Download

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỀ TÀI : Thiết kế kỹ thuật thi công giàn
VIỆN XD CÔNG TRÌNH BIỂN đỡ đầu giếng Biển Đông 1

LỜI CẢM ƠN
-----------  -----------

Đối với mỗi sinh viên ngành Xây dựng công trình biển sắp ra trường, đồ án
tốt nghiệp là rất quan trọng, nó trực tiếp đánh giá về những kiến thức mà sinh
viên đã gặt hái được trong suốt quá trình học tập tại trường. Hoàn thành đồ án
tốt nghiệp cũng mang lại cho sinh viên rất nhiều kiến thức mới và có những hiểu
biết cũng như đánh giá tốt hơn, sâu hơn những kiến thức mà mình đã được học
tập trên lớp.
Một phần quan trọng của việc làm đồ án tốt nghiệp là tạo cho em khả năng
làm việc độc lập, khả năng lập luận, rèn luyện tư duy cũng như khả năng phân
tích và giải quyết các vấn đề. Những điều mà bất kì một sinh viên nào cũng cần
phải có trước khi trở thành một kỹ sư.
Để đạt được những mong muốn đó, em đã tích cực làm việc và nghiên cứu đề
tài: “Thiết kế kỹ thuật thi công giàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1” trong khoảng
thời gian từ tháng 10/2010 đến tháng 1/2011 dưới sự hướng dẫn tận tình của
Ths.VŨ ĐAN CHỈNH . Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy!
Nhân đây em cũng xin gửi lời đồng cảm ơn đến tất cả các thầy cô, và các bạn
sinh viên K51 trong Viện Xây dựng công trình biển - trường Đại học Xây Dựng
đã giúp đỡ em trong suốt 5 năm đại học.

Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 11 tháng 1 năm 2011
Sinh viên
PHẠM VĂN TOÁN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PAGE 1/260
SVTH: PHẠM VĂN TOÁN -LỚP: 51 CB1 - MSSV: 5438.51


MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 7

1.1 Sự phát triển của công trình biển thế giới 7
1.1.1 Công trình biển cố định (Fixed Structures) 7
1.1.2 Công trình biển mềm (Compaliant Structures) 10
1.1.3 Đường ống biển 10
1.1.4 Công trình dàn tự nâng Jackup 11

1.2 Giới thiệu ngành dầu khí Việt Nam. 11
1.2.1 Quá trình hình thành và phát triển tập đoàn dầu khí Việt Nam 11
1.2.2 Các hoạt động kinh doanh của tập đoàn dầu khí Việt Nam. 12
1.2.3 Các mục tiêu hoạt động của Tập đoàn dầu khí Việt Nam. 13

1.3 Số liệu đầu vào phục vụ thiết kế và thi công 14
1.3.1 Nhiệm vụ thiết kế 14
1.3.2 Giới thiệu về dàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1 14
1.3.3 Số liệu thượng tầng 15
1.3.4 Số liệu điều kiện môi trường 15
1.3.4.1 Điều kiện về khí tượng hải văn,địa chất công trình 15
1.3.4.1.1 Điều kiện về khí tượng hải văn 15
1.3.4.1.2 Điều kiện về địa chất công trình 20
1.3.5 Mặt bằng và các thiết bị thi công 21

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CHÂN ĐẾ 23

2.1. Cơ sở xây dựng phương án 23
2.1.1. Cơ sở xây dựng phương án 25
2.1.2. Nguyên tắc xây dựng phương án 25



2.2 Xây dựng phương án kết cấu 27
2.2.1. Lựa chọn phương án kiến trúc KCĐ 27
2.2.2. Lựa chọn phương án kết cấu Panel 28
2.2.3. Lựa chọn phương án kết cấu Diafragm 30
2.2.4. Lựa chọn phương án kết cấu móng và cọc 32
2.2.5 Lựa chọn tiết diện ống 34

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT KHỐI CHÂN ĐẾ 37

A.THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU 37
I.TÍNH TOÁN KẾT CẤU 37

I.1 Tính toán dao động riêng 37
I.1.1 Phương trình động lực học 38
I.1.2 Sơ đồ kết cấu 38
I.1.3 Tính toán các khối lượng 42
I.1.3.1 Khối lượng bản thân 42
I.1.3.2 Khối lượng hà bám 42
I.1.3.3 Khối lượng nước kèm 42
I.1.3.4 Khối lượng nước trong cọc 43
I.1.3.5 Khối lượng vữa bơm trám 43
I.1.4 Kết quả tính toán 44

I.2 Tính toán các loại tải trọng 45
I.2.1 Tải trọng thượng tầng 45
I.2.2 Tải trọng bản thân 45
I.2.3 Tải trọng đẩy nổi 45
I.2.4 Tải trọng dòng chảy 46
I.2.5 Tải trọng sóng 48
I.2.6 Tải trọng gió 55



I.2.7 Xác định tổ hợp tải trọng 58

I.3 Tính nội lực và biến dạng 58

II. THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA CẤU KIỆN 59

II.1 Tính toán và kiểm tra cấu kiện 59
II.1.1 Kiểm tra ổn định cục bộ 59
II.1.2 Kiểm tra ổn định tổng thể 59

II.2 Kiểm tra bền phần tử 60
II.2.1 Kiểm tra bền phần tử chịu nén dọc trục 60
II.2.2 Kiểm tra bền phần tử chịu uốn 60
II.2.3 Kiểm tra bền các phần tử chịu cắt 61
II.2.4 Kiểm tra bền các phần tử chịu xoắn 61

II.3 Kiểm tra nút 62
II.3.1 Kiểm tra khả năng chọc thủng của nút 62
II.3.2 Chọn tiết diện gia cường 65

III THIẾT KẾ NỀN MÓNG 66

III.1 Bài toán cọc chịu tải dọc trục 66
III.1.1 Sức chịu tải của cọc chịu nén 66
III.1.2 Sức chịu tải của cọc chịu nhổ 69

III.2 Tính toán và kiểm tra sức chịu tải dọc trục của cọc. 69
III.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc 69
III.2.2 Nội lực trong cọc 73
III.2.3 Kiểm tra sức chịu tải của cọc và lựa chọn chiều sâu chôn cọc 74
B. THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC PHỤ TRỢ 75

I.XÁC ĐỊNH CAO ĐỘ GIÁ CẬP TÀU 75



II.THIẾT KẾ CHỐNG ĂN MÒN 75

II.1 Thiết kế chống ăn mòn điện hóa 75

II.1.1 Nguyên lý chống ăn mòn điện hóa 75

II.1.2 Tính toán hệ thống anode hi sinh 76

II.1.2.1 Cơ sở tính toán 76

CHƯƠNG 4 BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỦ ĐẠO VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG 80
I.BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỦ ĐẠO 80

I.1 Thi công trên bãi lắp ráp 80
I.1.1. Lựa chọn phương án thi công trên bãi lắp ráp. 80
I.1.2. Quy trình thi công trên bãi lắp ráp. 80

I.2 Thi công hạ thủy 88
I.2.1. Lựa chọn phương pháp thi công hạ thủy 88
I.2.2.Quy trình hạ thủy bằng đường trượt 88

I.3. Thi công đánh chìm lắp đặt và hoàn thiện khối chân đế. 89
I.3.1. Lựa chọn phương pháp đánh chìm 89
I.3.2. Quy trình đánh chìm bằng sà lan chuyên dụng. 89
I.4 Chọn búa đóng cọc 94

II. AN TOÀN LAO ĐỘNG 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96



PHẦN PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1 KHỐI LƯỢNG HÀ BÁM 98

PHỤ LỤC 2 KHỐI LƯỢNG NƯỚC KÈM 113

PHỤ LỤC 3 KHỐI LƯỢNG NƯỚC TRONG CỌC 128

PHỤ LỤC 4 KHỐI LƯỢNG VỮA BƠM TRÁM 145

PHỤ LỤC 5 KẾT QUẢ NỘI LỰC TRONG PHẦN TỬ 154

PHỤ LỤC 6 KIỂM TRA PHẦN TỬ THANH BẰNG BẢNG TÍNH EXCEL 240

PHỤ LỤC 7 KẾT QUẢ TÍNH ANODE CHỐNG ĂN MÒN 254



CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1.1 Sự phát triển của công trình biển thế giới
Các loại công trình biển được xây dựng để đáp ứng nhu cầu các hoạt đông
của con người trên biển trong nhiều lĩnh vực bao gồm:

 Thăm dò và khai thác khoáng sản( chủ yếu là dầu mỏ và khí đốt).
 Nghiên cứu khí tượng và hải văn biển.
 Phục vụ an ninh quốc phòng.
 Đảm bảo hàng hải, phục vụ du lịch…
 Tram phát điện…
Trong đó chủ yếu là các công trình phục vụ nhu cầu thăm dò và khai thác dầu
khí. Sự phát triển của các loại công trình biển gắn liền với sự phát triển ngành
công nghiệp này. Đầu thế kỷ XIX việc khai thác dầu khí hầu như chỉ diễn ra trên
đất liền, đến năm 1947 công trình biển đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại
vịnh Mexico ở độ sâu 3  6 m nước. Đầu năm 1960 các công trình thiết kế cho
độ sâu nước có kết cấu chủ yếu là kết cấu thép. Từ đó đến nay với sự phát triển
mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cho nên đã có nhiều dạng công trình biển cho các
khu vực nước sâu hơn ra đời.
1.1.1 Công trình biển cố định (Fixed Structures)

 Công trình biển thép (Jacket)
 Công trình biển bê tông trọng lực (Gravity)
 Công trình biển lai giữa bê tông và thép (Hybrid Steel and Concrete): là
loại có thân bằng thép và đế bằng bê tông cốt thép.



Sử dụng các kết cấu cố định là phương án xây dựng với mục đích làm cho
công trình có chu kỳ dao động nhỏ hơn hẳn vùng tập trung năng lượng sóng.
1.1.1.1 Công trình biển thép( Jacket)
Là loại công trình được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay.Công
nghệ xây dựng công trình loại này đã trải qua một thời gian dài, từ loại kết cấu
nhỏ ở vùng nước nông, đến những công trình lớn ở vùng nước sâu xây dựng ở
biển Bắc và ở vùng vịnh Mexico. Các dàn loại này thường đòi hỏi phải hoạt động
trong vòng 25 năm trở lên. Cho tới nay trên thế giới đã xây dựng được trên 6000
công trình, trong đó có khoảng 4000 chiếc xây dựng ở vùng vịnh Mexico. Trên
thực tế hầu như mọi công nghệ mới sử dụng trong chế tạo và lắp dựng các dàn
đều xuất phát từ vịnh Mexico và vùng biển Bắc. Kết cấu công trình lớn nhất thế
giới hiện nay là dàn Bullwinkle do hãng Shell xây dựng ở vịnh Mexico vào năm
1985 ở vùng nước sâu 1615ft (492m), kết cấu chân đế bằng thép nặng 56000T.
Nói chung các dàn thép cố định tỏ ra có nhiều ưu điểm về tính an toàn khi
khai thác. Điều này giải thích một phần lý do dàn cố định bằng thép được sử
dụng rộng rãi.
Xu hướng phát triển của kết cấu công trình biển thép:

 Về dạng kết cấu: Ngày càng lớn với độ sâu nước ngày càng tăng
 Về trọng lượng kết cấu: Ngày càng giảm thiểu trọng lượng nhờ sự phát
triển các công nghệ chế tạo vật liệu thép có trọng lượng giảm mà độ
bền tăng cao, phương pháp thiết kế kết cấu nhẹ như thay đổi trong từng
đoạn với tiết diện thanh biên đứng của kết cấu chân đế và thay đổi tiết
diện tại các nút là nơi tập trung ứng suất, điều này cho phép giảm trọng
lượng tổng thể kết cấu.
 Phát triển dàn nhẹ, dàn vệ tinh và kết cấu đỡ đầu giếng: đây là xu
hướng mới của loại kết cấu Jacket cho phép điển hình hoá kết cấu và



trang thiết bị, đảm bảo công nghệ đơn giản, tin cậy, giảm trọng lượng,
giá thành xây dựng…
 Về cọc: xu hướng tăng kích thước các cọc phụ,cọc váy, giảm bớt hoặc
bỏ các cọc đóng trong ống chính. Điều này làm đơn giản kết cấu tổng
thể và giảm bớt thời gian thi công trên biển.
 Tăng khả năng thi công của thiết bị đóng cọc.
 Đối với kết cấu thượng tầng: việc xây dựng bộ phận thượng tầng của
các dàn thường được tổ chức phụ thuộc vào các cấu hình sau:
+ Thượng tầng gồm nhiều khối Block Module.
+ Thượng tầng kiểu bán toàn khối
+ Thượng tầng kiểu toàn khối
+ Thượng tầng kiểu tấm phẳng, kiểu mặt boong
Công nghệ thượng tầng không cần thiết bị cẩu lắp, đây là một kỹ thuật mới,
lắp trọn kết cấu thượng tầng lên đỉnh kết cấu Jacket mà không cần dùng bất kỳ
một loại cẩu nổi chuyên dụng nào như công nghệ truyền thống. Theo phương
pháp này, việc lắp đặt thượng tầng được thực hiện nhờ một hoặc hai sà lan vận
chuyển thông thường. Nhờ đó giảm được đáng kể thời gian thi công trên biển.
Công nghệ này cũng đã tính đến các điều kiện khác nhau của biển, trọng lượng
thượng tầng…
1.1.1.2 Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép
Dàn bê tông trọng lực là kết cấu công trình có tiềm năng phát triển mạnh,
thích hợp với vùng nước sâu. Dàn bê tông trọng lực được xây dựng dựa nhờ một
số ưu điểm nổi bật sau:

 Ổn định bằng trọng lượng bản thân của nó theo nguyên lý móng nông
 Tuổi thọ công trình cao
 Tận dụng được nguyên vật liệu địa phương, tiết kiệm thép đặc chủng



 Khả năng chống ăn mòn của môi trường biển cao
 Chi phí duy tu bảo dưỡng ít hơn so với công trình biển thép
 Tận dụng được các khoang (xilô) của công trình làm bể chứa
 Khả năng chịu lực tốt, chu kỳ dao động nhỏ, khả năng xuất hiện mỏi ít
Dàn khoan biển trọng lực đầu tiên là công trình EKOFISKI ở biển Bắc do
công ty DORIS ENGINEERING của Pháp thiết kế và hoàn tất năm 1973 ở độ
sâu 70m nước. Các công trình dàn bê tông trọng lực trên thế giới có độ sâu từ 42
 303m nước, phần lớn được xây dựng ở biển Bắc.
1.1.2 Công trình biển mềm (Compaliant Structures)

 Công trình biển nổi (Floating Structures)
 Công trình biển neo đứng
 Công trình biển trụ mềm
 Công trình biển neo xiên
Công trình biển mềm là loại công trình được sử dụng vào việc khai thác
những mỏ nhỏ hoặc khai thác ở những độ sâu rất lớn, không kinh tế khi xây dựng
những công trình biển cố định. Công trình loại này có thể sử dụng làm bể chứa
dầu đồng thời làm kết cấu bến cập tàu. Ngày nay các công trình dạng này đã đạt
tới độ sâu hơn 1000m.
Các công trình biển mềm được thiết kế sao cho chu kỳ dao động riêng vượt
hẳn ra ngoài vùng tập trung năng lượng song
1.1.3 Đường ống biển
Dùng để vận chuyển các sản phẩm khai thác được từ các giếng về nơi xử lý,
hoặc vận chuyển nước ép vỉa nhằm duy trì áp suất khai thác. Đây là loại hình
đang phát triển mạnh mẽ. Hiện nay công nghệ chế tạo đường ống đã được chuyên
môn hoá rất cao và chiếm một tỷ lệ lớn trong công tác xây dựng các công trình



biển. Các loại đường ống rất đa dạng về chủng loại, chiều dài, kích thước tiết
diện cũng như độ sâu đặt ống ngày càng tăng. .
1.1.4 Công trình dàn tự nâng Jackup
Đây là loại công trình biển có khả năng di chuyển được, có thể dùng để thăm
dò, khai thác. Loại công trình này có thể làm việc độc lập hoặc kết hợp cùng các
loại CTB khác nhằm giảm chi phí cho việc xây dựng tại các vùng nước sâu.

1.2 Giới thiệu ngành dầu khí Việt Nam.
Dầu khí là ngành công nghiệp có tiềm năng phát triển hết sức to lớn và toàn
diện của đất nước. Toàn bộ các hoạt động liên quan đến việc phát hiện, khai thác
và làm gia tăng giá trị của nguồn tài nguyên dầu khí tại Việt Nam được chính phủ
Việt Nam giao nhiệm vụ cho tập đoàn Dầu khi Việt Nam thực hiện.
Với tiền thân là Tổng cục Dầu khí, Tổng công ty Dầu mỏ và Khí đốt Việt
Nam, Tổng công ty Dầu khí Việt Nam; Tập đoàn Dầu khí Việt Nam
(Petrovietnam) được hình thành theo quyết định số 198/2006/QĐ-TTg ngày
29/08/2006 của Thủ tướng Chính phủ. Hện nay với hơn 50 đơn vị thành và các
công ty liên doanh, lực lượng lao động với hơn 22.000 người và doanh thu 2006
đạt 174.300 tỷ đồng (khoảng 11 tỷ đô la Mỹ), Tập đoàn Dầu khí Việt Nam hoạt
động trong lĩnh vực dầu khí và các lĩnh vực khác không chỉ ở lãnh thổ Việt Nam
mà còn cả ở nước ngoài.
1.2.1 Quá trình hình thành và phát triển tập đoàn dầu khí Việt Nam
 1961 - Đoàn Địa chất 36 thuộc Tổng cục Địa chất được thành lập để
thực hiện nhiệm vụ tìm kiếm, thăm dò dầu khí tại Việt Nam
 1969 - Đoàn Địa chất 36 được tổ chức lại và đổi tên thành Liên đoàn
Địa chất 36.



 1975 - Tổng cục Dầu khí Việt Nam được thành lập trên cơ sở Liên đoàn
địa chất 36 và Vụ Dầu khí thuộc Tổng cục Hoá chất
 1977 - Công ty Dầu khí Việt Nam (Vietnam Oil & Gas Company –
Petrovietnam) trực thuộc Tổng cục Dầu khí Việt Nam được thành lập
để thực hiện nhiệm vụ hợp tác với các công ty nước ngoài trong lĩnh
vực thăm dò, khai thác dầu khí tại Việt Nam.
 4/1990 - Tổng cục Dầu khí Việt Nam được sát nhập vào Bộ Công
nghiệp nặng.
 6/1990 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam (Vietnam Oil & Gas
Corporation – Petrovietnam) được tổ chức lại trên cơ sở các đơn vị cũ
của Tổng cục Dầu khí Việt Nam.
 5/1992 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam tách khỏi Bộ Công nghiệp
nặng và trực thuộc Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam, trở
thành công ty dầu khí quốc gia với tên giao dịch quốc tế là
Petrovietnam.
 5/1995 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam được Thủ tướng Chính phủ
nước CHXHCN Việt Nam quyết định là Tổng công ty Nhà nước với tên
giao dịch quốc tế là Petrovietnam.
 8/2006 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam được Thủ tướng Chính phủ
nước CHXHCN Việt Nam quyết định là Công ty mẹ - Tập đoàn Dầu
khí Việt Nam (gọi là Tập đoàn dầu khí Việt Nam) theo Quyết định số
199/2006/QĐ-TTg ngày 29 tháng 8 năm 2006. Tên giao dịch quốc tế:
VIETNAM OIL AND GAS GROUP; gọi tắt là PETROVIETNAM.
1.2.2 Các hoạt động kinh doanh của tập đoàn dầu khí Việt Nam.
 Nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dò, khai thác, chế biến, tàng trữ, vận
chuyển dầu khí làm dịch vụ về dầu khí;



 Xuất nhập khẩu vật tư, thiết bị dầu khí, sảm phẩm dầu khí, hoá dầu;
 Kinh doanh và phân phối các sản phẩm dầu, khí, các nguyên liệu hóa
phẩm dầu khí;
 Khảo sát, thiết kế, xây dựng, khai thác, sửa chữa các công trình, phương
tiện phục vụ dầu khí, dân dụng;
 Tư vấn đầu tư xây dựng, thiết kế các công trình, phương tiện phục vụ
dầu khí, dân dụng; sản xuất và kinh doanh vật liệu xây dựng;
 Đầu tư kinh doanh bất động sản;
 Đầu tư kinh doanh điện;
 Hoạt động tài chính, chứng khoán, ngân hàng; bảo hiểm;
 Đào tạo, cung ứng nhân lực dầu khí, xuất khẩu lao động;
 Kinh doanh khách sạn, du lịch, văn phòng giao dịch
1.2.3 Các mục tiêu hoạt động của Tập đoàn dầu khí Việt Nam.
Mục tiêu chiến lược của Tập đoàn: “Phát triển ngành Dầu khí trở thành một
ngành kinh tế - kỹ thuật quan trọng, đồng bộ, bao gồm tìm kiếm thăm dò, khai
thác, vận chuyển, chế biến, tàng trữ, phân phối, dịch vụ và xuất, nhập khẩu. Xây
dựng Tập đoàn Dầu khí mạnh, kinh doanh đa ngành trong nước và quốc tế.”
Các mục tiêu cụ thể là:

 Đẩy mạnh đầu tư công tác tìm kiếm thăm dò, gia tăng trữ lượng có thể
khai thác một cách hợp lý, ưu tiên các vùng khó khăn. Phấn đấu gia
tăng trữ lượng dầu khí hàng năm đạt 35-40 triệu tấn dầu quy đổi.
 Khai thác và sử dụng hợp lý, hiệu quả, tiết kiệm nguồn tài nguyên dầu
khí trong nước để sử dụng lâu dài; đồng thời tích cực mở rộng hoạt
động khai thác dầu khí ở nước ngoài. Phấn đấu khai thác 25-38 triệu tấn
quy dầu/năm trong đó khai thác dầu thô giữ ổn định ở mức 18-20 triệu
tấn/năm và khai thác khí 6-17 tỷ m3/năm.



 Tích cực phát triển thị trường tiêu thụ khí trong nước, sử dụng khí tiết
kiệm, hiệu quả kinh tế cao. Xây dựng và vận hành an toàn hệ thống
đường ống dẫn khí quốc gia; sẵn sàng kết nối với đường ống dẫn khí
khu vực Đông Nam Á phục vụ cho nhu cầu xuất nhập khẩu khí. Sản
xuất 10-15% tổng sản lượng điện của cả nước.
 Tích cực thu hút đầu tư của mọi thành phần kinh tế, đặc biệt là đầu tư từ
nước ngoài để phát triển nhanh công nghiệp chế biến dầu khí. Kết hợp
có hiệu quả giữa các công trình lọc, hoá dầu, chế biến khí để tạo ra
được các sản phẩm cần thiết phục vụ nhu cầu của thị trường ở trong
nước và làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác.
 Tích cực thu hút đầu tư từ các thành phần kinh tế, tăng nhanh tỷ trọng
doanh thu từ dịch vụ.
 Tăng cường phát triển tiềm lực khoa học công nghệ, đầu tư trang thiết
bị hiện đại để hiện đại hoá nhanh ngành Dầu khí; xây dựng lực lượng
quản lý cán bộ, công nhân dầu khí mạnh cả về chất và lượng để điều
hành các hoạt động dầu khí cả ở trong nước và ở nước ngoài.

1.3 Số liệu đầu vào phục vụ thiết kế và thi công
1.3.1 Nhiệm vụ thiết kế
Nhiệm vụ : Thiết kế kỹ thuật thi công giàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1.
1.3.2 Giới thiệu về dàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1
Dự án Biển Đông 1 bao gồm trong đó có mỏ khí Hải Thạch và mỏ khí Mộc
Tinh cách bờ biển Việt Nam khoảng 340km về phía nam. Độ sâu nước tại mỏ khí
Mộc Tinh từ 114m đến 118m , còn độ sâu nước của mỏ Hải Thạch là từ 130m
đến 145m. Cả 2 mỏ khí Hải Thạch và Mộc Tinh đều thuộc bể Nam Côn Sơn. Sau
khi khai thác sản phẩm được đưa về đất liền để xử lý qua hệ thống đường ống



Nam Côn Sơn. Giàn đỡ đầu giếng Biển Đông 1 là một công trình thuộc dự án
Biển Đông 1 được xây dựng tại mỏ khí Hải Thạch.

1.3.3 Số liệu thượng tầng
Trọng lượng thượng tầng : 1064 T
Chức năng : dàn đầu giếng
Số lượng đầu giếng : 16 đầu giếng
1.3.4 Số liệu điều kiện môi trường
1.3.4.1 Điều kiện khí tượng hải văn, địa chất công trình
Công trình được xây dựng ở ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam, thuộc bể
Nam Côn Sơn, tại toạ độ 07°20’40’’ Bắc và 108°18’43’’Đông, có độ sâu nước
132.7m.
1.3.4.1.1. Số liệu khí tượng hải văn
+ Gió:
Số liệu gió được cho trong bảng dưới:
DIRECTION Ws1hr Ws10min Ws1min Ws3sec
(from) (m/s) (m/s) (m/s) (m/s)
1-year
North 15.2 16.3 17.8 19.6
North-east 15.8 17.0 18.5 20.4
East 15.4 16.5 17.9 19.8
South-east 9.7 10.3 11.1 12.1
South 10.9 11.6 12.5 13.6
South-west 13.6 14.5 15.7 17.3
West 12.6 13.4 14.5 16.0
North-west 14.2 15.3 16.6 18.3
10-years
North 17.9 19.3 21.1 23.4
North-east 18.3 19.7 21.5 23.9
East 17.7 19.1 20.9 23.2
South-east 14.2 15.2 16.5 18.2



South 13.6 14.6 15.8 17.4
South-west 15.7 16.8 18.3 20.2
West 15.7 16.9 18.3 20.3
North-west 16.5 17.7 19.3 21.4
50-years
North 20.5 22.2 24.4 27.2
North-east 20.5 22.2 24.4 27.2
East 19.4 20.9 22.9 25.6
South-east 17.2 18.5 20.2 22.4
South 16.5 17.8 19.4 21.5
South-west 17.1 18.4 20.1 22.3
West 19.0 20.6 22.5 25.1
North-west 19.0 20.6 22.5 25.1
100-years
North 21.6 23.4 25.8 28.8
North-east 21.6 23.4 25.8 28.8
East 20.1 21.7 23.8 26.6
South-east 18.5 19.9 21.8 24.3
South 17.8 19.2 20.9 23.3
South-west 17.7 19.1 20.9 23.2
West 20.5 22.2 24.3 27.2
North-west 20.5 22.2 24.3 27.2
1000-years
North 30.0 33.0 36.9 41.9
North-east 30.0 33.0 36.9 41.9
East 27.1 29.7 33.0 37.4
South-east 27.1 29.7 33.0 37.3
South 26.0 28.5 31.6 35.7
South-west 25.0 27.3 30.3 34.1
West 30.0 33.0 36.9 41.9
North-west 30.0 33.0 36.9 41.9
Bảng 2.1 Báng số liệu gió ở độ cao 10m trên MNTB
+ Sóng:
Số liệu sóng cho bảng dưới:
DIRECTIO Hs Tz Tp Hc Hma Thmaxlo Thmaxmi Thmaxhig
N (from) (m) (s) (s) (m) x (m) w (s) d (s) h (s)
1-year



North 4.1 6.7 9.5 5.2 8.5 8.4 9.5 10.4
10.
North-east 5 7.1 2 6.4 10.4 9 10.2 11.2
East 2.4 5.6 7.9 3.1 5.1 7 8 8.7
South-east 1.7 4.9 7 2.2 3.5 6.2 7 7.7
South 1.7 4.9 7.1 2.2 3.6 6.2 7.1 7.7
South-west 3 6 8.5 3.9 6.3 7.6 8.6 9.4
West 2.6 5.6 8.1 3.3 5.3 7.1 8.1 8.8
North-west 2.3 5.5 7.8 3 4.8 6.9 7.8 8.5
10-years
10.
North 6.1 7.7 9 7.9 12.8 9.7 11 12
North-east 6.3 7.7 11 8.1 13.1 9.8 11.1 12.1
East 4.1 6.7 9.5 5.3 8.6 8.4 9.6 10.4
South-east 2.9 5.9 8.4 3.7 6 7.5 8.5 9.2
South 3 6 8.5 3.8 6.2 7.5 8.6 9.3
South-west 3.8 6.5 9.3 4.9 7.9 8.2 9.3 10.1
West 3.2 6.1 8.7 4.1 6.7 7.7 8.8 9.6
North-west 3.9 6.5 9.3 5 8.1 8.3 9.4 10.2
50-years
11.
North 7.4 8.2 6 9.4 15.3 10.3 11.7 12.8
11.
North-east 7.4 8.2 6 9.4 15.3 10.3 11.7 12.8
10.
East 5.3 7.3 4 6.8 11 9.2 10.4 11.4
South-east 3.7 6.4 9.2 4.8 7.8 8.1 9.2 10.1
South 3.8 6.5 9.3 4.9 8 8.2 9.3 10.2
South-west 4.4 6.8 9.8 5.7 9.3 8.7 9.8 10.7
West 3.8 6.5 9.2 4.8 7.8 8.2 9.3 10.1
10.
North-west 5 7.1 2 6.4 10.3 9 10.2 11.1
100-years
11. 10.
North 7.9 8.4 9 1 16.4 10.6 12 13.1
11. 10.
North-east 7.9 8.4 9 1 16.4 10.6 12 13.1
10.
East 5.8 7.5 7 7.4 12.1 9.5 10.8 11.7



South-east 4.1 6.6 9.5 5.2 8.5 8.4 9.5 10.4
South 4.2 6.7 9.6 5.4 8.7 8.5 9.6 10.5
10.
South-west 4.9 7.1 1 6.2 10.1 8.9 10.1 11.1
West 4.1 6.7 9.5 5.3 8.6 8.4 9.6 10.4
10.
North-west 5.4 7.3 5 7 11.3 9.3 10.5 11.5
10000-years
11. 13. 14.
North 4 9.5 5 5 23.6 12 13.6 14.8
11. 13. 14.
North-east 4 9.5 5 5 23.6 12 13.6 14.8
12. 11.
East 9.1 8.8 6 7 19 11.1 12.6 13.8
11.
South-east 6.4 7.8 1 8.2 13.4 9.8 11.2 12.2
11.
South 6.6 7.9 2 8.5 13.8 9.9 11.3 12.3
11.
South-west 7.7 8.3 8 9.8 16 10.5 11.9 13
11.
West 6.5 7.8 2 8.3 13.5 9.9 11.2 12.2
12.
North-west 8.6 8.6 3 11 17.8 10.9 12.3 13.5
Bảng 2.2 Bảng số liệu sóng
+ Dòng chảy
Số liệu dòng chảy cho dưới bảng sau:
DEPTH CStot (cm/s) DIRECTION (towards)
(m) N NE E SE S SW W NW
1-year
0.2 62 86 82 93 123 125 96 60
0.9 62 86 82 92 117 121 96 60
2.1 64 85 83 94 115 120 96 59
4.9 63 83 81 95 111 116 94 52
10.3 65 81 77 97 108 113 92 49
18.5 63 79 64 98 102 108 81 51
45.1 53 74 54 77 100 105 42 49
55 61 77 62 81 101 101 45 57



67.4 66 68 57 78 89 88 35 63
82.9 32 45 70 76 76 77 34 32
10-years
0.2 70 98 93 106 139 142 109 68
0.9 70 97 93 105 133 137 108 68
2.1 72 97 94 107 131 136 109 67
4.9 71 94 92 107 126 131 106 59
10.3 74 92 88 111 123 129 105 56
18.5 71 90 73 111 116 123 92 58
45.1 60 83 61 86 112 118 47 56
55 68 86 69 90 113 113 50 64
67.4 74 76 63 87 99 98 39 70
82.9 37 52 81 87 88 89 40 37
50-years
0.2 76 105 100 114 150 152 118 73
0.9 76 105 100 113 143 148 117 73
2.1 78 104 101 115 141 147 117 72
4.9 77 101 99 116 135 142 115 63
10.3 79 100 95 119 132 139 113 60
18.5 77 97 78 120 125 132 99 62
45.1 64 89 65 92 120 127 51 59
55 73 92 74 96 121 121 54 68
67.4 78 81 67 92 105 104 41 75
82.9 40 57 89 95 96 97 43 41
100-years
0.2 78 108 103 117 154 157 121 75
0.9 78 108 103 116 147 152 120 75
2.1 80 107 104 118 145 151 121 74
4.9 79 104 102 119 139 146 118 65
10.3 82 103 98 123 136 143 117 62
18.5 79 99 80 123 128 136 102 64
45.1 65 91 67 95 123 130 52 61
55 75 94 76 99 124 124 55 70
67.4 80 83 69 95 108 106 43 76
82.9 42 59 92 98 99 100 45 42
Bảng 2.3 Bảng số liệu dòng chảy
+ Hà bám
- Từ mực nước dao động đến độ sâu 40m: dày 70mm



- Từ độ sâu 40m đến đáy: dày 50mm
+ Mực nước biển
- Mực nước trung bình (MNTB) là MSL = 133.85 m
- Biên độ triều cao nhất (H.A.T) so với MNTB: +0,94 m
- Biên độ triều thấp nhất (L.A.T) so với MNTB: -1,36 m
- Mực nước dâng do bão so với MNTB: +0,13 m
1.3.4.1.2. Số liệu địa chất công trình

Số liệu địa chất tại nơi xây dựng công trình được cho dưới bảng sau:
Bề Chiều Trọng Góc Sức Sức E50 50
dày sâu lượng ma kháng kháng (kPa) (%)
Tên trung (m) riêng sát cắt Su mũi
STT
lớp bình trong trong (kPa) (kPa)
(m) nước 
w(kN/m3) (độ)
Cát 0
1 5.5 5.5 9 20
rời 396
Cát
594 
2 hạt 9.5 15 9.8 25
1711
trung
Cát
hạt
2852
trung
3 1 16 9.8 30 
đến
3048
hạt
mịn
Sét
4 rất 2 18 9.5 180 1620
cứng
Cát 2057
5 hạt 6 24 9.5 25 
trung 2741
Sét 1440
6 rất 9 33 9.5 170 
cứng 1620



Cát
7 hạt 7 40 9.5 25 2900
trung
Cát
8 6 46 9.5 25 130 2900
rời
Sét
9 rất 2.2 48.2 10 130 1170
cứng
Sét
cứng
75  675 
10 đến 8.3 56.5 10 5476 0.5
120 1080
rất
cứng
Sét
11 rất 10.5 68 9.7 120 1080 5929 0.5
cứng
Sét 1080
120 
12 rất 11 79 9.6  19714 0.5
145
cứng 1305
Cát
13 hạt 30 109 10.2 30 4800 28800 0.5
mịn
Sét 1350
14 rất 26 135 9.5 170  21556 0.5
cứng 1530
Cát
15 hạt 15 150 9.8 30 4800
mịn
Bảng 2.4 Số liệu địa chất

1.3.5 Mặt bằng và các thiết bị thi công

Mặt bằng bãi lắp ráp
 Tổng diện tích của khu cảng là 71200 m2
 Diện tích khu vực chế tạo là 66000 m2.
 Áp lực nền cho phép 35 T/m2.
 Đặc trưng phân đoạn 14-17 của cảng



- Chiều dài : 200m
- Bề rộng : 26,1m
- Cao trình đỉnh đê : +28m
- Mực nước thấp nhất : -2,24m
- Mực nước đáy cảng :-12m
+ Cường độ nền bãi lắp ráp R=6kG/cm2
+Đường trượt chịu được áp lực P=120T/m
Các loại máy móc phục vụ thi công
Các loại cẩu xích tự hành DEMAG do Đức sản xuất.
+ Loại CC-2000:
- Chiều dài cần 72m: 01 chiếc.
- Chiều dài cần 60 m: 01 chiếc.
- Chiều dài cần 36 m: 02 chiếc.
- Sức nâng lớn nhất: 300T ứng với tầm với 18m.
Các loại máy nâng hạ có sức nâng khác nhau, các loại xe kéo móc với tải
trọng khác nhau.
Các loại xe ô tô tải trọng 5T, 10T, 12T, ..., các loại thiết bị phục vụ bơm trám
xi măng.
Các loại phương tiện phục vụ hạ thủy, vận chuyển, đánh chìm khối chân đế.
Các loại tàu kéo chuyên dụng phục vụ công tác vận chuyển trên biển
Các loại thiết bị định tâm cọc và đóng cọc.



CHƯƠNG II: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CHÂN ĐẾ
2.1. Cơ sở, nguyên tắc xây dựng phương án
Việc đầu tiên cần phải làm khi xây dựng phương án kết cấu là từ số liệu
đầu vào ta phải xác định được lý thuyết sóng tính toán, hướng đặt công trình, và
chiều cao công trình
 Xác định lý thuyết sóng tính toán

Theo số liệu đã cho có:

- Độ sâu nước: d = 132.7 m
- Chiều cao sóng: H = 16,4 m
- Chu kỳ sóng: T = 12 s
- Chu kỳ xuất hiện của sóng: Tapp = 12,9 s
Suy ra:
H/(gTapp2) = 0,010; d/(gTapp2) = 0,0674
Tra đồ thị 2.3.1-3 tiêu chuẩn API RP 2A xác định được lý thuyết sóng
Stokes 5.
 Xác định hướng đặt công trình
Hướng đặt công trình phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
+ Hướng tải trọng môi trường cực hạn.
+ Chức năng chính của giàn
+ Thuận lợi cho việc bố trí giá cập tàu để giảm tối đa tải trọng do môi
trường tác động khi cập tàu hoặc tác động trực tiếp lên giá cập tàu.
+ Sơ đồ quy hoạch của cụm mỏ (các dàn đã xây dựng và dự kiến các dàn
sẽ xây dựng).
Trong khuôn khổ đồ án này ta chỉ xét đến yếu tố tải trọng môi trường để
xác định hướng đặt công trình. Từ các số liệu môi trường, nhận thấy sóng (nhân
tố ngoại lực chính) theo hướng Đông - Bắc có chiều cao sóng lớn nhất.



Do đó ta sẽ chọn hướng đặt công trình như sau:

 Xác định chiều cao KCĐ
Chiều cao KCĐ được xác định như sau:
HKCĐ = d + Hđỉnh sóng + Htriều + Hnước dâng + Htĩnh không.

Trong đó:
 Hđỉnh sóng = µ.Hmax = 0,7 x 16,4 = 11,48m. (tính theo lý thuyết sóng Stokes
bậc 5 thì µ = 0,6  0,75).
 Htriều = +0,94m.
 Hnước dâng = +0,13m.
 Htĩnh không là độ tĩnh không của công trình, là khoảng cách từ đỉnh sóng lớn
nhất tới mép dưới của sàn thượng tầng. Theo tiêu chuẩn API RP 2A WSD
thì Δo ≥ 1,5m.
 d là độ sâu nước tại vị trí xây dựng công trình d = 132.7 m
Thay các giá trị vào biểu thức trên ta xác định được:


Suy ra: HKCĐ = 132.7 + 11,48 + 0,94 + 0,13 + 1,5= 146,75 m.
Chọn HKCĐ = 147 m.
2.1.1. Cơ sở xây dựng phương án
Đối với mỗi công trình, việc phân tích lựa chọn phương án kết cấu phải
dựa vào các yêu cầu có mối quan hệ tương tác với nhau rất chặt chẽ.

SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

SỐ LIỆU MÔI TRƯỜNG SỐ LIỆU CÔNG TRÌNH
- Độ sâu nước thiết kế - Quy mô và chức năng của thượng
- Các loại tải trọng môi trường tác tầng
động lên công trình - Khả năng và điều kiện thi công công
- Điều kiện địa chất trình

XÂY DỰNG SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN

YÊU CẦU KỸ YÊU CẦU VỀ THI YÊU CẦU CÔNG YÊU CẦU KINH
THUẬT CÔNG NGHỆ, CHỨC TẾ
NĂNG THƯỢNG - Giảm chi phí về
TẦNG vật liệu
- Phù hợpvới đk môi - Chọn được đơn vị - Đảm bảo đỡ đầu - Giảm tối đa thời
trường có khả năng thi công giếng gian thi công trên
- Đảm bảo độ bền, công trình - Giàn Jackup có thể biển
ổn định và tuổi thọ - Thời gian thi công cập để khai thác - Tận dụng các trang
công trình là thuận lợi nhất - Vận chuyển sản thiết bị thi công sẵn
phẩm dễ dàng có.

ĐƯA RA CÁC TIÊU CHÍ THIẾT KẾ

2.1.2. Nguyên tắc xây dựng phương án
Sau khi đã có cơ sở và đưa ra các tiêu chí thiết kế, để xây dựng được
phương án kết cấu phù hợp nhất với các số liệu đầu vào, người thiết kế cần phải
tuân theo một số nguyên tắc nhất định theo sơ đồ sau:



CÁC TIÊU CHÍ THIẾT KẾ

NGUYÊN TẮC CẤU TẠO PANEL NGUYÊN TẮC CẤU TẠO DIAFRAGM
- Điều kiện môi trường, địa chất
- Cơ cấu truyền lực các loại thanh xiên - Chức năng của giàn
- Độ ổn định của công trình - Thiết kế sàn công tác và sàn chống lún

NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN KÍCH NGUYÊN TẮC CẤU TẠO NÚT
THƯỚC CÁC CẤU KIỆN CHÍNH CỦA
KẾT CẤU
- Điều kiện bền, ổn định của công trình - Các dạng nút cơ bản trong công trình biển
- Điều kiện chống chọc thủng trong thanh bằng thép
chủ - Góc giới hạn giữa các ống để đảm bảo điều
- Điều kiện độ mảnh kiện chịu lực và thi công hàn
- Điều kiện chịu áp lực thuỷ tĩnh

ĐƯA RA CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU



2.2. Lựa chọn phương án kết cấu
Các bước xây dựng phương án để đi đên quyết định lựa chọn phương án
được cho trong sơ đồ sau:

THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN ĐƯA RA

XÁC ĐỊNH CÁC DỰ KIẾN PHƯƠNG TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÁC
KÍCH THƯỚC CƠ ÁN THI CÔNG TỔNG THỂ CẤU KIỆN CHÍNH
BẢN CỦA KCĐ
- Kích thước đỉnh - Thi công trên bờ - Tính toán dao - Kiểm tra điều kiện
công trình - Thi công hạ thuỷ động riêng và đánh bền của các phần tử
- Chiều cao công trình - Thi công vận chuyển giá ảnh hưởng động ống
- Cao độ giá cập tàu - Thi công đánh chìm - Tính toán nội lực, - Kiểm tra chọc thủng
- Cao độ các Diafragm - Thi công đóng cọc chuyển vị, tại các nút
- Hình dáng Panel và - Thi công rỡ bỏ - Kiểm tra ổn định - Đánh giá lại sức chịu
Diafragm tổng thể tải của cọc
- Chọn tiết diện ống - Kiểm tra chuyển vị
theo độ mảnh cho phép
- Vật liệu sử dụng - Tính lún công trình

PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN

ĐÁNH GIÁ TỔNG THỂ

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.2.1. Lựa chọn phương án kiến trúc KCĐ



25000 15240

EL (+) 7.6 EL (+) 7.6

EL (-)10 EL (-)10

EL (-) 32 EL (-) 32

EL (-) 63 EL (-) 63

EL (-) 104 EL (-) 104

EL (-) 131 EL (-) 131

26550 26550 27692 27692
53100 55384

2.2.2. Lựa chọn phương án kết cấu Panel
Nguyên tắc lựa chọn kết cấu panel phụ thuộc trực tiếp vào các điều kiện
môi trường, cơ cấu truyền lực của các thanh xiên. Một số dạng thanh xiên trong
panel điển hình được cho dưới bảng sau:
Xiên Xiên Xiên
Đặc điểm Kiểu
chữ X chữ K đơn
- Giảm khối lượng kết cấu X



- Chịu tải trọng đứng tốt X
- Chịu tải trọng ngang tốt X
- Mômen uốn do lệch tâm tại nút lớn X
- Bậc siêu tĩnh lớn, làm chậm phá huỷ luỹ tiến X
- Thiết kế cho công trình ở độ sâu nước lớn X
- Số lượng mối hàn ít X
- Tăng độ ổn định cho công trình tốt nhất X

Chức năng của giàn là quản lý đầu giếng vì vậy ta thiết kế khối chân đế
phải có 4 mặt đầu nghiêng thì vẫn phải có nơi lắp đặt giá cập tầu thẳng để giàn
Jackup có thể cập vào dễ dàng để khai thác dầu khí. Công trình được xây dựng tại
độ sâu nước 132.7m nên trọng lượng công trình rất lớn, phải dùng đường trượt để
vận chuyển KCĐ ra mép cảng. Vì công trình có 4 mặt đều nghiêng nên ta phải
thiết kế thêm 2 đường ống song song . Ta quyết định chọn khoảng cách 2 ống
dùng để kéo trượt trên mặt Panel là 18m (bằng khoảng cách 2 đường trượt của
bãi lắp ráp PTSC)
Thiết kế các thanh xiên trong Panel kiểu chữ X để tăng khả năng chịu lực
cho kết cấu, làm giảm mômen uốn do độ lệch tâm gây ra. Dưới đây là thiết kế sơ
bộ 2 mặt Panel chính của KCĐ.



25000 15240

EL (+) 7.6 EL (+) 7.6

EL (-)10 EL (-)10

EL (-) 32 EL (-) 32

EL (-) 63 EL (-) 63

EL (-) 104 EL (-) 104

EL (-) 131 EL (-) 131

26550 26550 27692 27692
53100 55384

2.2.3. Lựa chọn phương án kết cấu Diafragm
Diafragm thiết kế để làm nhiệm vụ chống xoắn cho công trình, đỡ hệ thống
ống Conductor đảm bảo các ống này không bị gãy trong quá trình thi công và sử
dụng, phụ thuộc vào số ống Conductor cho trước. Nhiệm cụ là thiết kế giàn đỡ 16
đầu giếng. Diafragm còn có tác dụng làm tăng độ cứng tổng thể công trình.Vì vậy
ta quyết định phương án kết cấu Diafragm với cao độ và hính dáng như sau:



Dựa vào chiều cao công trình, góc hợp bởi giữa các thanh từ 300 ÷ 600 mà
ta xác định được cao trình Diafragm như sau:
DIAFRAGM CAO TRÌNH (mm)
DIAFRAGM 1 EL (+)7600
DIAFRAGM 2 EL (-)10000

16034 13311

7765 6572 6572 5038
10731
8297

10731
8297

DIAFRAGM 1 DIAFRAGM 2
EL (+)7.6 EL (-)10



20362 19269

9057
14824 6510 12279

4772
9000

18000
9000

9057
4772

EL (-)32 EL (-)63

32890 19881

27872 19674

18457
14725

18000
18000

18457
14725

EL (-)104 EL (-)131

2.2.4. Lựa chọn phương án kết cấu móng và cọc
Do công trình xây dựng ở độ sâu nước 132.7m là rất lớn, nếu thiết kế cọc
lồng trong ống chính thì chiều dài và khối lượng cọc sẽ khá lớn, vì vậy ta quyết



định sử dụng cọc váy để giữ ổn định công trình và làm giảm khối lượng cọc đáng
kể. Mỗi cụm cọc có 2 cọc được bố trí như hình dưới.
Liên kết giữa cọc với ống chính là các mối hàn và các bản mã bằng thép,
đảm bảo khả năng truyền lực.
Trong thiết kế không có Diafragm sát mặt đáy biển, ta thiết kế sàn chống
lún tại chân các cụm váy.
Cao độ của váy cọc từ EL (-) 122450 xuống EL (-) 132700



2.2.5. Lựa chọn tiết diện ống
Việc chọn các thanh trong kết cấu công trình biển thép phải đảm bảo được
ổn định cục bộ và ổn định tổng thể dưới điều kiện môi trường khai thác và điều
kiện môi trường cực hạn. Đối với các phần tử kết cấu dạng ống, chọn theo độ
mảnh cho phép (theo quy phạm API RP 2A-WSP, 20th, Edition, 1993)
k.Ltt
λ  λ 
r
 λ là độ mảnh cho phép của phần tử.
 Ltt là chiều dài tính toán của phần tử. Theo tiêu chuẩn API RP 2A WSD
mục 3.3.1.d và 3.3.1.e thì Ltt sẽ được tính bằng chiều dài thực nhân với hệ số Cm (
hệ số kể đến hiện tượng uốn dọc). Ở đây chọn Cm = 0,85.



 k là hệ số phụ thuộc vào liên kết ở hai đầu thanh.
J
 r là bán kính quán tính của tiết diện, r  , Với J và A lần lượt là mômen
A
quán tính và diện tích mặt cắt ngang của ống.
Lựa chọn ống chính có tiết diện thay đổi là 2500x45 và 1700x45. Sử
dụng cone chuyển tiếp tại nơi thay đổi tiết diện để tránh xảy ra ứng suất cục bộ.
Độ mảnh cho phép của các thanh ống được quy định như sau:

Loại Độ mảnh cho phép
Ống 100120
Ống 6080
Ống 6080

Hệ số quy đổi chiều dài k được xác định như trong bảng sau:

Loại phần Hệ số k
Ống chính và 1,0
Ống giằng 0.8
Ống chéo 0.8
Ống ngang 0.8

Lựa chọn ống váy cho cọc váy tiết diện là 2375x40
Lựa chọn tiêt diện cọc là 2032x40
Dưới đây là bảng thống kê đầy đủ các loại tiết diện sử dụng để thiết kế.

Tiết Diện Vật Liệu Hình Dáng
X1000X20 API Grade 5L X52 Hình Ống



X457X12.7 API Grade 5L X63 Hình Ống
X609.6X12.7 API Grade 5L X67 Hình Ống
cone API Grade 5L X82 Chóp cụt



CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT KHỐI CHÂN ĐẾ
A.THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU
I.TÍNH TOÁN KẾT CẤU

I.1 Tính toán dao động riêng
 Việc tính toán dao động riêng của công trình nhằm mục đích đánh giá
sự ảnh hưởng động do tải trọng môi trường tác dụng lên công trình.
 Do công trình biển làm việc trong môi trường khắc nghiệt, chịu tác
động của môi trường có bản chất động, nên việc tính toán lực tĩnh sẽ
không chính xác để đánh giá phản ứng của công trình. Vì vậy ta phải
xét đến ảnh hưởng động.
 Trên thực tế tính toán đối với các công trình biển cố định bằng thép,
người ta thấy nếu chu kỳ dao động riêng của công trình Tmax  3s thì
ảnh hưởng động coi như không đáng kể. Khi đó có thể tính toán kết cấu
theo phương pháp tựa tĩnh, tức là ta đi xác định hệ số kđ rồi nhân hệ số
đó vào giá trị tải trọng đầu vào hoặc giá trị nội lực đầu ra khi tính toán.
Hệ số kđ được xác định như sau:
uo 1
kd = 
ut 2
    2   2.   2
1       . 
   
  1    1 1 
 

Trong đó:
+ uo là biên độ của chuyển vị động.
+ ut là chuyển vị cực đại do tác dụng tĩnh của tải trọng.
+ 1 là tần số của dạng dao động riêng của kết cấu, 1 = 2/Tdđr.
+ /1 là hệ số giảm chấn lấy bằng 0,08.



+  là tần số vòng của sóng tác dụng.

I.1.1 Phương trình động lực học
Phương trình chuyển động của hệ (DKBCĐ), sau khi đã thực hiện rời rạc hóa
sơ đồ kết cấu (qui khối lượng về nút theo phương pháp phần tử hữu hạn), có dạng
dao động tổng quát của hệ nhiều bậc tự do :
MU "  CU '  KU  F (t )

Trong đó:
+ M: Ma trận khối lượng kết cấu (đã qui về nút) có kể đến khối lượng
nước kèm
+ C: Ma trận các hệ số cản
+ K: Ma trận độ cứng kết cấu
+ U: Véc tơ chuyển vị của kết cấu (tại các nút)
+ F(t): Véc tơ tải trọng sóng
Bài toán dao động riêng là trường hợp riêng của bài toán ĐLH khi F(t)= 0.
MU ''  CU '  KU  0

I.1.2 Sơ đồ kết cấu
a. Mô hình hóa khối chân đế
Khối chân đế được mô hình hóa theo sơ đồ không gian bằng phần mềm
Sap2000v12:
b. Mô hình hóa sự làm việc giữa cọc và áo cọc (skirt sleeves)
Để đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa cọc với ống chính nên giữa cọc và áo
cọc (skirt sleeves) được lấp đầy bằng một lớp bê tông bơm trám. Tuy nhiên việc
khai báo tiết diện trong chương trình tính có đầy đủ các thành phần: cọc, ống



chính, vữa bơm trám là không thể thực hiện được. Chính vì vậy để kể đến sự làm
việc đồng thời của các thành phần trên người ta tiến hành mô hình hoá thành một
tiết diện tương đương.
Công thức quy đổi:
EtđAtđ = E1.A1+ E2.A2 .+ E3.A3
Etđ.Itđ = E1.I1+ E2.I2+ E3. I3
+ E1, E2, E3, Etđ: Modun đàn hồi của ống chính, cọc, vữa bơm trám và
thanh tương đương
A1, A2, A3 ,Atđ: Diện tích tiết diện của ống chính , cọc, vữa bơm trám và
+ I1, I2, I3,Itđ Mômen quán tính của ống chính, cọc, vữa bơm trám và
Trong tính toán thực hành : Coi Etđ = E1 =E2 =Estell bỏ qua thành phần vữa
bơm trám
c.Mô hình hóa sự làm việc của cọc với đất nền
Sơ đồ tính của hệ được mô tả dưới dạng khung không gian,liên kết giữa hệ
kết cấu với nền đất được coi là ngàm. Do đất không phải là tuyệt đối cứng, vị trí
được coi là ngàm được chuyển xuống vị trí mà chuyển vị hầu như bằng không và
độ sâu này được coi là độ sâu ngàm giả định. Độ sâu ngàm giả định phục thuộc
vào các yếu tố:
Điều kiện địa chất của các lớp trên cùng
 Kích thước của cọc
 Trạng thái chịu lực của công trình

Trong tính toán độ sâu ngàm  được lấy theo kinh nghiệm có thể xác định sơ
bộ :

 Với đất sét:  = (3,5  4,5)Dc



 Với đất bùn, phù sa:  = (7  8,5)Dc
 Trường hợp không có số hiệu về địa chất công trình thì lấy  = 6DC
Theo số liệu địa chất tại nơi xây dựng công trình 2 lớp trên cùng là sét cứng
với tổng chiều sâu lên tới 15(m) nên ta sẽ chọn chiều sâu ngàm giả định là 6Dc.
Ta có 6Dc= 6x2.5 = 15(m). Ta chọn chiều sau ngàm giả định là 15 (m)
d. Sơ đồ kết cấu.



Hình 3.1: Sơ đồ kết cấu khối chân đế



I.1.3 Tính toán các khối lượng
I.1.3.1 Khối lượng bản thân
Sap2000 là chương trình có khả năng tự tính toán khối lượng bản thân sau khi
đã khai báo đầy đủ các thông số đầu vào
Tổng khối lượng bản thân: 4657.5 tấn
I.1.3.2 Khối lượng hà bám
Khối lượng hà bám được tính toán theo công thức:
mi  Ahb li  h b

Trong đó:
+ Antc: diện tích tiết diện nước trong cọc, m2

{DOC  2t   DOC }
2 2
Ahb 
4
+ DOC: đường kính ngoài của ống chính, m
+ hb: khối lượng riêng hà bám, hb = 1.6(t/m3)
+ t: chiều dày hà bám, m
Sau khi tính được khối lượng hà bám trên các thanh ta tiến hành quy khối
lượng đó về 2 nút đầu thanh bằng nguyên tắc dầm đơn giản và nhập vào sap2000
v12.
Tổng khối lượng hà bám tính được : 1865.7 tấn
Kết quả tính toán khối lượng hà bám qui về nút trình bày trong Phụ lục 1
I.1.3.3 Khối lượng nước kèm
Khối lượng nước kèm được xác định theo công thức sau:
mi  C mVi  nk

Trong đó:



+ n là mật độ của nước biển, n = 1,025 T/m3.
+ Cam là hệ số nước kèm, Cam = 0,2.
+ Vi là thể tích ngập nước, tính cả với chiều dày hà bám.
Sau khi tính được khối lượng nước kèm trên các thanh ta tiến hành quy khối
lượng đó về 2 nút đầu thanh bằng nguyên tắc dầm đơn giản và nhập vào
sap2000v12.
Tổng khối lượng nước kèm tính được : 1607.4 tấn
Kết quả tính toán khối lượng nước kèm quy về nút được trình bày trong Phụ
lục 2
I.1.3.4 Khối lượng nước trong cọc
Khối lượng nước trong cọc được tính toán theo công thức:
mi  Antc li 

Trong đó:
+ Antc: diện tích tiết diện nước trong cọc, m2
 2
Ai  D ICOC
4
+ DICOC: đường kính trong của cọc, m
+ : mật độ khối lượng nước biển,  = 1.025(t/m3)
Sau khi tính được khối lượng nước trong cọc ta tiến hành quy khối lượng đó
về 2 nút của phần tử cọc đấy bằng nguyên tắc dầm đơn giản và nhập vào
sap2000 v12.
Tổng khối lượng nước trong cọc tính được 346 tấn
Kết quả tính toán khối lượng nước trong cọc qui về nút được cho trong Phụ
lục 3
I.1.3.5 Khối lượng vữa bơm trám



Khối lượng vữa được tính toán theo công thức:
mi  Ai li  v

Trong đó:
+ Ai: là diện tích tiết diện bơm trám, được tính toán theo công thức
 2
Ai 
4
 2
D IOC  DOCOC 
+ DIOC: đường kính trong của ống chính, m
+ DOCOC: đường kính ngoài cọc, m
+ li: chiều dài phần tử thứ i, m
+ v: khối lượng riêng của vữa bêtông bơm trám, v = 1.8(t/m3)
Sau khi tính được khối lượng vữa bơm trám ta tiến hành quy khối lượng đó về
nút bằng nguyên tắc dầm đơn giản và nhập vào sap2000 v12.
Tổng khối lượng vữa bơm trám tính được :181.47 tấn
Kết quả tính toán khối lượng vữa bơm trám qui về nút được trình bày trong
Phụ lục 4
I.1.4 Kết quả tính toán
Kết quả tính toán dao động riêng do Sap2000v12 thực hiện :

OutputCase StepType StepNum Period Phương dao động
Text Text Unitless Sec
MODAL Mode 1 1.800638 Phương X(1)
MODAL Mode 2 1.798149 Phương Y(1)
MODAL Mode 3 1.110428 Phương xoay quanh truc Z(1)
MODAL Mode 4 0.819894 (phương chéo)
MODAL Mode 5 0.801296 Phương Y(2)
MODAL Mode 6 0.6404 Phương X(2)
MODAL Mode 7 0.639168 Phương Z(1)
MODAL Mode 8 0.619479 ( không cần thiết)




Dạng dao động phương X(1), Y(1) Dạng dao động phương X(2), Y(2)
Hình 3.2: Dạng dao động riêng của công trình

Từ kết quả tính dao động riêng ta tính được hệ số Kđ =1.023
.
I.2 Tính toán các loại tải trọng
I.2.1 Tải trọng thượng tầng
Tổng tải trọng thượng tầng là 1064 T.
1064
Tải trọng thượng tầng được chia về 4 nút đỉnh KCĐ là F = =266(T) .
4

I.2.2 Tải trọng bản thân
Trọng lượng riêng của vật liệu thép chế tạo công trình 7.85 T/m3
Tải trọng bản thân do Sap2000 tự tính.
I.2.3 Tải trọng đẩy nổi
Lực đẩy nổi chỉ được tính toán cho những phần tử kết cấu ngập trong
nước.Lực đẩy nổi được tính bằng trọng lượng của khối chất lỏng bị choán chỗ, có
hướng thẳng đứng từ dưới lên trên.
Công thức tính toán là:



qdn   . g .V

Trong đó:
+ qdn : Lực đẩy nổi tác dụng lên vật thể, N.
+ : Khối lượng riêng của nước biển,  =1025kg/m3.
+ g : Gia tốc trọng trường, g = 9.81m/s2.
+ V : Thể tích choán nước của phần tử, m3.
 Đối với phần tử có chứa nước bên trong thì :

V 
4
 2
D2  D  2t  l 
 Đối với phần tử không chứa nước bên trong:
D2
V  . .l
4

Trong đó:
+ D : Đường kính ngoài của ống, m.
+ t : Bề dày thành ống, m.
+ l : Chiều dài phần tử, m.
Tải trọng đẩy nổi do Sap2000 tự tính.
I.2.4 Tải trọng dòng chảy
Dòng chảy được xác định dựa trên những giả thiết sau:
+ Coi phương của vận tốc dòng chảy là phương ngang, dòng chảy là đều
và ổn định.
+ Bỏ qua ảnh hưởng của công trình đến chuyển động của dòng chảy.
+ Coi hướng vận tốc của dòng chảy đáy và dòng chảy mặt là đều nhau.
Dòng chảy được tạo bởi do hai chuyển động chủ yếu gây ra, đó là dòng chảy
do triều và do gió. Chính vì vậy vận tốc dòng chảy tại độ sâu z được xác định
thông qua biểu thức sau:


Download

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Download

Similar to Download (20)

Download