6. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
3.2. Lựa chọn cỡ tàu cho cảng giai đoạn 2030÷2050
3.2.1. Đặt vấn đề
Trong quá trình thiết kế quy hoạch cảng mới hay mở rộng nâng cấp cảng cũ, việc tính toán qui mô của cảng để phục vụ một cỡtàu nào đó là rất quan trọng. Tàu gồm nhiều loại, nhiều kiểu, nhiều cỡ mà việc sử dụng chúng với hiệu quả cao phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư lượng hàng, loại hàng, cự li vận chuyển, điều kiện luồng lạch của cảng.
3.2.2. Lựa chọn cỡ tàu cho cảng
Xuất phát từ lợi ích về chi phí vận tải (tàu càng lớn thì chi phí vận tải trên mỗi tấn hàng càng giảm, cụ thể chi phí trên mỗi TEU của tàu công xuất 8.000 TEU chỉ bằng 65% chi phí vận tải của tàu 4.000 TEU) và xu hướng chung của thế giới là tăng tải trọng tàu container (hãng vận chuyển Maesk line đã đóng 30 tàu container trọng tải 200.000 DWT trong đó có 10 tàu đã được đưa vào tuyến vận tải chính của thế giới năm 2014, do đó tàu container tải trọng 100.000 DWT ÷ 130.000 DWT sẽ được triển khai trên những tuyến thứ cấp).
Theo tính toán dự báo lượng container xuất khẩu đi Mỹ qua cảng nước sâu xa bờ Lạch Huyện - Hải phòng giai 2030÷2050 là 16.500 TEU/tuần và nhập khẩu là 15.500 TEU/tuần, do đó có đủlượng hàng cho nhiều tàu mẹ 100.000DWT cập cảng trong mỗi tuần (25÷28 tàu mẹ).
Vị trí cảng nước sâu xa bờ Lạch Huyện - Hải Phòng giai đoạn 2030÷2050 có độ sâu nước tự nhiên từ 16,5m trở lên, do đó rất thích hợp với tàu tải trọng từ 100.000 DWT trở lên.
Trên cơ sở các phân tích ở trên lựa chọn cỡ tàu cho cảng nước sâu xa bờ Lạch Huyện - Hải Phòng giai đoạn 2030 ÷ 2050 là tàu container 100.000 DWT với các thông sốcho dưới bảng 3.3 sau đây:
Bảng 3.3 Kết quả thông số tàu giai đoạn 2030÷2050
Loại tàu Trọng tải
(DWT)
Kích thước
L(m) B(m) T(m)
8.000 TEU 100.000 330 45,5 14,7
3.3. Thông số bến cho cảng giai đoạn 2030÷20503.3.1. Số lượng bến 3.3.1. Số lượng bến
3.3.1.1. Theo giáo trình Quy hoạch cảng - Đại học Hàng Hải
Sốlượng bến Nb được tính theo công thức:
m z c i kd i n i b i K K P K Q N . 12 . 30 . = (3-1) Nbi: Số bến của cảng dùng để xếp dỡ loại hàng thứ i; Kkđ: Hệ sốkhông đều của loại hàng thứ i;
30×12: Số ngày trong một năm;
Pic: Năng suất bốc xếp loại hàng thứ i ở 1 bến trong 1 ngày đêm (T/ngày đêm) p b tp i i c t t D P + = 24 (3-2)
Trong đó:
Ditp: Trọng tải của tàu tính toán dùng để chở loại hàng thứ i; tb : Thời gian bến bận để bốc xếp hàng hoá cho tàu;
tp : Thời gian tàu làm các công tác phụ.; 0,875: Hệ số sử dụng thời gian trong ngày; Pki : Năng suất của 1 máy xếp dỡ;
Nxd : Sốlượng tuyến xếp dỡ trên 1 bến;
Kz : Hệ số bến bận, nó phụ thuộc vào sốlượng tàu đến cảng trong một tháng và sốlượng bến tương hỗ;
Km : Hệ số sử dụng các bến có kểđến sự ngừng trệ sản xuất do điều kiện khí tượng;
720: số giờ trong 1 tháng;
tm : Số giờ cảng ngừng hoạt động trong 1 tháng vì điều kiện khí tượng.
Ktt: Hệ số sử dụng quỹ thời gian của bến, do nguyên nhân thời tiết trong tháng làm việc nhiều nhất, được xác định theo công thức:
720 720 m m t K = − (3-3) Trong đó:
tm: Thời gian tác động của các yếu tố thời tiết trong tháng có lượng hàng căng nhất, mà công tác làm hàng cho tàu tại bến không thể thực hiện được.
3.3.1.2. Theo quy trinh Nhật Bản (Container Terminal Planning - OCCI)
Sốlượng bến Nb được tính theo công thức: f t U C N = (3-4) Trong đó: N: Sốlượng bến yêu cầu;
Uf: Năng xuất bốc xếp của bến trong năm (TEU);
3.3.1.3. Theo “ Tiêu chuẩn thiết kế công nghệ cảng biển”
Sốlượng bến xác định theo công thức:
tt b nd th b K K P Q N .. 30 = (3-5) Trong đó: Nb: Sốlượng bến;
Q th: Khối lượng hàng trong tháng căng nhất; Pnd: Khảnăng thông qua ngày đêm của một bến; Kb: Hệ số bến bận;
Ktt: Hệ số phụ thuộc thời tiết.
3.3.1.4. Các phương pháp kinh nghiệm xác định số lượng bến
Lịch sử hình thành hệ thống cảng biển cũng như hệ thống cảng sông, cảng hồ trên thế giới đã có từ lâu. Chính vì thế tồn tại nhiều phương pháp kinh nghiệm để xách định N:
<1> Chọn N theo các mẫu cảng tương đương đã có sẵn
Dựa vào hàng Q tương đương, tàu tương đương, thiết bị tương đương của một cảng thiết kế mới so sánh với một cảng đã có để chọn ngay số lượng bến N. Muốn thế tư vấn thiết kế phải có nhiều thông tin thống kê số liệu từ các cảng lân cận trong những năm gần nhất.
Cách xác định N này chỉ thích hợp xây dựng một khu bến hoặc một cảng mới cho cảng thương mại, còn đối với cảng phải mở rộng cải tạo mà áp dụng máy móc theo phương pháp này sẽđưa đến tình trạng tàu chờ bến.
<2>Ấn định số lượng bến N theo ý nghĩ chủ quan của chủ sở hữu
Ngày xưa hầu hết các cảng, N được lấy theo phán quyết chủ quan, ban đầu ấn định 1 bến, sau một thời gian xây dựng thêm bến nữa. Giải pháp này thích hợp cho các cảng không có đê chắn song, bể cảng không bị hạn chế, lãnh thổ cũng có diện tích mênh mông.
Ngày nay kiểu ấn định chủ quan này vẫn còn áp dụng cho các trường hợp sau:
Các cảng đảo lần đầu xây dượng mới, do nguồn hàng quá ít, dự báo thiếu căn cứ, nên ấn định ban đầu chỉ có 1 bến hoặc 2 bến.
Cảng tạm dùng cho quá trình thi công một công trình lớn thì ấn định chỉ duy nhất một bến tạm trong phạm vi thời gian ngắn 2÷5 năm.
Cảng địa phương do hạn hẹp kinh tế đầu tư, chủ sở hữu tương lai của cảng ấn định bước đầu chỉ làm 1 bến.
Các cảng khác dọc luồng vận tải, được coi là các bến phụ, không phải là các cảng đầu mối nên chỉ đầu tư mỗi nơi có 1 bến.
Các bến cảng dã chiến thời chiến tranh do gấp thời gian tranh thủ bốc hàng nên tiện đâu đặt bến đấy, thường chỉ có 1 bến vừa dễ ngụy trang đánh lừa địch, hoặc nếu có bịđánh phá thiệt hại sẽ ít nhất.
3.3.1.5. Kết quả
Bảng 3.4 Kết quả sốlượng bến giai đoạn 2030÷2050
TT Hạng mục Công thức
tính toán Đơn vị Thông số
1 Lượng hàng qua cảng Qni Triệu Tấn/1 năm 35.000.000
2 Năng suất bốc xếp hàng hóa Pci T/ng.đêm 43.200
3 Hệ số không đều Kkđi 1,25 4 Hệsố bến bận Kz 0,7 5 Hệ số sử dụng bến km 0,967 6 Số lượng bến Nbi 4,05 7 Chọn N N 4 3.3.2. Chiều dài bến
Theo 22 TCN 207 - 1992: Chiều dài một bến bao gồm chiều dài của tàu tính toán và độ dài dự trữ an toàn để đảm bảo cho tàu vào bến neo đậu và đi khỏi bến một cách thuận lợi, an toàn và nhanh chóng mà không phụ thuộc vào các bến khác.
Chiều dài 1 bến được xác định theo công thức sau:
Lb = Lt + d + e (3-6) d, e: khoảng cách dự trữ an toàn của các tàu;
Lt: chiều dài tàu tính toán.
Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả chiều dài bến theo 3 phương án mặt bằng
TT Phương án Lt(m) d(m) e(m) Lb/1 modul(m) Tổng Lb(m)
1 Phương án 1 330 30 30 720 1.440
2 Phương án 2 330 30 30 720 1.440
3 Phương án 3 330 30 30 1.440 1.410
3.3.3. Cao độ đáy bến
Cao trình đáy bến được tính toán và lựa chọn theo TCVN trên cơ sở nguyên tắc như sau:
Đáp ứng yêu cầu tiếp nhận tàu hàng tổng hợp có trọng tải 100.000 DWT Phù hợp với điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng và quy hoạch phát triển, tận dụng tối đa lợi thếđộ sâu tự nhiên của luồng tàu vào cảng.
Theo tiêu chuẩn thiết kế Công trình bến cảng biển 22 TCN 207-92, chiều sâu đáy bến và khu nước trước bến được xác định theo công thức:
Ho = T + z1 + z2 + z3 + z0 + z4 (3-7) Trong đó:
T - Mớn nước đầy tải của tàu tính toán; Z1 - Dự phòng chạy tàu tối thiểu; Z2 - Dự phòng cho sóng;
Z3 - Dự phòng vận tốc; Z4 - Dự phòng cho sa;
Cao trình đáy bến:
Hđ = MNTTK - H0 (3-8) MNTTK: Mực nước thấp thiết kế
MNTTK = + 0.43 m
Độ sâu chạy tàu được xác định theo công thức:
Hct = T + z1 + z2 + z3 + z0 (3-9)
Bảng 3.6 Kết quảtính toán cao trình đáy bến
Tàu (DWT) T (m) Z1 (m) Z2 (m) Z0 (m) Z4 (m) Hct(m) H0 (m) CTĐB (m) CTĐB chọn(m) 100.000 14,7 0,588 0,06 1,183 0,4 16,531 16,901 -16,47 -16,5
Dựa vào kết quả tính toán cao trình đáy bến ở bảng 3.1 để không phải nạo vét khu nước và luồng vào cảng thì cảng cần thiết phải đặt ở khu vực có độ sâu nước đảm bảo cao độđáy bến là -16,5m.
3.3.4. Cao trình đỉnh bến
Căn cứ vào chếđộ thủy triều và đường tần xuất mực nước, cao độ đỉnh bến được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế công nghệ cảng biển:
Tiêu chuẩn chính:
Hb = H50% + Dh1 (3-10) Hb = 1,95 + 2 = 3,95 (m)
Tiêu chuẩn kiểm tra:
Hb = H1% + Dh2 (3-11) Hb = 3,55 + 1 = 4,55 (m)
Trong đó:
H50% : Mực nước giờứng với suất bảo đảm P = 50%; H1%: Mực nước giờứng với suất bảo đảm P = 1% ; Dh1: Độnhô cao đỉnh bến lấy tương ứng bằng 2m; Dh2: Độ nhô cao đỉnh bến lấy tương ứng bằng 1m.
Dựa vào kết quả tính toán ở trên tác giảđưa ra bảng tính toán kiểm tra cao độ đỉnh bến theo một số tiêu chuẩn nước ngoài khác:
Bảng 3.7 Cao độđỉnh bến theo một số tiêu chuẩn nước ngoài
TT Tài liệu áp dụng Mực nước tính toán Độ vượt cao (cm) Cao độ đỉnh bến (m) Tên Giá trị (cm) 1
Quy trình thiết kế công nghệ cảng biển
P1% 355 100 +4,55m
P50% 195 200 +3,95m
2
British Standard Code of Pracactice for Maritime
Structures
Mực nước
khai thác 355 150 5,05m
3
Recommendations of the Committee for Waterfront
Structures Harbours and Waterways – EAU 1990 Mực nước khai thác trung bình 195 150÷250 +3,45m +4,45m 4
Port Design - Guidelines and Recommendations (Cal A.Thoresen). Mực nước cao nhất quan trắc được 421 50 +4,71m
Căn cứ các kết quảtính toán trên và có xét đến khả năng nước biển dâng do biến đổi khí hậu toàn cầu, chọn cao độđỉnh bến là +5,5m.
3.3.5. Diện tích kho bãi container
Cỡ tàu cập cảng : 100.000 DWT
Thời gian lưu bãi của container : tính trung bình cho các loại là 6 ngày. Tỷ lệ hàng container lạnh : 10%;
Tỷ lệ hàng container rỗng : 25%; Chiều cao xếp container : 6 tầng;
Hệ số sử dụng diện tích n = 0,7 (công nghệ dùng RTG trên bãi);
Theo tài liệu OCDI, diện tích bãi chứa container có hàng xác định theo công thức sau:
A: Diện tích bãi chứa container (m2); My: Sốcontainer qua bãi hàng năm(TEU); Dy: Số ngày làm việc trong năm (ngày); Dw: Thời gian lưu bãi (ngày);
Mi: Một nửa số container trung bình của đoàn tàu đến cảng; p: Hệ sốkhông đều (cao điểm);
L: Số lớp xếp container;
a: Diện tích một container chiếm chỗ;
n: Hệ số sử dụng diện tích phụ thuộc vào sơ đồ công nghệ.
Bảng 3.8 Diện tích bãi container
TT Hạng mục Đơn vị Cont LạnhCont Cont rỗng
1 Lượng hàng qua bãi My TEU 1.682.785 258.890 647.225
2 Số ngày làm việc trong năm Dy ngày 365 365 365
3 Thời gian lưu bãi Dw ngày 6 6 6
4 Một nửasố container của tàu Mi TEU 4.000 4.000 4.000 5 Hệsố không đều (cao điểm) p 1,3 1,3 1,3
6 Sốlớpxếp container L 6 6 6
7 Diện tích một container chiếmchỗ a m2 14,84 14,84 14,84 8 Hệsốsửdụngdiện tích phụthuộc
công nghệ 0,7 0,7 0,7
9 Diện tích bãi container m2 145.435 37.921 67.243
10 Tổng diện tích bãi container 250.600
12) - (3 ) . .( . Dy p My Dw Mi L n a A= +
3.3.6. Kết cấu cầu tàu
Kết cấu cầu tàu dạng bệ cọc cao đài mềm gồm hệ dầm bản bê tông cốt thép trên nền cọc bê tông cốt thép dựứng lực D800 dài 50m.
Nền cọc: Là các cọc bê tông cốt thép ứng suất trước D800 chiều dài 50m, bước cọc theo phương ngang bến và phương dọc bến là 8m. Riêng hàng cọc phía sau bến là hàng cọc cừ loại W740 chiều dài 40m đóng liên tục để có tác dụng chắn sóng.
Hệ dầm của cầu tàu gồm các dầm dọc và ngang bê tông cốt thép mác M400 đổ tại chỗ. Cả dầm dọc, dầm ngang đều có tiết diện BxH là 120cmx180cm, riêng dầm cầu trục có tiết diện 160cm x200cm.
Bản mặt cầu là các tấm panel bê tông cốt thép dựứng lực đúc sẵn dày 40cm bên trên có lớp bê tông cốt thép dày 15cm.
Bích neo tàu: Bố trí bích neo tàu 150T được bố trí chạy dọc theo tuyến bến với khoảng cách 40m một bích. Đệm tựa tàu dùng đệm CSS được lắp đặt trên bến với khoảng cách đệm là 16m.
Tường chắn sóng: Trên mặt cầu phía sau bến có bố trí tường chắn sóng kết cấu bê tông cốt thép, cao 7m chạy bao quanh dầm biên ngoài của bến.
Tải trọng khai thác mặt bến: cầu trục giàn Gantry Crane với khoảng cách giữa 2 đường ray cho mỗi cần trục là 30m.
3.3.7. Luồng tàu và vũng quay tàu
3.3.7.1. Luồng tàu
Theo báo cáo chi tiết dự án cảng Lạch Huyện - Hải Phòng luồng chính cần có chiều rộng là 3,5B để tàu có thể ra vào cảng trong bất cứđiều kiện thủy triều nào trong điều kiện thời tiết bình thường:
BL = 3,5Bt = 159,25(m) (3-13) Chọn BL = 160(m)
Để các khu vực luồng có thể phục vụ 2 chiều tàu ra và vào cảng tác giả lựa chọn chiều rộng tuyến luồng là 300m.
3.3.7.2. Khu quay tàu
Theo giáo trình Quy hoạch cảng - Đại học Hàng Hải khu quay trở tàu được tính đến có sự hỗ trợ lai dắt đường kính quay tàu được lấy bằng 2 lần chiều dài tàu: Dqv = 2Lt = 660(m) (3-14)
3.4. Quy hoạch đêchắn sóngcho cảng giai đoạn 2030÷20503.4.1. Nguyên tắc chung 3.4.1. Nguyên tắc chung
Quy hoạch một bể cảng ngoài biển hở là thiết lập được một mặt bằng các tuyến đê chắn sóng tối ưu và hiệu quả thỏa mãn được cả 6 nguyên tắc:
Tạo ra sự yên lặng cần thiết
Tạo cho bể cảng bị bồi lắng ít nhất
Có diện tích hữu hiệu lớn nhất và đủ diện tích cho bố trí tất cả các hạng mục công trình
Có khả năng mở rộng, nâng cấp trong tương lai Thỏa mãn yêu cầu phát triển môi trường bền vững Có giá thành hợp lý
Xét theo các tiêu chí kỹ thuật thì 2 nguyên tắc: Tạo ra sự yên lặng cần thiết và tạo cho bể cảng ít bồi lắng nhất là cốt lõi phải thỏa mãn trước sau đó mới xét đến các nguyên tắc còn lại.
3.4.2. Kết quả quy hoạch
3.4.2.1. Quy mô đê chắn sóng
Quy mô đê chắn sóng của 3 phương án mặt bằng thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.9 Chiều dài đê chắn sóng theo các phương án mặt bằng
Phương án Chiều dài đê chắn sóng (m)
Mặt bằng 1 1.227; 1.227; 1.364; 1.364; 1.612; 1.660, 1.660
Mặt bằng 2 8.917
3.4.2.2. Kết cấu đê chắn sóng
Lựa chọn kết cấu đê chắn sóng cho cả 3 phương án xa bờ là hai hàng cừ bê tông cốt thép dự ứng lực W740 dài 30m, liên kết với nhau bởi dầm mũ và hệ dầm giằng bê tông cốt thép, khoảng cách giữa hai hàng cừ là 15m. Giữa 2 hàng cọc cừ bơm đầy cát.