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 2 canh tác và khu dân cư, nếu ta không có giải pháp phòng chống. Do vậy việc đầu tư xây dựng các công trình ngăn các cửa sông lớn là cần thiết; Công trình ngăn sông truyền thống đã có từ rất lâu và áp dụng rộng rãi ở nước ta, chúng có thể được xây dựng theo các cách sau: Cách 1: Đào móng trên bãi lồi ở đoạn sông cong để xây dựng cống, dẫn dòng thi công qua dòng sông, khi xây dựng xong cống thì đào kênh dẫn thượng hạ lưu nối cống với sông và đắp đập ngăn sông.
Cách này thường áp dụng cho những sông có đoạn cong. Cách 2: Đào kênh dẫn dòng để tháo lũ thi công, đắp đập tạm (đê quai) ở giữa sông, thượng hạ lưu vị trí xây cống, bơm khô, đào móng và xây dựng cống, xong phá đập tạm và san kênh dẫn dòng. Trong trường hợp thi công kịp trong một mùa khô thì không cần đào kênh dẫn dòng. Cách này thường áp dụng cho sông thẳng, hẹp và nông.
Cách 3: Lần lượt đắp đê quai theo từng phân đoạn từ bờ ra để tạo hố móng và thi công từng phần cống trong phân đoạn đó. Cách này áp dụng cho sông rộng nhưng nông. Các phương pháp xây dựng cống theo công nghệ truyền thống Các công trình ngăn sông theo dạng truyền thống thích hợp đối với sông có bề rộng vừa và nhỏ, cột nước không lớn (dưới 6m).Tuy nhiên để ngăn các sông rộng và cột nước sâu tới 20m, nền địa chất yếu thì rất khó khăn bởi vì không thể đắp đê quây trong lòng sông sâu. Trường hợp thi công hố móng trên khô trong điều kiện nền địa chất yếu cũng rất tốn kém để đảm bảo ổn định mái hố móng đồng thời gây 3 ảnh hưởng đến môi trường, chiếm dụng một diện tích đất rất lớn, thời gian thi công kéo dài…Do vậy, để có thể ngăn được sông rộng và sâu thì chỉ có thể nghiên cứu giải pháp công trình để thi công được cống ngay trên lòng sông trong khung vây hẹp.
Điều này cũng có nghĩa là việc có làm được cống hay không phụ thuộc vào việc có làm được khung vây hay không. Vì vậy, nghiên cứu vấn đề ổn định khung vây thi công ở các sông có cột nước lớn, nền địa chất yếu là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. 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” sẽ tập trung nghiên cứu giải pháp cải tiến kết cấu khung vây để tăng cường độ ổn định trên cơ sở kế thừa các công nghệ đã và đang áp dụng trên thế giới cũng như trong nước. Mục đích của đề tài: Mục đích của đề tài là nghiên cứu lựa chọn và đề xuất giải pháp tăng cường ổn định cho khung vây để phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở sông có cột nước lớn.
Áp dụng cho công trình cống Mương Chuối, huyện Nhà Bè, thành phố Hồ Chí Minh. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tương nghiên cứu: Khung vây thi công cho Đập trụ đỡ cột nước sâu. - Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn: 9Nghiên cứu tổng quan về công nghệ Đập trụ đỡ; 9Nghiên cứu tổng quan về khung vây thi công; 9Phân tích, đề xuất một giải pháp kết cấu khung vây thi công Đập trụ đỡ trường hợp cột nước sâu; 9Đề xuất giải pháp cải tiến để tăng cường ổn định khung vây 9Đề xuất một số biện pháp thi công khung vây Đập trụ đỡ cột nước sâu. Công trình áp dụng : Cống Mương Chuối – TP Hồ Chí Minh.
Cách tiêp cận và phương pháp nghiên cứu: - Cách tiếp cận: Tiếp cận bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân khoa học hay các phương tiện thông tin đại chúng; qua các kết quả nghiên cứu công 4 trình ngăn sông trên thế giới cũng như trong nước đã có kết hợp tìm hiểu, thu thập và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, từ đó đề ra phương án cụ thể phù hợp với tình hình điều kiện cụ thể của nước ta. - Phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu. + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng. + Phương pháp chuyên gia.
+ Phương pháp phân tích, tổng hợp. Kết quả đạt được của luận văn: + Tổng quan chung về công nghệ Đập Trụ đỡ; + Tổng quan một số dạng khung vây thi công; + Đề xuất, nghiên cứu giải pháp tăng cường độ ổn định khung vây thi công phục vụ thi công Đập Trụ đỡ ở các sông có cột nước lớn; + Phương pháp tính toán ổn định kết cấu khung vây cho phương án chọn; + Giới thiệu một số biện pháp thi công khung vây. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu chung công nghệ Đập trụ đỡ 1.
Hoàn cảnh ra đời Công trình ngăn sông vùng ven biển với mục đích ngăn mặn, giữ ngọt và tiêu lũ để tạo nguồn nước cho dân sinh, nông nghiệp ở nước ta đã được nghiên cứu và xây dựng rất nhiều. Hầu hết các công trình ngăn sông từ trước đến nay đều được xây dựng theo công nghệ truyền thống: Công trình dạng khối tảng bằng BTCT làm việc theo nguyên lý trọng lực, được thi công trong hố móng khô bằng cách đào móng trên bãi hoặc đắp đê quây vây quanh hố móng, dẫn dòng thi công, đào hố móng và bơm khô nước. Các công trình xây dựng theo công nghệ truyền thống này còn một số nhược điểm sau: Công trình thu hẹp dòng chảy nên làm thay đổi cảnh quan môi trường tự nhiên, khối lượng công trình lớn, khối lượng giải phóng mặt bằng lớn, thời gian thi công kéo dài, giá thành đầu tư cao nên hiệu quả công trình thấp. Đặc biệt đối với một số sông lớn, nơi nước sâu, sông rộng, địa chất nền mềm yếu thì công nghệ này khó thực hiện hoặc thực hiện được nhưng với giá thành cao.
Công nghệ mới trong xây dựng công trình ngăn sông ở nước ta đã được Viện Khoa học Thuỷ lợi đề xuất và nghiên cứu trong đề tài khoa học cấp nhà nước" Nghiên cứu áp dụng công nghệ tiên tiến trong cân bằng, bảo vệ và sử dụng có hiệu quả nguồn nước Quốc gia" mã số KC 12-10 thuộc chương trình khoa học công nghệ KC 12 từ năm 1991÷ 1995 do GS.TS Trương Đình Dụ làm chủ nhiệm [10]. Đề tài đã đề xuất và nghiên cứu nguyên lý làm việc mới, thay đổi kết cấu cống được một số giải pháp công trình để đổi mới công nghệ thi công cho cống vùng triều: từ thi công trong hố móng khô sang thi công dưới dòng chảy,kiểu công trình này được gọi là Đập Trụ Đỡ. Kết cấu, nguyên lý làm việc của Đập Trụ đỡ 1. Kết cấu Đập trụ đỡ 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 6 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.
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, 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, liên kết vào đáy dầm đỡ van và trụ.
Cừ được nhiều đơn vị trong và ngoài nước chế tạo sẵn, có thể được làm bằng thép, nhựa, composite, 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, cửa van sập trục dưới, cửa van phẳng, cửa van cánh, cửa tự động thủy 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 chịu lực tập trung ở các trụ bằng hệ cọc nên có thể kết hợp làm cầu giao thông với tất cả các kết cấu cầu thông dụng.
Tuy nhiên khẩu độ nhịp cầu phụ thuộc vào việc lựa chọn khẩu độ khoang để đảm bảo khả năng chế tạo cửa van. Đập Trụ đỡ được thiết kế mở rộng khẩu độ thoát nước đảm bảo lưu tốc qua công trình nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của đất nền nên kết cấu gia cố chống xói cho thượng hạ lưu chỉ cần bằng thảm đá hoặc tấm BTCT. 7 Chú dẫn : (1) Cọc chịu lực đáy (2) Cừ chống thấm (3) Bệ trụ (4) Trụ pin (5) Tháp van (6) Cầu giao thông 9 9 (7) Dầm van (8) Cửa van (9) Gia cố Hình 1-1. Kết cấu chung Đập trụ đỡ 1.
Nguyên lý làm việc Ổn định: - Ổn định nhờ hệ cọc ngàm trong đất; - Lực ngang hoàn toàn do các cọc trong móng trụ chịu.