CHUYấN : NGHIấN CU V THAY TH CC TNG NG V B TR LI CC HN HP TRONG CễNG TRèNH BN CHNG 1: TNG QUAN V CễNG TRèNH BN 1.1 Đặt vấn đề nghiên cứu Việt Nam với hơn 3260km bờ biển với khoảng 160 bến cảng với hơn 300 cầu cảng với tổng chiều dài tuyến bến đạt hơn 36km. Với tốc độ xây dựng cầu bến mỗi năm tăng 6%, bình quân mỗi năm cả nớc có thêm gần 2km cầu cảng. Việt Nam có chiến lợc và đang triển khai việc phát triển kinh tế biển, đẩy mạnh giao lu thơng mại với thế giới ở thời điểm hiện tại cũng nh trong tơng lai. Đất nớc ta có một u thế đặc biệt, đó là có miền duyên hải trải dài, là cửa ngõ hớng ra biển Đông của toàn bộ bán đảo Đông Dơng, cùng với nó là hệ thống sông ngòi phát triển, đó chính là động lực cho việc phát triển mạnh hệ thống giao thông thuỷ trong chiến lợc chung phát triển nền kinh tế và hội nhập quốc tế. Vì thế, phát triển một nền kinh tế biển là một yêu cầu tất yếu. Việc phát triển mạnh hệ thống cảng biển, các công trình chắn sóng và các công trình hạ tầng phục vụ cho các ngành kinh tế vận tải thuỷ, bảo vệ chủ quyền lợi ích quốc gia và bảo vệ hệ sinh Đứng trớc thực tế đó, đề tài Nghiên cứu thay thế cọc t ơng đơng và bố trí lới cọc hỗn hợp cọc ống thép và cọc bê tông cốt thép ứng suất trớc cho công trình cảng trong điều kiện việt nam sẽ là một công trình nghiên cứu cần thiết nhằm đóng góp một phần vào sự phát triển của việc xây dựng công trình Bến Cảng ở Việt Nam. Trong đề tài này đi sâu vào nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý lới cọc hỗn hợp cọc thép và cọc bê tông cốt thép ứng suất trớc cho công trình bến cầu tàu, loại kết cấu bén này cho phép các tàu biển tải trọng lớn ra, vào thuận lợi, đồng thời giá thành đầu t lại hợp lý cũng nh phù hợp với điều kiện khai thác của Việt Nam. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Tổng hợp, phân tích cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu bến cầu tàu trên nền cọc; - Đề xuất các phơng án - giải pháp khả thi nền cọc hỗn hợp cọc ống thép và cọc BTCT ứng suất trớc hợp lý trong công trình bến cầu tàu trong điều kiện Việt Nam; - So sánh lựa chọn phơng án giải pháp hợp lý bến trên nền cọc hỗn hợp cọc ống thép và cọc BTCT ứng suất trớc -ứng dụng một số phần mềm phân tích để tính toán kết cấu, ổn định công trình; -So sánh phơng án bến trên nền cọc hỗn hợp cọc ống thép và cọc BTCT ứng suất trớc với các phơng án bến khác. SVTH: INH VN MNH LP 52CG1 MSSV:6530.52Page 1 CHUYấN : NGHIấN CU V THAY TH CC TNG NG V B TR LI CC HN HP TRONG CễNG TRèNH BN 1.3 Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tợng và phạm vi nghiên cứ Các công trình cảng trên nền cọc tại Việt Nam Đi sâu nghiên cứu kết cấu bến cầu tàu trên nền cọc hỗn hợp cọc ống thép và cọc BTCT ứng suất trớc. 1.3.2 Nội dung nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu sẽ đi vào trình bầy các nội dung sau: -Tổng quan về công trình Bến; -Cơ sở lý thuyết tính toán bến cầu tàu trên nền cọc; -Phân tích và lựa chọn nền cọc hỗn hợp thép và BTCT.UST cho công trình cảng; -ứng dụng tính toán cho công trình là đề tài của đồ án tốt nghiệp; -So sánh phơng án Bến trên nền cọc hỗn hợp thép và BTCT ứng suất trớc với các chủng loại Bến khác. 1.4 Phơng pháp nghiên cứu Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu về vấn đề nghiên cứu. Phân tích, đánh giá các giải pháp kết cấu Bến Cảng hiện nay tại Việt Nam và trên thế giới. Dựa vào các tiêu chí kỹ thuật (độ bền, biến dạng và ổn định ) và tiêu chí kinh tế (khối lợng và giá thành xây dựng) từ đó đề xuất giải pháp kết cấu bến cầu tàu trên nền cọc hỗn hợp thép và BTCT với nhiều u điểm hơn. Sử dụng các công thức, phơng pháp tính toán và các phần mềm hiện hành để tính toán kết cấu, kiểm tra và so sánh, đánh giá phơng án kết cấu này. 1.5 ý nghĩa khoa học và thực tiễn Hệ thống cảng biển Việt Nam hiện nay do rất nhiều bộ, ngành, doanh nghiệp, các địa phơng, ban quản lý khu công nghiệp. Khu kinh tế, đầu t, quản lý và khai thác. Với tốc độ xây dựng cầu bến mỗi năm tăng 6%, bình quân mỗi năm cả nớc có thêm gần 2km cầu cảng. Tuy nhiên hầu hết các bến của Việt Nam đều không đáp ứng cho tàu có trọng tải trên 50.000 DWT ra vào làm hàng, nếu có chủ yếu là các cầu bến chuyên dụng. SVTH: INH VN MNH LP 52CG1 MSSV:6530.52Page 2 CHUYấN : NGHIấN CU V THAY TH CC TNG NG V B TR LI CC HN HP TRONG CễNG TRèNH BN 1.5.1 ý nghĩa khoa học Đề xuất các phơng án kết cấu bến cảng trên nền cọc hỗn hợp cọc ống thép và cọc BTCT ứng suất trớc, từ đó lựa chọn phơng án hợp lý nhất. Cụ thể là: Phân tích các u, nhợc điểm của chúng cũng nh khả năng làm việc của chúng trong điều kiện cụ thể là công trình Bến tại Việt Nam. Tính toán, kiểm tra kết cấu bến trên các phơng diện về độ bền, biến dạng cũng nh tính toán ổn định bằng các phần mềm chuyên dụng (SAP 2000, Geo-Slope ). Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đóng góp một phần vào kiến thức chung trong lĩnh vực xây dựng công trình bến cảng hiện nay. Đồng thời, những nghiên cứu của đề tài là kết quả ban đầu, là cơ sở và động lực cho những nghiên cứu khoa học sâu sắc hơn về vấn đề này trong tơng lai. 1.5.2 ý nghĩa thực tiễn Đề xuất giải pháp kết cấu bến hiệu quả, đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật trong việc thiết kế xây dựng công trình bến cảng, nhất là đối với các công trình xây dựng trên nền đất yếu. Các kết quả nghiên cứu của đề tài giúp các kỹ s thiết kế có cái nhìn tổng quan hơn trong việc lựa chọn giải pháp kết cấu, tính toán thiết kế và thi công các công trình bến ở Việt Nam. 1.6 Giới thiệu một số kết cấu Bến cầu tầu trên nền cọc đã sử dụng trong công trình bến cầu tầu tại Việt Nam 1.6.1 Phơng án cọc đóng đờng c ần trục 20T i=0.5%i=0.5% i=0.5%i=0.5% = = 1 .73 = 1 .7 5 = 1.7 5 = = Hình1.1 Mặt cắt ngang cầu tàu thơng mại 2.000 DWT Tân Đệ SVTH: INH VN MNH LP 52CG1 MSSV:6530.52Page 3 CHUYấN : NGHIấN CU V THAY TH CC TNG NG V B TR LI CC HN HP TRONG CễNG TRèNH BN 1.6.2 Phơng án cọc khoan nhồi Hình1.2 Mặt cắt ngang cầu tàu trang trí 30.000 DWT Dung Quất 1.6.3 Phơng án cọc ống thép -0.20 1 4 3 2 dct 150x 180cm DD 120 x110cm ddbn 2 50x250cm +2.6 +1.6 đệm tầu css 1250h BT bản mặt cầu 40cm BT phủ mặt 10cm bích neo 100t +2.3 dct 150x180cm dn 120 x150cm T = 16mm, Ltb = 57m Cọc ống thép d762 -11.8 MNTTK +0.8 MNCTK +2.4 +4.2 Hình1.3 Mặt cắt ngang cảng quốc tế GEMADEPT Nhơn hội SVTH: INH VN MNH LP 52CG1 MSSV:6530.52Page 4 CHUYấN : NGHIấN CU V THAY TH CC TNG NG V B TR LI CC HN HP TRONG CễNG TRèNH BN 1.6.4 Phơng án cọc bê tông cốt thép dự ứng lực -0.20 1 4 3 2 DD1 150x180c m DD2 120x150cm +2.6 +1.6 T = 110mm Cọc ống BT DƯL D700 Đệm tầu CSS 1 250H BT bản mặt cầu 40cm BT phủ mặt 10cm Bích neo 100T +2.3 DN1 120x150cm -11.8 MNTTK + 0.8 MNCTK +2.4 +4.2 Hình1.4 Mặt cắt ngang điển hình phơng án cọc BT dự ứng lực SVTH: INH VN MNH LP 52CG1 MSSV:6530.52Page 5 CHUYấN : NGHIấN CU V THAY TH CC TNG NG V B TR LI CC HN HP TRONG CễNG TRèNH BN CH NG2. PHN TCH V LA CHN NN CC HN HP CC NG THẫP V CC Bấ TễNG CT THẫP NG SUT TRC CHO CễNG TRèNH BN 2.1 áp dụng móng cọc ống thép và móng cọc bê tông cốt thép ứng suất trớc cho các công trình ở Việt Nam 2.2 Phân tích và lựa chọn nền cọc hỗn hợp cọc ống thép và cọc BTCT ứng suất trớc 2.2.1 Lựa chọn cọc ống thép có độ cứng tơng đơng với cọc BTCT ƯST Khi xét đến kết cấu nền cọc của một khung cầu tàu, để công trình đảm bảo và kết cấu ổn định tại những vị trí nhạy cảm chịu xoắn nh dới hàng ray cần trục, dới vị trí bích neo thờng dùng những cọc cùng loại có đờng kính lớn hơn. Hiện nay, trên thế giới nói chung cũng nh tại Việt Nam nói riêng cọc ống BTCT ứng suất trớc có đờng kính > 800mm vẫn cha sản xuất đợc. Khi nội lực vợt quá khả năng chịu lực của cọc BTCT ứng suất trớc D800 sẽ gây khó khăn cho việc bố trí kết cấu nền cọc. Việc dùng cọc có đờng kính lớn hơn (đặc biệt với những cọc BTCT ƯST có > 800mm) sẽ gây khó khăn trong quá trình sản xuất cọc, cũng nh trong quá trình thi công do công nghệ thiết bị thay đổi, mặt khác cọc BTCT ứng suất trớc thờng không làm việc đợc hiệu quả nh ngời thiết kế mong muốn do tình trạng cọc bị gãy, nứt dọc, vỡ đầu, lệch trên mặt bằng, liên kết không tốt với kết cấu bên trên. Các hình vẽ minh họa: SVTH: INH VN MNH LP 52CG1 MSSV:6530.52Page 6 CHUYấN : NGHIấN CU V THAY TH CC TNG NG V B TR LI CC HN HP TRONG CễNG TRèNH BN Cẩu cọc ống bằng cách móc 2 đầu Cẩu cọc ống bằng cách móc 2 đầu Vết nứt dọc phía ngoài Vết nứt dọc phía trong Vỡ đầu cọc Vỡ đầu cọc Trong khi đó: Song song với những phát triển về kinh tế và công nghiệp, ứng dụng cọc ống thép ngày càng trở nên phổ biến hơn cho quá trình phát triển đô thị, cải thiện cơ sở hạ tầng nh đờng sá, cầu cảng, nhà ở và những công trình khác. Cọc ống thép mang lại nhiều u điểm vợt trội so với cọc bê tông bởi độ SVTH: INH VN MNH LP 52CG1 MSSV:6530.52Page 7 CHUYấN : NGHIấN CU V THAY TH CC TNG NG V B TR LI CC HN HP TRONG CễNG TRèNH BN bền và cờng độ cao của vật liệu, đạt đợc sức chống chịu cao và khả năng kháng ngang lớn. Trong quá trình thi công đóng cọc dễ dàng theo phơng chéo và thời gian thi công đợc rút ngắn. Công đoạn lắp ghép tại hiện trờng cũng dễ dàng hơn nhờ hàn hoặc mối nối cơ, từ đó có thể sử dụng các hệ cọc dài hơn. Hơn thế nữa, với cờng độ vật liệu cao, có thể áp dụng lực quai búa lớn, cho phép cọc thâm nhập vào các lớp trung gian và lớp cứng dễ dàng hơn. Nhờ công nghệ chống ăn mòn cải tiến, các cọc ống thép không gặp vấn đề gì khi đợc sử dụng cho các kết cấu ngoài khơi trong suốt thời gian ứng dụng. Nhờ trọng lợng nhẹ, quá trình vận chuyển các cọc ống thép cũng dễ dàng hơn. Trong lĩnh vực sản xuất cọc ống thép, những tiến bộ vợt trội về công nghệ đã cho phép sản xuất ra cọc ống thép với đờng kính ngoài lên tới 2.500mm, độ dài 90m. Theo báo cáo đa ra của tiến sỹ Osamu Kiyomiya (Đại học Waseda - Nhật Bản) thì các chuyên gia và kỹ s cũng đã hiện thực hóa những tiến bộ vợt trội trong các lĩnh vực nh xác định khả năng chống chịu nền cơ bản và các cơ chế ma sát; phát triển các phơng pháp thi công có độ rung, tiếng ồn thấp; những tiến bộ trong công nghệ thiết kế qua phơng pháp phân tử hữu hạn; tiến bộ trong công nghệ nối hớng ngang và thẳng đứng sử dụng mối hàn hoặc mối nối cơ và cả những tiến bộ về công nghệ chống ăn mòn Mức độ an toàn cao khi sử dụng cọc ống thép đã đợc ứng dụng rộng rãi. Các tiêu chuẩn cho cọc ống thép đợc mô tả trong bộ tiêu chuẩn JIS A5525, tiêu chuẩn cho cọc ván ống thép miêu tả trong tiêu chuẩn JIS A5525 và định danh phân loại tơng ứng là SKK cho cọc ống thép và SKY cho cọc ván ống thép. Các cọc ống thép đợc sản xuất thông qua bốn phơng pháp hàn xoắn, hàn điện trở, UOE và cán uốn. Vì vậy để tăng khả năng ổn đinh của kết cấu công trình cũng nh đảm bảo công trình trong quá trình khai thác duy tu bảo dỡng tại những vị trí nhạy cảm, những vị trí nội lực vợt quá khả năng chịu lực của cọc BTCT ứng suất trớc D800 ta sẽ thay những cọc BTCT ứng suất trớc bằng cọc ống thép. Ngoài ra ta cũng có thể thay thế bất kỳ 1 cọc BTCTUST nào bằng 1 cọc ống thép tơng đơng theo phân tích dới đây. Nhằm mục đích này, kích thớc của những cọc ống thép tơng đơng phải thỏa mãn các yêu cầu sau: EJ cọc st = EJ cọc thép ; SVTH: INH VN MNH LP 52CG1 MSSV:6530.52Page 8 CHUYÊN ĐỀ: NGHIÊN CỨU VỀ THAY THẾ CỌC TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ BỐ TRÍ LƯỚI CỌC HỖN HỢP TRONG CÔNG TRÌNH BẾN C«ng thøc tÝnh m« men qu¸n tÝnh: J = π(D 4 – d 4 )/64 Trong ®ã: D: §êng kÝnh ngoµi; d: §êng kÝnh trong; t: chiÒu dµy; C¸c bíc tÝnh to¸n: -Cã D cäc st ; -T×m EJ cäc st ; -Cho EJ cäc st = EJ cäc thÐp ; -T×m J cäc thÐp ; SVTH: ĐINH VĂN MẠNH LỚP 52CG1 MSSV:6530.52Page 9 CHUYÊN ĐỀ: NGHIÊN CỨU VỀ THAY THẾ CỌC TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ BỐ TRÍ LƯỚI CỌC HỖN HỢP TRONG CÔNG TRÌNH BẾN -Tra b¶ng 6-1 trang 189 C«ng tr×nh bÕn c¶ng t×m ®îc D cäc thÐp cã ®é cøng t¬ng ®¬ng. STT f D cäc st (cm) t (cm) d cäc st (cm) E bt J cäc st (cm 4 ) EJ cäc st D cäc thÐp (mm) t thÐp (mm) E thÐp J cäc thÐp (cm 4 ) EJ cäc thep 1 300 30 6 18 2850000 34608 9.86E+1 0 323.8 10 21000000 12147 2.55E+1 1 2 400 40 8 24 2850000 109378 3.12E+11 355.6 10 21000000 16223 3.41E+1 1 3 500 50 10 30 2850000 267035 7.61E+11 406.4 10 21000000 24476 5.14E+1 1 4 600 60 11 38 2850000 533819 1.52E+1 2 508 12.7 21000000 60639 1.27E+1 2 5 700 70 12 46 2850000 958802 2.73E+1 2 609.6 12.7 21000000 106112 2.23E+1 2 6 800 80 12 56 2850000 1527870 4.35E+1 2 660.4 12.7 21000000 135566 2.85E+1 2 7 1,000 100 14 72 2850000 3589571 1.02E+1 3 711.2 12.7 21000000 170022 3.57E+1 2 8 1,200 120 15 90 2850000 6958137 1.98E+1 3 762 13 21000000 214575 4.51E+1 2 9 1,300 130 16 98 2850000 9492184 2.71E+1 3 914.4 17 21000000 482639 1.01E+1 3 10 1,400 140 16 108 2850000 12179125 3.79E+1 3 1016 17 21000000 665780 1.40E+1 3 SVTH: ĐINH VĂN MẠNH LỚP 52CG1 MSSV:6530.52Page 10