Móng cọc trên nền san hô

Dear ACE,
Đọc được một bài báo của Thầy Cường về một chủ đề khá nóng trong thiết kế cũng như thi công công trình biển dạng Jacket :"Móng cọc trên nền San Hô"
Xin trích dẫn ra đây để ACE cùng thảo luận và có thêm thông tin áp dụng cho công việc cụ thể của mình.
Mới nhất là dự án Thiên Ưng, rất đang loay hoay tìm phương án sử lý, khi công trình đặt trên nền san hô khá dầy.
============

MỘT VÀI SUY NGHĨ VỀ VẤN ĐỀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ CHO CÔNG TRÌNH BIỂN THÉP MÓNG CỌC TRÊN NỀN SAN HÔ​

Tóm tắt:
Bài báo này phân tích nguyên nhân một số sự cố đã sảy ra trong quá trình xây dựng và khai thác các công trình thép móng cọc trên nền san hô (DKI) và bước đầu đưa ra các giải pháp kết cấu mới nhằm hạn chế và phòng tránh sự cố khi xây dựng và khai thác các công trình DKI.
1/ Điểm qua tình hình xây dựng các công trình DKI
Cho đến nay chúng ta đã xây dựng hơn 20 công trình DKI. Hầu hết các công trình DKI đã xây dựng đều là dạng công trình thép, móng cọc, trên nền san hô. Sau khoảng 10 năm sử dụng các công trình đều bị rung lắc mạnh, có ba công trình đã bị đổ (DKI/3, DKI/5 và DKI/6), hai công trình không sử dụng được (DKI/1 và DKI/4), chỉ có duy nhất một công trình không bị rung lắc đó là DKI/10 được xây dựng năm 1994 ở bãi cạn Cà Mâu, trên nền trầm tích sa bồi.
Nguyên nhân gây ra sự cố tại các công trình DKI cơ bản là:
Nguyên nhân 1: Kinh nghiệm và thiết bị phục vụ thi công xây dựng công trình biển của chúng ta còn hạn chế, nhất là kỹ thuật xây dựng các công trình thép móng cọc trên nền san hô.
Nguyên nhân 2: Chúng ta chưa có đủ số liệu tin cậy về nần san hô, vì vậy chưa đánh giá đúng được sự làm việc tương tác giữa cọc thép và nền san hô thông qua việc xác định hệ số ma sát giữa cọc thép và nền san hô.
Đã có rất nhiều nghiên cứu về hệ số ma sát giữa cọc thép và nền san hô
[1], [2], [3], [4]. Tác giả bài viết này hoàn toàn đồng ý rằng: khi cọc thép tiếp xúc với san hô thì chắc chắn giữa cọc và nền tồn tại một lực ma sát. Tuy nhiên, khi phân tích ảnh chụp được khi khảo sát các DKI/5 và DKI/6 đã gặp sự cố, hình 1, cho thấy chân cọc thép đã tách khỏi nền. Khe hở giữa cọc và nền khá lớn. Như vậy tại những chỗ cọc đã tách khỏi nền thì giữa cọc và nền không tiếp xúc và mất ma sát. Khi đó lực ma sát còn lại (có thể ở phần gần mũi cọc) không còn đủ khả năng thắng lực nhổ. Đây có thể là một cách lý giải cho sự cố rung lắc và dẫn đến phá hủy các công trình DKI.
Nguyên nhân 3: Chúng ta chưa có đủ số liệu tin cậy về điều kiện khí tượng, hải văn tại khu vực xây dựng công trình, nhất là số liệu về chiều cao sóng thiết kế. Số liệu sóng thiết kế ban đầu là 6,9m; 9m; 10,5m (1988); 14m (1990-1998). Số liệu sóng để thiết kế gia cố các công trình DKI là 15,8m. Số liệu để thiết kế mới các công trình DKI/14M và DKI/15M là 16,56m.
Có thể tính lại chiều cao công trình DKI/14 theo số liệu sóng mới như sau: Độ sâu nước: d = 22,0m; Chiều cao sóng: H = 16,56m; Chiều dài sóng: L = 98,38m; Chu kỳ sóng:T = 13,83s; ==> H/(GT^2) = 0,009; d/(GT^2) = 0,012. Lý thuyết sóng phù hợp theo tiêu chuẩn API RP 2A là sử dụng lý thuyết sóng hàm dòng bậc 9 (Stream Function), hình 2.
Theo yêu cầu thiết kế thì sàn công tác phải đảm bảo không bị sóng trùm lên trong điều kiện sóng cao H1% = 16,56m, vậy cao trình đáy sàn công tác có thể được tính theo công thức sau: Hsct > Hđỉnh sóng + Htriều + Hnước dâng + Htĩnh không.
Trong đó:
Hđỉnh sóng = 13,77m (tính theo lý thuyết sóng hàm dòng bậc 9);
Htriều = 2,11m;
Hnước dâng = 1,15m;
Htĩnh không > 1,5m (theo tiêu chuẩn DNV)
==> Hsct > 18,53m.
=================================
2. Đánh giá các giải pháp gia cố các công trình DKI
2.1. Nguyên lý chung để thiết kế gia cố các công trình DKI
Các công trình DKI đã xây dựng bằng thép, móng cọc hầu hết bao gồm 04 ống chính bằng thép ống. Cọc thép được đóng lồng trong các ống chính. Khi chịu lực sóng, thông thường hai cọc ở mặt đón sóng sẽ chịu nhổ, hai cọc còn lại chịu nén, hình 3a. Lực nhổ cọc, theo thiết kế sẽ được triệt tiêu nhờ lực ma sát giữa cọc và nền và trọng lượng bản thân công trình truyền xuống cọc. Tuy nhiên vì trong quá trình chịu lực sóng, ma sát giữa cọc và nền bị suy giảm (một trong những nguyên nhân là do cọc tách khỏi nền, xem hình 1) vì vậy việc thiết kế gia cố đã dựa trên nguyên tắc là đặt một khối gia tải để triệt tiêu lực nhổ thay cho lực ma sát đã bị suy giảm, hình 3b.
2.2. Đánh giá các giải pháp gia cố đã thực hiện
Có ba phương án đã được thực hiện để gia cố các công trình DKI [4], đó là:
-Gia tải tập trung tại chân cọc, dùng phương pháp bê tông vữa dâng để gia tải. Việc đổ bê tông vữa dâng trên biển gặp khó khăn, nhất là trong điều kiện sóng lớn, khó kiểm soát được liên kết giữa khối gia tải với các ống chính. Phương pháp này đã thực hiện ở DKI/7,2,9, có thể nói đây là một lý do đưa tới thất bại. Thất bại của phương án này đã mở ra hướng nghiên cứu phương án mở rộng khối chân đế.
-Phương án mở rộng khối chân đế bằng cách gắn vào mỗi ống chính một giàn tam giác sau đó lắp ghép các khối gia tải lớn bằng bê tông đúc sẵn, bơm trám xi măng để gắn các cục gia tải với nền san hô. Tuy nhiên, do một số giải pháp kỹ thuật chưa hợp lý, việc lắp ghép khối lớn và bơm trám xi măng gặp khó khăn. Phương án này đã ứng dụng ở DKI/11,14,17.
-Phương án mở rộng khối chân đế, kết hợp bơm bê tông dâng để gia tải. Phương án này đã thử nghiệm ở DKI/8,12,15, sau đó rút kinh nghiệm, ứng dụng thành công ở các công trình DKI/16,18,19,20,21 và gia cố lần hai cho các công trình DKI/7,2,9. Đây là phương án đã thể hiện nhiều ưu điểm, khắc phục được các nhược điểm ở hai phương án trước đó.
3. Đánh giá các giải pháp công trình DKI mới
Năm 2010-2011 đã tiến hành xây dựng mới hai công trình DKI (DKI/14M và DKI/15M). Các công trình DKI mới được xây dựng trên cơ sở rút kinh nghiệm từ việc gia cố thành công các công trình DKI cũ theo phương án mở rộng
khối chân đế, các khối gia tải gắn với khối chân đế thông qua các kết cấu mở rộng để chịu nhổ. Các cọc thép đóng vào nền san hô để chịu nén. Liên kết các khối gia tải với nền bằng bê tông dâng. Việc ứng dụng các giải pháp gia cố đã thực hiện thành công cho các DKI cũ và phát triển để xây dựng các DKI mới là một cách làm đúng đắn và khả thi. Các DKI mới với quy mô lớn hơn các DKI cũ, khối chân đế mới bao gồm 06 chân. Hình 4 mang tính minh họa về nguyên lý cho các DKI mới.
4. Đề xuất các giải pháp công trình DKI mới
Để thi công các công trình DKI/14M và DKI/15M phải dùng đến các thiết bị chuyên dụng, có công suất lớn. Đây cũng là một khó khăn đôi khi ảnh hưởng đến tính chủ động trong việc xây dựng các công trình DKI mới.
Dưới đây đề xuất một số phương án công trình theo nguyên lý đã phân tích ở mục 2 của bài viết này, với mong muốn sẽ chủ động hơn trong việc xây dựng công trình.
4.1. Đề xuât phương án công trình DKI cho vùng nước nông
Độ sâu nước tại các bãi san hô ngầm: Ba Kè, Phúc Tần, Huyền Trân, Quế Đường đều không vượt quá 15m (độ sâu nước tại DKI/4 là 07m; tại DKI/3 là 11m). Tại vùng nước nông, nếu ứng dụng các giải pháp thùng chìm để chế tạo các đế móng dạng đảo nổi, sau đó lắp ghép khối chân đế và thượng tầng bằng thép lên đế móng là một giải pháp cần được xem xét, nghiên cứu, nếu có những ưu điểm thì có thể ứng dụng. Tác giả bài viết này đã tính toán và xây dựng phương án kết cấu công trình DKI cho vùng nước sâu đến 15m, hình 5.
Các thông số chính của công trình:
- Đường kính 01 trụ đế: 12m
- Chiều cao trụ đế:18m
- Tổng chiều cao chân đế:32m
- Chiều dầy thành trụ đế:350mm
- Trọng lượng 01 trụ đế:920 tấn
- Trọng lượng công trình:3260 tấn
- Trọng lượng dằn:1740 tấn
- Tổng trọng lượng công trình:5000 tấn
- Vật liệu dằn:Đá hộc
- Vật liệu bơm trám: Bê tông dâng
Chi tiết tham khảo: http://icoffshore.com.vn/?f=Bài báo khoa h?c&p=69&id=1119

 

Về bản chất Móng cọc hay là móng cọc với váy cọc có tác dùng ngàm chặt công trình xuống nền đất hay đáy biển. Móng cọc có tác dụng tăng mô mem kháng lật, chống lại lực nhổ khi công trình biển chịu tải trọng ngang của sóng, gió, dòng chảy. Và Móng cọc làm việc hiệu quả nhờ vào ma sát bên giữa cọc và đất nền cùng với sức chịu tải ở các đầu cọc.

Tuy nhiên theo phân trích ở trên thì chúng ta "chưa đánh giá đúng được sự làm việc tương tác giữa cọc thép và nền san hô thông qua việc xác định hệ số ma sát giữa cọc thép và nền san hô" và theo một số tài liệu nghiên cứu thì thậm chí hệ số ma sát bên giữa san hô và cọc gần bằng không hoặc thậm chí bằng không sau một thời gian vận hành.

Tôi thấy phương án công trình móng cọc trên nền san hô là chưa thực sự phù hợp, móng cọc ở đây chỉ có tác dụng chống trượt ngang mà thôi, khi mất ma sát liên kết, công trình không chống lật, chống nhổ được. Lấy ví dụ chúng ta đóng một cái đinh vào tường, mỗi sáng bạn đi ngang búng cho nó một cái, đảm bảo với bạn một năm sau cái định sẽ bị long ra. Công trình móng cọc trên nền san hô cũng vậy khi chịu tải trọng sóng, gió, dòng dảy tác động hàng ngày.

Vì vậy theo quan điểm cá nhân, để công trình trên nền san hô nên sử dụng kết cấu công trình biển trọng lực, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm các giải pháp kết cấu móng để chống trượt ngang trên nền đáy biển.

Vài ý kiến trao đổi, ngược lại những vấn đề mà các nhà khoa học đã làm và áp dụng với DK, mời các anh em chém gió

 

Mạn phép xin phép được hỏi bác là bác có thể phân tích kỹ hơn và chỉ rõ hơn về việc "ngược lại những vấn đề mà các nhà khoa học đã làm và áp dụng với DK" được ko ạ ??? Tự nhiên lại có hứng thú về chủ đề của bác nên quan tâm tý

 

Là công trình móng cọc/váy cọc trên nền san hô đó Tieu_Ho

 

Dạ ý em là nó " Ngược" ở chỗ nào bác ợ !!!

 

"Ngược" ở chỗ là Công trình trọng lực (ổn định bằng chính trọng lực của công trình) và Công trình biển có móng cọc/váy cọc (ổn định nhờ các cọc/váy cọc ngàm chặt vào nền đất).
To BigCrab:
+ Đương nhiên là khi đưa ra xuất một phương án thì cần phải giải cả bài toán về kinh tế-kỹ thuật, đặc biệt là những công trình có yêu cầu cao lại cần phải so sánh tỷ mẫn.
+ Mình mới nghe khái niệm "móng trọng lực" lần đầu nên không biết cụ thể như thế nào?

 

Các bác cho em hỏi công trình ở đây xây dựng nhằm mục đích gì ạ?
Làm "chòi cach" cho mấy chú bộ đội, làm trạm phong điện hay làm giàn khai thác dầu khí?
Em thấy phải rõ mục đích cái đã rồi mới đưa ra phương án hợp lý được chớ!

 

Hóa ra là thế ...
Hình như bác đang hơi cứng nhắc về thuật ngữ "Công trình trọng lực" và gắn nó vào DK rồi ....

 

Xăng còn có thể pha nhớt, con người thì còn có lesbian & gay mà các bác. Theo tôi giải pháp lai giữa móng trọng lực và móng cọc cũng không phải là không thể. Trong thiết kế PLEM, SSIV, subsea skid người ta có thể có giải pháp là thêm vào các skirt plate để làm tăng tính ổn định theo phương ngang, đó theo tôi cũng có thể coi như là 1 dạng móng cọc. Cheers!

 

Cái PA pê đê (vừa cọc vừa trọng lực) này đang được TK cho các giàn DKI. Đây là PA hợp lý nhất cho các công trình DKI khi chúng được xây dựng trên đỉnh của các ngọn đồi san hô. Còn việc liên kết cọc với nền san hô bằng bơm trám thì dường như là ko thể. Một lý do như bác BigCrab đã nói và một lý do nữa là nền san hô nó không đặc hoàn toàn mà nó có tính chất xốp và rỗng. Ta không biết phải bơm bao nhiêu vữa để nó trám được.
Bác đưa ra PA dây neo. Mình thấy PA này không khả thi cho lắm vì việc neo giữ trên nền san hô là rất khó khăn và tốn nhiều thời gian kéo theo chi phí đội lên rất nhiều.

 

Các bác có cái ảnh nào, show hàng lên nhìn cho nó trực quan sinh động.
toàn viết chữ, chả hình dung ra được gì cả.
Có hai loại: một là loại Jacket và loại kia là công tình biển trọng lực btct.
Không biết các bác đang chém loại nào nữa.
Hình 1: CTB dạng trọng lực