt hy sinh, các ống dẫn h−ớng
Thi công chế tạo KCĐ bằng ph−ơng pháp úp mái nμy có những −u nh−ợc điểm nh− sau:
Ưu điểm:
Thi công chế tạo KCĐ theo ph−ơng pháp nμy thì chúng ta tận dụng vμ tiết kiệm diện tích chế tạo, tận dụng tối đa không gian thi công khi mμ diện tích bãi lắp ráp hạn chế.
Nh−ợc điểm:
Thi công chế tạo KCĐ bằng ph−ơng pháp nμy có rất nhiều hạn chế, đó lμ phải thi công nhiều cấu kiện ở trên cao, đặc biệt lμ phải hμn các thanh không gian của hai Panel bên ở trên cao, vμ hμn nối Panel trên cùng cũng phải thực hiện ở trên cao, do đó chất l−ợng các
mối hμn khó kiểm soát đ−ợc, hệ thống giμn giáo cũng nhiều, mức độ an toμn khi lμm việc trên cao cũng khó kiểm soát hơn, mặt khác khi cẩu lắp các thanh không gian vμ cẩu lắp Panel trên cùng phải dùng các loại cẩu cỡ lớn nh− DEMAGCC2000 vμ DEMAGCC4000, thời gian thi công kéo dμi, tiến độ thi công chậm, gây tốn kém về nhân công vμ hiệu quả kinh tế không cao.
Nói chung thi công chế tạo KCĐ theo ph−ơng pháp nμy cũng không mạng lại hiệu quả kinh tế vμ ng−ời ta chỉ áp dụng biện pháp thi công nμy khi mμ diện tích thi công của bãi lắp ráp bị hạn chế vμ đối với nh−ng KCĐ dạng nhỏ.
c. Ph−ơng pháp thi công xoay lật panel
Thi công chế tạo KCĐ theo ph−ơng pháp quay lật Panel lμ thi công chế tạo tr−ớc hai Panel A & Panel B ở trên hệ thống gối đỡ đã đ−ợc thiết kế sẵn.
Sau khi chế tạo xong hai Panel A & Panel B thì tiến hμnh quay lật Panel A đ−a Panel A về vị trí thẳng đứng rồi tiến hμnh lắp dựng các mặt ngang. Sau khi lắp dựng xong các mặt ngang thì tiến hμnh quay lật Panel B vμ tiến hμnh hμn liên kết Panel B.
Cuối cùng ng−ời ta tiến hμnh lắp dựng các thanh không gian của Panel 1 & Panel 2 Tiếp đó tiếp tục tiến hμnh xoay lật hai panel còn lại Panel A1 & Panel B1, sau khi lắp ráp xong các thanh không gian thì tiến hμnh lắp ráp các bộ phận phụ khác của KCĐ nh− sμn chống lún, các anốt, các ống dẫn h−ớng
Thi công KCĐ bằng ph−ơng pháp quay lật Panel có các −u điểm sau đây:
Thi công chế tạo KCĐ bằng ph−ơng pháp quay lật Panel có rất nhiều các −u điểm. Tất cả các cấu kiện của KCĐ đựơc chế tạo d−ới thấp, do vậy ta có thể sử dụng các trạm hμn tự động ngoμi công tr−ờng để hμn, các công tác cắt ống vμ chế tạo ống hoμn toμn đ−ợc chế tạo tại công tr−ờng vμ có thể tiến hμnh chế tạo nhiều cấu kiện cùng một lúc, ví dụ nh− trong khi tổ hợp hai Panel A thì ta có thể tiến hμnh chế tạo các mặt D vμ chế tạo các thanh không gian cho Panel 1 & Panel 2 , do vậy ta có thể đẩy nhanh tiến độ thi công, đồng thời có thể tận dụng tối đa các thiết bị máy móc vμ nhân lực sẵn có một cách hiệu quả nhất.
Hệ thống dμn giáo phục vụ thi công cũng hạn chế công tác kiểm tra kích th−ớc vμ kiểm tra chất l−ợng các mối hμn đ−ợc kiểm soát rất tốt.
Ph−ơng pháp thi công nμy có thể áp dụng đ−ợc với tất cả các loại công trình lớn nhỏ
