*- StreetCrewTQ -*
Admin
Tổng số bài gửi : 69
Points : 201
Số lần thank : 3
Join date : 01/02/2012
Age : 33
 |  Tiêu đề: Công nghệ mới trong thiết kế xây dựng công trình ngăn sông  Mon Mar 12, 2012 9:01 am | #1
|  | |  |  | Tiêu đề:
 | |  | | Ứng dụng công nghệ mới trong thiết kế xây dựng công trình ngăn sông trong tình hình biến đổi khí hậu ngày nay
GS.TS. Trương Đình Dụ; PGS.TS. Trần Đình Hoà;
Ths. Trần Văn Thái; Ths. Thái Quốc Hiền; Ths. Trần Minh Thái
Viện Thủy công
1. GIỚI THIỆU CHUNG:
Biến
đổi khí hậu toàn cầu ảnh hưởng xấu đi nhanh hơn so với dự báo của các
nhà khoa học, hạn hán khốc liệt và nước biển dâng nhanh trong khi hệ
thống đê biển còn yếu và đập ngăn cửa sông đang còn để ngỏ nhiều là
những vấn đề lớn không chỉ riêng đối với ngành Nông nghiệp và phát triển
Nông thôn. Việc nghiên cứu đề xuất phương án kết cấu và giải pháp xây
dựng các công trình ngăn sông mới vừa đảm bảo ngăn mặn, ngăn nước biển
dâng, vừa đảm bảo tạo nguồn nước ngọt nhưng không được làm xấu đi vấn đề
thoát lũ qua công trình có một ý nghĩa chiến lược rất quan trọng trong
phát triển kinh tế xã hội.
[You must be registered and logged in to see this link.]
Đặc
điểm của công trình thuỷ lợi nói chung khác với các công trình giao
thông, xây dựng là ngoài chịu tải trọng đứng còn phải chịu tải trọng
ngang, thành phần tải trọng ngang trong công trình thủy lợi thường rất
lớn, phụ thuộc nhiều vào cột nước trước và sau công trình. Trong khi đó
thông thường các kết cấu nền móng chịu tải trọng đứng lớn hơn rất nhiều
lần tải trọng ngang. Đây là điều bất lợi nhất đối với các công trình
thuỷ lợi vùng ĐBSCL phần lớn có địa chất nền mềm yếu, sông rộng và sâu.
Vì
vậy, để xây dựng công trình ngăn sông vùng ĐBSCL, nhất là đối với các
công trình ngăn sông lớn cần có tư duy bố trí kết cấu công trình mới,
các phương pháp tính toán khác với các phương pháp thông thường, phải có
một sự đột phá mạnh mẽ về công nghệ xây dựng, vật liệu và thiết bị.
Trong
khuôn khổ bài báo này chúng tôi giới thiệu 4 công nghệ mới đã, đang và
có thể áp dụng cho xây dựng công trình ngăn sông hiệu quả cho vùng ĐBSCL
bao gồm: Công nghệ Đập Xà Lan di động, đập Trụ Đỡ, đập Trụ Phao, đập Xà
lan liên hợp. Tuỳ thuộc và điều kiện tự nhiên, kỹ thuật cụ thể để lựa
chọn 1 trong 4 công nghệ này một cách hợp lý.
[You must be registered and logged in to see this link.]
2. CÔNG NGHỆ ĐẬP XÀ LAN DI ĐỘNG
2.1. Nguyên lý, kết cấu:
a. Nguyên lý:
Ổn
định lún: ứng dụng kết cấu tối ưu dầm bản nhẹ để ứng suất lên nền nhỏ
hơn ứng suất cho phép của đất nền mềm yếu, không phải xử lý nền.
[Chỉ
có thành viên mới có thể nhìn thấy links. Bạn hãy nhấn vào đây để đăng
ký...] Ổn định trượt, lật: dùng ma sát đất nền với đáy công trình và đất
đắp mang cống với tường bên.
Ổn định thấm: Theo nguyên lý đường viền ngang dưới đáy công trình.
Ổn
định xói: mở rộng khẩu độ cống để lưu tốc sau cống nhỏ hơn lưu tốc xói
cho phép của đất tự nhiên mềm yếu nên chỉ cần gia cố đơn giản.
b. kết cấu công trình:
Dạng 1( Hộp phao kín):
Đáy
và trụ pin dạng hộp với kết cấu bản sườn và khung chịu lực tối ưu. Vật
liệu chế tạo Xà lan là vật liệu xây dựng thông dụng như bê tông cốt
thép, thép, composite. Hộp đáy xà lan được chia làm nhiều khoang hầm.
Mỗi công trình có thể bao gồm 1 Xà lan với khẩu độ của van từ 4 ¸ 30m
hay nhiều Xà lan liên kết với nhau bằng kết cấu kín nước tuỳ theo chiều
rộng của sông.
Dạng 2 (hộp bản sườn):
Bản đáy và trụ pin có kết
cấu bản sườn đổ liền khối, hai đầu thượng hạ lưu cống là vị trí lắp đặt
của van hoặc khe phai, thân cống và phai hai đầu tạo thành một hộp kín
nước xung quanh nhưng hở mặt trên, vì vậy cống có thể nổi trên mặt nước
và di chuyển đến vị trí xây dựng công trình.
Cửa van sử dụng trong công trình có thể là cửa Clape, cửa van cung, cửa van cao su, cửa tự động, cửa phẳng…
2.2. Giải pháp thi công:
Chế tạo Xà lan:
- Đập Xà lan được chế tạo trong nhà máy, hố đúc sẵn, hay trên ụ nổi tại một vị trí thuận lợi để không cần giải phóng mặt bằng.
- Lắp đặt của van và thiết bị vận hành cho công trình.
- Cho nước vào hố đúc và làm nổi đập để di chuyển đến vị trí lắp đặt công trình.
Lắp dựng công trình:
- Hố móng công trình được đào bằng tàu hút bùn và làm phẳng bằng máy chuyên dụng.
- Dùng tàu kéo lai dắt đập Xà lan từ nơi chế tạo đến vị trí công trình.
- Di chuyển đập Xà lan vào vị trí đã xác định, bơm nước vào các khoang hầm để đánh chìm đập.
- Đắp đất mang cống, lát bảo vệ mái thượng hạ lưu công trình.
2.3. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật xã hội:
[Chỉ
có thành viên mới có thể nhìn thấy links. Bạn hãy nhấn vào đây để đăng
ký...] - Giá thành rẻ, chi phí cho đập Xà lan chưa đến 40% so với cống
truyền thống có cùng điều kiện.
- Khả năng di chuyển của công trình
trong trường hợp thay đổi vị trí tuyến do yêu cầu chuyển đổi sản xuất
không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn làm lợi kinh tế rất nhiều do
sử dụng lại kết cấu công trình và không mất chi phí phá dỡ.
- Thi công nhanh, giảm được diện tích chiếm đất xây dựng công trình
- Công trình mang tính kiên cố bền vững, quản lý vận hành dễ dàng.
- Đập Xà lan di động có thể chế tạo lắp đặt theo tính chất công nghiệp.
-
Đập xà lan được thi công lắp đặt ngay trên lòng sông vì thế không phải
đền bù giải phóng mặt bằng, di dời nhà cửa để xây dựng công trình như
công nghệ truyền thống.
- Đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế của
khu vực chịu ảnh hưởng triều để nâng cao đời sống nhân dân, góp phần ổn
định tình hình xã hội ở vùng ven biển.
- Do mở rộng khẩu độ nên tăng
khả năng tiêu thoát lũ và bảo vệ môi trường cho khu vực tốt hơn so với
đập tạm và cống truyền thống.
3. CÔNG NGHỆ ĐẬP TRỤ ĐỠ
Công trình Thảo Long khi hoàn thành
3.1. Nguyên lý , kết cấu:
a. Nguyên lý:
Ổn định công trình: bằng hệ thống cọc cắm sâu vào nền
Ổn định thấm: Chống thấm theo nguyên lý đường viền đứng bằng bản cừ, không cần làm bản đáy.
Ổn
định xói: Mở rộng khẩu độ cống để tăng khả năng thoát lũ, đồng thời
giảm nhỏ và phân bố đều lưu tốc sau hạ lưu nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép
của đất nền.
b. Kết cấu:
Đập trụ đỡ là công trình ngăn sông bao
gồm các trụ bằng bê tông cốt thép, các trụ này chịu lực cho toàn bộ công
trình, móng trụ là các cọc cắm sâu vào nền, giữa các trụ có dầm đỡ van
liên kết với trụ, dưới dầm đỡ van và trụ là cừ chống thấm đóng sâu vào
nền, các thanh cừ liên kết với nhau, đỉnh cừ liên kết với dầm đỡ van và
trụ, trên dầm đỡ van là cửa van kết hợp với các trụ để ngăn và điều tiết
nước.
[Chỉ có thành viên mới có thể nhìn thấy links. Bạn hãy nhấn
vào đây để đăng ký...] Trụ pin của công trình liên kết trực tiếp với hệ
thống cọc hoặc thông qua bệ đỡ. Hệ thống cọc có thể là cọc bê tông cốt
thép thường đúc sẵn hoặc cọc bê tông cốt thép dự ứng lực hoặc cọc ống bê
tông cốt thép đúc ly tâm hoặc cọc khoan nhồi hoặc cọc ống thép nhồi bê
tông cốt thép.
Dầm đỡ van nhận một phần lực do cửa van tác dụng và
truyền về các trụ. Dầm đỡ van có kết cấu dầm hoặc hộp phao được đúc sẵn
rồi lắp ghép vào vị trí, hoặc đúc tại chỗ.
Cừ chống thấm được đóng
liên tục giữa hai bờ tạo thành vách đứng ngăn nước thấm dưới đáy công
trình, cừ liên kết vào đáy dầm đỡ van và trụ, cừ có thể được làm bằng
thép, nhựa, compozite, bê tông cốt thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng
lực.
Cửa van sử dụng trong đập trụ đỡ có thể là cửa van sập trục
trên, của van sập trục dưới, cửa van phẳng, cửa van cánh cửa tự động
thuỷ lực, cửa van cung, cửa van cao su hay cửa van phao các loại, cửa
van được vận hành đóng mở bằng thiết bị đóng mở.
Đập trụ đỡ có thể
kết hợp làm cầu giao thông với tất cả các kết cấu cầu thông dụng, nhịp
cầu phụ thuộc vào khả năng chế tạo cửa van.
Đập trụ đỡ đựơc thiết kế
mở rộng khẩu độ thoát nước vì vậy lưu tốc qua công trình nhỏ hơn lưu tốc
xói cho phép của đất nền nên gia cố chống xói cho thượng hạ lưu chỉ cần
bằng thảm đá hoặc tấm BTCT.
3.2. Giải pháp thi công:
Ngoài các
giải pháp truyền thống thi công cho công trình thuỷ lợi, đập trụ đỡ còn
được thi công theo công nghệ tiên tiến trong khung vây cọc ván thép,
trong thùng chụp hoặc hoàn toàn dưới nước đây chính là tính ưu việt của
sáng chế.
+ Thi công trong khung vây cọc ván thép:
Các kết cấu
cọc, cừ chống thấm có thể được thi công bằng hệ nổi trong nước, lắp dựng
hệ khung chống cừ ván thép bao quanh vị trí trụ, dầm đỡ van, hút khô
nước bên trong và thi công các kết cầu còn lại, tháo dỡ khung vây cọc
ván thép, gia cố thượng hạ lưu công trình và cuối cùng lắp đắt cửa van.
+ Thi công bằng thùng chụp:
Các
kết cấu cọc, cừ chống thấm, dầm van được thi công bằng hệ nổi trong
nước, dùng thùng chụp bao quanh vị trí trụ để thi công trụ và các kết
cầu còn lại, tháo dỡ thùng chụp, gia cố thượng hạ lưu công trình và cuối
cùng lắp đặt cửa van.
+ Thi công hoàn toàn dưới nước:
Các kết cấu
cọc, cừ chống thấm, dầm đỡ van, khe van được thi công bằng hệ nổi trong
nước, riêng dầm đỡ van dạng hộp phao thì có thể kết hợp lắp đặt cửa van
lên trên truớc rồi lắp đặt vào vị trí. Phần cọc nhô lên trên mặt nước
được liên kết với nhau tạo thành trụ chịu lực, phần cọc dưới nước có thể
đổ bê tông trong nước, thi công các kết cầu còn lại, gia cố thượng hạ
lưu công trình và cuối cùng lắp đặt cửa van.
3.3. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật xã hội:
-
Đảm bảo khả năng thoát lũ gần như khi chưa có công trình, nghĩa là ít
làm thay đổi môi trường do không gây ngập lụt thượng lưu. Nhờ tiết
diện tháo lũ lớn nên ít gây diễn biến lòng sông phía hạ lưu như các
công trình cũ.
- Công trình được xây dựng ngay trên lòng sông, không
phải dẫn dòng, không phải làm đê quai nên không phải đền bù đất xây
dựng công trình tạm thời và công trình vĩnh viễn như công nghệ truyền
thống.
- Công trình kết hợp được cả công trình thủy lợi và cầu giao
thông đường bộ với qui mô lớn nên ý nghĩa kinh tế - xã hội lại càng lớn,
tránh tình trạng tách rời gây lãng phí trong xây dựng hạ tầng cơ sở.
-
Giảm được khối lượng xây lắp, ở những công trình ngăn sông rộng trên
100m thì giá thành thấp hơn khoảng 15-50% so với công trình truyền thống
cùng điều kiện.
4. CÔNG NGHỆ NGĂN SÔNG LỚN
Qua
thực tế thi công áp dụng hai công nghệ đập trụ đỡ và xà lan, chúng tôi
đang tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện, nâng cao các công nghệ này và đề
xuất một số dạng kết cấu công trình phù hợp, có tính khả thi cao để ngăn
các cửa sông lớn, cột nước sâu như sông Hàm Luông, sông Cái Lớn.
[Chỉ
có thành viên mới có thể nhìn thấy links. Bạn hãy nhấn vào đây để đăng
ký...] Hoàn toàn khác với các sông vừa và nhỏ, các cửa sông lớn đều rất
sâu từ 10 đến 25m, lòng sông rộng do vậy việc bố trí công trình phải xem
xét đến vấn đề giao thông thủy bộ. Những công trình này phải mở rộng
khẩu độ tối đa từ 30 đến 40m. Đập phao liên hợp, trụ phao là những giải
pháp kỹ thuật xây dựng công trình ngăn sông trong điều kiện cột nước
sâu, công trình chịu sự chênh lệch mực nước lớn. Đây là dạng kết cấu lắp
ghép nhẹ để có thể dễ dàng di chuyển trong nước nhưng vẫn đảm bảo bảo
khả năng chịu lực.
Các trụ chịu lực có thể được thi công liền khối
với hộp đáy hoặc tách rời ra phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền. Móng
công trình là cọc khoan nhồi, cọc ống ly tâm đường kính lớn hoặc cọc
BTCT dự ứng lực.
Cũng như các loại công trình truyền thống, các giải
pháp công trình mới hoàn toàn có thể lắp đặt các loại cửa van cung, của
van phẳng hay Clape, tuy nhiên các loại của van này đều có kết cấu khung
dầm dàn và hàn mặt tạo thành các hộp phao rông giáp cửa van vận hành an
toàn và linh hoạt.
4.1 Công nghệ đập Trụ Phao
a. Kết cấu:
-Trụ pin:
Trụ
pin có kết cấu dạng phao rỗng bao gồm phần trụ và hộp đáy với lớp vỏ bê
tông bản mỏng chất lượng cao. Bên trong trụ pin là tổ hợp các khoang
nhỏ có kết cấu không gian dạng dầm cột hoặc tường vách vừa đảm bảo khả
năng ổn định về kết cấu, vừa đảm bảo trọng lượng bản thân để trụ pin có
thể dễ dàng di chuyển trong nước. Phía dưới trụ phao là hệ thống cọc đã
được đóng sẵn.
[Chỉ có thành viên mới có thể nhìn thấy links. Bạn hãy nhấn vào đây để đăng ký...]
Trụ
pin là kết cấu nhận lực từ cửa van và cầu giao thông sau đó truyền
xuống nền công trình thông qua hệ đài cọc. Ngoài ra trụ pin còn kết hợp
với cửa van để ngăn nước và có bộ phận liên kết với dầm van. Trên trụ
pin có bố trí các thiết bị đóng mở cửa van, trụ cầu giao thông,.v.v..
Trong các công trình ngăn sông lớn, do yêu cầu mở rộng khẩu độ cống, cột
nước sâu và chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cao nên kết cấu trụ pin
là rất lớn.
- Dầm đỡ van
Dầm đỡ van là bộ phận nằm giữa 2 trụ pin,
liên kết với trụ dạng khớp. Dầm nhận một phần lực do cửa van truyền lên
(khi công trình ngăn nước) và truyền về 2 trụ. Trong trường hợp ngăn
sông lớn do yêu cầu mở rộng khẩu độ nên dưới dầm van cần phải bố trí
thêm hệ cọc chịu lực, lúc này dầm van đóng vai trò trung gian truyền lực
xuống nền công trình thông qua hệ cọc. Dầm đỡ van cũng là kết cấu có
dạng phao rỗng và được thi công hạ chìm tương tự như trụ phao.
Ngoài
các yêu cầu về khả năng chịu lực, dầm van còn kết hợp với trụ pin, cửa
van tạo thành một hệ kín có tác dụng ngăn và điều tiết nước cho công
trình.
Với kết cấu dạng hộp rỗng nhẹ và có thể di chuyển trên sông
nên khi tính toán thiết kế ngoài việc ổn định về mặt kết cấu cần lưu ý
đến ổn định, độ nổi, đảm bảo an toàn của hộp phao trong quá trình di
chuyển trong nước. Trọng lượng bản thân cũng như kích thước bản đáy sẽ
ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng nổi và tính thuận lợi của hộp phao khi
di chuyển và đánh đắm.
b. Biện pháp thi công: Trụ phao được chế
tạâotị một địa điểm khác, di chuyển đến vị trí thi công hạ chìm vào vị
trí. Sau khi định vị, căn chỉnh, tiến hành đổ bê tông gắn kết hệ cọc với
trụ phao. Một số phương án kết cấu trụ ứng với các loại cửa van khác
nhau như sau:
4.2. Công nghệ đập Xà lan liên hợp
a. Nguyên lý, kết cấu:
Như
đã phân tích ở trên việc thi công các công trình ngăn sông lớn theo
phương án lắp ghép các cấu kiện trong nước sẽ có tính khả thi và mang
lại hiệu quả kinh tế cao hơn các phương án thi công tại chỗ khác. Công
nghệ đập Xà lan Liên hợp đã được phát triển tư duy và nguyên lý đó. Tuy
nhiên, điểm khác biệt của kết cấu xà lan trong trường hợp này so với
công nghệ xà lan đã được ứng dụng rộng rãi trước đó là phải bổ sung gia
cố nền móng dưới đáy xà lan bởi hệ cọc chịu lực. Vì bản thân trọng lượng
và chiều dài (dọc theo dòng chảy) của xà lan không thể đủ để đảm bảo ổn
định lật, trượt và lún cho công trình. Về mặt tổng thể, xà lan ngăn
sông lớn gồm có hộp đáy và các trụ pin bằng bê tông cốt thép có kết cấu
tường bản sườn tạo thành hộp phao rỗng, bên trong hộp đáy và hộp trụ pin
được chia thành các khoang nhỏ bời hệ thống tường, vách ngăn có chiều
dày đảm bảo khả năng chịu lực. Xà lan nổi, di chuyển được trên mặt nước
và được hạ chìm xuống nền đã được gia cố và đóng sãn hệ cọc chịu lực và
định vị. Thông thường với các sông rộng, do chiều dài tuyến công trình
thường khá lớn, vì vậy nên xà lan được chia thành nhiều đơn nguyên
(Modul) xà lan nhỏ, chúng được lắp ghép và liên kết lại với nhau. Việc
này giúp cho quá trình thi công, di chuyển và đánh chìm xà lan thuận lợi
hơn, đồng thời tạo ra những khớp nối mềm giữa các đơn nguyên để triệt
tiêu ứng suất sinh ra do chênh lệch lún.
Đập phao liên hợp có kết cấu
chính bao gồm các trụ pin, bản đáy, cửa van điều tiết liên kết lắp ghép
với nhau tạo thành công trình ngăn sông.
i. Trụ pin, bản đáy
Để
thi công lắp ghép được ở trong nước thì kết cấu trụ, bản đáy được bố
trí, thiết kế tối ưu vừa đảm bảo khả năng chịu lực trong từng giai đoạn
thi công cũng như khi hoàn thiện công trình đưa vào khai thác sử dụng
vừa có thể dễ dàng di chuyển và lắp đặt vào vị trí.
Về cách thức liên kết giữa trụ pin và bản đáy, đập phao liên hợp được chia làm hai dạng:
Dạng
1: Hộp đáy, trụ pin liền khối với nhau tạo thành một đơn nguyên xà lan
hoàn chỉnh, có thể kết hợp nhiều khoang cống trên một đơn nguyên để giảm
số lượng đơn nguyên trong một công trình (Hình vẽ 1).
Dạng 2: Hộp dầm đáy, trụ pin tách rời nhau, sau đó được lắp ghép và liên kết khớp tại vị trí công trình (Hình vẽ 2).
ii. Nền móng.
Nền
móng chịu toàn bộ tải trọng (bao gồm trọng lượng bản thân và các ngoại
lực tác dụng) mà công trình truyền xuống. Tuỳ theo điều kiện làm việc
cũng như dạng kết cấu của mỗi công trình mà các hình thức gia cố nền sẽ
khác nhau. Nền được thi công hoàn toàn trong nước bằng các thiết bị trên
hệ nổi bảo gồm các công việc như: nạo vét hố móng, rải lớp đệm, đầm và
làm phẳng hố móng, thi công cọc (nếu nền được gia cố bằng cọc). Nền phải
được hoàn thiện và kiểm tra kỹ trước khi lắp đặt các kết cấu bên trên.
b. Biện pháp thi công lắp đặt:
Các
đơn nguyên được được chế tạo trong hố móng ở một vị trí thuận lợi. Sau
khi chế tạo xong, hố móng sẽ được cho đầy nước để tầu kéo có thể vào đưa
các đơn nguyên này di chuyển theo đường dẫn đến vị trí công trình. Tại
đó, các đơn nguyên sẽ được căn chỉnh và định vị chính xác vào vị trí bởi
hệ thống neo định vị, sau đó tiến hành bơm nước vào các khoang để chúng
từ từ chìm xuống theo hệ thống dẫn hướng và đặt lên nền đã được chuẩn
bị sẵn hoặc khớp vào các kết cấu khác đã được lắp đặt trước đó.
Sau khi kiểm tra và căn chỉnh lại cao độ cho đúng với thiết kế, tiến hành liên kết chúng với hệ thống cọc và với nền.
Đập phao liên hợp còn có thể kết hợp làm âu thuyền, cầu giao thông để đảm bảo về giao thông thuỷ, bộ nếu có yêu cầu.
5. KẾT LUẬN
Giải
pháp công trình thi công trong nước (không phải đắp đê quai, dẫn dòng
thi công) là một hướng nghiên cứu mới, hiện đại phù hợp với thực tế, có
tính khả thi cao mang lại hiệu quả kinh tế xã hội rất lớn. Đập Trụ đỡ,
đập Xà lan di động, Đập Trụ Phao, đập Xà lan liên hợp là những công nghệ
ngăn sông mới đã đang và có nhiều triển vọng ứng dụng cho thiết kế, xây
dựng các công trình mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao.
Tài liệu tham khảo:
1.
Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài “Nghiên cứu công nghệ để
thiết kế, xây dựng công trình ngăn sông lớn vùng triều”, Viện Khoa học
Thuỷ lợi Việt nam, 12/2008.
2. PhD.Truong Dinh Du, PhD.Tran Dinh Hoa,
Msc.Tran Van Thai, Msc.Thai Quoc Hien “Application new technologies for
barrier construction in Viet Nam” Second International Symposium on
Water Resources and Renewable Energy Development in Asia 2008. | |  | |  |
| |  | |  |
|
|
Trang Chính 
