Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam đang đối mặt với thách thức nghiêm trọng về nguồn nước do gia tăng dân số, phát triển kinh tế - xã hội và tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu. Theo ước tính, nguồn nước ngọt ngày càng cạn kiệt, đòi hỏi các giải pháp thủy lợi hiệu quả để đảm bảo phát triển bền vững nông nghiệp và kinh tế xã hội. Trong bối cảnh này, các công trình ngăn sông vùng đồng bằng ven biển trở thành nhu cầu cấp thiết, đặc biệt là các công trình có khẩu độ lớn và cột nước sâu.

Hiện nay, Việt Nam áp dụng ba công nghệ chính cho công trình ngăn sông: công nghệ truyền thống, đập xà lan và đập trụ đỡ. Trong đó, công nghệ đập trụ đỡ nổi bật với ưu điểm giá thành thấp hơn 20-30%, tiến độ thi công nhanh, giảm diện tích giải phóng mặt bằng và ít ảnh hưởng đến môi trường. Công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn quốc, đạt nhiều giải thưởng khoa học công nghệ như giải VIFOTECH 2004, bằng độc quyền sáng chế 2007 và giải Bông lúa vàng 2013.

Tuy nhiên, đập trụ đỡ vẫn còn tồn tại một số hạn chế, đặc biệt là trong thiết kế, tính toán kết cấu và giải pháp thi công dầm van (dim van) – bộ phận nối tiếp giữa các trụ pin đập. Việc nghiên cứu lựa chọn kết cấu và đề xuất giải pháp thi công dim van lắp ghép trong nước cho đập trụ đỡ là cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả kỹ thuật và kinh tế, đặc biệt cho các công trình có khẩu độ lớn như cổng Bào Chấu, tỉnh Cà Mau.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích, lựa chọn các phương án kết cấu dim van và đề xuất giải pháp thi công lắp ghép trong nước, đồng thời ứng dụng tính toán thiết kế cho công trình cụ thể. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình đập trụ đỡ tại Việt Nam trong giai đoạn từ năm 2000 đến 2014, với trọng tâm là các công trình có khẩu độ lớn, cột nước sâu tại vùng đồng bằng ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

  • Lý thuyết kết cấu bê tông cốt thép: Áp dụng các tiêu chuẩn TCVN 9139:2012 và TCVN 4116:1985 để tính toán khả năng chịu lực, độ bền, độ võng và kiểm soát vết nứt của kết cấu dim van.
  • Mô hình tính toán kết cấu dầm: Sử dụng mô hình dầm đơn giản hai đầu khớp, mô hình dầm đa nhịp có gia cố cọc, và mô hình bản kê 4 cạnh để phân tích ứng suất, biến dạng và nội lực trong dim van.
  • Nguyên lý chống thấm và kín nước: Áp dụng các biện pháp chống thấm bằng cao su kín nước, vữa bê tông và các loại cừ chống thấm như cừ Larsen để đảm bảo độ kín nước giữa dim van và bệ trụ.
  • Mô hình thủy lực và tải trọng thủy tĩnh: Tính toán áp lực nước ngang, áp lực thấm và trọng lượng nước tác động lên dim van theo các phương pháp cổ điển và phần mềm chuyên dụng.

Các khái niệm chính bao gồm: dim van (dầm đỡ van), đập trụ đỡ, khung vây thi công, kết cấu đặc và kết cấu hộp phao rỗng, biện pháp thi công lắp ghép trong nước, và các loại cửa van phẳng, cửa van clape trục dưới.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu từ các công trình đập trụ đỡ đã thi công tại Việt Nam như cổng Sông Cui (Long An), Hiền Lương (Quảng Ngãi), Thảo Long (Thừa Thiên Huế), Hà Giang (Kiên Giang), Bà Đầm C (Hậu Giang), Biện Nhị và Bào Chấu (Cà Mau). Dữ liệu bao gồm bản vẽ thiết kế, số liệu tính toán kết cấu, biện pháp thi công, và khảo sát thực tế.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình toán học và phần mềm chuyên dụng SAP2000, Ansys để tính toán nội lực, kiểm tra độ bền, độ võng và vết nứt của dim van. Phân tích so sánh các phương án kết cấu và biện pháp thi công dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế.
  • Phương pháp khảo sát thực tế: Đo đạc, khảo sát hiện trạng công trình, thu thập ý kiến chuyên gia và tổ chức hội thảo để đánh giá hiệu quả các giải pháp thi công.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 2 năm, từ khảo sát, thu thập dữ liệu, phân tích lý thuyết, tính toán thiết kế đến đề xuất giải pháp và ứng dụng thực tế cho công trình cổng Bào Chấu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân loại và đánh giá các giải pháp kết cấu dim van:

    • Dim van thi công tại chỗ trong khung vây khô có phạm vi ứng dụng rộng, dễ kiểm soát chất lượng nhưng chi phí cao do khung vây phức tạp, ảnh hưởng đến giao thông thủy.
    • Dim van lắp ghép trong nước dạng đặc phù hợp với công trình khẩu độ vừa và nhỏ, giảm chi phí và thời gian thi công, không ảnh hưởng nhiều đến dòng chảy.
    • Dim van dạng hộp phao rỗng có thể nổi trên mặt nước, thích hợp cho công trình khẩu độ lớn, cột nước sâu, giảm thiểu ảnh hưởng giao thông thủy và tăng tiến độ thi công.

  2. Tính toán kết cấu dim van cho công trình cổng Bào Chấu (khẩu độ 30m, tỉnh Cà Mau):

    • Kết cấu dim van dạng đặc, lắp ghép trong nước được thiết kế với chiều dài 10m, chiều rộng 2,5m, chiều cao 1m, trọng lượng khoảng 85 tấn.
    • Nội lực tính toán cho thấy dim van chịu tải trọng thủy lực ngang lên đến 1,2 MN/m, áp lực thấm dưới đáy dim khoảng 0,5 MN/m, đảm bảo các điều kiện về độ bền và độ võng theo tiêu chuẩn TCVN.
    • Cốt thép được bố trí hợp lý với diện tích cốt thép chịu kéo đạt 1,5% diện tích tiết diện, đảm bảo không xuất hiện vết nứt trong môi trường nước mặn.

  3. Giải pháp thi công dim van lắp ghép trong nước:

    • Chế tạo dim van tại bãi khô, vận chuyển bằng cầu nổi đến vị trí công trình, hạ chìm và định vị chính xác bằng hệ thống dẫn hướng và thiết bị neo giữ.
    • Sử dụng cao su kín nước đầu cừ và bơm vữa xi măng cát dưới đáy dim để đảm bảo kín nước, chống thấm hiệu quả.
    • Tiến độ thi công rút ngắn khoảng 25% so với phương án thi công tại chỗ trong khung vây khô.

  4. So sánh hiệu quả kinh tế và kỹ thuật:

    • Phương án lắp ghép trong nước giảm chi phí thi công khoảng 15-20% so với phương án truyền thống.
    • Giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông thủy và môi trường, tăng tính linh hoạt trong thi công.
    • Độ tin cậy kỹ thuật cao, phù hợp với điều kiện địa chất và khí hậu vùng đồng bằng ven biển.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc lựa chọn kết cấu dim van dạng đặc lắp ghép trong nước là phù hợp với các công trình đập trụ đỡ có khẩu độ lớn và cột nước sâu tại Việt Nam. So với phương án thi công tại chỗ trong khung vây khô, giải pháp lắp ghép giúp giảm chi phí, rút ngắn tiến độ và hạn chế ảnh hưởng đến môi trường và giao thông thủy.

Các số liệu tính toán nội lực và kiểm tra độ bền, độ võng đều đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành, đảm bảo an toàn và độ bền lâu dài cho công trình. Việc sử dụng cao su kín nước và bơm vữa chống thấm dưới đáy dim van là biện pháp hiệu quả, được áp dụng thành công tại nhiều công trình như cổng Sông Cui, Hiền Lương và Bào Chấu.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế về công nghệ đập trụ đỡ và dim van, kết quả phù hợp với xu hướng ứng dụng kết cấu lắp ghép và công nghệ thi công hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả kỹ thuật và kinh tế. Việc áp dụng mô hình tính toán kết cấu bằng phần mềm chuyên dụng giúp tối ưu thiết kế và giảm thiểu sai sót trong thi công.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ nội lực, bảng so sánh chi phí và tiến độ thi công giữa các phương án, cũng như hình ảnh minh họa quá trình thi công lắp ghép dim van tại công trình Bào Chấu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi giải pháp thi công dim van lắp ghép trong nước cho các công trình đập trụ đỡ có khẩu độ lớn và cột nước sâu nhằm giảm chi phí và rút ngắn tiến độ thi công. Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các nhà thầu xây dựng.

  2. Đầu tư nâng cấp trang thiết bị cầu nổi, hệ thống dẫn hướng và thiết bị hạ chìm hiện đại để đảm bảo độ chính xác và an toàn trong quá trình vận chuyển, lắp đặt dim van. Thời gian: 2 năm. Chủ thể: Các doanh nghiệp thi công và cơ quan quản lý công trình thủy lợi.

  3. Tăng cường đào tạo, nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ thi công và giám sát về công nghệ đập trụ đỡ và thi công dim van lắp ghép, đặc biệt kỹ thuật xử lý kín nước và kiểm soát chất lượng bê tông. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Trường Đại học Thủy Lợi, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.

  4. Nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện các giải pháp kết cấu dim van dạng hộp phao rỗng để mở rộng ứng dụng cho các công trình có quy mô rất lớn, đồng thời phát triển phần mềm tính toán kết cấu chuyên biệt cho dim van. Thời gian: 5 năm. Chủ thể: Các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành thủy lợi: Nắm bắt công nghệ mới, đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật để xây dựng chính sách phát triển công trình ngăn sông bền vững.

  2. Các kỹ sư thiết kế và thi công công trình thủy lợi: Áp dụng các giải pháp kết cấu và biện pháp thi công dim van lắp ghép, nâng cao chất lượng và hiệu quả thi công.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy: Tham khảo phương pháp tính toán kết cấu, mô hình thi công và các kết quả nghiên cứu thực tiễn để phát triển nghiên cứu sâu hơn.

  4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp xây dựng: Hiểu rõ các giải pháp kỹ thuật, chi phí và tiến độ thi công để đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, tối ưu hóa nguồn lực.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giải pháp thi công dim van lắp ghép trong nước có phù hợp với mọi công trình đập trụ đỡ không?
    Giải pháp này phù hợp với công trình có khẩu độ vừa và lớn, cột nước sâu, đặc biệt tại các vùng đồng bằng ven biển. Tuy nhiên, với công trình nhỏ hoặc địa hình phức tạp, phương án thi công tại chỗ có thể phù hợp hơn.

  2. Làm thế nào để đảm bảo kín nước giữa dim van và bệ trụ?
    Sử dụng cao su kín nước đầu cừ kết hợp bơm vữa xi măng cát dưới đáy dim van là biện pháp hiệu quả, đã được áp dụng thành công tại nhiều công trình như cổng Bào Chấu và Sông Cui.

  3. Phần mềm nào được sử dụng để tính toán kết cấu dim van?
    Phần mềm SAP2000 và Ansys được sử dụng để mô phỏng, tính toán nội lực, kiểm tra độ bền và độ võng của dim van, giúp tối ưu thiết kế và giảm thiểu sai sót.

  4. Chi phí thi công dim van lắp ghép so với phương án truyền thống như thế nào?
    Theo báo cáo, chi phí thi công giảm khoảng 15-20% so với phương án thi công tại chỗ trong khung vây khô, đồng thời rút ngắn tiến độ thi công khoảng 25%.

  5. Giải pháp này có ảnh hưởng đến giao thông thủy không?
    Giải pháp lắp ghép trong nước hạn chế tối đa ảnh hưởng đến giao thông thủy so với phương án thi công trong khung vây, giúp duy trì lưu thông dòng chảy liên tục trong quá trình thi công.

Kết luận

  • Công nghệ đập trụ đỡ và giải pháp thi công dim van lắp ghép trong nước là xu hướng phát triển phù hợp với điều kiện Việt Nam, đặc biệt cho các công trình có khẩu độ lớn và cột nước sâu.
  • Nghiên cứu đã phân tích, lựa chọn và thiết kế thành công dim van cho công trình cổng Bào Chấu, tỉnh Cà Mau, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế.
  • Giải pháp thi công lắp ghép giúp giảm chi phí, rút ngắn tiến độ và hạn chế ảnh hưởng đến môi trường, giao thông thủy.
  • Cần tiếp tục đầu tư trang thiết bị hiện đại, đào tạo nhân lực và nghiên cứu hoàn thiện các giải pháp kết cấu mới.
  • Khuyến nghị các cơ quan quản lý, nhà thầu và nhà nghiên cứu áp dụng và phát triển công nghệ này trong các dự án thủy lợi tương lai.

Hành động tiếp theo: Triển khai áp dụng giải pháp thi công dim van lắp ghép cho các công trình đập trụ đỡ đang và sẽ xây dựng, đồng thời tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật chuyên sâu cho đội ngũ thi công và giám sát.