Các biện pháp thi công công trình biển

www.tungvan.vn 1 Các Biện Pháp Thi Công Công Trình Biển -A Thiết bị trên cạn Hầu hết các thiết bị trên cạn di chuyển bằng xe hoặc trên đường ray (xem một vài ví dụ ở hình 13.1). Bất kỳ xe tải nào cũng có thể chuyên chở đá, nhưng có một loại xe ben đặc biệt có trọng tải từ 30 tấn đến 150 tấn. Chúng có thể dùng để chuyên chở vật liệu và đổ vật liệu trực tiếp. Máy xúc lật có công suất điển hình từ 5 đến 15 tấn và có thể dùng di chuyển vật liệu tại công trường hoặc chuyên chở vật liệu trong quãng đường ngắn. Hình 1.1 Một vài ví dụ về thiết bị xây dựng trên cạn. www.tungvan.vn 2 Máy đào gàu ngửa gần giống với máy xúc lật nhưng có càng dài hơn và có thể vươn ra xa, có công suất khoảng 5 đến 40 tấn. Máy đào gàu ngửa có thể di chuyển đá đi xa và lên khá cao so với vị trí người lái xe trong khi máy đào gàu sấp chỉ có thể đưa vật liệu lên trên song không quá cao. Máy ủi chỉ có thể đẩy vật liệu về phía trước. Máy xúc lật, máy đào gàu ngửa và máy đào gàu sấp có thể di chuyển vật liệu đưa vật liệu lên cao hay di chuyển vật liệu nhưng với quãng đường dài, ta phải dùng cần cẩu. Cần cẩu thường gắn với gàu ngoạm (xem hình 1.1). Gàu ngoạm kín dùng để bốc dỡ vật liệu có kích thước nhỏ như cát hoặc sỏi trong khi đó gàu ngoạm cánh cam có thể bốc dỡ những viên đá lớn (có thể lên tới 8 tấn). Tốc độ bốc dỡ của cần cẩu thông thường khoảng 20 vòng trong một giờ, trong khi đó cần cẩu thuỷ lực có thể làm việc 30-40 vòng/ một giờ. Công suất nâng của cần cẩu phụ thuộc rất lớn vào tầm với của nó (xem hình 13.2) Hình 1.2 Năng lực của cần cẩu và các loại gàu ngoạm Ðiều kiện làm việc www.tungvan.vn 3 Các thiết bị máy móc trên đất sử dụng trong xây dựng các công trình ven bờ biển có những hạn chế giống như bất kỳ các thiết bị trên các công trình xây dựng nào. Ngoài ra những hạn chế khác gây ra do sóng leo. Vì vậy các thiết bị trên cạn chỉ làm việc trên mực sóng leo trong suốt quá trình xây dựng. Khi xây dựng đê phá sóng bằng xe ben, đỉnh đê (nơi xe ben chạy) thông thường phải cao hơn mực nước lớn từ 1 - 1.5 m. Nhìn chung, trong khu vực ảnh hưởng của thuỷ triều, mọi hoạt động thi công trong vùng đất thấp chỉ? hạn chế trong thời gian nước rút. Các loại thiết bị, máy móc có dây xích có thể đưa những khối đá lớn hơn những loại thiết bị di chuyển bằng lốp xe. Nếu như đá quá lớn so với các loại xe tải, người ta dùng vật liệu nhỏ hơn lấp vào chỗ trống trên bề mặt. Cách làm này có thể áp dụng cho đá có khối lượng lên tới 1 tấn. Nhưng nếu như phải loại bỏ lớp vật liệu mịn này khỏi viên đá do nó ảnh hưởng xấu đến khả năng thấm và độ ổn định của viên đá (xem thêm chương 7) thì điều này trở nên rất tốn kém. B- Thiết bị dưới nước Hình 10.4 là một số ví dụ về thiết bị dưới nước. Bắt đầu với ý tưởng là điểm khác biệt duy nhất giữa thiết bị trên cạn và thiết bị dưới nước là một bên có thể chạy được trên cạn còn một bên nổi trên mặt nước, người ta đã đặt các thiết bị trên cạn lên xà lan hay phao nổi (hình a) để tạo ra thiết bị làm việc dưới nước. Công suất của những thiết bị này khá thấp nhưng có thể quản lý được việc thả vật liệu. Từng viên đá có thể được thả xuống một cách khá chính xác. Xà lan mở thành (A side stone dumping vessel, hình b) là thiết bị được đánh giá cao trong nhiều trường hợp. Ðá được chất lên boong tàu và được đưa vào nước bằng những rầm chuyển động. Công suất tải của thiết bị này có thể lên tới 1500 tấn, trong khi công suất đổ đá khoảng 60 - 70 tấn trong một phút. Việc đổ đá được quản lý khá tốt, tuỳ thuộc vào vận tốc và độ sâu nước (xem phần 13.2). Nếu không có loại thiết bị mở thành thả đá, có thể thay thế bằng cần cẩu nổi và máy ủi trong những trường hợp không quá phức tạp. www.tungvan.vn 4 Hình 1.3 Xà lan thả vật liệu (Boskalis) Hình 1.4 Một vài thiết bị về thiết bị thi công dưới nước. Xà lan mở đáy (c) hay xà lan có cửa tự mở ở đáy có thể sử dụng khi muốn đổ một khối lượng đá rất lớn như thi công lõi đê phá sóng hay những loại kết cấu khác. Tuy nhiên, xà lan mở đáy thường không thể xếp đá một cách chính xác. Khi được sử dụng để thi công gia cố đáy tại độ sâu nước lớn, xà lan mở đáy đổ đá có thể tạo nên các hố đá ở đáy thay vì tạo ra lớp gia cố đáy (xem hình 1.4c). Ðiều này thường hay xảy ra ở vùng nước sâu. Khi cần xếp đá chính xác tại khu vực có độ sâu nước lớn,người ta thường dùng xà lan thả vật liệu bằng hệ thống ống (a fall-pipe vessel, hình d) www.tungvan.vn 5 Hình 1.5 Xà lan mở thành (Boskalis) Ðiều kiện làm việc Sự hoạt động của các thiết bị dưới nước phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường hơn là thiết bị trên cạn. Một ví dụ dễ thấy là ảnh hưởng của thuỷ triều đến hoạt động của thiết bị dưới nước. Mực nước xuống thấp sẽ làm cản trở cho xà lan di chuyển. Mặt khác, mực nước lên cao là điều kiện lý tưởng cho hoạt động của thiết bị dưới nước. Cho nên, thời gian làm việc và thời gian chết của thiết bị phụ thuộc rất lớn vào thuỷ triều. Song thuỷ triều là yếu tố tự nhiên, hoạt động độc lập với thời gian làm việc bình thường của con người. Tốc độ dòng chảy từ 1.5 - 2 m/s thường không gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động của thiết bị máy móc dưới nước. Nếu vận tốc dòng chảy lớn hơn, cần phải có một vài biện pháp xử lý, ví dụ như phải neo tàu cẩn thận không để cho chúng sẽ bị đẩy đi theo mọi hướng. Sóng có thể gây nên nhiều điều bất lợi. Sóng ngắn do gió thường ít ảnh hưởng hơn sóng lừng (swell). Hầu hết các loại xà lan đều được thiết kế để làm việc trong khu vực ven bờ có sóng do gió cao từ 1 - 1.5 m, song chỉ có một vài loại xà lan có thể làm việc trong điều kiện có sóng lừng 0.5 m. Cần cẩu đặt trên xà lan rất dễ bị nghiêng. Cần cẩu bị nghiêng chỉ vài độ cũng có thể gây ra thời gian chết kéo dài. Vấn đề cuối cùng là việc giao thông thuỷ trong khu vực thi công cũng có thể gây nên trở ngại cho qua trình hoạt động của thiết bị dưới nước. Do vậy cần phải có những cảnh báo đặc biệt hay những tín hiệu hướng dẫn cho các tàu chạy qua khu vực thi công. **BẢO VỆ ĐÁY BIỂN.** 1. Vật liệu đá rời www.tungvan.vn 6 Thi công lớp bảo vệ đáy bằng vật liệu đá rời tốt nhất là dùng xà lan mở thành. Loại xà lan như vậy rải từng viên đá lên lớp bảo vệ đáy hơn là đổ tất cả đá xuống. Ðộ xâu của nước và tốc độ dòng chảy có ảnh hưởng đến độ chính xác của việc rải đá. Hình 13.6 biểu diễn độ sai lệch có thể chấp nhận được. Hình 1.6 Ðộ sai lệch từ vị trí thả đá đến xà lan mở thành Ðộ sai lệch của tâm khối đá so với đường thẳng đứng ngay dưới tàu có thể được tính toán từ tốc độ dòng chảy và tốc độ rơi của đá trong nước.(Còn nhiều yếu tố ảnh hưởng nhưng em chưa nêu ra ở đây) 2 Bè chìm cành cây Bè chìm cành cây thường được làm trên mái dốc gần mép nước (xem hình 13.7). Trong vùng ảnh hưởng của thuỷ triều, khu vực thi công thường nằm giữa mực nước lớn và mực nước dòng, do vậy việc kéo các tấm bè xuống nước khá đơn giản nhưng có thể làm giảm thời gian làm việc. Tại khu vực không chịu ảnh hưởng của dao động mực nước, việc thi công có thể tiến hành bất cứ thời gian nào nhưng phải có thuyền kéo công suất lớn để đưa bè chìm xuống nước. Ðịa điểm thi công như trong hình 13.7 quá nhỏ để có thể làm các tấm bè chìm hoàn chỉnh, cho nên trong quá trình thi công, từng phần của tấm bè sẽ được kéo xuống nước. Phần bè gỗ làm xong rồi sẽ nổi trên mặt nước và được kéo ra đến nơi cần gia cố đáy. Thông thường, độ dài và độ rộng của bè chìm khoảng vài chục mét. www.tungvan.vn 7 Hình 1 .7 Thi công bè chìm cành cây và hạ chúng xuống nước Phần sau đây sẽ giới thiệu một phương pháp làm chìm bè chìm xuống đáy thường sử dụng ở Hà Lan. Tất nhiên là có nhiều phương pháp đưa bè chìm xuống đáy khác. Tại vị trí cần gia cố đáy, bè chìm cành cây được buộc vào hai xà lan. Tại vùng có thuỷ triều, quá trình hạ chìm bè gia cố đáy được thực hiện trong thời gian vận tốc dòng triều bằng 0. Rầm định vị sẽ hạ chìm một đầu của tấm bè (hình 13.8). Xà lan chở đá mở thành chuyển động giữa hai xà lan kéo bè chìm cành cây và thả đá lên tấm bè để tấm bè nằm ổn định trên đáy (thông thường đá nhỏ được sử dụng ở lớp phủ đầu tiên này: 150 ? 200 kg/m2 với đá 10 ? 60 kg). Xà lan chở đá mở thành chuyển động rất chậm theo hướng của dòng thuỷ triều và thả đá một bên hoặc hai bên. Khi bè chìm cành cây đã nằm ổn định trên đáy, các rầm định vị sẽ được tháo ra và người ta đổ thêm đá vào để hoàn thành lớp gia cố đáy (tuỳ thuộc vào kích thước lớp gia cố đáy mà tính toán tải trọng đá phủ lên bè chìm, song thông thường lớp đá phủ có độ dày bằng 1.5 - 2*dn50 với đá 10 - 60 kg và cho tải trọng 500 kg/m2) www.tungvan.vn 8 Hình 1.8 Quá trình đưa bè chìm cành cây xuống đáy Hình 1. 9 Thi công thảm tre www.tungvan.vn 9 3-Thảm chế tạo sẵn Thảm phủ đúc sẵn được chuyên chở và hạ chìm xuống đáy bằng những thiết bị đặc biệt. ở barrier chắn nước dâng do bão ở Eastern Scheldt, thảm phủ đúc sẵn có kích thước là 200 x 30 m2. Hình 1.10 Quá trình đánh chìm thảm đá xuống đáy tại Eastern Schelt **BẢO VỆ BỜ BIỂN** 1-Kè mái Hình 1.11Trải vải địa kỹ thuật trong gia cố mái đơn giản www.tungvan.vn 10 Thiết bị dùng trong thi công kè gia cố mái có thể là thiết bị trên cạn hoặc thiết bị dưới nước. Về cơ bản, kè gia cố mái bao gồm lớp bảo vệ mái, tầng lọc và phần gia cố chân kè. Một kiểu gia cố mái đơn giản nhất là dùng vải địa kỹ thuật và phủ đá lên trên. Hình 13.11; 13.12; 13.13 biểu diễn ba phương pháp thi công kè gia cố mái. Trong hình 13.11, lớp vải địa kỹ thuật được trải từ trên bờ xuống đáy sông. Trong giới hạn cho phép có thể dùng nhân công trên cạn để trải vải địa kỹ thuật song cũng có trường hợp phải dùng tới thợ lặn. Ðối với các công trình lớn, người ta phải dùng tàu kéo cuộn vải địa kỹ thuật lõi thép từ trên bờ xuống. Sau đó, tàu mở thành sẽ đổ đá phủ lên lớp vải địa kỹ thuật, bắt đầu từ phía chân lớp gia cố lên trên để cố định lớp vải địa kỹ thuật, không cho nó trượt xuống. Hình 1.12 Thi công lớp gia cố mái đơn giản với tàu đổ đá mở thành Hình 1.13 Cần cẩu nổi gàu ngoạm xếp đá lên mái Khi bè chìm cành cây được sử dụng cho bảo vệ bờ tại vùng có ảnh hưởng của thuỷ triều hay sử dụng để bảo vệ chân đê, chúng có thể được hạ chìm trong lúc thuỷ triều lên và sau đó được phủ đá từ trên xuống (xem hình 1.14). www.tungvan.vn 11 Hình 1. 14 Trải bè chìm cành cây lên mái Trên mực nước dòng, lớp bảo vệ của kè có thể được thi công từ trên xuống. Với đá nhẹ (từ 10 - 60 kg), có thể dùng xe ủi hoặc máy xúc để thi công, còn với các khối đá lớn, ta phải dùng cần cẩu (xem hình 1.15). Hình 1. 15 Sử dụng các thiết bị trên cạn xếp đá. www.tungvan.vn 12 Cũng có thể dùng cần cẩu để trải lớp thảm phủ đúc sẵn lên mái. Phương pháp này có ưu điểm là có thể trải lớp thảm phủ đúc sẵn lên mái với diện tích lớn (hình 13.16). Ðể nâng được thảm phủ đúc sẵn lên và tránh hư hỏng của nó, cần phải có equator Hình 1. 16 Trải thảm phủ đúc sẵn lên mái **BẢO VỆ BÃI BIỂN** 1. Ðê Về cơ bản đê bao gồm phần thân đê và phần bảo vệ mái đê giống như kè. Phần thân đê có thể làm từ đất sét - loại vật liệu sức chống chịu lớn thậm chí ngay cả khi lớp bảo vệ bị hư hỏng. Thân đê cũng có thể làm bằng cát và khi đó lớp bảo vệ có vai trò rất quan trọng. Ngày nay, thân đê chủ yếu làm bằng cát vì đất sét thường không có sẵn với khối lượng lớn để làm thân đê. www.tungvan.vn 13 Hình 1. 17 Thi công thân đê bằng cát Hình 13.17 biểu diễn một phương pháp thi công thân đê. Cát được nạo vét tại khu vực gần công trình để giảm chi phí xây dựng song phải cách chân công trình một khoảng nhất định để không gây ra những vần đề về hình thái bờ biển. Cát được chuyển đến công trình bằng cách bơm trực tiếp từ tàu hút bùn tĩnh hoặc dùng xà lan hút - chở bùn. Hỗn hợp bùn cát - nước được bơm từ các ống dẫn sẽ tạo nên mái dốc rất thoải. Ðộ dốc mái phần dưới nước là 1:15 - 1:25 và trên mặt nước là 1:30 ? 1:40. Kết quả là thân đê rất rộng và có sự thất thoát một lượng lớn vật liệu. Ðể khắc phục nhược điểm này, cần phải xây các tường chắn bằng đá hoặc những loại vật liệu có thể tồn tại trong dòng chảy để tạo nên các mái dốc hơn. Giữa các ụ đá hoặc tường chắn này, cát được bơm vào và được san phẳng bằng xe ủi. Khi phần thân đê đã được xây dựng song, lớp bảo vệ được đặt lên mái đê. Ðể ngăn chặn các loại tải trọng tác động lên đê trong quá trình xây dựng, phần chân đê và phần đê nằm dưới nước được gia cố trước, ví dụ như có thể dùng bè chìm cành cây có phủ đá. Sau đó là thi công mái đê. Tuỳ thuộc vào yêu cầu bảo vệ mái mà có thể dùng các loại máy móc thiết bị chuyên dụng và vật liệu như: kết cấu đúc sẵn, nhựa đường hoặc cỏ. Hình 1. 18 Thi công mái đê với kết cấu đúc sẵn www.tungvan.vn 14 Hình 1. 19 Thi công mái đê trải nhựa đường 2. Hệ thống mỏ hàn và đê phá sóng Hệ thống mỏ hàn biển và đê phá sóng thường khá giống nhau, điểm khác biệt chủ yếu nằm ở kích thước của chúng. Cả hai đều được thi công trong điều kiện bị tác động mạnh. Việc lựa chọn thiết bị thi công trên cạn hay dưới nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng những thiết bị, máy móc hiện có và nguồn lấy đá là yếu tố quyết định. Nếu các mỏ đá ở trên cạn gần khu vực bờ biển cần thi công thì thiết bị làm việc trên cạn là lựa chọn đầu tiên vì đá được vận chuyển bằng xe tải, trong khi đó các hoạt động đổ đá dưới nước sẽ dùng xà lan. Khi cần phải có sự chuyển đổi các phương tiện chuyên chở vật liệu, sự lựa chọn phương tiện còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Hình 13.20 biểu diễn quá trình thi công một mỏ hàn lớn. Hình 1. 20 Thi công mỏ hàn với thiết bị trên cạn và thiết bị dưới nước Thi công bằng thiết bị trên cạn www.tungvan.vn 15 Xe tải đóng vai trò quan trọng nhất trong số thiết bị, máy móc trên cạn để thi công mỏ hàn và đê phá sóng. Chúng có thể được sử dụng để đổ đá trực tiếp, nhưng khi cần xếp đá một cách chính xác hoặc khi mái dốc không thể thi công bằng cách đổ đá trực tiếp, người ta cần phải sử dụng thêm cần cẩu. Quá trình xe tải đổ đá tại công trường để cần cẩu tiếp tục làm việc thường rất mất thời gian. Ðôi khi, người ta tạo ra các đường ống dẫn đá từ nơi cần cẩu làm việc cho đến nơi cần thả đá. Hình 1. 21 Thiết bị trên cạn làm việc trên đê phá sóng. Ðường di chuyển của xe tải ảnh hưởng rất lớn đến tiến độ thi công, đặc biệt là đối với công trình khá dài. Ðối với cần cẩu, ta có thể bỏ qua đường di chuyển của nó (xem hình 13.21). Cần cẩu gàu sẫp chỉ có thể dùng để di chuyển đá không quá nặng (từ 1 - 2 tấn) và quãng đường di chuyển không quá xa. Trong số các thiết bị trên cạn dùng để thi công phần chân công trình, người ta thường dùng cần cẩu có tầm với dài. Thiết bị dưới nước thi công phần việc này thường dễ dàng hơn thiết bị trên cạn. Hình 1.6 Ðộ sai lệch từ vị trí thả đá đến xà lan mở thành Ðộ sai lệch của tâm khối đá so với đường thẳng đứng ngay dưới tàu có thể được tính toán từ tốc độ dòng chảy và tốc độ rơi của đá trong nước.(Còn nhiều yếu tố ảnh hưởng nhưng em chưa nêu ra ở đây) Thi công bằng thiết bị dưới nước Khi đê phá sóng khá dài và khi việc đi lại của xe tải trên đỉnh đê gây tắc nghẽn giao thông hoặc khi cần cẩu phải vươn quá xa, người ta phải dùng tới xà lan. Khi thi công phần lõi của đê phá sóng hay mỏ hàn, việc sử dụng xà lan để đổ một khối lượng đá lớn thường khá tiết kiệm. Với phần chân công trình hay phần bảo vệ mái, người ta dùng xà www.tungvan.vn 16 lan mở thành để xếp đá một cách chính xác hơn phần lõi. Một số công trình lớn còn cần phải dùng đến cần cẩu nổi hay những xà lan thiết kế đặc biệt. Hình 1. 22 Thi công đê phá sóng dùng cần cẩu nổi. Thi công công trình có sự kết hợp của cả thiết bị dưới nước và thiết bị trên cạn Khi xây dựng các công trình bảo vệ bờ và mái, người ta thường kết hợp cả hai loại thiết bị thi công dưới nước và trên cạn, nhất là đối với các công trình lớn. Hình 13.23 biểu diễn sự thi công một đê phá sóng lớn. Ðầu tiên đáy được gia cố bằng thảm phủ hoặc bằng sỏi ở một số phần. Trên lớp gia cố đáy này một phần lõi được làm từ quarry run, thi công bằng xà lan mở đáy cho tới khi lớp đá này cách mực lớn vài mét, tuỳ theo độ mớn nước của xà lan. Phần còn lại của lõi được thi công tiếp bằng xe tải, trong khi đó mái được chỉnh sửa và gia cố? một phần lớp bằng cần cẩu nổi. Phần chân của đê phá sóng được thi công bằng cần cẩu nổi và sau đó là hoàn thành phần gia cố mái cũng bằng cần cẩu nổi hoặc cần cẩu đặt ở đỉnh đê. Lớp bảo vệ mái làm bằng cấu kiện đúc sẵn có khối lượng lớn và được thi công bằng cần cẩu. Cuối cùng là thi công tường đỉnh và hoàn thành phần bảo vệ mái. www.tungvan.vn 17 Hình 1. 23 Trình tự thi công đê phá sóng Hình 1. 24 Sự kết hợp của thiết bị thi công trên cạn và dưới nước trong thi công đê phá sóng.