(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Giải Pháp Tăng Cường Ổn Định Khung Vây Phục Vụ Thi Công Đập Trụ Đỡ Ở

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn

GS.TS Trương Đình Dụ đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn

tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi về sự

giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường.

Cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và đê

điều – Viện Thủy Công - Viện khoa học Thuỷ lợi Việt Nam là những người đã sát

cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu. Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ

môn Đập Trụ đỡ, các đồng nghiệp thuộc nhóm thực hiện phản biện dự án cống Mương

Chuối đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay và cung cấp nhiều thông tin bổ ích.

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia

đình đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn

thành luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Phạm Đức Hưng

BẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên: Phạm Đức Hưng

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định khung vây

phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn”.

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả

nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào

khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật

nào của Khoa và Nhà trường.

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Học viên cao học

Phạm Đức Hưng

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU.................................................................................................. 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................... 5

1.1. Giới thiệu chung công nghệ Đập trụ đỡ:.................................................................5

1.1.1. Hoàn cảnh ra đời: .................................................................................................5

1.1.2. Kết cấu, nguyên lý làm việc của Đập Trụ đỡ :.....................................................5

1.1.2.1. Kết cấu Đập trụ đỡ : ..........................................................................................5

1.1.2.2. Nguyên lý làm việc : .........................................................................................7

1.1.3. Tình hình ứng dụng ngoài thực tế :......................................................................7

1.2. Tổng quan về khung vây thi công:..........................................................................9

1.2.1. Khái niệm khung vây thi công :...........................................................................9

1.2.2. Cấu tạo khung vây:...............................................................................................9

1.2.3. Một số dạng khung vây thi công trụ cầu giao thông:.........................................11

1.2.3.1. Khung vây cọc ván thép truyền thống: ...........................................................11

1.2.3.2. Khung vây sử dụng cọc ống thép:...................................................................16

1.2.3.3. Khung vây cọc ống thép dạng giếng (Móng cọc SPSP). ................................17

1.2.4. Khung vây thi công công trình ngăn sông: ........................................................19

1.2.5. Nhận xét: ............................................................................................................25

1.3. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn:...............................................................26

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH TỔNG

THỂ KHUNG VÂY PHỤC VỤ THI CÔNG ĐẬP TRỤ ĐỠ Ở CÁC SÔNG CÓ

CỘT NƯỚC LỚN .............................................................................................. 27

2.1. Quy hoạch xây dựng công trình ngăn sông lớn: ...................................................27

2.2. Các giải pháp kết cấu khung vây móng Đập trụ đỡ có cột nước sâu:...................30

2.2.1. Giải pháp khung vây truyền thống cừ ván thép: ................................................30

2.2.2. Giải pháp kết cấu khung vây bằng cọc ống thép : .............................................31

2.3. Lựa chọn kết cấu khung vây thi công móng Đập trụ đỡ cột nước sâu: ................31

2.4. Nghiên cứu giải pháp tăng cường ổn định kết cấu khung vây:.............................32

2.4.1. Sơ đồ kết cấu khung vây cải tiến: ......................................................................33

2.4.2. Nguyên tắc làm việc của các bộ phận kết cấu: ..................................................33

2.5. Phương pháp tính toán kết cấu khung vây cừ ván thép [5];[7];[11] : .........................34

2.5.1. Tải trọng tính toán:.............................................................................................35

2.5.2. Tính chiều dày lớp bê tông bịt đáy: ...................................................................35

2.5.3. Tính ổn định chống lật của tường cọc ván thép [5];[7];[11] :..................................36

2.5.4. Tính toán độ bền các bộ phận của khung vây [5];[7];[11] :.....................................37

2.5.4.1. Kiểm tra độ bền của cọc ván thép:..................................................................37

2.5.4.2. Tính toán vành đai (khung chống):.................................................................37

2.5.4.3. Tính toán thanh chống:....................................................................................38

2.5.4.4. Tính toán cọc định vị (cột chống) ...................................................................38

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU KHUNG VÂY CẢI TIẾN CHO CÔNG

TRÌNH CỐNG MƯƠNG CHUỐI ..................................................................... 41

3.1. Tổng quan về công trình cống Mương Chuối [8] :.................................................41

3.1.1. Vị trí công trình :................................................................................................41

3.1.2. Tóm tắt nội dung quyết định đầu tư...................................................................42

3.1.3. Đặc điểm địa chất công trình : ...........................................................................45

3.2. Bố trí tổng thể công trình: .....................................................................................51

3.3. Các phương án kết cấu khung vây: .......................................................................53

3.4. Kết cấu khung vây cải tiến :..................................................................................54

3.5. Tính toán kiểm tra ổn định kết cấu khung vây cải tiến:........................................55

3.5.1. Tính toán chiều dày bê tông bịt đáy:..................................................................55

3.5.2. Tính toán kiểm tra kết cấu khung vây [11]: ........................................................59

3.5.2.1. Điều kiện ổn định của khung vây: ..................................................................59

3.5.2.2. Tính toán các lực tác dụng vào khung vây......................................................59

3.5.2.3. Tính toán ổn định các kết cấu khung vây........................................................62

3.5.2.4. Tính toán ổn định tổng thể khung vây ............................................................67

3.6. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật khung vây cải tiến và khung vây SPSP: .......71

CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP THI CÔNG............................................................. 74

4.1. Trình tự thi công khung vây và trụ pin Đập Trụ Đỡ:............................................74

4.2. Biện pháp thi công cọc ván thép: ..........................................................................77

4.2.1. Công nghệ đóng cừ bằng búa rung. ...................................................................77

4.2.1.1. Khái quát và những cải tiến của búa rung.......................................................77

4.2.1.2. Cấu tạo của búa rung và nguyên lý đóng cọc .................................................78

4.2.1.3. Phân loại các phương pháp. ............................................................................79

4.2.2. Phương pháp xuyên nén bằng máy nén. ............................................................80

4.2.2.1. Nguyên lý nén ép. ...........................................................................................80

4.2.2.2. Các phương pháp nén ép.................................................................................81

4.2.2.3. Thi công trên nền đá cứng...............................................................................81

4.2.2.4. Phương pháp quản lý thi công.........................................................................82

4.2.3. Phương pháp nén ép sử dụng mũi khoan ...........................................................82

4.3. Biện pháp thi công đóng cọc ống thép [19] : ..........................................................82

4.3.1. Phương pháp thi công bằng búa đóng:...............................................................82

4.3.2. Phương pháp thi công bằng búa rung: ...............................................................83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 84

1. Kết luận :..................................................................................................................84

2. Kiến nghị : ...............................................................................................................85

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1. Kết cấu chung Đập trụ đỡ............................................................................... 7

Hình 1-2. Cống Sông Cui – Long An ............................................................................. 8

Hình 1-3. Cống ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long.............................................................. 8

Hình 1-4. Công trình cống Biện Nhị............................................................................... 8

Hình 1-5. Cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè.................................................. 9

Hình 1-6. Mặt bằng khung vây ..................................................................................... 10

Hình 1-7. Cắt ngang khung vây .................................................................................... 10

Hình 1-8. Mặt cắt cừ dạng chữ Z .................................................................................. 11

Hình 1-9. Mặt cắt cừ dạng chữ U.................................................................................. 11

Hình 1-10. Mặt cắt cừ dạng hộp.................................................................................... 11

Hình 1-11. Khung vây thi công trụ cầu Kiền................................................................ 12

Hình 1-12. Khung vây thi công trụ cầu Đại Phước – Đồng Nai................................... 12

Hình 1-13. Cắt ngang trụ cầu Sông Mã – Thanh Hóa................................................... 13

Hình 1-14. Cắt ngang khung vây trụ cầu Tuyên Sơn – Đà Nẵng ................................. 13

Hình 1-15. Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Phú Long ......................................... 14

Hình 1-16. Một số hình ảnh khi thi công trụ cầu Hàm Luông[6]................................... 15

Hình 1-17. Một số hình dạng vòng vây cọc ống thép................................................... 16

Hình 1-18. Một số hình ảnh thi công cầu Thanh Trì- Hà Nội [12];[17] ............................ 17

Hình 1-19. Cấu tạo móng cọc dạng giếng SPSP........................................................... 18

Hình 1-20. Thi công trên sà lan ở dự án cầu Nhật Tân................................................. 19

Hình 1-21. đóng cọc ống thép làm vòng vây thi công ở dự án cầu Thanh Trì ............. 19

Hình 1-22. Mặt bằng khung vây trụ cầu Nhật Tân [12];[17]............................................. 19

Hình 1-23. Thi công các trụ ở công trình EMS –Đức

[13] ............................................. 20

Hình 1-24. Khung vây cừ larsen thi công trụ

[13] ........................................................... 20

Hình 1-25. Dự án Mose – Venice – Italia [13]................................................................ 21

Hình 1-26. Khung vây thi công trụ Thảo Long............................................................. 22

Hình 1-27. Khung vây thi công trụ Nhiêu Lộc – Thị Nghè.......................................... 23

Hình 1-28. Khung vây thi công cống Nhà Mát............................................................. 23

Hình 1-29. Khung vây Cống Bà Đầm C ....................................................................... 24

Hình 1-30. Khung vây thi công cống Biện Nhị - tỉnh Cà Mau [21]................................ 25

Hình 2-1. Quy hoạch chống ngập úng khu vực TP. Hồ Chí Minh [14].......................... 28

Hình 2-2. Mặt bằng khung vây truyền thống................................................................ 33

Hình 2-3. Cắt ngang khung vây truyền thống............................................................... 33

Hình 2-4. Mặt bằng khung vây cải tiến......................................................................... 33

Hình 2-5. Cắt ngang khung vây cải tiến........................................................................ 33

Hình 2-6. Sơ đồ khung vây cọc ván thép [11]................................................................. 34

Hình 2-7. Sơ đồ tải trọng tác dụng vào vành đai [11] ..................................................... 38

Hình 2-8. Sơ đồ tính toán vành đai [11].......................................................................... 38

Hình 2-9. Sơ đồ tính toán cột chống

[11]........................................................................ 39

Hình 3-1. Vị trí cống Mương Chuối [8] ......................................................................... 41

Hình 3-2. Mặt bằng bố trí công Mương Chuối [8] ......................................................... 51

Hình 3-3. Cắt ngang công Mương Chuối [8].................................................................. 52

Hình 3-4. Khung vây cống Mương chuối theo dạng SPSP........................................... 53

Hình 3-5. Mặt bằng khung vây cải tiến......................................................................... 55

Hình 3-6. Cắt ngang khung vây cải tiến........................................................................ 55

Hình 3-7. Áp lực dòng chảy.......................................................................................... 61

Hình 3-8. Áp lực đất chủ và bị động............................................................................. 61

Hình 3-9. Áp lực sóng và áp lực thủy tĩnh.................................................................... 61

Hình 3-10. Mô hình tính toán khung vây...................................................................... 63

Hình 3-11. Ứng suất lớn nhất xuất hiện trong cừ ......................................................... 64

Hình 3-12. Nội lực trong khung chống tầng 1 .............................................................. 65

Hình 3-13. Nội lực trong khung chống tầng 2 .............................................................. 65

Hình 3-14. Nội lực trong khung chống tầng 3 .............................................................. 65

Hình 3-15. Nội lực trong khung chống tầng 4 .............................................................. 66

Hình 3-16. Nội lực trong khung chống tầng 5 .............................................................. 66

Hình 3-17. Mô hình tính toán ổn định khung vây......................................................... 67

Hình 3-18. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 1 tầng ........ 68

Hình 3-19. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 2 tầng ........ 68

Hình 3-20. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ- văng chống 3 tầng ........ 69

Hình 3-21. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ - văng chống 4 tầng ....... 69

Hình 3-22. Biến dạng của khung vây và biểu đồ lực của cừ - hút tầng 5..................... 70

Hình 3-23. Biến dạng của khung vây khi hút cạn......................................................... 70

Hình 4-1. Lắp dựng khung chống K5 ........................................................................... 74

Hình 4-2. Lắp dựng khung chống K4,K3,K2,K1.......................................................... 74

Hình 4-3. Thi công đóng cừ ván thép ........................................................................... 75

Hình 4-4. Thi công đổ cát lấp,rải đá hộc....................................................................... 75

Hình 4-5. Thi công đổ bê tông bịt đáy .......................................................................... 76

Hình 4-6. Bơm nước khung vây.................................................................................... 76

Hình 4-7. Lắp dựng thanh chống chéo.......................................................................... 76

Hình 4-8. Thi công bệ trụ pin........................................................................................ 77

Hình 4-9. Thi công thân trụ pin..................................................................................... 77

Hình 4-10. Cấu tạo búa rung đóng cừ ván thép [19]....................................................... 78

Hình 4-11. Búa rung không sử dụng công nghệ hỗ trợ

[19] ........................................... 79

Hình 4-12. Búa rung sử dụng cắt bằng tia nước phun cao áp....................................... 80

Hình 4-13. Hạ cọc ván thép bằng phương pháp nén ép [19]........................................... 80

Hình 4-14. Đóng cọc ông thép bằng búa Diezel........................................................... 83

Hình 4-15. Hạ cọc ống thép bằng búa rung .................................................................. 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1. Quy mô các công trình theo quy hoạch chống ngập úng TP HCM [14] ....... 29

Bảng 3-1. Thông số thiết kế chính công trình cống Mương Chuối [8]....................................... 43

Bảng 3-2. Bảng thông số cơ lý của các lớp

[8] .............................................................. 47

Bảng 3-3. Tính chất cơ lý địa chất Ví trí Cống

[8] ........................................................ 50

Bảng 3-4. Các thông số nén ba trục và nén đơn cho cống ........................................... 50

Bảng 3-5. Đặc trưng kỹ thuật của cọc cừ ván thép Larsen SP V................................. 54

Bảng 3-6. Cường độ chịu lực cho phép của cọc cừ ván thép ....................................... 54

1

PHẦN MỞ ĐẦU

I. Tính cấp thiết của đề tài:

Biến đổi khí hậu đang là một trong những thách thức mà con người trên trái

đất phải đương đầu, ảnh hưởng tới tất cả các vấn đề xã hội, tới tất cả các quốc gia

như: tác động tới yếu tố tự nhiên, môi trường, phát triển kinh tế (trong đó nông –

lâm nghiệp ảnh hưởng nhiều nhất), đời sống – xã hội….[8]

(a) Ngập lụt do triều cường (b) Lúa chết do nhiễm mặn

(c) Thiếu nguồn nước ngọt (d) Diện tích đất liền bị thu hẹp

Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam [8]

Nhiều kết quả nghiên cứu dự báo của thế giới cho biết rằng, ở ĐBSCL biến đổi

khí hậu sẽ gây cạn kiệt mùa khô, làm giảm nguồn nước tới 30 – 40%, gây tăng lũ lụt

mùa mưa hơn 30% và đặc biệt gây ra nước biển dâng cực kỳ nguy hiểm. Cũng theo dự

báo của thế giới, Việt Nam là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nhiều nhất của nước

biển dâng, 50 năm nữa nước biển có thể dâng lên 75cm và sẽ làm ngập nhiều vùng đất