TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
464 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
KẾT QUẢ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CỐNG LẮP GHÉP TRONG XÂY DỰNG
THỦY LỢI Ở TỈNH KIÊN GIANG
RESULTS OF APPLYING ASSEMBLED SLUICE IN HYDRAULIC
CONSTRUCTION IN KIEN GIANG PROVINCE
ThS. NCS. Doãn Văn Huế, ThS. Nguyễn Trọng Tuấn;
ThS. Phan Quý Anh Tuấn, ThS. Doãn Quốc Quyền
TÓM TẮT
Công nghệ cống lắp ghép được hình thành từ kết quả nghiên cứu của dự án sản xuất
thử nghiệm cấp Nhà nước “Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo và thi công cừ
bản BTCT dự ứng lực trong xây dựng, giao thông và thủy lợi” thực hiện năm 2003-
2004 và đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu công nghệ thiết kế và thi công kết cấu cống lắp
ghép ở Đồng bằng sông Cửu Long” thực hiện năm 2004-2005 do Viện Khoa học
Thủy lợi miền Nam chủ trì. Để hoàn thiện công nghệ, Bộ Nông nghiệp & PTNT đã
cho phép Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam và nhóm tác giả tiếp tục triển khai dự
án sản xuất thử nghiệm cấp Bộ “Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo và thi công
cống lắp ghép bằng BTCT và BTCT dự ứng lực ở Đồng bằng sông Cửu Long”.
Bài viết này giới thiệu một cách tổng quát về những kết quả nghiên cứu ứng dụng
công nghệ cống lắp ghép phục vụ xây dựng thủy lợi ở tỉnh Kiên Giang trong thời
gian triển khai dự án từ năm 2012-2014.
ABSTRACT
The built-up structure technology for sluice is formed from the output research of
national pilot project of “To complete the technology of design, fabrication and
installation of prestressed amoured concrete sheet pile in the field of construction,
transportation and water resources engineering” that was carried out in 2003-2004
and ministerial project “Study on the technology of design and installation of built
up sluice in the Mekong delta “in 2004-2005 by Southern Institute of Water
Resources Research (SIWRR). For further research of technology improvement,
MARD has permitted that SIWRR and research group has continued to implement
one pilot project named “To complete the technology of design, fabrication and
installation of prestressed amoured concrete built-up sluice and amoured concrete
built-up sluice in the Mekong Delta”.
This paper has introduced generally some research applications of built-up sluice
technology to apply for Kien Giang province during the implementation year 2012-2014.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Kiên Giang với diện tích tự nhiên hơn 6.348,5 km2 nằm ở cuối vùng Tây Nam của
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), cách xa các trung tâm kinh tế của cả nước song
lại có địa thế rất thuận lợi, một mặt là vịnh Thái Lan với khoảng 200 km đường bờ biển,
một mặt nối liền với vùng Tứ giác Long Xuyên và Bán đảo Cà Mau.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 465
Trong những năm qua, theo kế hoạch phát triển nông nghiệp toàn diện của tỉnh và
vùng ĐBSCL, nhiều chương trình đầu tư vào thủy lợi quy mô lớn đã được thực hiện.
Đặc biệt là giai đoạn từ giữa năm 1988 đến nay, hàng loạt các công trình thuỷ lợi ở
vùng ĐBSCL nói chung và tỉnh Kiên Giang nói riêng đã được triển khai xây dựng góp
phần kiểm soát lũ, ngăn mặn, dẫn nước ngọt vào đồng ruộng, tạo điều kiện phát triển
sản xuất, thâm canh tăng vụ, mở rộng và tăng cường nguồn nước trong sản xuất nông
nghiệp và nuôi trồng thủy sản.
Giai đoạn trước năm 2000, công nghệ xây dựng cống ở ĐBSCL chủ yếu áp dụng
công nghệ cống BTCT truyền thống có ưu điểm: kết cấu công trình bền vững, khả năng
chịu lực lớn, tuổi thọ công trình cao, quản lý và duy tu sửa chữa công trình thuận lợi.
Tuy nhiên quá trình đầu tư xây dựng cống gặp rất nhiều phức tạp trong công tác giải
phóng mặt bằng, biện pháp thi công trên nền đất mềm yếu và ảnh hưởng thủy triều, đặc
biệt là khó khăn về nguồn vốn đầu tư xây dựng và hiệu quả công trình. Thời gian gần
đây một số kết cấu cống mới đã được nghiên cứu và ứng dụng ở một số địa phương
ĐBSCL như: cống đập trụ đỡ, cống đập xà lan,… đã mang lại hiệu quả thiết thực. Các
cống theo công nghệ mới đã góp phần khắc phục các tồn tại, hạn chế của cống BTCT
truyền thống, mỗi loại cống mới có nguyên lý hoạt động và cấu tạo riêng biệt phù hợp
với phạm vi và điều kiện ứng dụng nhất định,… Tuy vậy chưa có cơ sở để khẳng định
một loại cống nào ứng dụng phù hợp (về kinh tế và kỹ thuật) cho tất cả các vùng đặc
trưng ở ĐBSCL.
Sự nghiệp phát triển thủy lợi ở ĐBSCL cần đẩy mạnh các sáng tạo kỹ thuật mới
về công nghệ xây dựng cống nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, phù hợp hơn với
đặc điểm tự nhiên sông nước ĐBSCL. Cùng với cống BTCT truyền thống, cống đập trụ
đỡ, cống đập xà lan,… cống lắp ghép là loại cống mới làm phong phú thêm các giải
pháp kỹ thuật xây dựng cống, góp phần đẩy nhanh quá trình “Công nghiệp hóa, hiện đại
hóa nông nghiệp và nông thôn” ở ĐBSCL.
2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ỨNG DỤNG CỐNG LẮP GHÉP
Xuất phát từ tồn tại của cống BTCT truyền thống là nguyên lý thiết kế cống “ổn
định bằng trọng lực”; “chống thấm bằng đường viền ngang dưới bản đáy cống” nên
cống BTCT truyền thống thường có khối lượng lớn, mặt bằng xây dựng rộng, tốn kém
chi phí đền bù giải phóng mặt bằng và chi phí đầu tư xây dựng công trình.
Do vậy nhóm tác giả đề xuất: thay đổi kết cấu cống BTCT toàn khối bằng ứng
dụng cừ BTCT và BTCT dự ứng lực để giảm khối lượng vật liệu xây dựng và chuyển
đổi nguyên lý chống thấm “đường viền ngang” thành “đường viền đứng” để giảm quy
mô, kích thước công trình xây dựng.
Cống BTCT truyền thống thường thu hẹp dòng chảy sông tự nhiên ≥ 50 ÷ 70%
làm biến đổi môi trường nước gây xói lở sau cống, cản trở lưu thông thủy.
Đề xuất: mở rộng khẩu diện cống, hạn chế thu hẹp dòng chảy sông tự nhiên,
không làm biến đổi môi trường nước và lưu thông thủy qua công trình thuận lợi.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
466 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
Công nghệ thi công cống BTCT truyền thống xử lý nền móng trong điều kiện khô
nước, phải đắp đê quây ngăn nước và đào kênh dẫn dòng nên gặp nhiều khó khăn trong
quá trình xây dựng, thời gian thi công thường kéo dài, chi phí đầu tư cao.
Đề xuất: công nghệ thi công “lắp ghép” các cấu kiện chế tạo sẵn và liên kết các
hạng mục công trình trên lòng sông tự nhiên (không xử lý nền móng) để đẩy nhanh tiến
độ thi công và giảm chi phí đầu tư.
Tên gọi “cống lắp ghép” được hình thành từ giải pháp chủ yếu về kết cấu và biện
pháp thi công xây dựng công trình, “công nghệ lắp ghép” đang là xu thế phát triển thịnh
hành trong kỹ thuật xây dựng nói chung và kỹ thuật xây dựng thủy lợi nói riêng hiện
nay ở trên thế giới và ở Việt Nam.
3. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VỀ THIẾT KẾ CỐNG LẮP GHÉP
Cống lắp ghép có nguyên lý thiết kế khác biệt so với cống BTCT truyền thống, cụ
thể là:
− Ổn định công trình: ổn định chống trượt và chịu lực bằng hệ cọc cừ BTCT hoặc
BTCT dự ứng lực đóng sâu vào đất nền theo nguyên lý “cọc ngàm trong đất”;
− Ổn định thấm: chống thấm và xói ngầm bằng bản cừ đóng vào đất nền theo
nguyên lý “kéo dài đường viền thấm đứng”;
− Ổn định xói hạ lưu: mở rộng khẩu độ để thông thoáng dòng chảy, giảm lưu tốc
qua cống để hạn chế xử lý tiêu năng phòng xói hạ lưu cống. Kết cấu chống xói
là các cấu kiện có liên kết mảng mềm, thi công lắp ghép trong nước;
− Công nghệ thi công: thi công lắp ghép các cấu kiện chế tạo sẵn và liên kết chịu
lực ở hiện trường trong điều kiện ngập nước trên dòng chảy sông tự nhiên;
− Công nghệ về vật liệu: sử dụng những vật liệu công nghệ cao (BTCT dự ứng
lực, thép không rỉ, composite,…) để làm tăng độ bền và tuổi thọ công trình.
Sự khác biệt về nguyên lý thiết kế tạo nên sự thay đổi về cấu tạo của cống lắp
ghép so với cống BTCT truyền thống, cụ thể là:
Cống lắp ghép (hình 1) bao gồm các hạng mục chính là trụ pin cống (1); tường cừ
ngăn nước (2) và chống thấm (4), dầm đỡ cửa van (3), dầm liên kết và sàn công tác (8),
kết cấu chống xói (7), cửa van và thiết bị điều khiển (6), cầu giao thông (9).
Trụ pin cống (1) là kết cấu chịu lực chủ yếu của cống lắp ghép kiểu trụ đài cao
gồm 3 ÷ 5 cặp cừ ghép bằng cừ BTCT dự ứng lực (hoặc bằng các cọc cừ BTCT) đóng
sâu vào đất nền theo phương dòng chảy, đầu các trụ cừ liên kết với nhau bằng dầm
BTCT đổ liền khối tạo thành trụ pin cống.
Tường cừ ngăn nước (2) bằng 1 ÷ 2 hàng cừ BTCT dự ứng lực (hoặc BTCT) đóng
sâu vào đất nền theo nguyên lý “ngàm trong đất” ngang dòng chảy được ghép nối liên
tục với nhau tạo thành tường cừ ngăn nước hai bên cống.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 467
1- Trụ pin 3- Dầm van 5- Cửa van 7- Rọ đá 9- Cầu giao thông
2- Cừ thân cống 4- Cừ chống thấm 6- Thiết bị đóng mở 8- Dầm liên kết
Hình 1. Sơ đồ cấu tạo kết cấu cống lắp ghép
Hình 2. Hình phối cảnh kết cấu cống lắp ghép
4. KẾT QUẢ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG CỐNG LẮP GHÉP Ở TỈNH KIÊN
GIANG
4.1. Ứng dụng ở hệ thống thủy lợi nội đồng vùng U Minh Thượng
Vùng đệm U Minh Thượng có diện tích tự nhiên khoảng 13.000 ha, hệ thống thủy
4
2
11
3
58
9
8
9
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
468 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
lợi trong vùng còn nhiều hạn chế, hệ thống kênh mương bị bồi lắng cần được nạo vét;
các công trình cầu cống trên đê bao ngoài chưa được xây dựng đủ làm hạn chế việc tiêu
úng, xổ phèn và giao thông thủy nên sản xuất nông nghiệp và tiêu thụ nông sản còn gặp
khó khăn, nhất là đối với khu vực tiếp giáp với tỉnh Cà Mau. Khu vực dự án cống kênh
12, kênh 13 có diện tích hơn 2.000 ha hàng năm bị ngập úng và phèn nặng nên không
thể trồng lúa và rau mầu, điều kiện giao thông khó khăn nên bị động trong tiêu thụ các
nông sản trong vùng,… Chính vì vậy việc nâng cấp cơ sở hạ tầng, trong đó quan trọng
hàng đầu là cải tạo hệ thống thủy lợi để tạo điều kiện phát triển sản xuất nông nghiệp
nhằm tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm là hết sức cần thiết. Việc đầu tư xây
dựng cống kênh 12, kênh 13 trên đê bao ngoài vùng đệm U Minh Thượng sẽ chủ động
tiêu thoát úng phèn vùng này ra kênh ranh giữa hai tỉnh Kiên Giang - Cà Mau, điều kiện
giao thông thủy - bộ được cải thiện sẽ là động lực để phát triển kinh tế - xã hội, góp
phần nâng cao đời sống vật chất, tinh thần của nhân dân trong vùng.
Cống kênh 12, cống kênh 13 nằm trên đê bao ngoài vùng đệm U Minh Thượng,
thuộc xã Minh Thuận, huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang thuộc vùng chịu ảnh
hưởng biên độ giao động mực nước trung bình từ 0,5 ÷ 0,8 m, công trình được thiết kế
bằng công nghệ cống lắp ghép, xây dựng hoàn thành năm 2014. Kết cấu chịu lực và
chống thấm là hàng tường cừ BTCT có joint chống thấm chiều dài 6 ÷ 9 m đóng liên tục
từ bờ trái sang bờ phải theo tim tuyến công trình thiết kế. Khoang cửa cống giữa lòng
kênh tường cừ được đóng sâu xuống đến cao trình -8,45 (cao trình đầu cừ là -2,45) phía
bên trên đầu tường cừ đặt dầm khe van BTCT có mặt cắt ngang hình chữ U rộng 180
cm cao 430 cm, giữa đầu tường cừ và dầm khe van được liên kết kín nước nhờ đệm
bằng cao su Neopren dày 7 cm rộng 20 cm dạng ống được ép chặt vào đầu cừ nhờ trọng
lượng dầm khe van và cửa van. Giữa hai hàng cừ BTCT tường biên mang cống được
trải vải lọc và đắp đất đến cao trình +0,70.
Kết cấu trụ pin cống là kết cấu trụ đài cao gồm 7 cọc BTCT 30 x 30 cm dài 24 m
và 2 cọc BTCT 35 x 35 cm dài 20 m đóng thành một hàng dọc theo phương dòng chảy.
Đầu cọc, đỉnh dầm van liên kết với nhau bằng đài cọc BTCT rộng 1,3 m cao 0,80 m dài
9,50 m được đổ liền khối với dầm giằng đầu cừ. Trụ nâng cầu gồm xà mũ đỡ dầm cầu
cao 0,80 m rộng 1,20 m dài 5,00 m đặt trên 2 cột đỡ (60x60x35) cm phía dưới. Hai trụ
pin cống cũng là kết cấu hai trụ giữa của cầu giao thông trên cống.
Hình 3. Chính diện thượng lưu cống kênh 12