Trờn cơ sở khỏi quỏt một số nột chớnh về cụng trỡnh ngăn sụng dạng Đập trụ đỡ và một số hỡnh thức khung võy thi cụng, tỏc giả thấy rằng:
Trong tư duy xõy dựng cụng trỡnh ngăn sụng hiện nay, phương ỏn lựa chọn thi cụng cống trực tiếp trờn lũng sụng là tối ưu hơn cả . Tuy nhiờn đối với những sụng sõu và rộng, việc cú làm được cống hay khụng là phụ thuộc vào việc cú làm được khung võy hay khụng. Đõy là vấn đề mà ngành thủy lợi chưa cú nhiều kinh nghiệm và lo ngại cho sự ổn định tổng thể của khung võy do lớp đất yếu và chờnh lệch cột nước trong và ngoài khung võy lớn. Khi làm cống Mương Chuối, đơn vị tư vấn thiết kếđó làm khung võy theo dạng mới như cầu Nhật Tõn (SPSP) rất tốn kộm vỡ họ cho rằng khung võy truyền thống cọc vỏn thộp khụng đảm bảo ổn định. Do vậy, nghiờn cứu giải phỏp để tăng cường độ ổn định của khung võy thi cụng cụng trỡnh ngăn sụng trường hợp cột nước sõu, nền địa chất yếu là một đề tài mang ý nghĩa thiết thực caọ
Trong phạm vi nội dung luận văn này, tỏc giả tập trung đi sõu vào nghiờn cứu cỏc vấn đề sau đõy:
- Nghiờn cứu giải phỏp cải tiến kết cấu khung võy để tăng cường độổn định để cú thể xõy dựng được cống trực tiếp trờn lũng sụng trong trường hợp sụng sõu, nền địa chất yếu;
- Nghiờn cứu phương phỏp tớnh toỏn ổn định khung võy; - Nghiờn cứu biện phỏp thi cụng khung võỵ
27
CHƯƠNG 2. NGHIấN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ KHUNG VÂY PHỤC VỤ THI CễNG ĐẬP TRỤ ĐỠ Ở
CÁC SễNG Cể CỘT NƯỚC LỚN 2.1. Quy hoạch xõy dựng cụng trỡnh ngăn sụng lớn
Do tỏc động của con người và biến đổi khớ hậu toàn cầu, tài nguyờn nước bắt
đầu suy thoỏị Biến đổi khớ hậu sẽ cú tỏc động xấu đến sự thay đổi nguồn nước. Sức ộp về sự gia tăng dõn số và phỏt triển kinh tế - xó hội, nhu cầu sử dụng nước tăng về
số lượng và đa dạng về chất lượng.
Việt Nam chỳng ta từ một quốc gia cú nguồn tài nguyờn nước dồi dào nay
đứng trước nguy cơ thiếu trầm trọng nguồn nước ngọt và nước sạch do chịu ảnh hưởng lớn từ biến đổi khớ hậu, nước biển dõng.
Nước biển dõng ảnh hưởng đến ngập và mất đất đối với Đồng Bằng Bắc và Trung Bộ khụng khốc liệt nhưở Đồng Bằng sụng Cửu Long (ĐBSCL) những sẽ kộo theo hiện tượng xõm nhập mặn sõu vào nội đồng là một nguy cơ khụng hề nhỏ.
Mặt khỏc, nước ta cú rất nhiều sụng lớn đổ ra biển như: sụng Hồng, sụng Thỏi Bỡnh (Bắc Bộ), sụng Mó, sụng Lam, sụng Thạch Hón, sụng Hàn, sụng Cỏi, sụng Trà Khỳc (miền Trung), sụng Tiền Giang, sụng Hậu Giang, Cỏi Lớn, Cỏi Bộ, Vàm Cỏ,
Đồng Nai, Cần Giờ (miền Nam). Cỏc con sụng này đúng vai trũ hết sức to lớn trong phỏt triển kinh tế - xó hội nước ta như cấp nước tưới, sinh hoạt, dõn sinh, cụng nghiệp, phỏt điện, vận tải thủy v.v...
Việc đầu tư nghiờn cứu cỏc giải phỏp cụng nghệ, thiết bị xõy dựng cỏc cụng trỡnh ngăn sụng lớn nhằm ngăn mặn, chống nước biển dõng, tạo nguồn nước ngọt nhưng vẫn đảm bảo khả năng tiờu thoỏt lũ là hết sức đỳng đắn, cần thiết và cấp bỏch.
Nhận thức được vấn đề cấp bỏch và quan trọng này, thủ tướng chớnh phủ đó phờ duyệt quy hoach thủy lợi chống ngập ỳng thành phố Hồ Chớ Minh tại quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008. Theo nội dung quyờt định này thỡ giai đoạn I: triển khai cỏc dự ỏn khu vực bờ hữu sụng Sài Gũn - Nhà Bố.
28
Hỡnh 2-1.Quy hoạch chống ngập ỳng khu vực TP. Hồ Chớ Minh [14]
ạ Đợt 1: xõy dựng 6 cống lớn: Phỳ Xuõn, Mương Chuối, sụng Kinh, Kinh Lộ, Thủ Bộ, kờnh Hàng và cỏc cống nhỏ tại cỏc rạch khỏc; xõy dựng tuyến đờ bao nối cỏc cống; nạo vột cỏc kờnh trục tiờu thoỏt nước trung tõm thành phố về phớa Nam.
b. Đợt 2: xõy dựng 2 cống lớn Rạch Tra, Vàm Thuật và cỏc cống nhỏ khỏc liờn hoàn với cỏc tiểu dự ỏn hệ thống thủy lợi bờ hữu sụng Sài Gũn; nạo vột tuyến trục Rạch Tra - An Hạ - Nam Sài Gũn và tuyến trục Vàm Thuật -Tham Lương - Bến Cỏt - rạch Nước Lờn.
c. Đợt 3: xõy dựng 4 cống: Bến Nghộ, Tõn Thuận, Bến Lức, kờnh Xỏng Lớn, mở thụng cống An Hạ hiện hữu; xõy dựng hoàn chỉnh tuyến đờ bao và cỏc cống nhỏ
dưới đờ khỏc.
29
Bảng 2-1. Quy mụ cỏc cụng trỡnh theo quy hoạch chống ngập ỳng TP HCM [14] STT Tờn cụng trỡnh Bề rộng (m) Cao trỡnh đỏy (m) Hỡnh thức vận hành Chủđầu tư dự kiến 1 Cống (Âu thuyền) Rạch Tra 60 -4.0 Cú điều khiển Thành phố Hồ Chớ Minh 2 Cống Vàm Thuật 40 -4.0 Cú điều khiển Thành phố Hồ Chớ Minh 3 Cống Bến Nghộ 20 -4.0 Cú điều khiển Thành phố Hồ Chớ Minh 4 Cống (Âu thuyền) Tõn Thuận 60 -4.0 Cú điều khiển Thành phố Hồ Chớ Minh 5 Cống Phỳ Xuõn 60 -4.0 Cú điều khiển Thành phố Hồ Chớ Minh 60 -6.0 Tựđộng 6 Cống (Âu thuyền) Mương Chuối 120 -10.0 Cú điều khiển Bộ Nụng nghiệp và PTNT 7 Cống Sụng Kinh 60 -4.0 Cú điều khiển Thành phố Hồ Chớ Minh 8 Cống Kinh Lộ (rạch Giồng) 60 -6.0 Cú điều khiển Bộ Nụng nghiệp và PTNT 9 Cống Kờnh Hàng 120 -4.0 Cú điều khiển Tỉnh Long An 80 -4.0 Tựđộng 10 Cống (Âu thuyền) Thủ Bộ 120 -8.0 Cú điều khiển Bộ Nụng nghiệp và PTNT 11 Cống (Âu thuyền) Bến Lức 60 -4.0 Cú điều khiển Tỉnh Long An 12 Cống kờnh Xỏng Lớn 20 -4.0 Cú điều khiển Tỉnh Long An Trong 12 cống lớn được quy hoạch xõy dựng này cú nhiều cống được đề xuất ỏp
đụng cụng nghệĐập trụđỡ.
Đặc điểm của cỏc cụng trỡnh này là hầu hết nằm trờn sụng rộng và rất sõu (mực nước từ 10-:- 35m). Đồng thời đất nền chủ yếu là nền bồi tớch sụng biển mềm yếu,
30
chiều dày tầng đất yếu từ 30-:-80 m. Vỡ vậy đõy là một thỏch thức cho cỏc nhà tư vấn trong việc nghiờn cứu thiết kế và tổ chức thi cụng cỏc cụng trỡnh nàỵ
Việc ứng dụng cụng nghệ Đập trụ đỡ cho cỏc cụng trỡnh ngăn sụng đó cho thấy những ưu điểm vượt bậc như sau : Thi cụng trực tiếp trờn lũng sụng, giảm diện tớch
đền bự giải phúng mặt bằng, ớt ảnh hưởng đến cảnh quan mụi trường.v.v.
Cho tới nay hầu hết cỏc cụng trỡnh ỏp dụng cụng nghệ Đập Trụ đỡ đều là những cụng trỡnh ngăn sụng tương đối nhỏ và cột nước khụng lớn. Biện phỏp thi cụng thường là thi cụng trong khung võy khụ, giải phỏp thi cụng này cỏc nhà thầu trong nước đó cú nhiều kinh nghiệm và thi cụng thành thạọ
Tuy vậy, để cú thể xõy dựng cỏc cụng trỡnh ngăn sụng rộng và cột nước sõu thỡ biện phỏp thi cụng cần phải đươc đầu tư nghiờn cứu nhằm vừa đỏp ứng điều kiện
đảm bảo an toàn đồng thời phự hợp với kinh nghiệm, cụng nghệ cũng như cỏc thiờt bị
của nhà thầu trong nước.
2.2. Cỏc giải phỏp kết cấu khung võy múng Đập trụđỡ cú cột nước sõu
2.2.1. Giải phỏp khung võy truyền thống cừ vỏn thộp
Ưu điểm của cọc vỏn thộp :
- Khả năng chịu được ứng suất động khỏ cao (cả trong quỏ trỡnh thi cụng cũng như
trong quỏ trỡnh sử dụng)
- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khỏ bộ
- Cọc vỏn thộp cú thể nối dễ dàng bằng cỏch hàn hay bắt bu lụng để tăng chiều dài - Cọc vỏn thộp cú thể sử dụng nhiều lần, do đú cú hiệu quả về mặt kinh tế
- Cú khả năng thi cụng ở cỏc vựng nước sõu, rộng và nền đất yếu - Cú thể giảm thiểu thời gian thi cụng và kinh phớ xõy dựng
- Độ cứng và khả năng chịu lực cao nờn cú thể giảm diện tớch chiếm dụng - Cú khả năng thi cụng một cỏch an toàn kể cả khi nền chịu lực ở sõu
Nhược điểm :
Nhược điểm của cọc vỏn thộp là tớnh bị ăn mũn trong mụi trường làm việc (khi sử
dụng cọc vỏn thộp trong cỏc cụng trỡnh vĩnh cữu). Tuy nhiờn nhược điểm này hiện nay hoàn toàn cú thể khắc phục bằng cỏc phương phỏp bảo vệ như sơn phủ chống ăn
31
mũn, mạ kẽm, hoặc cú thể sử dụng loại cọc vỏn thộp được chế tạo từ loại thộp đặc biệt cú tớnh chống ăn mũn caọ Ngoài ra, mức độăn mũn của cọc vỏn thộp theo thời gian trong cỏc mụi trường khỏc nhau cũng đó được nghiờn cứu và ghi nhận lạị Theo
đú, tựy thuộc vào thời gian phục vụ của cụng trỡnh được quy định trước, người thiết kế cú thể chọn được loại cọc vỏn thộp với độ dày phự hợp đó xột đến sựăn mũn nàỵ
Phạm vi ỏp dụng : Áp dụng phổ biến cho hầu hết cỏc cụng trỡnh giao thụng, thủy lợi, dõn dụng.. thi cụng trong hố múng khụ.
2.2.2. Giải phỏp kết cấu khung võy bằng cọc ống thộp
Ưu điểm:
Đối với cọc ống thộp dạng đơn, cú rất nhiều ưu điểm như là : - Trọng lượng nhẹ, cọc ống thộp cú độ bền cao,
- Cú khả năng chịu lực tốt, sức khỏng lực ngang lớn, phự hợp với nền địa chất yếụ - Cho phộp chuyển vị ngang lớn, thời gian thi cụng nhanh, cú thểđúng xiờn.
- Vận chuyển dễ dàng, đường kớnh lờn tới 2500mm, chiều dài lờn tới 90m
Nhược điểm:
- Khung võy dạng giếng sử dụng cọc ống thộp cú biện phỏp thi cụng phức tạp, khỏc hoàn toàn với thi cụng cọc ống thộp đơn.
- Mỏy múc, thiết bị thi cụng khụng phổ biến, xử lý kớn nước khung võy phức tạp - Nhà thầu trong nước cũn chưa cú kinh nghiệm trong thi cụng khung võy dạng nàỵ Phạm vi ỏp dụng : Hiện nay ở Việt nam mới đang ỏp dụng cho cỏc cụng trỡnh cầu lớn như cầu Thanh Trỡ, cầu Nhật Tõn.
2.3. Lựa chọn kết cấu khung võy thi cụng múng Đập trụđỡ cột nước sõu
Qua nghiờn cứu, phõn tớch và so sỏnh cỏc giải phỏp khung võy thấy rằng, việc lựa chọn giải phỏp kết cấu khung võy nào cho Đập trụ đỡ trường hợp cột nước sõu cần được xem xột trờn tất cả cỏc yếu tố như hệ số an toàn, khả năng đỏp ứng thiết bị
cũng như kĩ thuật, kinh nghiệm của nhà thầu thi cụng nhằm rỳt ngắn thời gian thi cụng, giảm giỏ thành đầu tư xõy dựng cụng trỡnh.
Giải phỏp sử dụng cọc ống thộp cú nhiều ưu điểm như : mức độ an toàn cao do cọc ống thộp cú chiều dài lớn, khả năng chịu lực ngang tốt, giảm thiểu ảnh hưởng đến
32
mụi trường xung quanh...
Tuy nhiờn thi cụng khung võy sử dụng hoàn toàn cọc ống thộp lại rất phức tạp, thời gian thi cụng lõu, kinh nghiệm của cỏc nhà thầu trong nước hiện nay cũn rất hạn chế, mỏy múc hầu hết phải thuờ ở nước ngoàị.Do đú việc ỏp dụng hỡnh thức khung võy này làm cho giỏ thành xõy dựng cụng trỡnh tăng lờn.
Giải phỏp khung võy sử dụng cừ larsen cú ưu điểm là thi cụng nhanh, nhà thầu cú nhiều kinh nghiệm, trang thiết bị mỏy múc hầu hết đỏp ứng được trong nước.
Mặt khỏc, khung võy cừ larsen đó được ngành giao thụng thực hiện thành cụng thi cụng được cỏc trụ cầu cú chờnh lệch cột nước lớn như cầu Tuyờn Sơn, cầu Sụng Mó, cầu Phỳ Long, Hàm Luụng..Do vậy lựa chọn khung võy dạng này kết hợp nghiờn cứu giải phỏp tăng cường ổn định cho khung võy là một biện phỏp mang tớnh khả thi cao
đối với cụng trỡnh ngăn sụng sõu và nền địa chất yếụ
2.4. Nghiờn cứu giải phỏp tăng cường ổn định kết cấu khung võy
Đối với cụng trỡnh cầu giao thụng, do chỉ chịu tải trọng đứng là chớnh nờn giải phỏp khung võy cọc ống thộp dạng giếng làm vũng võy ngăn nước kết hợp làm cọc chịu lực sau này tương đối phự hợp dự giỏ thành cũn cao và thi cụng chưa thành thạọ
Đối với cụng trỡnh ngăn sụng cột nước sõu thỡ tải trọng ngang lớn hơn rất nhiều lần so với tải trọng đứng, do đú ỏp dụng múng cọc ống thộp dạng giếng (SPSP) là chưa thực sự phự hợp là vỡ chưa tận dụng hết được sức chịu tải ngang của cọc ống thộp do loại múng này khụng thểđúng được cọc xiờn.
Trong nghiờn cứu cỏc giải phỏp tăng cường ổn định cho khung võy phục vụ thi cụng múng Đập trụ đỡở cỏc sụng rộng, sõu và cú nền địa chất yếu, chỳng tụi đó kết hợp vận dụng tớnh hợp lý về chịu lực đối xứng của khung võy cừ larsen truyền thống với việc sử dụng cọc múng để tăng cường ổn định tổng thể khung võy theo sơ đồ
múng cọc ống thộp dạng giếng (SPSP) của Nhật Bản để đề xuất ra một kết cấu khung võy mới tạm gọi là kết cấu khung võy truyền thống cải tiến.
Cỏc ưu điểm cơ bản của khung võy cải tiến:
+ Sử dụng được kết cấu tối ưu của khung võy truyền thống đú là dựng khung chống phớa trong để chịu lực đối xứng vỡ hệ khung chống cú khả năng chịu lực nộn
33
rất lớn.. Thi cụng cừ võy khung chống cũng dễ dàng, đơn giản.
+ Thờm cọc chịu lực ở biờn làm tăng độ cứng của khung võy để tăng ổn định tổng thể, sau đú lại kết hợp làm cọc chịu lực cho cụng trỡnh.
+ Ưu điểm nổi bật của khung võy cải tiến là trong khung võy đúng được cọc xiờn
để chịu lực ngang nờn giảm được số cọc, cũn trong khung võy SPSP thỡ ngược lạị
2.4.1. Sơ đồ kết cấu khung võy cải tiến
Hỡnh 2-2.Mặt bằng khung võy truyền thống Hỡnh 2-3. Cắt ngang khung võy truyền thống
Hỡnh 2-4.Mặt bằng khung võy cải tiến Hỡnh 2-5.Cắt ngang khung võy cải tiến
2.4.2. Nguyờn tắc làm việc của cỏc bộ phận kết cấu
- Để giải quyết vấn đềổn định do chờnh lệch cột nước lớn trong và ngoài khung võy, sử dụng sơđồ cừ võy khung chống :
34
+ Cừ võy larsen để võy kớn và để nhận ỏp lực truyền vào khung chống bằng thộp hỡnh bờn trong, vỡ vậy khụng đũi hỏi làm cừ võy cú khả năng chống uốn lớn gõy lóng phớ khụng cần thiết.
+ Khung chống bờn trong nhận ỏp lực nước chờnh lệch trong và ngoài của 2 mặt khung võy đối xứng.Vỡ vậy khung võy làm việc theo sơ đồ kết cấu chịu nộn đối xứng do ỏp lực nước bốn phớạ Việc tăng độ cứng, số lượng hay lắp đặt khung chống khụng cú gỡ phức tạp.
- Để giải quyết vấn đề ổn định tổng thể của khung võy do dũng triều hay dũng lũ gõy ra trờn nền đất yếu và sõu, ta bố trớ hệ cọc định vị là cỏc hàng cọc ống thộp
đứng ở phớa ngoài của mộp múng liờn kết với cỏc khung chống để ngàm cả hệ thống khung võy vào lớp đất chịu lực đểđảm bảo độổn định tổng thể của khung võỵ
2.5. Phương phỏp tớnh toỏn kết cấu khung võy cừ vỏn thộp [5];[7];[11]
Để cú cơ sở thiết kế vũng võy cọc vỏn thộp phải căn cứ vào cỏc yếu tố: - Kớch thước bệ trụ, cao trỡnh đặt bệ trụ
-Tỡnh hỡnh địa chất lũng sụng
- Điều kiện thủy văn: mực nước thi cụng, mực nước cao nhất, mực nước thấp nhất, vận tốc nước, mức xúi chung và mức xúi cục bộ.
-Tỡnh trạng, đặc trưng kỹ thuật của cọc vỏn thộp sử dụng làm vũng võỵ
-Điều kiện thụng thuyền trờn sụng, điều kiện cung ứng vật tư, thiết bị thi cụng..
min 2m >0,7m
0,7-1m
Hỡnh 2-6.Sơđồ khung võy cọc vỏn thộp [11]
- Kớch thước của khung võy trờn mặt bằng được xỏc định chủ yếu từ kớch thước thiết kế của bệ trụ, đồng thời để xột đến điều kiện thi cụng (lắp dựng vỏn khuụn, cốt thộp bệ…)
35
phải đảm bảo khoảng cỏch từ mộp bệ múng đến chõn khung võy là 0,75 đến 1m. Trường hợp múng cú bố trớ cọc xiờn thỡ chõn vũng võy khụng được chạm vào cọc xiờn.
- Chiều cao của khung võy được xỏc định dựa vào mực nước thi cụng và chiều cao bệ trụ. Cao độđỉnh khung võy phải phải cao hơn mực nước thi cụng tối thiểu 0,7m. Khoảng cỏch giữa cỏc tầng khung chống được xỏc định căn cứ vào khả năng chịu lực của cọc vỏn thộp. Cao độ chõn khung võy quyết định tuỳ thuộc vào mức xúi cục bộ,
điều kiện địa chất lũng sụng và tối thiểu phải thấp dưới đường xúi cục bộ là 2m.