(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Kết Cấu Âu Thuyền Trong Công Trình Đê Biển Vũng Tàu - Gò Công.pdf

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Đình Hòa

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,

Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học 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 phát triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài đê biển Vũng Tàu – Gò Công

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

điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn này.

Xin cảm ơn Ban chỉ đạo và chủ nhiệm của các đề tài trong cụm 6 đề tài thuộc

chương trình: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng

tuyến đê biển đa mục tiêu Vũng Tàu – Gò Công” đã cung cấp cho tác giả những số

liệu đầu vào cần thiết dùng trong quá trình làm luận văn.

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

gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Bùi Cao Cường

BẢN CAM KẾT

Họ và tên học viên: Bùi Cao Cường

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu âu thuyền trong công trình đê biển

Vũng Tàu – Gò Công”.

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

Bùi Cao Cường

MỤC LỤC

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

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................. 7

1.1. Giới thiệu chung vùng nghiên cứu [2],[5],[6]

...............................................................................7

1.2. Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trên thế giới [5], [13]

............................................ 11

1.2.1. Âu thuyền Baudoudin – Bỉ .................................................................................... 12

1.2.2. Âu thuyền Zandvlied và Bezendrecht – Bỉ........................................................... 13

1.2.3. Âu thuyền Francois, Le Havre – Pháp .................................................................. 15

1.2.4. Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan ............................................................................ 16

1.2.5. Âu thuyền Zeebrugge – Bỉ..................................................................................... 17

1.2.6. Âu thuyền tại Wilhelmshaven – Đức.................................................................... 19

1.2.7. Âu thuyền Bassin Loubet – Pháp .......................................................................... 20

1.2.8. Âu thuyền trên đê biển Saint Petersburg – Nga.................................................... 21

1.2.9. Âu thuyền trên đê biển Seamangeum – Hàn Quốc .............................................. 22

1.2.10. Âu thuyền trên đê biển Nam Pho - CHDCND Triều Tiên.................................. 23

1.3. Tổng quan các dạng công trình âu thuyền trong nước ....................................................... 24

1.3.1. Âu thuyền Thảo Long ............................................................................................ 25

1.3.2. Âu thuyền Tắc Thủ – Cà Mau ............................................................................... 26

1.3.3. Âu tàu Rạch Chanh – Long An ............................................................................. 26

1.4. Kết luận chương 1.................................................................................................................. 27

1.5. Những vấn đề nghiên cứu của luận văn............................................................................... 29

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG..........30

2.1. Vị trí và quy mô công trình.................................................................................................... 30

2.1.1. Vị trí công trình dự kiến ......................................................................................... 30

2.1.2. Quy mô công trình.................................................................................................. 32

2.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của công trình................................................................................... 32

2.3. Điều kiện tự nhiên của vùng dự án [2], [5]

............................................................................... 33

2.3.1. Đặc điểm về thủy văn thủy lực .............................................................................. 33

2.3.2. Đặc điểm về khí tượng ........................................................................................... 35

2.3.3. Đặc điểm về bão ..................................................................................................... 36

2.3.4. Đặc điểm về thủy triều............................................................................................ 36

2.3.5. Đặc điểm về địa hình.............................................................................................. 37

2.3.6. Đặc điểm về địa chất .............................................................................................. 38

2.3.7. Một số đặc điểm chính của âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công ............................. 39

2.4. Một số giải pháp kết cấu âu có thể áp dụng cho xây dựng âu thuyền Vũng Tàu - Gò

Công........................................................................................................................................ 40

2.4.1. Giải pháp kết cấu âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối ........................... 40

2.4.2. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng bản đáy đặc, tường âu kiểu dầm công xôn (kết

cấu tường âu dạng trọng lực)........................................................................................... 42

2.4.3. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng cọc, cừ............................................................. 43

2.4.4. Giải pháp kết cấu âu thuyền dạng phao hộp xà lan .............................................. 45

2.5. Nghiên cứu phương pháp tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu - Gò Công ................. 47

2.5.1. Phương pháp sức bền vật liệu................................................................................ 47

2.5.2. Phương pháp phần tử hữu hạn............................................................................... 48

2.6. Kết luận chương 2.................................................................................................................. 48

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÂU THUYỀN VŨNG TÀU – GÒ CÔNG

THEO PHƯƠNG ÁN PHAO HỘP XÀ LAN.........................................................50

3.1. Bố trí tổng thể và đề xuất kết cấu các bộ phận công trình.................................................. 50

3.1.1. Bố trí tổng thể công trình........................................................................................ 50

3.1.2. Kết cấu đầu âu......................................................................................................... 51

3.1.3. Kết cấu thân âu (buồng âu) .................................................................................... 52

3.1.4. Cửa van âu thuyền .................................................................................................. 52

3.1.5. Các hạng mục khác................................................................................................. 53

3.2. Các thông số thiết kế.............................................................................................................. 53

3.3. Tính toán xác định các kích thước cơ bản của âu thuyền................................................... 55

3.3.1. Chiều dài hữu ích của buồng âu Lk1 ...................................................................... 55

3.3.2. Chiều rộng hữu ích của buồng âu Bk1 ................................................................... 56

3.3.3. Chiều sâu trên ngưỡng và cao trình đáy buồng âu ............................................... 56

3.3.4. Cao trình đỉnh tường âu.......................................................................................... 57

3.4. Tính toán kiểm tra ổn định âu thuyền................................................................................... 58

3.4.1. Kiểm tra ổn định nổi của đơn nguyên buồng âu................................................... 58

3.4.2. Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền................................................................. 64

3.4.3. Ổn định kết cấu đơn nguyên buồng âu.................................................................. 70

3.5. Kết luận chương 3.................................................................................................................. 74

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THI CÔNG CÔNG

TRÌNH......................................................................................................................76

4.1. Biện pháp thi công đầu âu ..................................................................................................... 76

4.2. Biện pháp thi công buồng âu................................................................................................. 77

4.2.1. Phương pháp thi công tại chỗ................................................................................. 78

4.2.2. Thi công theo phương pháp thùng chìm [4]

........................................................... 79

4.2.3. Thi công kết hợp..................................................................................................... 84

4.3. Kết luận chương 4.................................................................................................................. 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................87

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................90

HÌNH MINH HỌA

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Hình 1.1. Phạm vi ảnh hưởng của dự án ..................................................................... 8

Hình 1.2. Tuyến luồng Sài Gòn – Vũng Tàu và luồng Soài Rạp – Hiệp Phước ......... 9

Hình 1.3. Tuyến luồng sông Đồng Nai và tuyến luồng Cái Mép – Thị Vải ............. 11

Hình 1.4. Tuyến luồng sông Dinh ............................................................................. 11

Hình 1.5. Mặt bằng âu Baudouin nhìn từ Google Earth ........................................... 12

Hình 1.6. Cắt ngang kết cấu buồng âu ...................................................................... 13

Hình 1.7. Tàu qua âu Baudouin ................................................................................ 13

Hình 1.8. Tổng thể âu Zandvlied (trái) và Bezendrecht (phải) ................................. 14

Hình 1.9. Cắt ngang kết cấu buồng âu Zandvlied ..................................................... 14

Hình 1.10. Cắt ngang kết cấu buồng âu Bezendrecht ............................................... 15

Hình 1.11. Tàu qua âu Zandvlied và Bezendrecht .................................................... 15

Hình 1.12. Tổng thể âu Francois, Le Havre từ Google Earth ................................... 16

Hình 1.13. Cắt ngang kết cấu buồng âu .................................................................... 16

Hình 1.14. Âu thuyền Terneuzen - Hà Lan .............................................................. 17

Hình 1.15. Cắt ngang kết cấu buồng âu Terneuzen .................................................. 17

Hình 1.16. Tổng thể âu Zeebrugge từ Google Earth ................................................. 18

Hình 1.17. Cắt ngang buồng âu ................................................................................. 18

Hình 1.18. Tàu qua âu Zeebrugge ............................................................................. 18

Hình 1.19. Âu thuyền tại Wilhelmshaven ................................................................. 19

Hình 1.20. Cắt ngang kết cấu buồng âu .................................................................... 19

Hình 1.21. Mặt bằng và cắt ngang âu Bassin Loubet ............................................... 20

Hình 1.22. Kết cấu Âu thuyền Bassin Loubet ........................................................... 20

Hình 1.23. Vị trí tuyến đê biển St. Peterburg và cống hàng hải S1, S2 ................... 21

Hình 1.24. Cống hàng hải S1, S2 trên tuyến đê ........................................................ 22

Hình 1.25. Đê biển Seamangeum và các hạng mục trên đê ...................................... 23

Hình 1.26. Đê NamPho – Bắc Triều Tiên ................................................................. 24

Hình 1.27. Âu thuyền trên đê biển Nam Pho ............................................................ 24

Hình 1.28. Âu thuyền Thảo Long – Thừa Thiên Huế ............................................... 25

Hình 1.29. Âu thuyền Tắc Thủ - Cà Mau ................................................................. 26

Hình 1.30. Âu tàu Rạch Chanh – Long An ............................................................... 27

Chương 2 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp

tính toán âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công

Hình 2.1. Vị trí dự kiến vùng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công [5] ...................... 30

Hình 2.2. Bố trí âu thuyền trên đê chính[5] ................................................................ 31

Hình 2.3. Các phương án bố trí âu trên đê phụ [5] ..................................................... 31

Hình 2.4. Đường mực nước lớn nhất theo một số kịch bản ...................................... 34

Hình 2.5. Biểu đồ hướng gió ..................................................................................... 35

Hình 2.6. Đường mực nước thực đo tháng 6 năm 2012 [2] ....................................... 37

Hình 2.7. Cắt dọc địa hình tại vị trí tuyến đê chính [5] .............................................. 38

Hình 2.8. Cắt ngang buồng âu có tường âu và bản đáy liền khối ............................. 41

Hình 2.9. Hình ảnh 3D âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối ........................ 41

Hình 2.10. Cắt ngang buồng âu ................................................................................. 43

Hình 2.11. Kết cấu đầu âu ......................................................................................... 44

Hình 2.12. Kết cấu buồng âu dạng cọc, cừ ............................................................... 44

Hình 2.13. Cắt ngang buồng âu dạng phao hộp xà lan ............................................. 46

Chương 3 : Tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công theo phương án

phao hộp xà lan

Hình 3.1. Bình đồ vị trí hố khoan trên tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công[5] ......... 38

Hình 3.1. Bố trí tổng thể âu thuyền ........................................................................... 50

Hình 3.2. Mặt bằng âu thuyền ................................................................................... 51

Hình 3.3. Kết cấu đầu âu ........................................................................................... 52

Hình 3.4. Cửa van âu thuyền [2] ................................................................................. 53

Hình 3.5. Cắt ngang kết cấu phao hộp xà lan ........................................................... 59

Hình 3.6. Mặt bằng kết cấu phao hộp xà lan ............................................................. 60

Hình 3.7. Sơ đồ kiểm tra chiều cao mạn khô F của xà lan........................................ 61

Hình 3.8. Diễn biến tâm nổi và tâm ổn định khi nghiêng ......................................... 62

Hình 3.9. Mặt bằng bố trí cọc đầu âu ........................................................................ 69

Hình 3.10. Cách xác định Klx .................................................................................... 70

Hình 3.11. Kết quả tính toán nội lực trong kết cấu ................................................... 73

Chương 4 : Nghiên cứu đề xuất phương án thi công công trình

Hình 4.1. Hình ảnh thi công công trình tại chỗ [15] ................................................... 77

Hình 4.2. Thi công đơn nguyên trên hệ nổi .............................................................. 78

Hình 4.3. Hố móng chế tạo các đơn nguyên ............................................................. 80

Hình 4.4. Chế tạo đơn nguyên trên hệ nổi và đường triền ........................................ 80

Hình 4.5. Hạ thủy và di chuyển phao ........................................................................ 81

Hình 4.6. Định vị và hạ chìm phao ........................................................................... 82

Hình 4.7. Thiết bị hỗ trợ di chuyển, định vị và hạ chìm [12] ...................................... 83

Hình 4.8. Khớp nối liên kết các đơn nguyên phao hộp xà lan .................................. 84

Hình 4.9. Thi công kết hợp ....................................................................................... 85

BẢNG BIỂU

Chương 2 : Nghiên cứu đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp

tính toán âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công

Bảng 2.1. Tần suất mực nước giờ tại trạm hải văn Vũng Tàu (khi chưa có đê biển

Vũng Tàu – Gò Công)[2] ............................................................................................ 33

Bảng 2.2. Mực nước cực trị tại Vũng Tàu (khi chưa có đê biển Vũng Tàu – Gò

Công)[2] ...................................................................................................................... 34

Bảng 2.3. Mực nước đồng thời tại âu thuyền trên đê chính [2] ................................. 34

Bảng 2.4. Nhiệt độ trung bình, thấp nhất, cao nhất tháng và năm tại Vũng Tàu [2] .. 35

Bảng 2.5. Số ngày mưa trung bình tháng và năm [2] ................................................. 36

Bảng 2.6. Tốc độ gió gần khu vực Vũng Tàu tương ứng với chu kỳ lặp lại ............ 36

Bảng 2.7. Mực nước đỉnh triều tại các trạm thủy văn ứng với tần suất xuất hiện [2] 37

Bảng 2.8. Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ........................................................... 39

Chương 3 : Tính toán kết cấu âu thuyền Vũng Tàu – Gò Công theo phương án

phao hộp xà lan

Bảng 3.1. Các loại mực nước thiết kế âu .................................................................. 54

Bảng 3.2. Trị số độ sâu an toàn nhỏ nhất dưới bụng tàu phụ thuộc vào chiều sâu đặt

ngưỡng ............................................................................................................. 57

1

PHẦN MỞ ĐẦU

I. Tính cấp thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang là một vấn đề hết sức nóng bỏng và

bức thiết hiện nay bởi những tác động tiêu cực và ngày càng rõ rệt của nó đến đời

sống của loài người trên toàn thế giới nói chung và người dân Việt Nam nói riêng.

Các hiện tượng thời tiết cực đoan thường xuyên xảy ra với mức độ và cường độ

ngày càng cao như hạn hán, lũ lụt, triều cường, xâm nhập mặn…gây ảnh hưởng rất

lớn đến cuộc sống của người dân.

Tại Việt Nam, biến đổi khí hậu và nước biển dâng cũng đã ảnh hưởng rất lớn

đến đời sống xã hội. Bão lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, triều cường… xảy ra theo

chiều hướng ngày càng tăng về số lượng và cường độ ngày càng mạnh đã gây ra rất

nhiều thiệt hại cho người dân. Theo thống kê thì năm 2013, số lượng cơn bão và áp

thấp nhiệt đới đã lên đến 18 vượt mức kỷ lục năm 1964 (16 cơn) đặc biệt là cơn bão

số 14 (tên quốc tế là Haiyan) được coi là cơn bão mạnh nhất trong lịch sử đổ bộ vào

nước ta gây ra rất nhiều thiệt hại cho người dân. Mới đây, ngày 5/12/2013, triều

cường tại thành phố Hồ Chí Minh đã đạt mốc lịch sử là 1,68m. Đây là đỉnh triều cao

nhất trong hơn 60 năm qua đã làm cho thành phố Hồ chí Minh và khu vực phụ cận

bị ngập lụt nặng nề, đời sông người dân bị đảo lộn, nền kinh tế đặc biệt là kinh tế

nông nghiệp bị thiệt hại rất lớn…Đây mới chỉ là một trong số rất nhiều ảnh hưởng

của biến đổi khí hậu đến đời sống xã hội hiện nay.

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

2

(c) Thiếu nguồn nước ngọt (d) Siêu bão Haiyan đổ bộ vào Việt Nam

Hình 1. Tác động nặng nề của biến đổi khí hậu tại Việt Nam (nguồn Internet)

Ảnh hưởng rõ rệt và thường xuyên của biến đổi khí hậu đến đời sống xã hội ở

Việt Nam phải kể đến khu vực thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) và khu vực phụ

cận. Mặc dù là một thành phố lớn nhưng mỗi khi triều cường dâng cao lại gây nên

tình trạng ngập úng gây ảnh hưởng nghiêm trọng và làm đảo lộn đời sống của người

dân. Để giải quyết tình trạng ngập úng do triều cường và lũ ở TP.HCM, Thủ tướng

chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng khu vực TP.HCM theo

quyết định số 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008. Tuy nhiên do vấn đề kinh phí và giải

phóng mặt bằng nên cho đến thời điểm này, dự án mới chỉ triển khai được giai đoạn

lập dự án và chỉ có duy nhất công trình cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè

chuẩn bị được hoàn thành và đã phát huy hiệu quả. Chính vì vậy thành phố Hồ Chí

Minh và khu vực phụ cận vẫn còn bị ngập nặng mỗi khi triều cường dâng cao.

Để khắc phục những tồn tại của các dự án đang triển khai và giải quyết triệt để

vấn đề ngập úng cho thành phố Hồ Chí Minh và vùng phụ cận, ý tưởng xây dựng

tuyến đê biển Vũng Tàu đến Gò Công đã được Tổng cục Thủy lợi - Bộ Nông

nghiệp & Phát triển Nông thôn đề xuất. Công trình được kỳ vọng ngoài việc giải

quyết triệt để ngập úng cho TP.HCM và vùng phụ cận còn là một công trình lợi

dụng tổng hợp đa mục tiêu và mang lại hiệu quả rất lớn về kinh tế, môi trường và xã

hội.