Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông (Chuyên ngành Xây dựng Công trình Thủy) tại Trường Đại học Giao thông Vận tải TP. Hồ Chí Minh thực hiện nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật bến tàu container chuyên dụng tiếp nhận tàu trọng tải 20.000 DWT tại khu bến cảng Lạch Huyện, thành phố Hải Phòng.

Về bối cảnh thực tiễn, cụm cảng Hải Phòng giữ vị trí cửa ngõ giao thương đường biển của toàn bộ miền Bắc và vùng duyên hải Bắc Bộ. Dự án nằm trên tuyến vận tải biển quốc tế qua Biển Đông — nơi tập trung 29 trên tổng số 39 tuyến hàng hải toàn cầu với khoảng một phần ba lưu lượng hàng hóa thương mại thế giới. Trong cơ cấu kinh tế của Hải Phòng, kinh tế biển đóng góp xấp xỉ 30% tổng GDP thành phố và chiếm hơn 30% quy mô kinh tế biển cả nước. Thành phố sở hữu đội tàu khoảng 500 chiếc với tổng dung tích gần 1,4 triệu DWT, chiếm gần 50% số lượng phương tiện và hơn 40% khối lượng hàng hóa vận tải cả nước.

Hệ thống kết nối hạ tầng giao thông sau cảng bao gồm:

  • Đường bộ: Quốc lộ 5A (chiều dài toàn tuyến 106 km, đoạn nội thành 29 km thuộc tuyến Xuyên Á AH14), tuyến đường xuyên đảo Hải Phòng - Cát Bà (dài 35 km) và tuyến cao tốc Quảng Ninh - Hải Phòng - Ninh Bình (dài 160 km).
  • Đường thủy nội địa: Mạng lưới gồm 19 tuyến sông lớn, trong đó có 16 tuyến quốc gia (tổng chiều dài 326 km) và 9 tuyến địa phương (141 km) kết nối vùng đồng bằng sông Hồng.
  • Đường sắt: Tuyến Hà Nội - Hải Phòng dài khoảng 102 - 110 km nối thẳng tới các bến cảng (năng lực bốc xếp tại ga đạt 3.000 - 4.000 tấn xếp và 2.000 - 3.000 tấn dỡ mỗi ngày, diện tích bãi hóa trường 6.000 m²).

Tính cấp thiết của dự án xuất phát từ nhu cầu mở rộng hệ thống cảng nước sâu Lạch Huyện nhằm đón các tàu container trọng tải lớn đi trực tiếp tới các thị trường châu Âu và châu Mỹ, giảm bớt chi phí và thời gian trung chuyển qua các trung tâm hàng hải khu vực như Singapore hay Hồng Kông, đồng thời phục vụ luồng hàng quá cảnh từ Đông Bắc Lào và khu vực Nam Trung Quốc theo hành lang kinh tế Đông - Tây.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  1. Đánh giá tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và hiện trạng giao thông khu vực xây dựng tại đảo Cát Hải.
  2. Dự báo lượng hàng hóa thiết kế (750.000 TEU/năm) và cơ cấu đội tàu cập cảng (tàu container 20.000 DWT).
  3. Lập và so sánh các phương án công nghệ bốc xếp, tính toán nhu cầu thiết bị xếp dỡ và quy hoạch mặt bằng khu đất, khu nước của cảng.
  4. Lựa chọn giải pháp kết cấu bến, xác định tải trọng tác dụng, tính toán sức chịu tải của hệ thống cọc móng.
  5. Mô hình hóa và phân tích nội lực kết cấu khung, bản mặt bến và cầu dẫn bằng phần mềm SAP2000 dưới tác động của các tổ hợp tải trọng.
  6. Tính toán cốt thép, kiểm tra tiết diện theo trạng thái giới hạn về cường độ, khả năng chịu cắt và độ mở rộng vết nứt.
  7. Lập biện pháp kỹ thuật và tiến độ tổ chức thi công công trình bến, trọng tâm là công tác đóng cọc cừ/cọc ống bê tông cốt thép dự ứng lực ngoài biển.

Đối tượng nghiên cứu là công trình bến cảng container tiếp nhận tàu 20.000 DWT (vị trí quy hoạch bến số 3 và số 4). Phạm vi không gian thuộc đảo Cát Hải, huyện Cát Hải, TP. Hải Phòng (phía Đông Bắc giáp luồng hàng hải Lạch Huyện, phía Tây Bắc giáp bến số 1 và 2 của Công ty TNHH Cảng Quốc tế Hải Phòng - HICT, phía Đông Nam giáp bến quy hoạch số 5, phía Tây Nam giáp đường sau cảng). Phạm vi thời gian và số liệu khảo sát dựa trên các báo cáo địa chất, khí tượng thủy văn giai đoạn 2011–2022 và định hướng quy hoạch cảng biển.

Cơ sở lý thuyết, quy chuẩn và phương pháp thiết kế

Thuyết minh đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng và hàng hải hiện hành cùng các tài liệu khảo sát chuyên ngành:

  • Tiêu chuẩn và quy chuẩn pháp lý: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 02:2009/BXD (Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng); Tiêu chuẩn cơ sở TCCS 04-2010; Quyết định số 476/QĐ-BGTVT ngày 15/3/2011 của Bộ Giao thông Vận tải phê duyệt Dự án đầu tư xây dựng Cảng cửa ngõ quốc tế Hải Phòng; các hồ sơ thiết kế chi tiết Gói thầu số 6 - Hợp phần A và Hợp phần B.
  • Tài liệu khảo sát đầu vào: Báo cáo khảo sát địa chất giai đoạn lập dự án đầu tư do Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Công trình Hàng Hải lập năm 2020; Báo cáo khảo sát địa chất giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công do Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Công Trình Thủy thực hiện tháng 4/2022; Chuỗi số liệu quan trắc khí tượng - thủy văn nhiều năm tại trạm Hòn Dấu và luồng hàng hải Hải Phòng.
  • Phương pháp tính toán và công cụ phân tích:
    • Phương pháp cơ học kết cấu và giải tích: Ứng dụng lý thuyết tính toán phân phối tải trọng ngang lên hệ cọc đài cao thông qua việc xác định tọa độ tâm đàn hồi của phân đoạn bến; lý thuyết uốn bản ngàm 4 cạnh.
    • Phương pháp số (Phần tử hữu hạn): Sử dụng phần mềm kết cấu SAP2000 để mô hình hóa không gian và phẳng các khung dọc dưới ray, khung dọc ngoài ray, khung ngang cầu chính, khung ngang và dọc cầu dẫn.
    • Phương pháp tính toán theo Trạng thái giới hạn (TTGH): Tính toán sức kháng chịu nén đặc trưng của cọc đơn ($R_{c,k}$), kiểm tra điều kiện uốn và tải trọng ngang; tính toán cốt thép tiết diện chịu uốn và chịu cắt (TTGH I); kiểm tra độ mở rộng vết nứt của cấu kiện bê tông cốt thép trong môi trường biển (TTGH II).

Nội dung chính theo từng phần và chương

Phần I: Quy hoạch cảng

  • Chương 1: Giới thiệu chung: Phân tích vị trí chiến lược của cảng trong tuyến hàng hải quốc tế, tác động kinh tế vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, điều kiện kết nối giao thông liên phương thức (đường sắt, đường bộ, đường thủy nội địa) và luận chứng tính cần thiết đầu tư mở rộng bến số 3, 4 cảng Lạch Huyện.
  • Chương 2: Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng:
    • Địa hình: Vùng nước nửa kín, đáy biển vịnh Hải Phòng có độ dốc trung bình 0,04% - 0,08% theo hướng Nam - Đông Nam; bến nằm trên dải doi cát dọc bờ dài 6.000 m, rộng 1.000 m, cao độ từ +2,0 m đến 0 m (theo Hệ Hải đồ).
    • Địa chất: Cấu trúc địa tầng gồm 6 lớp đất chủ yếu:
      1. Lớp 1 (1b): Bùn sét pha màu xám nâu, xám xanh lẫn ít vỏ sò, bề dày trung bình 5,5 m.
      2. Lớp 2: Sét màu xám xanh, đôi chỗ kẹp cát pha, trạng thái chảy, dày 4,5 m.
      3. Lớp 3: Sét màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy, dày 4,8 m.
      4. Lớp 4: Sét màu xám vàng, xám xanh, nâu đỏ trạng thái dẻo cứng, dày 8,2 m.
      5. Lớp 5: Sét pha màu xám xanh kẹp cát pha, trạng thái dẻo mềm, dày 7,5 m.
      6. Lớp 6: Cát hạt trung đến thô màu xám ghi lẫn sạn sỏi, kết cấu chặt, dày 22,5 m (lớp đặt mũi cọc).
    • Khí tượng: Nhiệt độ trung bình năm 23,1°C (cao nhất trên 26,7°C vào tháng 7, thấp nhất 20,7°C). Độ ẩm trung bình 85%. Số ngày mưa trung bình 146 ngày/năm (chiếm 86,5% lượng mưa cả năm vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10). Gió lớn nhất ghi nhận 36 m/s (hướng SE, năm 2012 tại Hòn Dấu), bão mạnh tới cấp 13 tập trung vào tháng 8.
    • Thủy văn và sa bồi: Chế độ nhật triều thuần nhất (~25 ngày/tháng xuất hiện 1 lần nước lớn, 1 lần nước ròng), biên độ triều 3 - 4 m, mực nước triều cường lịch sử 421 cm (ngày 22/10/1985). Vận tốc dòng chảy lớn nhất 1,55 m/s. Chiều cao sóng bão chu kỳ lặp 50 năm sau công trình chắn sóng đạt $H_{1/3} = 0,29\text{ m} \div 1,37\text{ m}$. Sa bồi luồng thực tế năm 2019 phát sinh 2,93 triệu m³ (cao hơn dự báo do luồng nạo vét sâu -14 m và tác động bão lũ); dự báo sa bồi khu nước trước bến số 3, 4 trong năm đầu khai thác khoảng 250.000 m³.
  • Chương 3: Dự báo lượng hàng và đội tàu đến cảng: Tổng công suất hàng thiết kế đạt 750.000 TEU/năm (Hàng nhập 60% = 450.000 TEU, Hàng xuất 40% = 300.000 TEU; tỷ lệ container 20 feet chiếm 40%, 40 feet chiếm 60%). Phân bổ luồng hàng gồm: chuyển thẳng 20%, lưu kho bãi 80% (trong đó lưu bãi chính 70%, kho CFS 20%, bãi lạnh 10%; container rỗng phát sinh từ CFS là 20%). Đội tàu tính toán tiếp nhận tàu container trọng tải đến 20.000 DWT.
  • Chương 4: Phương án công nghệ xếp dỡ hàng hóa: Thiết lập hai phương án công nghệ cơ giới hóa:
    • Phương án 1 (Phương án chọn): Tuyến mép bến dùng cần trục giàn chuyên dụng SSG (Ship-to-Shore Gantry Crane, sức nâng 40 T, tầm với 35 m phía sông, 10 m phía bờ, ray 18 m, 8 bánh/chân, bố trí 6 cần trục). Bãi chứa container đầy dùng 6 cần trục bánh lốp RTG (sức nâng 40,6 T, khẩu độ 23,47 m). Bãi container lạnh dùng 2 xe nâng ReachStacker SRSC45H8 (sức nâng 45 T, nâng cao 15,1 m). Bãi rỗng dùng 2 xe nâng vỏ container SANY SDCY90K7H8 (tải nâng 9 T). Kho CFS dùng 8 xe nâng điện Liugong (sức nâng 3 T). Vận chuyển nội bộ và ngoại cảng dùng đoàn xe đầu kéo container Fuso 2 cầu (14 xe trong cảng, 40 xe chạy ngoài cảng).
    • Phương án 2: Mép bến sử dụng cần trục chân đế TUKAN quay 360° (sức nâng 38 - 42 T, tầm với 39 m, ray 15 m); bãi container dùng cẩu ray RMG kết hợp xe nâng ReachStacker và xe nâng dầu Bao Li trong kho CFS.
  • Chương 5, 6, 7 & 8: Quy hoạch mặt bằng, tính toán công trình bến, khu đất và khu nước: Xác định cao độ mặt bến, chiều dài bến tiếp nhận tàu 20.000 DWT, chiều rộng bến, phân làn xe sau bến; tính diện tích bãi container đầy, bãi lạnh, bãi rỗng, kho CFS; định kích thước luồng chạy tàu, vũng quay tàu, vũng đợi tàu và vũng nước xếp dỡ trước bến; lập quy hoạch tổng thể mặt bằng cảng.
Chỉ tiêu công nghệ Phương án 1 (Phương án chọn) Phương án 2
Thiết bị tuyến tiền phương (mép bến) Cần trục giàn chuyên dụng SSG (40 T, 6 máy) Cần trục chân đế TUKAN (38–42 T, quay 360°)
Thiết bị bãi chứa container đầy Cần trục bánh lốp RTG (40,6 T, 6 máy) Cần trục chạy trên ray RMG
Thiết bị bãi lạnh Xe nâng chuyên dụng ReachStacker SRSC45H8 (45 T) Xe nâng ReachStacker
Thiết bị bãi rỗng Xe gắp vỏ container SANY SDCY90K7H8 (9 T) Xe gắp container rỗng SANY
Thiết bị kho CFS Xe nâng điện Liugong (3 T, 8 xe) Xe nâng dầu Bao Li
Phương tiện vận chuyển Xe đầu kéo Fuso (14 xe nội bộ, 40 xe liên cảng) Xe đầu kéo kết hợp rơ-moóc

Phần II: Thiết kế kỹ thuật bến container 20.000 DWT

  • Chương 1 & 2: Số liệu đầu vào và lựa chọn sơ bộ kết cấu: Xác lập thông số tàu tính toán 20.000 DWT, điều kiện địa chất, thủy hải văn. Lựa chọn giải pháp kết cấu bến dạng cầu tàu bệ cọc đài cao gồm cầu chính và hệ thống cầu dẫn nối bờ; sử dụng hệ cọc ống bê tông cốt thép dự ứng lực (BTDUL) đường kính D800-A cho cầu chính và D600 cho cầu dẫn, chiều dài danh định cọc $L = 51\text{ m}$.
  • Chương 3: Tính toán tải trọng tác dụng: Xác định tải trọng thẳng đứng (trọng lượng bản thân kết cấu, hàng hóa phân bố trên mặt bến, tải trọng tập trung từ cụm bánh xe cần trục SSG đạt cực đại 311,96 kN/bánh ở ray phía sông); tải trọng ngang do tàu cập bến (tính toán động năng cập bến, lựa chọn hệ thống đệm va cao su SPC 700H có bố trí trụ đệm và kiểm tra áp lực tiếp xúc vỏ tàu); tải trọng gió và lực kéo theo của dòng chảy tác dụng lên mạn khô và phần chìm của tàu; tổng hợp tải trọng lên các bích neo bến dưới các góc nghiêng dây neo ($45^\circ, 60^\circ, 90^\circ$).
  • Chương 4: Tính toán sức chịu tải của cọc: Tính toán sức kháng nén dọc trục cực hạn đặc trưng của cọc đơn ($R_{c,k}$) xuyên qua 6 lớp địa tầng và cắm vào tầng cát chặt lớp 6 cho cả hệ cọc thẳng và cọc xiên thuộc cầu chính và cầu dẫn; xác định chiều dài tính toán tự do $L_i$ của cọc trong nước và nền đất.
  • Chương 5: Tính toán nội lực kết cấu công trình:
    • Tính tọa độ tâm đàn hồi của phân đoạn bến để phân phối lực va tàu và lực kéo bích neo về các đầu cọc thẳng và cọc xiên.
    • Thiết lập sơ đồ truyền tải và mô hình hóa khung dầm trên SAP2000: khung dọc ngoài ray, khung dọc dưới ray (chịu tải tập trung bánh xe cần trục), khung ngang bến và ô bản sàn mặt cầu chính ngàm 4 cạnh; khung ngang và khung dọc cầu dẫn.
    • Thực hiện tổ hợp tải trọng và xuất biểu đồ bao mô-men uốn ($M$), lực cắt ($V$) và phản lực đầu cọc theo Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) và Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS).
  • Chương 6: Tính toán kiểm tra cọc: Kiểm tra khả năng chịu nén dọc trục của cọc cầu chính D800 ($L = 51\text{ m}$) và cọc cầu dẫn D600 ($L = 51\text{ m}$); kiểm tra cọc chịu uốn đồng thời chịu lực ngang tác dụng tại cao độ đáy đài.
  • Chương 7: Tính toán bê tông cốt thép cho các cấu kiện:
    • Vật liệu sử dụng: Bê tông cấp độ bền M300; cốt thép dọc nhóm AII, cốt thép cấu tạo/đai nhóm AI.
    • Tính toán diện tích cốt thép dọc chịu uốn cho hệ dầm dọc ray, dầm ngang và bản mặt cầu; kiểm tra khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép và tính toán khoảng cách bố trí cốt đai theo TTGH I; kiểm tra điều kiện khống chế độ mở rộng vết nứt theo TTGH II trong môi trường xâm thực nước mặn.

Phần III: Thi công công trình

  • Chương 1: Trình tự các bước thi công chính: Quy định quy trình tuần tự trên công trường: San lấp bãi và chuẩn bị mặt bằng; xây dựng kho bãi tập kết vật tư máy móc; định vị tuyến công trình; thi công đóng hệ cọc BTDUL; lắp đặt đai ôm cọc và ván khuôn đài cọc; lắp dựng ván khuôn và cốt thép dầm; thi công đổ bê tông dầm tại chỗ; lắp ghép các tấm bản sàn đúc sẵn; đổ bê tông lớp mặt bến toàn khối; lắp đặt hệ thống thiết bị phụ trợ (đệm va tàu SPC 700H, bích neo, ray cần trục).
  • Chương 2: Thi công đóng cọc: Sử dụng máy toàn đạc điện tử định vị chính xác vị trí tim cọc thẳng và cọc xiên trên biển; huy động tàu kéo kết hợp sà lan chở cọc 400 T đưa cọc từ bãi ra vị trí thi công; vận hành tàu đóng cọc chuyên dụng trang bị búa treo; tính toán năng lượng nhát búa và kiểm tra độ thích dụng của búa đóng cọc; tính toán xác định độ chối thiết kế của cọc; thi công chi tiết mối nối hàn cọc ống thép/BTDUL; lập bảng định mức nhân công, ca máy và biểu đồ tiến độ thi công đóng cọc chi tiết.

Thiết kế kỹ thuật và quy trình thi công công trình

      [Tải trọng khai thác mặt bến & Cần trục SSG]
          [Bản mặt sàn BTCT & Dầm đúc tại chỗ]
  [Phân phối tải trọng qua Tâm đàn hồi (Lực va & Lực neo)]
[Hệ móng cọc BTDUL D800/D600 cắm vào tầng Cát chặt Lớp 6]

Giải pháp kết cấu và vật liệu

  • Kết cấu cầu chính: Hệ dầm bản bê tông cốt thép đặt trên móng cọc đài cao. Cọc chịu lực sử dụng cọc ống bê tông cốt thép dự ứng lực D800-A với chiều dài $L = 51\text{ m}$, bố trí kết hợp cọc thẳng và cọc xiên để tăng độ cứng chống chuyển vị ngang.
  • Kết cấu cầu dẫn: Dầm bản trên hệ cọc ống BTDUL đường kính D600 ($L = 51\text{ m}$).
  • Vật liệu chế tạo: Bê tông M300; cốt thép dọc chịu lực nhóm AII, cốt đai nhóm AI; phụ kiện đệm va đàn hồi cao su SPC 700H, hệ thống bích neo chịu lực bố trí dọc mép bến.

Mô hình hóa và phân tích nội lực

Hệ kết cấu được rời rạc hóa và phân tích nội lực trên phần mềm SAP2000:

  • Mô hình phẳng và không gian cho khung dọc chịu ray cần trục SSG (tính toán cho vị trí xe con/trolley bất lợi nhất ở phía sông với tải trọng 311,96 kN/bánh và phía bờ 244,46 kN/bánh).
  • Phân tích khung dọc ngoài ray, khung ngang chịu tải trọng rải đều bề mặt và tải trọng va chạm tàu.
  • Bản mặt cầu chính được tính toán theo sơ đồ bản kê 4 cạnh ngàm mềm vào hệ dầm dọc và dầm ngang.
  • Các tổ hợp tải trọng được phân tách rõ theo TTGH I (trạng thái cực hạn phục vụ tính toán độ bền và cốt thép) và TTGH II (trạng thái sử dụng phục vụ kiểm tra võng và nứt).

Quy trình công nghệ thi công cọc ngoài biển

  1. Định vị: Dùng hệ thống máy toàn đạc điện tử thiết lập lưới tọa độ chuẩn từ bờ, dẫn mốc ra hệ sàn đạo/phao nổi để định vị tim cọc thẳng và góc nghiêng cọc xiên.
  2. Vận chuyển: Cọc D800/D600 đúc sẵn được xếp dỡ lên sà lan chuyên dụng 400 T và được tàu kéo lai dắt đến vị trí búa đóng.
  3. Đóng cọc: Tàu đóng cọc neo định vị, cẩu dựng cọc vào giá dẫn hướng; sử dụng búa có thông số năng lượng phù hợp đóng cọc xuyên qua 5 lớp bùn sét dẻo mềm đến độ sâu thiết kế cắm vào tầng 6 (cát hạt trung - thô lẫn sỏi sạn kết cấu chặt); kiểm tra độ chối thiết kế của từng cọc để quyết định dừng đóng.
  4. Nối cọc: Thực hiện hàn nối các phân đoạn cọc ngoài hiện trường theo chi tiết mối hàn vát mép được kiểm soát nghiêm ngặt.
  5. Đổ bê tông kết cấu phần trên: Lắp đặt hệ đai ôm đầu cọc, ván khuôn đài dầm, cốt thép, đổ bê tông tại chỗ hệ dầm; lắp đặt bản sàn đúc sẵn và đổ bê tông liên kết toàn khối mặt sàn bến.

Kết quả tính toán và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán chủ yếu

  • Quy mô công trình: Bến tiếp nhận an toàn tàu container tải trọng 20.000 DWT, đáp ứng lượng hàng 750.000 TEU/năm với 6 cần trục bờ SSG (40 T) và 6 cẩu bãi RTG (40,6 T), đảm bảo dây chuyền vận chuyển liên tục.
  • Thông số nền móng: Chiều dài cọc $L = 51\text{ m}$ (đường kính D800-A cho cầu chính và D600 cho cầu dẫn) bảo đảm sức chịu nén dọc trục $R_{c,k}$ và khả năng chịu tải trọng ngang tổng hợp từ va tàu, lực căng dây neo bích và áp lực sóng gió.
  • An toàn kết cấu: Tiết diện dầm, bản và cốt thép tính toán bố trí (thép AII, AI, bê tông M300) thỏa mãn toàn diện các điều kiện về cường độ chịu uốn, khả năng chịu cắt của tiết diện nghiêng và khống chế độ mở rộng vết nứt theo tiêu chuẩn công trình thủy trong môi trường nước biển.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Xây dựng hoàn chỉnh chuỗi tính toán liên hoàn từ quy hoạch chu chuyển luồng hàng, lựa chọn công nghệ bốc xếp đến phân tích kết cấu công trình bến tiếp nhận tàu container 20.000 DWT tại khu vực nước sâu Lạch Huyện.
  • Cung cấp giải pháp kết cấu bệ cọc đài cao dùng cọc BTDUL đường kính lớn cắm sâu vào tầng cát chặt, giải quyết bài toán móng công trình trên nền địa chất phức tạp gồm nhiều lớp bùn sét yếu dày hơn 28 m tại vùng ven biển Hải Phòng.
  • Ứng dụng phương pháp số SAP2000 kết hợp phương pháp giải tích tâm đàn hồi để phân phối chính xác các lực ngang tác dụng lên hệ cọc hỗn hợp (cọc thẳng kết hợp cọc xiên).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Vấn đề sa bồi luồng và khu nước: Số liệu thực tế sau 1 năm khai thác luồng Lạch Huyện cho thấy lượng sa bồi phát sinh thực tế đạt 2,93 triệu m³ (cao hơn dự báo 1,71 triệu m³/năm do luồng mới nạo vét sâu -14 m và tác động bão lũ). Đồ án chỉ mới tính toán lượng sa bồi dự báo cho năm đầu của bến 3, 4 là khoảng 250.000 m³; cần tiếp tục theo dõi, thu thập chuỗi số liệu quan trắc độ sâu dài hạn để hiệu chỉnh định mức nạo vét duy tu.
  • Kiểm chứng ứng xử cơ học thực tế: Cần bổ sung các số liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc, thử động PDA/PIT thực tế tại hiện trường cũng như quan trắc lún và chuyển vị ngang lâu dài của bến trong giai đoạn khai thác để chuẩn hóa mô hình tính toán.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng: Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên chuyên ngành Xây dựng Công trình Thủy, Công trình Biển, Kỹ thuật Hạ tầng Hàng hải, cũng như các kỹ sư thiết kế công trình cảng.
  • Nội dung có giá trị ứng dụng:
    • Quy trình tính toán dây chuyền công nghệ bốc xếp cảng container (tính chu kỳ làm việc, năng suất giờ, số lượng thiết bị SSG, RTG, ReachStacker, xe nâng CFS, xe đầu kéo).
    • Phương pháp phân phối lực ngang va neo theo tọa độ tâm đàn hồi cho hệ cọc đài cao hỗn hợp.
    • Trình tự thiết lập sơ đồ tính toán tải trọng bánh xe cần trục giàn SSG trên dầm ray và mô hình hóa khung kết cấu bằng SAP2000.
    • Hồ sơ kỹ thuật biện pháp thi công đóng cọc BTDUL đường kính lớn trên biển và tính toán năng lượng búa đóng cọc.

Câu hỏi thường gặp

1. Lượng hàng và cơ cấu container thiết kế thông qua cảng trong đồ án được xác định là bao nhiêu?
Tổng lượng hàng thiết kế là 750.000 TEU/năm, trong đó hàng nhập chiếm 60% (450.000 TEU) và hàng xuất chiếm 40% (300.000 TEU). Về chủng loại, container 20 feet chiếm 40% và container 40 feet chiếm 60%. Luồng hàng được phân bổ: 20% chuyển thẳng và 80% lưu kho bãi (gồm bãi hàng thường 70%, kho CFS 20%, bãi lạnh 10%).

2. Cấu tạo địa tầng tại khu vực xây dựng bến số 3, 4 cảng Lạch Huyện gồm những lớp nào?
Địa tầng gồm 6 lớp đất từ trên xuống dưới: Lớp 1 (1b) là bùn sét pha màu xám nâu/xanh dày 5,5 m; Lớp 2 là sét màu xám xanh kẹp cát pha trạng thái chảy dày 4,5 m; Lớp 3 là sét màu xám nâu dẻo chảy dày 4,8 m; Lớp 4 là sét dẻo cứng dày 8,2 m; Lớp 5 là sét pha dẻo mềm dày 7,5 m; Lớp 6 là cát hạt trung đến thô lẫn sỏi sạn kết cấu chặt dày 22,5 m (lớp đất chịu lực chính cho mũi cọc).

3. Sơ đồ công nghệ bốc xếp Phương án 1 (phương án chọn) sử dụng các loại thiết bị chính nào?
Phương án 1 bố trí: 6 cần trục giàn chuyên dụng SSG (sức nâng 40 T) tại tuyến mép bến; 6 cần trục bánh lốp RTG (40,6 T) tại bãi container đầy; 2 xe nâng ReachStacker SRSC45H8 (45 T) tại bãi lạnh; 2 xe nâng SANY SDCY90K7H8 (9 T) tại bãi container rỗng; 8 xe nâng điện Liugong (3 T) tại kho CFS; 14 xe đầu kéo Fuso lưu thông nội bộ cảng và 40 xe chạy ngoại cảng.

4. Quy cách và chủng loại cọc được lựa chọn cho kết cấu cầu chính và cầu dẫn là gì?
Kết cấu sử dụng cọc ống bê tông cốt thép dự ứng lực (BTDUL) đúc sẵn với chiều dài thiết kế $L = 51\text{ m}$. Đường kính cọc cho cầu chính là D800 (loại D800-A) bố trí cọc thẳng và cọc xiên; đường kính cọc cho hệ thống cầu dẫn là D600. Cọc được đóng xuyên qua các tầng bùn sét yếu để cắm vào tầng cát chặt lớp 6.

5. Thực tế khai thác luồng Lạch Huyện đã ghi nhận vấn đề sa bồi diễn biến như thế nào so với dự báo thiết kế?
Dự báo ban đầu tính toán khối lượng sa bồi luồng và vũng quay khoảng 1,71 triệu m³/năm (tương đương 0,5 - 0,6 m/năm). Tuy nhiên thực tế khai thác năm 2019 ghi nhận lượng sa bồi đoạn luồng Lạch Huyện lên tới 2,93 triệu m³ (tăng thêm 1,6 triệu m³ tập trung tại vũng quay tàu trước bến 1 và 2) do cao trình đáy luồng mới nạo vét sâu xuống -14 m (HĐ) và ảnh hưởng của bão lũ mùa hè năm 2019.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư của sinh viên Đoàn Duy Khang đã hoàn thành thiết kế kỹ thuật công trình bến tàu container tiếp nhận tàu 20.000 DWT tại khu bến Lạch Huyện, Hải Phòng trên cơ sở xử lý số liệu khảo sát tự nhiên và tiêu chuẩn chuyên ngành. Đề tài đã giải quyết trọn vẹn bài toán quy hoạch bốc xếp cho công suất 750.000 TEU/năm, lựa chọn dây chuyền thiết bị hiện đại (SSG, RTG) và tính toán chi tiết kết cấu cầu tàu bệ cọc đài cao dùng cọc BTDUL D800/D600 bằng phần mềm SAP2000. Toàn bộ nội dung tính toán kết cấu, kiểm tra nứt và lập biện pháp tổ chức thi công đóng cọc ngoài biển đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật đối với đồ án tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Xây dựng Công trình Thủy.