Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng Công trình thủy của sinh viên Ngô Quốc Khánh (MSSV: 1751090036), dưới sự hướng dẫn của ThS. Trịnh Thanh Kiên, giải quyết bài toán quy hoạch tổng mặt bằng và thiết kế kết cấu công trình nâng hạ tàu cho nhà máy sửa chữa tàu thủy. Trong bối cảnh ngành vận tải thủy đòi hỏi năng lực bảo dưỡng phương tiện cơ động, việc thiết kế một cơ sở sửa chữa tàu quy chuẩn, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành và phù hợp điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn cục bộ là yêu cầu cấp thiết.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án tập trung vào các nội dung trọng tâm sau:

  1. Tiếp nhận và phân tích các số liệu tự nhiên (địa hình, địa chất hố khoan số 6, chế độ thủy hải văn) cùng thông số đoàn tàu thiết kế (trọng tải 900 T, chiều dài lớn nhất 71 m).
  2. Quy hoạch dây chuyền công nghệ sửa chữa hai chiều và bố cục tổng mặt bằng nhà máy trên bình đồ quy hoạch số 06.
  3. Xác định quy mô, số lượng và thông số hình học cơ bản của các hạng mục công trình thủy công: bệ sửa chữa tàu, bến trang trí, hệ thống triền nghiêng và đường hào chuyển tiếp.
  4. Lựa chọn giải pháp kết cấu tối ưu cho đường triền dựa trên phân tích tương tác địa tầng và tính khả thi trong thi công ngập nước.
  5. Mô hình hóa và tính toán nội lực, kiểm tra khả năng chịu tải của kết cấu dầm - cọc trên cạn (thi công toàn khối) và dưới nước (thi công lắp ghép) theo các trạng thái giới hạn.

Phạm vi nghiên cứu của đồ án giới hạn tại khu đất quy hoạch theo bình đồ số 06; đối tượng tính toán kết cấu chính là đường triền dọc kết hợp xe chở tàu (xe giá bằng) và xe đường hào, phục vụ cỡ tàu thiết kế 900 T với công suất khai thác 15 lượt tàu/năm.

Cơ sở pháp lý, tiêu chuẩn và phương pháp tính toán

Để giải quyết bài toán kỹ thuật, tác giả đã tích hợp hệ thống quy chuẩn xây dựng Việt Nam và các mô hình cơ học kết cấu chuyên ngành:

  • Hệ thống tiêu chuẩn áp dụng:
    • TCVN 11820-1:2017: Công trình cảng biển – Nguyên tắc chung (xác định cấp công trình là cấp IV).
    • TCVN 11820-2:2017: Công trình cảng biển – Điều kiện tự nhiên và tải trọng tác động (nội suy mực nước thiết kế).
    • TCVN 11820-5:2021: Công trình cảng biển – Thiết kế bến và công trình nâng hạ tàu (tính toán cao trình mặt bằng, độ sâu trước bến).
    • TCVN 10304:2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế (xác định sức chịu tải cực hạn và sức chịu tải tính toán của cọc đơn).
    • TCXD 205:1998: Móng cọc – Tiêu chuẩn tính toán chuyển vị và biến dạng cọc trong nền đất.
  • Tài liệu chuyên môn nền tảng: Giáo trình "Công trình thủy công" của TS. Phạm Văn Thứ (hướng dẫn tính toán công trình nâng hạ tàu, phân bố tải trọng tàu, cấu tạo xe triền, hệ số không đều $k'$, $k''$, góc nghiêng đường triền và chiều sâu mút trượt).
  • Phương pháp tính toán thực tế:
    • Phương pháp giải tích cơ học kết cấu: Phân bố tải trọng tàu theo phương dọc (dạng bậc thang/hình thang: 40%Q, 31%Q, 29%Q) và phương ngang (sống tàu, lườn tàu); sử dụng đường ảnh hưởng để xác định mômen và lực cắt bất lợi nhất trên dầm dọc và phản lực truyền lên đầu cọc; sử dụng phương pháp lực (hệ cơ bản và phương trình chính tắc) để giải dầm ngang siêu tĩnh.
    • Phương pháp phần tử hữu hạn và mô hình hóa đàn hồi: Tính toán dầm liên tục nhiều nhịp trên nền cọc theo sơ đồ dầm kê trên gối đàn hồi (springs) với độ cứng lò xo $k$ giải bằng phần mềm SAP2000; đồng thời thiết lập sơ đồ đối chứng cọc tương đương có xét liên kết ngàm trượt tại chiều dài chịu uốn $L_u$ theo công thức Zavriev.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ khảo sát địa chất công trình gồm 4 lớp đất tại khu vực bình đồ số 06 và chuỗi số liệu quan trắc mực nước đỉnh triều, chân triều nhiều năm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Số liệu thiết kế

Chương này trình bày toàn bộ số liệu đầu vào phục vụ công tác quy hoạch và tính toán kết cấu. Loại hình khai thác được lựa chọn là triền dọc kết hợp xe đường triền và xe đường hào. Về địa chất, tác giả phân tích số liệu địa chất số 6 gồm 4 tầng đất đặc trưng:

Lớp đất Chiều dày trung bình (m) Trạng thái / Tính chất cơ lý chủ yếu Các chỉ tiêu tiêu biểu
Lớp 1 4,50 Bùn sét xám xanh, chứa hữu cơ, kẹp cát mỏng, dẻo chảy đến chảy $\gamma = 1{,}51\text{ kg/cm}^3$, $w = 76{,}5%$, $I_p = 34{,}98$, $e_0 = 2{,}07$, $B = 0{,}98$
Lớp 2 8,20 Sét màu xám nâu vàng, trạng thái dẻo mềm $\gamma = 1{,}96\text{ kg/cm}^3$, $w = 24{,}7%$, $I_p = 17{,}6%$, $B = 0{,}60$
Lớp 3 11,83 Cát pha hạt bụi đến mịn màu nâu vàng, kết cấu chặt vừa $\gamma = 1{,}88\text{ kg/cm}^3$, $w = 20{,}5%$, $I_p = 5{,}9%$, $B = 0{,}61$, $\varphi = 22{,}087^\circ$
Lớp 4 Chưa xác định Sét màu nâu vàng xanh, trạng thái dẻo cứng $\gamma = 1{,}92\text{ kg/cm}^3$, $w = 16{,}7%$, $I_p = 18{,}3%$

Về thủy văn, đỉnh triều tần suất $P = 1%$ đạt $+4{,}04\text{ m}$; tần suất $P = 50%$ đạt $+2{,}59\text{ m}$. Do thiếu dữ liệu mực nước thấp nhất năm ứng với tần suất $P = 4%$, tác giả lấy mực nước chân triều cực tiểu $H_{\min} = -0{,}47\text{ m}$ ứng với $P = 99%$. Thông số tàu thiết kế gồm: trọng tải 900 T, chiều dài toàn bộ $L_{oa} = 71\text{ m}$, chiều rộng $B = 14\text{ m}$, chiều cao mạn $D = 4{,}4\text{ m}$, phục vụ nhu cầu 32 lượt tàu quy chuẩn của nhà máy.

Chương 2: Quy hoạch mặt bằng nhà máy sửa chữa tàu thủy

Tác giả thiết lập sơ đồ dây chuyền công nghệ sửa chữa khép kín hai chiều. Trình tự sửa chữa bắt đầu từ bến trang trí (khảo sát hư hỏng, lập kế hoạch, tháo dỡ cụm máy chính và thiết bị đưa vào xưởng cơ khí). Sau đó, tàu được lai dắt vào triền dọc để nâng lên bờ, chuyển qua hệ thống đường hào đến các bệ sửa chữa cố định để tiến hành làm sạch vỏ, cạo hà, hàn vá kết cấu và sơn bảo dưỡng. Khi hoàn tất, tàu được hạ thủy trở lại qua đường triền và lai dắt về bến trang trí để tái lắp đặt máy móc, hoàn thiện và chạy thử.

Cơ chế vận chuyển tàu gồm 2 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1: Xe giá bằng chở tàu di chuyển trên mặt phẳng nghiêng của đường triền, vượt qua đoạn cong quá độ có bán kính $R = 1000\text{ m}$ để tiếp cận xe đường hào tại vị trí giao nhau.
  • Giai đoạn 2: Ray của xe đường hào ăn khớp với ray trên mặt bằng, xe đường hào chở xe giá bằng và tàu chạy theo phương vuông góc với trục triền dọc đến vị trí bệ định sẵn, sau đó hệ tời - cáp kéo xe chở tàu thẳng vào bệ.

Chương 3: Tính toán các kích thước cơ bản của các bộ phận công trình, lập tổng mặt bằng nhà máy

Chương này tập trung xác định kích thước các công trình thủy công:

  • Bệ sửa chữa: Với công suất 15 tàu 900 T/năm, thời gian nằm bệ bình quân 65 ngày/tàu, hệ số không đều $k_b = 1{,}2$, thời gian khai thác $T_n = 300\text{ ngày}$, số lượng bệ tính toán là $n_b = (975 \times 1{,}2) / 300 = 3{,}9$ $\rightarrow$ chọn 4 bệ. Kích thước bệ: chiều dài $L_b = 71 + 2 \times 3 = 77\text{ m}$; bề rộng $B_b = 14 + 2 \times 2 = 18\text{ m}$. Khoảng cách giữa các bệ là $10\text{ m}$, phù hợp với khẩu độ cần trục chân đế di chuyển trên ray sức nâng 20 T. Cao trình mặt bệ được lấy bằng cao trình mặt bằng nhà máy là $+5{,}54\text{ m}$ (xác định theo mức kiểm tra ngập nước $H_{1%} + a = 4{,}04 + 1{,}50 = +5{,}54\text{ m}$).
  • Bến trang trí: Dự kiến 18 lượt tàu cập bến/năm với thời gian đỗ 10 ngày-đêm/tàu, số lượng bến cần thiết là $N_b = 0{,}72$ $\rightarrow$ bố trí 1 bến độc lập. Chiều dài bến $L_b = 50{,}41\text{ m}$; chiều rộng $B_b = 17{,}5\text{ m}$ (gồm khoảng cách ray trước $2{,}75\text{ m}$, khẩu độ cần trục Gotwald HSK 300 là $10{,}0\text{ m}$, khoảng cách ray sau $5{,}75\text{ m}$). Cao trình đỉnh bến $+5{,}54\text{ m}$; cao trình đáy bến được ấn định $-3{,}105\text{ m}$ nhằm đáp ứng độ sâu nạo vét cho tàu kéo lai dắt và tàu vận chuyển vật tư thép 150 T cập bến.
  • Đường triền và thiết bị kéo tàu: Độ dốc triền dọc chọn $i = 1/10$ ($\alpha \approx 5{,}71^\circ$). Xe chở tàu gồm 2 phân đoạn, mỗi xe dài $10\text{ m}$, rộng $8\text{ m}$, cao $1{,}0 - 1{,}5\text{ m}$. Xe đường hào có chiều cao $1{,}0\text{ m}$, di chuyển trong rãnh hào sâu $1{,}0\text{ m}$ (cao trình đáy hào $+4{,}54\text{ m}$). Mực nước hạ thủy xác định ở tần suất $P = 10%$ là $MNHT = +3{,}01\text{ m}$. Chiều sâu mút đường trượt tính toán đạt $H_m = 7{,}80\text{ m}$, ứng với cao trình mút triền $-4{,}79\text{ m}$ và tổng chiều dài hình chiếu đường trượt trên mặt phẳng nằm ngang là $L = 190{,}0\text{ m}$.
  • Tổng mặt bằng: Quy hoạch cụ thể 14 hạng mục công trình phụ trợ (phân xưởng sửa chữa thân tàu, xưởng máy, trạm điện nước cứu hỏa, bãi vật liệu, nhà điều hành...).

Chương 4: Phân tích điều kiện địa chất và điều kiện khai thác, lựa chọn kết cấu đường triền

Dựa trên điều kiện địa chất hố khoan số 6, lớp bùn sét mặt dày $4{,}5\text{ m}$ có trạng thái dẻo chảy đến chảy ($B = 0{,}98$), khả năng chịu lực yếu. Nếu sử dụng phương án tà vẹt trên nền đá dăm thông thường, công trình sẽ đối mặt với hiện tượng lún không đều nghiêm trọng, đồng thời phần kết cấu ngập nước rất dễ bị sóng dòng chảy cuốn trôi xói lở, gây tốn kém chi phí duy tu. Càng xuống sâu, các lớp cát pha (lớp 3) và sét dẻo cứng (lớp 4) có chỉ tiêu cơ lý tốt, sức chịu tải cao.

Do đó, tác giả đưa ra kết luận kỹ thuật: lựa chọn phương án kết cấu móng dầm bê tông cốt thép (BTCT) trên nền cọc đứng. Để tối ưu hóa biện pháp thi công, đường triền được phân chia thành 2 phân đoạn kết cấu rõ rệt: phân đoạn trên cạn/vùng triều thi công đúc tại chỗ và phân đoạn ngập nước thi công lắp ghép định hình.

Chương 5: Tính toán tải trọng do tàu tác dụng lên đoạn đường triền nằm nghiêng

Tác giả phân tích trạng thái truyền lực từ trọng lượng tàu 900 T ($Q = 450\text{ T}$ ở trạng thái không tải đưa lên triền) xuống hệ thống xe chở tàu gồm 2 phân đoạn đặt trên ray:

  • Áp lực bánh xe trên cạn: Tải trọng tàu phân bố dọc được quy đổi về dầm liên tục 2 gối tựa có mút thừa, sau đó nhân với hệ số phân bố không đều giữa các xe $k' = 1{,}25$ và giữa các bánh xe $k'' = 1{,}0$. Tại vị trí sống tàu, tải trọng phân bố lên xe đạt $Q_{xe} = 156{,}925\text{ T}$, áp lực bánh xe tác dụng là $P_k = 24{,}32\text{ T}$. Tại vị trí lườn tàu, tải trọng lên xe là $60{,}359\text{ T}$, áp lực bánh xe đạt $9{,}74\text{ T}$.
  • Áp lực đầu tàu khi hạ thủy: Khi hạ thủy, phần đuôi tàu chạm nước sinh lực nổi làm gia tăng đột biến phản lực ở đầu tàu. Lực đầu tàu cực đại tính theo kinh nghiệm $P_{\max} = Q/3 = 450/3 = 150\text{ T}$. Đoạn xuất hiện áp lực đầu tàu kéo dài từ mực nước hạ thủy $+3{,}01\text{ m}$ xuống cao trình kết thúc áp lực đầu tàu $\nabla_{kt} = -0{,}17\text{ m}$.
  • Kiểm tra khả năng chịu tải của bánh xe: Với bánh xe đường kính $R = 0{,}5\text{ m}$, thép CT5 có ứng suất cho phép $[\sigma] = 750\text{ T/m}^2$, sức chịu tải cho phép của bánh xe là $[P_k] = 45\text{ T}$. Áp lực bánh xe thực tế lớn nhất đạt $24{,}32\text{ T} < 45\text{ T}$, bảo đảm tuyệt đối điều kiện an toàn chịu lực.

Chương 6: Tính toán kết cấu đường triền đoạn đường triền nằm nghiêng

Chương 6 là phần tính toán kết cấu chi tiết cho hai phân đoạn đường triền:

  • Đoạn trên cạn thi công tại chỗ (dài 56,5 m):
    • Quy cách kết cấu: Dầm dọc $b \times h = 60 \times 80\text{ cm}$, dầm ngang $40 \times 60\text{ cm}$. Sử dụng cọc ống bê tông cốt thép dự ứng lực D400 (chiều dày thành 240 mm), bước cọc dọc $3{,}7\text{ m}$, chiều dài cọc xuyên vào địa tầng tốt là $31 - 38\text{ m}$.
    • Sức chịu tải cọc theo đất nền (TCVN 10304:2014): Với sức kháng mũi $q_b = 9675\text{ kN/m}^2$, ma sát bên thành cọc $f_i$ và hệ số độ tin cậy $k = 1{,}4$, sức chịu tải tính toán nén cực hạn của cọc đạt $R_{c,d} = 151{,}83\text{ T}$. Tổng tải trọng nén lớn nhất từ dầm và bánh xe truyền lên đầu cọc là $P = 147{,}21\text{ T} < R_{c,d} = 151{,}83\text{ T}$ (thỏa mãn điều kiện chịu tải dọc trục).
    • Sơ đồ tính dầm: Xét điều kiện bước cọc $a_c = 3{,}7\text{ m} > 3S$, dầm dọc được mô hình hóa theo sơ đồ dầm liên tục nhiều nhịp kê trên các gối tựa đàn hồi, độ cứng lò xo $k$ gán trong phần mềm SAP2000; đồng thời kiểm chứng bằng phương pháp chiều dài chịu uốn tương đương $L_u$ theo TCXD 205:1998.
    • Kiểm tra trạng thái giới hạn (TTGH): Ở TTGH I (cường độ), mômen uốn tính toán trong cọc $M_{tt} = 4{,}4\text{ Tm} < M_{cr} = 5{,}6\text{ Tm}$ (mômen nứt giới hạn của cọc ly tâm Phan Vũ). Ở TTGH II (sử dụng), chuyển vị ngang đỉnh cọc tính theo phụ lục G TCXD 205:1998 đạt $\delta_n = 2{,}25\text{ cm} < [\delta] = 10\text{ cm}$. Nội lực cẩu lắp cọc tính được $M_{\text{cẩu}} = 6{,}59\text{ Tm}$, được chọn làm mômen khống chế để bố trí thép thân cọc.
  • Đoạn dưới nước thi công lắp ghép (dài 60 m):
    • Quy cách kết cấu: Phân đoạn nằm từ cao trình $-0{,}17\text{ m}$ đến mút triền $-4{,}79\text{ m}$ (vùng không còn áp lực đầu tàu). Kết cấu gồm dầm dọc $40 \times 60\text{ cm}$, dầm ngang $30 \times 50\text{ cm}$, giằng ngang $20 \times 40\text{ cm}$. Móng sử dụng cọc vuông BTCT đúc sẵn $40 \times 40\text{ cm}$ mác M300, chiều dài cọc $9\text{ m}$ (chiều dài tự do $3{,}5\text{ m}$), bước cọc $5{,}6\text{ m}$.
    • Nội lực dầm dọc: Dầm lắp ghép được giải theo sơ đồ dầm đơn giản hai đầu gối tựa tĩnh định. Sử dụng đường ảnh hưởng mômen giữa nhịp và lực cắt tại gối, kết hợp tĩnh tải bản thân dầm ($G_{dd} = 0{,}6\text{ T/m}$), tải giằng ngang tập trung ($P_{gn} = 0{,}7\text{ T}$) và cụm hoạt tải bánh xe ($P_k = 35{,}32\text{ T}$).
    • Nội lực dầm ngang: Xác định phản lực dầm dọc truyền xuống dầm ngang ($5{,}68\text{ T}$), lập hệ cơ bản phương pháp lực với ẩn số lực $X_1$, giải hệ phương trình chính tắc thu được mômen uốn ngàm $M_1 = -0{,}43\text{ Tm}$ và biểu đồ lực cắt tương ứng. Tải trọng lớn nhất tác dụng lên đầu cọc dưới nước đạt $Q_{k1} = 35{,}31\text{ T}$.

Thiết kế và triển khai giải pháp kỹ thuật

Giải pháp thiết kế công trình thủy công nâng hạ tàu trong đồ án thể hiện tính đồng bộ từ kết cấu công trình đến hệ thống cơ khí vận hành:

[Khu nước / Bến trang trí] 
[Triền nghiêng phân đoạn lắp ghép: Cọc vuông 40x40, Dầm 40x60] 
[Triền nghiêng phân đoạn tại chỗ: Cọc D400, Dầm 60x80] 
[Đường hào ngang: Xe đường hào liên tục đón xe giá bằng] 
[Bệ sửa chữa cố định: 4 bệ tại cao trình +5.54m]
  • Phân vùng giải pháp kết cấu đường triền nghiêng:
    • Phân đoạn trên cạn (56,5 m): Chịu đồng thời tải trọng bản thân tàu, xe và áp lực đầu tàu hạ thủy. Sử dụng cọc D400 xuyên sâu vào tầng cát pha chịu tải lớn, dầm dọc và dầm ngang đổ bê tông toàn khối tạo độ cứng khung không gian vững chắc.
    • Phân đoạn dưới nước (60,0 m): Thi công hoàn toàn trong môi trường nước ngập. Lựa chọn cọc vuông $40 \times 40\text{ cm}$ đúc sẵn kết hợp hệ dầm dọc và thanh giằng lắp ghép dạng phân đoạn giúp hạ thủy, định vị và lắp đặt nhanh chóng, hạn chế tối đa việc đổ bê tông dưới nước.
  • Mô hình cơ học tương tác nền - móng: Tác giả không xem ngàm cọc là tuyệt đối cứng mà ứng dụng mô hình gối đàn hồi (Winkler/lò xo đàn hồi) trong SAP2000 với độ cứng nén $k$ tính từ môđun đàn hồi của cọc $E = 2{,}9 \times 10^6\text{ T/m}^2$, diện tích tiết diện cọc và hệ số tương tác đất dính. Điều này phản ánh sát thực tế biến dạng uốn và chuyển vị ngang của công trình ven biển.
  • Cơ chế truyền lực và vận hành chuyển tàu: Hệ thống tời kéo và puli trung gian phối hợp cáp kéo điều khiển xe giá bằng trên 1 tổ ray (khoảng cách ray $3{,}5\text{ m}$), khóa chốt an toàn khi vào xe đường hào, bảo đảm toàn bộ chu trình nâng - hạ và chuyển vị trí diễn ra êm thuận, không gây xung kích lên khung thân tàu.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn bộ hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật cho công trình nhà máy sửa chữa tàu thủy cỡ 900 T với các kết quả cụ thể:

  • Thông số quy hoạch tổng mặt bằng chuẩn xác:
    • Số lượng bệ sửa chữa: 4 bệ ($77 \times 18\text{ m}$); khoảng cách thông xe cần trục 20 T giữa các bệ: $10\text{ m}$.
    • Bến trang trí: 1 bến độc lập ($50{,}41 \times 17{,}5\text{ m}$), cao trình đỉnh bến $+5{,}54\text{ m}$, cao trình nạo vét đáy bến $-3{,}105\text{ m}$.
    • Hệ thống triền: Độ dốc $i = 1/10$, chiều dài hình chiếu mặt bằng $L = 190{,}0\text{ m}$, chiều sâu mút triền $7{,}80\text{ m}$, cao trình mút triền $-4{,}79\text{ m}$.
  • Bảo đảm an toàn chịu lực qua các chỉ số tính toán:
Cấu kiện kiểm tra Đại lượng kiểm tra Giá trị tính toán thực tế Giá trị cho phép / Giới hạn Đánh giá
Bánh xe chở tàu Áp lực bánh xe lớn nhất ($P_k$) $24{,}32\text{ T}$ $[P_k] = 45{,}00\text{ T}$ Đạt an toàn
Cọc khoan D400 trên cạn Khả năng chịu nén dọc trục $P = 147{,}21\text{ T}$ $R_{c,d} = 151{,}83\text{ T}$ Đạt an toàn
Thân cọc D400 trên cạn Mômen uốn nứt vật liệu $M_{tt} = 4{,}40\text{ Tm}$ $M_{cr} = 5{,}60\text{ Tm}$ Không nứt cọc
Đỉnh cọc D400 trên cạn Chuyển vị ngang đáy đài $\delta_n = 2{,}25\text{ cm}$ $[\delta] = 10{,}00\text{ cm}$ Thỏa mãn TTGH II
Cọc thi công cẩu lắp Mômen uốn cẩu lắp cọc $M_{\text{cẩu}} = 6{,}59\text{ Tm}$ Khống chế bố trí thép Đạt an toàn
  • Đóng góp kỹ thuật của đồ án: Đề xuất phân chia giải pháp kết cấu đường triền thành hai phân đoạn (toàn khối trên cạn và lắp ghép dưới nước) giải quyết triệt để xung đột giữa yêu cầu chịu lực đầu tàu hạ thủy và tính khả thi trong thi công ngập triều. Việc áp dụng mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi thay thế cho sơ đồ dầm tĩnh định truyền thống nâng cao độ tin cậy trong đánh giá nội lực dầm ray.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được ghi nhận từ nội dung đồ án:
    • Số liệu chuỗi quan trắc thủy văn bị khuyết giá trị mực nước thấp nhất năm $H_{\min}$ ứng với chu kỳ lặp tần suất $P = 4%$, buộc tác giả phải sử dụng giá trị thay thế từ đường chân triều tần suất $P = 99%$ ($H_{\min} = -0{,}47\text{ m}$).
    • Hồ sơ địa chất số 6 chưa khoan thăm dò xác định được chiều dày và chiều sâu kết thúc của lớp đất số 4 (lớp sét dẻo cứng), gây khó khăn cho việc đánh giá chính xác tầng chịu lực mũi cọc tuyệt đối.
    • Các phân tích lực mới dừng lại ở bài toán phẳng hai chiều (2D), phân bố áp lực bánh xe dựa trên sơ đồ quy đổi giải tích gần đúng mà chưa xét tới biến dạng tương tác không gian ba chiều (3D) giữa vỏ tàu, khung xe và ray trượt.
  • Hướng nghiên cứu và hoàn thiện tiếp theo:
    • Cần bổ sung số liệu khảo sát địa kỹ thuật sâu hơn đối với lớp đất 4 để xác định chiều dày chính xác của tầng sét dẻo cứng.
    • Mở rộng mô hình tính toán 3D tổng thể có xét đến tải trọng động phát sinh do sóng, gió giật trong giai đoạn kéo tàu và ảnh hưởng va đập khi tàu cập bến trang trí.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao đối với:

  • Sinh viên và học viên cao học ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy, Công trình Cảng - Đường thủy, Kỹ thuật Hàng hải khi thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về thiết kế nhà máy đóng - sửa tàu biển.
  • Kỹ sư thiết kế công trình thủy công: Cung cấp quy trình tính toán mẫu mực, tường minh về các công thức hình học đường triền, phương pháp xác định cao trình đỉnh/đáy bến theo chuỗi tiêu chuẩn TCVN 11820:2017/2021, cũng như thuật toán xác định độ sâu mút trượt và áp lực đầu tàu.
  • Phần tính toán kết cấu dầm trên nền cọc đàn hồi (kết hợp SAP2000 và lý thuyết nền móng TCXD 205:1998) là biểu mẫu thực hành hữu ích cho bài toán móng sâu ven biển chịu tải trọng di động.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao tác giả lựa chọn phương án dầm BTCT trên nền cọc đứng thay vì kết cấu tà vẹt trên nền đá dăm? Theo phân tích địa chất ở Chương 4, lớp đất số 1 là bùn sét dẻo chảy dày tới $4{,}5\text{ m}$ ($B = 0{,}98$). Nếu đặt tà vẹt trên đá dăm, móng sẽ lún không đều nghiêm trọng dưới tải trọng nặng của tàu 900 T; ngoài ra, dòng chảy ven bờ sẽ gây xói lở đá dăm ở đoạn ngập nước dẫn đến chi phí duy tu rất lớn. Kết cấu cọc đứng giúp xuyên qua lớp bùn yếu để ngàm sâu vào tầng cát pha chặt vừa (lớp 3) và sét dẻo cứng (lớp 4).

2. Cao trình mặt bằng nhà máy và mặt bệ $+5{,}54\text{ m}$ được xác định từ những đại lượng nào? Cao trình này được tính toán theo tiêu chuẩn kiểm tra không ngập nước tại mục 4.6 TCVN 11820-5:2021: $CĐMB = H_{1%} + a$, trong đó mực nước đỉnh triều ứng với tần suất $P = 1%$ là $H_{1%} = +4{,}04\text{ m}$ và độ gia cao an toàn là $a = 1{,}50\text{ m}$, cho ra cao trình thiết kế là $+5{,}54\text{ m}$.

3. Áp lực đầu tàu khi hạ thủy xuất hiện trong phạm vi nào và giá trị lớn nhất là bao nhiêu? Áp lực đầu tàu bắt đầu xuất hiện từ mực nước hạ thủy $MNHT = +3{,}01\text{ m}$ và kết thúc ở cao trình $\nabla_{kt} = -0{,}17\text{ m}$ (đoạn tồn tại dài $4{,}5\text{ m}$). Giá trị áp lực đầu tàu lớn nhất lấy theo kinh nghiệm bằng $1/3$ trọng lượng hạ thủy của tàu: $P_{\max} = Q/3 = 450/3 = 150\text{ T}$.

4. Kích thước và giải pháp kết cấu giữa hai phân đoạn đường triền nghiêng khác nhau như thế nào? Đoạn trên cạn (dài 56,5 m) thi công đổ tại chỗ, dầm dọc $60 \times 80\text{ cm}$, cọc ống BTCT D400 dày $31 - 38\text{ m}$, bước cọc $3{,}7\text{ m}$ để chịu áp lực đầu tàu lớn. Đoạn dưới nước (dài 60 m) thi công lắp ghép, dầm dọc $40 \times 60\text{ cm}$, cọc vuông đúc sẵn $40 \times 40\text{ cm}$ mác M300 dài $9\text{ m}$ (chiều dài tự do $3{,}5\text{ m}$), bước cọc $5{,}6\text{ m}$.

5. Sức chịu tải nén của cọc D400 theo đất nền có thỏa mãn tải trọng thực tế tác dụng không? Có. Theo tính toán ở Chương 6 dựa trên TCVN 10304:2014, sức chịu tải tính toán cực hạn của cọc D400 đạt $R_{c,d} = 151{,}83\text{ T}$. Trong khi đó, tổng tải trọng nén bất lợi nhất do tĩnh tải dầm và hoạt tải bánh xe truyền lên đầu cọc là $P = 147{,}21\text{ T} < 151{,}83\text{ T}$, bảo đảm khả năng chịu lực.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Ngô Quốc Khánh đã hoàn thành một thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh và khoa học cho nhà máy sửa chữa tàu thủy 900 T, bám sát các điều kiện địa chất - thủy văn thực tế tại bình đồ quy hoạch số 06. Nghiên cứu giải quyết thành công bài toán quy hoạch dây chuyền công nghệ khép kín với 4 bệ sửa chữa, 1 bến trang trí và hệ thống triền dọc kết hợp đường hào vận hành linh hoạt. Điểm nổi bật của đồ án là việc đề xuất và kiểm chứng giải pháp kết cấu dầm - cọc phân đoạn hợp lý, bảo đảm an toàn chịu lực nghiêm ngặt theo các tiêu chuẩn TCVN và TCXD hiện hành.