BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI  NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÂU THUYỀN CHO CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy Mã số : 60.58.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học ; GS.TS Nguyễn Chiến PGS.TS Trần Đình Hòa HÀ NỘI -2013 i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Chiến, PGS.TS Trần Đình Hòa - những người đã hướng dẫn, vạch ra những định hướng khoa học để tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn ThS. Trần Văn Thái và 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 giúp đỡtác giả trong công việc và nghiên cứu khoa học. Xin 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 thời gian tác giả học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã động viên trong suốt quá trình viết luận văn. Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2013. Tác giả Nguyễn Việt Anh ii BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền cho các công trình ngăn sông vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường. Học viên Nguyễn Việt Anh iii MỤC LỤC 45TLỜI CẢM ƠN45T i 45TBẢN CAM KẾT45T ii 45TMỤC LỤC45T iii 45TDANH MỤC HÌNH ẢNH45T vi 45TDANH MỤC BẢNG BIỂU45T x 45TMỞ ĐẦU45T 1 45TChương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU45T 3 45T1.1. Tính cấp thiết phải xây dựng các công trình ngăn sông45T 3 45T1.2. Tổng quan về âu thuyền45T 4 45T1.2.1. Cấu tạo chung của âu thuyền45T 4 45T1.2.2. Phân loại âu thuyền45T 7 45T1.2.3. Cửa van dùng trong âu thuyền45T 10 45T1.3. Tổng quan các công trình âu thuyền trong nước và trên thế giới45T 14 45T1.3.1. Âu thuyền trên thế giới45T 14 45T1.3.2. Âu thuyền trong nước45T 21 45T1.4. Âu thuyền vùng đồng bằng sông Cửu Long và những vấn đề nghiên cứu của luận văn 45T 22 45T1.5. Kết luận chương 145T 23 45TChương 2. LỰA CHỌN KẾT CẤU ÂU THUYỀN TRONG XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 25 45T2.1. Phân tích, lựa chọn kết cấu âu thuyền45T 25 45T2.1.1. Những vấn đề cần xem xét khi thiết kế âu thuyền trong công trình ngăn sông và điều tiết nước khu vực đồng bằng Sông Cửu Long 45T 25 45T2.1.2. Đề xuất một số giải pháp kết cấu âu thuyền phù hợp với địa hình, địa chất khu vực đồng bằng sông Cửu Long 45T 26 45T2.1.3. Phân tích lựa chọn kết cấu45T 30 45T2.2. Bố trí kết cấu âu thuyền45T 30 45T2.2.1. Bố trí tổng thể45T 30 iv 45T2.2.2. Bố trí kết cấu âu thuyền45T 33 45TChương 3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU BUỒNG ÂU CÓ MẶT CẮT CHỮ NHẬT TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 45T 37 45T3.1. Kết cấu buồng âu trên nền đất yếu (bao gồm phần móng cọc phía dưới và phần buồng âu phía trên) 45T 37 45T3.1.1. Nền đất yếu và phân loại nền đất yếu45T 37 45T3.1.2. Biện pháp xử lý công trình trên nền đất yếu45T 38 45T3.1.3. Kết cấu buồng âu mặt cắt chữ nhật trên nền đất yếu45T 40 45T3.2. Tính toán kết cấu buồng âu trên nền đất yếu theo phương pháp truyền thống45T41 45T3.2.1. Thiết kế móng cọc theo phương pháp truyền thống45T 41 45T3.2.2. Thiết kế phần kết cấu buồng âu phía trên móng cọc45T 54 45T3.3. Tính kết cấu buồng âu trên nền cọc theo phương pháp hiện đại45T 54 45T3.3.1. Nội dung tính toán theo phương pháp hiện đại45T 54 45T3.3.2. Các mô hình phần tủ hữu hạn nghiên cứu hệ đài - cọc45T 55 45T3.3.3. Lựa chọn phần mềm tính toán45T 60 45T3.4. Kết luận chương 345T 62 45TChương 4. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ÂU THUYỀN TẠI CỐNG TÂN THUẬN – TP. HỒ CHÍ MINH 45T 63 45T4.1. Giới thiệu chung về công trình:45T 63 45T4.1.1. Vùng dự án45T 63 45T4.1.2. Mục tiêu, quy mô của dự án45T 65 45T4.1.3. Chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật chủ yếu của dự án:45T 65 45T4.1.4. Điều kiện tự nhiên dự án45T 66 45T4.1.5. Cấp công trình và chỉ tiêu thiết kế45T 70 45T4.2. Bố trí chung âu thuyền tại cống Tân Thuận45T 70 45T4.2.1. Giải pháp xây dựng chung của dự án45T 70 45T4.2.2. Biện pháp công trình45T 70 45T4.2.3. Quy mô và bố trí các công trình chính45T 70 45T4.3. Các trường hợp tính toán kết cấu45T 75 v 45T4.3.1. Trường hợp thi công 1:45T 75 45T4.3.2. Trường hợp thi công 2:45T 75 45T4.3.3. Trường hợp vận hành 1:45T 75 45T4.3.4. Trường hợp vận hành 2:45T 76 45T4.3.5. Trường hợp đặc biệt:45T 76 45T4.4. Tính toán kết cấu buồng âu theo phương pháp truyền thống45T 76 45T4.4.1. Tính kết cấu buồng âu (mặt cắt chữ nhật)45T 76 45T4.4.2. Kiểm tra khả năng chịu tải của nền45T 81 45T4.4.3. Thiết kế móng cọc45T 83 45T4.4.4. Tính toán kết cấu tường bên buồng âu45T 92 45T4.5. Tính toán kết cấu buồng âu làm việc đồng thời với hệ cọc (Phương pháp hiện đại) 45T 96 45T4.5.1. Trường hợp tính toán45T 96 45T4.5.2. Chọn mô hình toán45T 96 45T4.5.3. Các kết quả tính toán45T 98 45T4.5.4. Tổng hợp kết quả tính toán45T 110 45T4.6. Phân tích kết quả tính toán45T 114 45T4.7. Kết luận chương 445T 115 45TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ45T 116 45T1. Các kết quả đạt được45T 116 45T2. Một số điểm còn tồn tại45T 117 45T3. Hướng tiếp tục nghiên cứu45T 117 45TTÀI LIỆU THAM KHẢO45T 118 45TPHỤ LỤC TÍNH TOÁN45T 119 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH 45THình 1-1:Bản vẽ âu thuyền cổ và cửa van chữ nhân, Trung quốc-149745T 4 45THình 1-2:Cấu tạo chung âu thuyền45T 4 45THình 1-3:Âu thuyền đơn cấp45T 7 45THình 1-4:Âu thuyền đa cấp45T 7 45THình 1-5:Cửa van bố trí ngập45T 7 45THình 1-6:Cửa van không ngập45T 7 45THình 1-7:Âu thuyền đơn tuyến45T 8 45THình 1-8:Âu thuyền đa tuyến45T 8 45THình 1-9:Hình ảnh cho âu thuyền đa tuyến45T 8 45THình 1-10:Một số dạng cấp nước trực tiếp45T 9 45THình 1-11:Cấp nước tập trung bằng đường ống ngắn45T 9 45THình 1-12:Cấp nước phân tán bằng đường ống dài45T 10 45THình 1-13:Các loại cửa thường dùng trong âu thuyền45T 10 45THình 1-14:Cửa van chữ nhân45T 11 45THình 1-15:Cửa van phẳng kéo lên45T 12 45THình 1-16:Cửa van cung trục đứng45T 12 45THình 1-17:Tổng thể âu thuyền Zandvilied và Bezendrecht – Bỉ45T 13 45THình 1-18:Cửa van trụ xoay45T 14 45THình 1-19:Hệ thống âu thuyền trên kênh đào Panama45T 15 45THình 1-20:Âu thuyền Gatun, kênh đào Panama45T 15 45THình 1-21:Âu thuyền Pedro Miguel, kênh đào Panama45T 16 45THình 1-22:Âu thuyền Miraflores, kênh đào Panama45T 16 45THình 1-23:Âu thuyền Yangtze đập Tam hiệp – Trung Quốc45T 17 45THình 1-24:Âu thuyền Eisenhower, Massena – Mỹ45T 18 45THình 1-25:Âu thuyền Uelzen I – Đức45T 18 45THình 1-26:Âu thuyền Sault, Machigan – Mỹ45T 19 45THình 1-27:Âu thuyền Hiram M. Chittenden, Washington – Mỹ45T 20 45THình 1-28:Âu thuyền Thảo Long – Thừa Thiên Huế45T 21 vii 45THình 1-29:Âu thuyền Tắc Thủ – Cà mau45T 22 45THình 2-1: Âu thuyền có tường âu và bản đáy liền khối45T 26 45THình 2-2: Phối cảnh âu thuyền có bản đáy và tường liên khối45T 27 45THình 2-3: Âu thuyền có tường âu dạng công xôn45T 28 45THình 2-4: Âu thuyền xây dựng bằng cọc cừ bản BTCT45T 29 45THình 2-5: Cắt ngang buồng âu thuyền dạng hộp phao45T 29 45THình 2-6: Phối cảnh âu thuyền buồng âu dạng hộp phao45T 30 45THình 2-7: Bố trí âu thuyền lùi về phía hạ lưu (trái) và nhô về thượng lưu (phải)45T 32 45THình 2-8: Một ví dụ bố trí tổng thể công trình điều tiết và âu thuyền45T 33 45THình 2-9: Cắt ngang buồng âu dạng mặt cắt chữ nhật bản đáy liền khối45T 35 45THình 3-1: Hình thức móng công trình trên nền đất45T 38 45THình 3-2: Phương pháp xử lý nền bằng móng cọc45T 40 45THình 3-3: Kết cấu buồng âu mặt cắt chữ nhật45T 40 45THình 3-4: Sơ đồ bố trí cọc điển hình45T 43 45THình 3-5: Sơ họa khối móng quy ước45T 44 45THình 3-6: Mặt bằng móng cọc quy ước45T 44 45THình 3-7: Phân bố ứng suất do cọc đơn và nhóm cọc45T 45 45THình 3-8: Sức chịu tải kéo của cọc mở rộng chân45T 47 45THình 3-9: Sự huy động sức kháng45T 48 45THình 3-10: Sự làm việc của hệ đài - cọc, cọc và nền đất45T 53 45THình 3-11: Sơ đồ tính toán kết cấu bản khi xem đầu cọc như một gối đàn hồi45T 56 45THình 3-12: Mô tả phương pháp tính lún của Gambin45T 56 45THình 3-13: Mô hình tính toán trong phương pháp45T 58 45THình 3-14: Mô hình tính toán, phương pháp sử dụng lò xo thay thế tương tác cọc-đất45T59 45THình 4-1:Vị trí vùng dự án trên bản đồ Việt Nam45T 63 45THình 4-2:Vị trí vùng dự án trên bản đồ hành chính Quận 7- Tp.Hồ Chí Minh45T 64 45THình 4-3:Vùng tuyến dự kiến xây dựng công trình (Google Earth)45T 66 45THình 4-4:Bình đồ vị trí tuyến 1- tuyến chọn45T 67 45THình 4-5:Bình đồ bố trí tổng thể công trình45T 72 viii 45THình 4-6:Chính diện công trình (nhìn từ phía sông Sài Gòn)45T 73 45THình 4-7:Mặt bằng, cắt dọc âu thuyền45T 74 45THình 4-8:Cắt ngang âu thuyền (mặt cắt điển hình)45T 77 45THình 4-9:Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên âu trường hợp thi công 145T 78 45THình 4-10:Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên âu trường hợp thi công 245T 78 45THình 4-11:Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên âu trường hợp vận hành 145T 79 45THình 4-12:Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên âu trường hợp vận hành 245T 79 45THình 4-13:Mặt bằng bố trí cọc dưới âu thuyền45T 92 45THình 4-14:Mô hình hóa tường âu phía sông(trái) và phía bờ (phải)45T 93 45THình 4-15:Sơ đồ ngoại lực và biểu đồ nội lực tường âu phía sông-TH thi công2 45T93 45THình 4-16:Sơ đồ ngoại lực và biểu đồ nội lực tường âu phía bờ-TH thi công245T 94 45THình 4-17:Sơ đồ ngoại lực và biểu đồ nội lực tường âu phía sông-TH vận hành 145T . 94 45THình 4-18:Sơ đồ ngoại lực và biểu đồ nội lực tường âu phía bờ-TH vận hành 145T 94 45THình 4-19:Sơ đồ ngoại lực và biểu đồ nội lực tường âu phía sông-TH vận hành 245T . 95 45THình 4-20:Sơ đồ ngoại lực và biểu đồ nội lực tường âu phía bờ-TH vận hành 245T 95 45THình 4-21:Mô phỏng kết cấu âu thuyền.45T 97 45THình 4-22:Biểu đồ ứng suất S11, S22- TH Thi công 145T 98 45THình 4-23:Biểu đồ ứng suất S12, Smax- TH Thi công 145T 98 45THình 4-24:Biểu đồ ứng suất Smin, Svm- TH Thi công 145T 99 45THình 4-25:Biểu đồ moomen M11,M22 - TH Thi công 145T 99 45THình 4-26:Biểu đồ moomen Mmax, Mmin- TH Thi công 145T 100 45THình 4-27:Biểu đồ lực dọc và mômen M33 trong cọc dưới đáy âu-TH thi công 145T 100 45THình 4-28:Biểu đồ ứng suất S11, S22- TH Thi công 245T 101 45THình 4-29:Biểu đồ ứng suất S12, Smax- TH Thi công 245T 101 45THình 4-30:Biểu đồ ứng suất Smin, Svm- TH Thi công 245T 102 45THình 4-31:Biểu đồ moomen M11,M22 - TH Thi công 245T 102 45THình 4-32:Biểu đồ moomen Mmax, Mmin- TH Thi công 145T 103 45THình 4-33:Biểu đồ lực dọc và mômen M33 trong cọc dưới đáy âu-TH thi công 245T 103 45THình 4-34:Biểu đồ ứng suất S11, S22- TH vận hành 145T 104 ix 45THình 4-35:Biểu đồ ứng suất S12, Smax- TH vận hành 145T 104 45THình 4-36:Biểu đồ ứng suất Smin, Svm- TH vận hành 145T 105 45THình 4-37:Biểu đồ moomen M11,M22 - TH vận hành 145T 105 45THình 4-38:Biểu đồ moomen Mmax, Mmin- TH vận hành 145T 106 45THình 4-39:Biểu đồ lực dọc và mômen M33 trong cọc dưới đáy âu-TH vận hành 145T106 45THình 4-40:Biểu đồ ứng suất S11, S22- TH vận hành 245T 107 45THình 4-41:Biểu đồ ứng suất S12, Smax- TH vận hành 245T 107 45THình 4-42:Biểu đồ ứng suất Smin, Svm- TH vận hành 245T 108 45THình 4-43:Biểu đồ moomen M11,M22 - TH vận hành 245T 108 45THình 4-44:Biểu đồ moomen Mmax, Mmin- TH vận hành 245T 109 45THình 4-45:Biểu đồ lực dọc và mômen M33 trong cọc dưới đáy âu-TH vận hành 245T109 [...]... cứu kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền cho các công trình ngăn sông vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long nhằm từng bước tiếp cận một cách mạnh mẽ, sâu rộng hơn các công nghệ mới, góp phần phục vụ nhu cầu cấp bách của thực tế sản xuất có một ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao 2 Mục đích của đề tài: Nghiên cứu kết cấu, và phương pháp tính toán âu thuyền trên các công trình ngăn sông vùng ven biển. .. nghiên cứu và xây dựng, Trong luận văn này tập trung nghiên cứu giải pháp kết cấu cho âu thuyền ở đồng bằng sông Cửu Long, tức các âu thuyền có độ chênh cột nước không cao, và xây dựng trên nền đất yếu 25 Chương 2 LỰA CHỌN KẾT CẤU ÂU THUYỀN TRONG XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 2.1 Phân tích, lựa chọn kết cấu âu thuyền 2.1.1 Những vấn đề cần xem xét khi thiết kế âu thuyền. .. nghiên cứu đã có trong nước và trên thế giới, xác định những vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu bổ sung; - Giới thiệu chung về nguyên lý, kết cấu âu thuyền vùng Đồngbằng sông Cửu Long; - Nghiên cứu, phân tích kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền 3 Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 Tính cấp thiết phải xây dựng các công trình ngăn sông Trong các loại hình vận tải thì vận tải bằng. .. trong công trình ngăn sông Có thể nói phần lớn các công trình ngăn sông lớn trên thế giới đều được bố trí 24 âu thuyền với nhiều loại hình thức kết cấu khác nhau, các âu thuyền được xây dựng thường kết hợp giao thông thủy và du lịch (đa mục tiêu) nên tính mỹ thuật rất cao và để lại những dấu ấn đặc biệt về kỹ thuật và khoa học công nghệ Tại Việt Nam, các công trình ngăn sông lớn nói chung và âu thuyền. .. trí chung và kết cấu âu thuyền Vì vậy khi thiết kế giải pháp âu thuyền cho vùng đồng bằng Sông Cửu Long cần quan tâm tới các đặc điểm trên từ đó có hướng nghiên cứu, thiết kế phù hợp 1.5 Kết luận chương 1 Trên đây, tác giả đã giới thiệu tổng quan một số loại hình âu thuyền và cửa van âu thuyền trên thế giới và trong nước Qua quá trình nghiên cứu, tác giả nhận thấy rằng trên thế giới, âu thuyền đóng... dựng công trình, 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 phân tích, tổng hợp 4 Kết quả đạt được - Tổng quan về các công nghệ và kết cấu xây dựng âu thuyền, phân tích những kết quả nghiên. .. trình ngăn sông vùng ven biển Đồngbằng sông Cửu Long 3 Cách tiếp 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 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, đo... cho việc nghiên cứu các giải pháp xây dựng các công trình ngăn sông lớn nhằm đảm bảo các mục tiêu như ngăn mặn, giữ ngọt, giao thông, dân sinh kinh tế Việc ngăn sông lớn kết hợp với xây dựng các giải pháp Âu thuyền sẽ đạt được nhiều mục đích như giữ nước và đáp ứng được nhu cầu giao thông thuỷ, đảm bảo an toàn thuận tiện cho tàu bè qua lại, đặc biệt là trên các con sông lớn, các vùng cửa sông ven biển. .. của thuyền bè dẫn tới việc vận tải bằng đường thủy gặp nhiều khó khăn Vì vậy song song với việc nghiên cứu các giải pháp xây dựng các công trình ngăn sông thì Âu thuyền cũng được phát triển để đáp ứng được nhu cầu giao thông thuỷ, đảm bảo an toàn thuận tiện cho tàu bè qua lại, đặc biệt là trên các con sông lớn, các vùng cửa sông ven biển Đồngbằng sông Cửu Long có lưu lượng tàu bè với tải trọng và kích... tiến hành Đồng bằng sông Cửu Long có mật độ sông ngòi chằng chịt, đặc biệt có rất nhiều con sông có mật độ tàu bè qua lại rất lớn, nhiều tàu có tải trọng hàng trăm, hàng ngàn tấn vì vậy khi xây dựng công trình ngăn các con sông như vậy thì âu thuyền phải có quy mô lớn, thời gian vận hành âu thuyền phải nhanh và đảm bảo an toàn khi tàu bè ra vào âu Để thiết kế âu thuyền cho những công trình ngăn sông nói . và thực tiễn cao. 2. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu kết cấu, và phương pháp tính toán âu thuyền trên các công trình ngăn sông vùng ven biển Đồngbằng sông Cửu Long. 3. Cách tiếp cận và phương. ii BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: Nghiên cứu kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền cho các công trình ngăn sông vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long Tôi xin cam đoan. sông Cửu Long; - Nghiên cứu, phân tích kết cấu và phương pháp tính toán âu thuyền. 3 Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1. Tính cấp thiết phải xây dựng các công trình ngăn sông