Thiết kế khối chân đế dàn BK bằng thép ở độ sâu 77 m nước

MỞ ĐẦU Nước ta nằm bên rìa của bán đảo Đông Dương, có chiều dài bờ biển hơn 3000 km, có vùng biển và thềm lục địa rộng khoảng một triệu km2. Tài nguyên vùng biển và ven biển Việt Nam được đánh giá là rất phong phú và đa dạng bao gồm thuỷ hải sản, khoáng sản và đặc biệt là dầu khí. Trong đó, dầu khí là tài nguyên có tiềm năng kinh tế lớn nhất ở thềm lục địa nước ta. Công tác điều tra thăm dò được tiến hành từ những năm 60. Đến nay đã xác định được nhiều bể trầm tích có triển vọng kinh tế lớn bao gồm: bể trầm tích Cửu Long, bể trầm tích Nam Côn Sơn, các bể trầm tích Trung Bộ, Sông Hồng, và bể trầm tích Thổ Chu-Mã Lai thuộc vịnh Thái Lan…Tổng trữ lượng dự báo địa chất của toàn thềm lục địa Việt Nam đạt xấp xỉ 10 tỷ tấn dầu quy đổi, trữ lượng khai thác khoảng 4-5 tỷ tấn. Trữ lượng khí đồng hành khoảng 250-300 tỷ m3. Những năm gần đây, công tác thăm dò và khai thác dầu khí được xúc tiến mạnh mẽ trên toàn vùng biển, nhất là vùng biển Đông Nam Bộ. Đến nay đã nghiên cứu trên 40% diện tích triển vọng. Vùng thềm lục địa Đông Nam Bộ có tỷ lệ gặp dầu khí cao. Tại đây đã phát hiện ra nhiều mỏ có trữ lượng lớn như là Bạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Ba Vì… Theo tài liệu của Vietsovpetro, trữ lượng của các mỏ này đạt trên 300 triệu tấn dầu thu hồi, trữ lượng khí đồng hành từ 150-180m3/1 tấn dầu. Gần đây nhiều chuyên gia địa chất thế giới đánh giá tiềm năng khí thiên nhiên của ta còn lớn hơn nhiều. Các chuyên gia cho rằng, tại vùng biển Việt Nam có nhiều cấu trúc đơn lẻ có triển vọng chứa 200-300 tỷ m3 khí. Riêng mỏ Thanh Long đã chứa khoảng 180-200 tỷ m3. Tại khu lòng chảo Côn Sơn cũng đã phát hiện 2 mỏ có trữ lượng khoảng 60-90 tỷ m3. Nguồn tài nguyên to lớn này không những đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài ở trong nước mà còn có thể xuất khẩu với khối lượng lớn. Mặc dù so với nhiều nước, nguồn tài nguyên này chưa lớn lắm, song với nước ta nó có vị trí hàng đầu, nhất là có ý nghĩa đặc biệt trong giai đoạn khởi động nền kinh tế đi vào công nghiệp hoá hiện đại hoá. Trước yêu cầu phát triển kinh tế xây dựng đất nước , cần sử dụng và khai thác hợp lý nguồn tài nguyên Vì vậy cần xây dựng và phát triển công trình biển để phục vụ công tác khai thác hợp lý nguồn tài nguyên , phát triển kinh tế và xây dựng đất nước.Vietsovpetro là hình thức liên doanh đầu tiên giữa Việt nam và nước ngoài trong lĩnh vực thăm dò và khai thác dầu khí, là một trong những công ty làm việc trong lĩnh vực trên. Được thành lập năm 1981 , đến nay sau hơn 20 năm thành lập, Vietsovpetro đã có những thành tựu đáng kể , đóng góp một phần lớn vào nền kinh tế quốc dân (Tổng thu nhập quốc dân- GDP) và trở thành một cơ sở công nghiệp dầu khí phát triển đa ngành với cơ sở vật chất kỹ thuật hiện đại đủ khả năng độc lập để thực hiện công tác thăm dò và khai thác dầu khí biển ở trong nước và trong khu vực. Xí nghiệp có đủ khả năng đảm nhận trọn gói các gói thầu dịch vụ kỹ thuật với tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực khoan giếng dầu khí , thiết kế và xây dựng các công trình biển, lắp đặt đường ống dẫn dầu và khí, vận tải biển, dịch vụ cảng... ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH Phân loại công trình biển cố định. * Đây là loại công trình được xây dựng và làm việc trong môi trường nước biển nhằm phục vụ cho mục đích khoan thăm dò và khai thác dầu khí biển. * Hiện nay trên thế giới, có ba loại công trình biển cố định: -Công trình biển cố định bằng thép (loại kết cấu móng cọc). - Công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép (loại kết cấu móng trọng lực). - Công trình biển cố định hỗn hợp: Thân công trình bằng thép còn đế là Bêtông cốt thép (cũng là loại kết cấu móng trọng lực). Đặc điểm của các loại công trình biển cố định. Đặc điểm môi trường: - Môi trường rất khắc nghiệt, chịu sự thay đổi thường xuyên của môi trường tác động, có mức biến động lớn (tính ngẫu nhiên cao), khả năng ăn mòn của nước biển đối với công trình là rất lớn. - Trong môi trường nước biển có những sinh vật biển bám vào công trình gây ảnh hưởng đến sự làm việc của công trình (tăng khối lượng công trình, tăng kích thước cấu kiện làm tăng tải trọng của môi trường tác dụng vào công trình). Do đó để xây dựng dàn khoan biển đòi hỏi phải có sự đầu tư, trang thiết bị, phương tiện đầy đủ, kỹ sư và công nhân phải có trình độ chuyên môn cao và tay nghề vững chắc. Công trình biển cố định bằng thép. Hiện nay, loại công trình biển bằng thép được xây dựng rất phổ biến nhất trên thế giới và cả ởViệt Nam. Cấu tạo: - Phần chân đế: Chân đế của công trình có cấu tạo dạng khung không gian, các phần tử được chế tạo từ các đoạn thép ống. - Phần đế móng: Móng là loại móng cọc, các cọc được đóng sâu vào trong lòng đất để giữ ổn định cho công trình trong suốt thời gian hoạt động. - Khối thượng tầng: Bao gồm các Block công nghệ, Block sân bay và Block nhà ở. * Ưu điểm : + Công trình có độ bền cơ học cao. + Chế tạo tương đối dễ nhưng yêu cầu kỹ thuật cao. - Là loại công trình mang tính truyền thống nên đội ngũ cán bộ kỹ thuật và công nhân có bề dày kinh nghiệm. * Nhược điểm. + Vật liệu kim loại bị ăn mòn nhanh trong môi trường nước biển. + Vật liệu chế tạo công trình là thép cường độ cao (thép đặc trưng) phải nhập từ nước ngoài: giá thành đắt, bị động, không tận dụng được vật liệu địa phương. + Chi phí duy tu bảo dưỡng và sửa chữa rất lớn. Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép. * Đây là loại công trình có tiềm năng phát triển mạnh, thích hợp với vùng nước sâu và sẽ tiết kiệm hơn nhiều so với công trình biển bằng thép nếu xây dựng hàng loạt (do kinh phí xây dựng dan khoan thép trên bờ ban đầu rất lớn). * Những đặc điểm của công trình biển bê tông cốt thép: - Ưu điểm. + Giữ cố định bằng trọng lực 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. + Tận dụng được các khoang (xilô) của công trình làm bể chứa. + Khả năng chịu lực tốt, dao động ít, khả năng xuất hiện mỏi ít. + Thời gian thi công trên biển dài nhưng chủ yếu ở khu vực gần bờ còn ở ngoài vị trí xây dựng công trình thì thời gian thi công ít hơn so với công trình bằng thép, chế tạo không đòi hỏi độ chính xác cao nên tận dụng được nguồn nhân lực địa phương. - Nhược điểm: + Khối lượng công trình lớn và hầu hết phải thi công trên ở khu vực gần bờ ( Thi công trên ụ khô hoặc ụ nổi) nên đòi hỏi phải có vị trí thuận lợi để thi công, phải có thiết bị, phương tiện vận chuyển chuyên dụng. + Giá thành cao hơn công trình biển bằng thép đối với những công trình ở vùng nước nông và xây dựng đơn chiếc. Đặc điểm của loại công trình biển cố định hỗn hợp. Công trình biển dạng hỗn hợp có đầy đủ ưu điểm của hai loại công trình trên. Đặc điểm của công trình biển bằng thép dạng BK. * Quá trình xây dựng : Trước đây, khi bắt đầu phát triển ngành dầu khí, ở nước ta chưa có một cơ sở vật chất và kỹ thuật để phục vụ, vì vậy tất cả đều được Liên Xô (cũ) giúp đỡ. Thời kỳ này, dàn khoan dạng MSP được xây dựng chủ yếu. Dàn MSP là dàn thép hai chân, trên đó có đủ từ tháp khoan đến các thiết bị xử thô sản phẩm. Do đó mà thời gian thi công và chi phí cho một dàn MSP rất lớn. Bên cạnh đó dàn MSP còn có nhược điểm: Block ngoài ở được bố trí cùng trên dàn nên điều kiện sinh hoạt của công nhân gặp nhiều khó khăn (ồn, rung, độc hại...). Từ năm 1989 Liên doanh dầu khí VietsovPetro đã chuyển sang giai đoạn mới: Khai thác dầu sử dụng dàn nhẹ BK và dàn công nghệ trung tâm CTP. Đặc điểm khác biệt của hệ thống này là sử dụng dàn tự nâng cập vào dàn nhẹ BK để khoan, còn các thiết bị xử lý, các thiết bị phụ trợ được phân bố trên dàn CTP, tại đó sản phẩm khoan mới được xử lý. Hệ thống mới này có nhiều ưu điểm so với các dàn MSP, giảm rất nhiều vốn đầu tư vì vậy được xây dựng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới. Dàn BK đầu tiên được xây dựng ở Ấn Độ, đến năm 1989 VietsovPetro mới xây dựng dàn nhẹ đầu tiên BK-1 ở vùng mỏ Bạch Hổ, cách dàn CTP 2 khoảng 1,4km. Vì thấy rằng phải đưa nhanh nhất BK vào sử dụng nên chân đế BK-1 đã dung chân đế kiểu chân đế CTP 1 do đó có rất nhiều nhược điểm. BK-1 có 3 giếng khoan, các mặt đều nghiêng nên không cho phép dàn khoan tự nâng cập vào gần chân đế, hạn chế khả năng khoan hàng loạt giếng. Trong quá trình nghiên cứu Viện NIPI của VietsovPetro đã thiết kế và đưa vào xây dựng kết cấu dàn nhẹ mới BK-3 trên cơ sở rút kinh nghiệm BK-1. Dàn BK-3 có 9 giếng khoan, một mặt truớc thẳng đứng, phần thượng tầng lớn và quy mô hơn, đường kính cọc tăng lên và giảm số lượng cọc phụ. Cho đến BK-4 trở đi là không dùng cọc phụ nữa nên giảm được thời gian thi công kinh phí xây dựng công trình.Cho đến nay nó đã phát triển mạnh , từ BK1đến BK11. *Đặc điểm : Đặc điểm quan trọng nhất của dàn khoan nhẹ BK là dàn không tự khoan. Do đó để cập được dàn khoan tự nâng vào dàn nhẹ BK để khoan thì dàn BK phải có cấu tạo một mặt thẳng đứng. Do nhược điểm của dàn MSP, kinh phí và thời gian xây dựng dàn MSP lớn gấp nhiều lần so với dàn BK. Sau khi xây dựng xong dàn BK, dùng dàn tự nâng (Jackup) cập vào và tiến hành khoan khai thác. Dầu tự phun trào lên miệng giếng khoan với áp suất tự nhiên của nó, Jackup chỉ có nhiệm vụ khoan lần đầu tiên, sau đố việc duy trì dòng dầu trong các giếng khoan và chuyển sản phẩm khoan sang dàn CTP để chế biến và chứa đựng là nhiệm vụ của dàn BK. Vì thế trên dàn BK không đặt các thiết bị khoan, xử lý, chế biến và chứa đựng nên gọi là dàn nhẹ. Phần thượng tầng của dàn BK do Việt Nam chế tạo được tổ hợp thành một khối trên bờ và vận chuyển ra biển nên tiết kiệm được kinh phí xây dựng và thời gian thi công trên biển. Đối với MSP, thượng tầng phải được chế tạo ở nước ngoài thành nhiều khối (Block Modul), việc tổ hợp các Block Modul phải được thực hiện trên biển tại vị trí đặt công trình do khối lượng phần thượng tầng lớn, khả năng cẩu của VietsovPetro không đáp ứng được nếu tổ hợp sẵn trên bờ. Vì vậy, sử dụng dàn nhẹ BK có những ưu điểm so với dàn MSP: - Có thể chế tạo tại Việt Nam, chủ động về kỹ thuật và thi công công trình cả trên bờ và trên biển. - Chi phí cho xây dựng công trình BK thấp hơn. - Giảm thời gian thi công trên biển, dẫn đến giảm thời gian thi công công trình. - Có thể mở rộng và phát triển quy mô khai thác dầu khí. Với một dàn CTP và nhiều dàn BK, chúng ta đã có một cơ sở vật chất kỹ thuật tương đương nhiều dàn MSP, mà thời gian thi công ngắn hơn, chi phí thấp hơn, tính mạng và điều kiện sinh hoạt làm việc của công nhân tốt hơn. Mục đích, yêu cầu xây dựng dàn nhẹ BK. Mục đích xây dựng . Phục vụ công tác khoan và khai thác dầu khí, vận chuyển sản phẩm của các giếng khoan đến dàn công nghệ trung tâm CTP ở độ mực nước biển 77m ở Mỏ Bạch Hổ, thềm lục địa phía nam Việt Nam . Yêu cầu xây dựng. Yêu cầu công nghệ : - Có Block nhà ở, Bkock sân bay và các Block công nghệ. - Có thiết bị xử lý nước thải . - Có thiết bị vận chuyển các sản phẩm khoan đến dàn công nghệ trung tâm CTP. Yêu cầu kỹ thuật và kết cấu chịu lực : - Chịu được tác động khắc nghiệt của môi trường ( sóng, gió, dòng chảy...) - Phù hợp với yêu cầu về kiến trúc và cấu tạo của thượng tầng. - Thiết kế một mặt của chân đế thẳng đứng để dàn khoan tự nâng CPBU “Tam Đảo”cập vào để khoan. - Có sân bay trực thăng , thiết bị cẩu . - Công trình tiếp nhận được phương tiện nổi tải trọng 600 T. Yêu cầu về tuổi thọ công trình . Công trình được thiết kế với yêu cầu hoạt động bình thường trong thời gian 25 năm. Được sự đồng ý của Viện XDCTB và căn cứ vào khả năng của bản thân, em quyết định lựa chọn đề tài tốt nghiệp: “ Thiết kế khối chân đế dàn BK bằng thép ở độ sâu 77 m nước”. CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU PHỤC VỤ THIẾT KẾ 1.1. ĐIỀU KIỆN KHÍ TƯỢNG HẢI VĂN, ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 1.1.1.Vị trí xây dựng công trình Công trình được xây dựng tại thềm lục địa phía nam Việt Nam, ở khu vực có độ sâu nước là 77 m. 1.1.2. Điều kiện khí tượng hải văn-môi trường. a. Gió: Số liệu về gió dùng để thiết kế áp dụng có vùng biển phía nam Việt Nam được cho như sau: - Hướng gió: Gió theo hướng Đông Bắc. - Vận tốc gió : Vgió = 50 m/s b. Độ sâu nước – nước dâng. * Độ sâu mực nước biển tại vị trí xây dựng công trình: 77 m. * Nước dâng: + Biên độ triều lớn nhất so với MSL: + 1,03 m. + Biên độ triều thấp nhất so với MSL: - 1,62 m. + Nước dâng do gió bão so với MSL: 1,0 m. c.Sóng và dòng chảy. * Sóng: Sóng thiết kế có chu kỳ lặp lại là 100 năm. Các thông số của sóng dùng trong thiết kế được cho như sau: - Hướng sóng : Đông Bắc - Chu kỳ sóng : T = 13,5 s - Chiều cao sóng : H1% = 16 m * Dòng chảy. - Dòng chảy mặt : V1 = 1,37 m/s - Dòng chảy đáy : V2 = 1,19m/s - Hướng dòng chảy : Lệch 70° so với hướng của sóng d. Hà bám Qua số liệu khảo sát các giàn đã xây dựng và đang khai thác, được biết lượng hà bám thay đổi theo độ sâu nước, chia thành 3 vùng như sau: Cao trình Độ dày hà bám (mm) Từ mực nước tĩnh y (-) 4,0m 80 Từ (-) 4,0my (-) 10m 100 Từ (-) 10m yđáy biển 70 1.1.3. Điều kiện địa chất công trình tại khu vực xây dựng công trình. Số liệu địa chất công trình phục vụ thiết kế được trình bày trong bảng sau. STT H D Tên đất W gtn gs C j E 1 0:-4 4 C¸t nhá 24,9 1,96 2,68 0,00 39 15,9 2 -4:-8 4 C¸t pha dÎo 20,8 2,06 2,69 0,011 37 32,5 3 -8:-16 8 ¸ sÐt mÒm 26,5 2,00 2,74 0,030 19 13,7 4 -16:-20 4 á sét mềm 30,0 1,95 2,74 0,035 13 12,6 5 -20:-26 6 Sét dẻo 34,3 1,89 2,76 0,040 10 11,9 6 -26:-34 8 Cát pha dẻo 18,4 2,08 2,69 0,024 34 33,4 7 -34:-41 7 Cát hạt to 17,0 2.02 2,66 0,00 46 16,6 8 -41:-54 13 á sét dẻo mềm 23,5 2.00 2,72 0,033 27 19,6 9 -54:-59 5 Sét dẻo 35,9 1.86 2,76 0,049 15 14,6 10 -59:-65 6 á sét dẻo chảy 28,0 1.96 2,73 0,038 19 4,8 Trong đó: H là cao độ lớp đất (m). D là chiều dày của lớp đất (m). W: độ ẩm (%). gtn: Dung trọng tự nhiên (T/m3). gs: Dung trọng hạt (T/m3). j: Góc ma sát trong (độ). c: Lực dính (MPa). E: Modul đàn hồi (MPa). 1.2. CHỨC NĂNG VÀ QUY MÔ CỦA DÀN BK 1.2.1. Chức năng của dàn BK Nhiệm vụ của dàn BK: + Trực tiếp khai thác sản phẩm dầu khí. + Bơm tăng áp lực vào đường ống dẫn dầu. + Bơm nước ép vỉa. + Xử lý sơ bộ dầu trước khi đưa vào đường ống vận chuyển. 1.2.2. Quy mô của dàn BK Yêu cầu công nghệ : * Số lượng ống chống cần khoan (Conducter) : 06. * Số lượng người làm việc trên dàn: 10. * Block – modul: Khối thượng tầng của BK được chế tạo trên bờ lắp ráp thành một khối sẵn và vận chuyển ra biển. * Giá cập tầu: Đảm bảo để cập được: tầu 600 (T), cấp 1 hạn chế Lmax =69,13 m – chiều dài lớn nhất; Lvg=60,3 m – chiều dài giữa hai đường vuông góc; b = 10 m; T =3,3 m; H = 4,4 m. * Các bể chứa nước ngọt, nhiên liệu lỏng. * Cần cẩu bốc, dỡ hàng. * Các phương tiện cứu sinh, cứu hộ. Cấu tạo : Dàn BK gồm : thượng tầng, khối chân đế và móng (thường là móng cọc). a. Phần thượng tầng. Cấu tạo phần thượng tầng của dàn BK hoàn toàn phụ thuộc vào công nghệ và nhiệm vụ thiết kế đặt ra. Phần trên của dàn BK là kết cấu hình lăng trụ không gian bao gồm các khối: khối thiết bị, khối nhà ở và khối sân bay. Sân bay được đặt trên 4 điểm tựa của Block modul phụ. Phần thượng tầng có kích thước: L´B´H = 30x16x14 (m). Phần thượng tầng được liên kết với đầu trên của 4 cọc của chân đế nhờ hệ khung thông qua liên kết hàn. * Khối thiết bị. - Kích thước B x L x H = 15 x 23 x 8 (m). Khối này gồm nhiều đầu mối thiết bị quan trọng, mọi thiết bị công nghệ chính bố trí trên khối này. Trong khối ngoài các thiết bị phục vụ khai thác còn có các phương tiện phục vụ cứu hộ, trạm xử lý nước thải,… * Khối nhà ở. - Kích thước B x L x H = 10 x 11 x 3,5 (m) - Thực chất đây là khu làm việc và nghỉ ngơi tạm thời của các nhân viên kỹ thuật. - Khối này bao gồm các buồng điều khiển, buồng nghỉ, buồng chứa nhiên liệu,… * Khối sân bay. - Kích thước 15 x 15 (m) nằm trên hệ khung không gian cao 2,5m có 4 trụ đỡ là các thép ống. * Phần sàn chịu lực. Sàn chịu lực là một hệ kết cấu dạng khung phẳng có tác dụng đỡ các block mođul thượng tầng. b. Phần khối chân đế. Khối chân đế phải phù hợp với thượng tầng , phụ thuộc vào độ sâu nước và đặc biệt phải phù hợp với yêu cầu công nghệ và chức năng của dàn BK. *Phần khung nối. Giữa thượng tầng và KCĐ là phần khung nối được thiết kế dựa trên các yêu cầu về kỹ thuật và cấu tạo. *Phần chân đế. Chân đế dàn khoan BK là một hệ khung không gian hình chóp tứ giác cụt, tạo bởi các phần tử thép ống. Đường kính và chiều dày của các phần tử này thay đổi phù hợp với yêu cầu chịu lực của chúng. Mặt trước (Panel P1) được cấu tạo thẳng đứng làm tăng khả năng làm việc của dàn khoan tự nâng CPBU "Tam Đảo", giúp cho nó cập sát vào khối chân đế, tăng vùng hoạt động của mũi khoan. Ba Panel P2, P3, P4 được bố trí nghiêng để tăng khả năng chịu lực cho công trình. * Thiết bị cập tàu. Thiết bị cập tàu theo hướng đông nam và tây bắc của công trình. Thiết bị cập tàu gồm các khung thép có các vòng đệm bằng cao su liên kết với khối chân đế qua liên kết hàn. Thiết bị cập tàu gồm 2 phần chính: thiết bị chắn tàu dùng để cập tàu và giá cập tàu dùng để vận chuyển người lên công trình. c. Phần móng. Móng là một bộ phận quan trọng trong kết cấu của công trình. Nó có tác dụng truyền tải trọng công trình xuống nền đất và giữ ổn định cho công trình trước tác động của môi trường bên ngoài. 1.3. ĐIỀU KIỆN VÀ KHẢ NĂNG THI CÔNG CỦA XNLDDK VIETSOVPETRO. Trong mỗi dự án việc lựa chọn đơn vị thi công và địa điểm thi công là việc hết sức quan trọng nó ảnh hưởng đến chất lượng công trình và giá thành công trình. Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này ta chọn XNLDDK Vietsov Petro làm địa điểm thi công công trình thiết kế vì khả năng của bãi lắp ráp có thể sử dụng cho việc thi công công trình có độ sâu nước đến 100m . 1.3.1. Điều kiện về bến bãi Hiện nay XNLD Vietsovpetro có hai bãi lắp ráp: Bãi MCY0 và MCY1 với hai đường trượt dài 183 m và 216 m bằng bê tông cốt thép. * Tổng diện tích mặt bằng bãi lắp ráp của XNLDDK Vietsovpetro ở khu vực cảng dầu khí khoảng 210.000 m2 bao gồm diện tích bãi trống và diện tích khu nhà xưởng. Diện tích đường đi và khu vực thao tác hoạt động là 180.000 m2. * Bãi lắp ráp có độ dốc bằng 0o, thoát nước bằng cơ chế thấm, có hệ thống thoát nước ngầm trong lòng đất. * Nền bãi lắp ráp được gia cố bằng các lớp từ thô đến mịn dần để dễ thoát nước, lớp trên cùng là cát. * Cường độ nền bãi lắp ráp: R=6 kG/cm2 đảm bảo tính năng kỹ thuật của các phương tiện phục vụ thi công lắp ráp. Trên bãi lắp ráp còn có hệ thống ống dẫn nước cứu hoả và sinh hoạt, hệ thống đường dây tải điện, các loại cẩu có khả năng cẩu- lắp dựng khối chân đế nặng 5000- 6000 tấn ở độ sâu hơn 100 m nước. * Cấu tạo đường trượt: Phía dưới là nền đất được gia cố bằng các cọc bêtông cốt thép (40x40 cm) dài 20m được đóng trên dọc suốt chiều dài đường trượt cách nhau 1,2 m, tiếp theo là lớp bêtông cốt thép cường độ cao. + Trên mặt đường trượt lát tấm thép dày 12 mm để tăng khả năng chịu ép mặt, giảm lực ma sát giữa đường trượt và máng trượt trong thi công trượt KCĐ. + Loại đường trượt thứ nhất: khoảng cách giữa tâm hai đường trượt là 16 m, chiều dài đường trượt là 216 m. + Loại đường trượt thứ hai: là đường trượt kép, gồm đường trượt rộng 16 m và đường trượt rộng 20 m. Chiều dài đường trượt là 183 m. + Áp lực trên đường trượt đạt được: P =100T/m + Trên đường trượt có bố trí các máng trượt để đỡ và trượt khối chân đế ra mép cảng. * Bờ cảng có chiều dài 750 m được đóng cọc kè bằng bêtông cốt thép. Độ sâu mực nước trước cảng khi triều kiệt khoảng 5,2 m, khi triều cường khoảng 8,6 m. Như vậy ta nhận thấy điều kiện bãi đủ khả năng thi công đồng thời hai khối chân đế cùng một lúc. 1.3.2. Các loại máy móc phương tiện a. Các loại máy móc phục vụ thi công trên bờ. * Các loại cẩu xích tự hành DEMAG do Đức sản xuất. + Loại CC-4000 có 01 chiếc, chiều dài cần 42m (ghép từng đoạn dài 9 – 12m). Sức nâng lớn nhất 650T ứng với tầm với 18m. + Loại CC-2000: - Chiều dài cần 72m có: 01 chiếc. - Chiều dài cần 60 m có: 01 chiếc. - Chiều dài cần 36 m có: 02 chiếc. Sức nâng lớn nhất: 300T ứng với tầm với 18m. + Loại CC-600: Chiều dài cần 54m và 36m có 6 chiếc. - Sức nâng cẩu lớn nhất là 140T ứng với tầm với 12m. * Các loại cẩu ô tô bánh lốp sức nâng 45T, 70T, 90T, có hai loại COLES và TANADO do Nhật sản xuất. * 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 cẩu nổi: Tại xí nghiệp LDDK Vietsovpetro có 3 tàu cẩu và nhiều loại tàu chuyên dụng khác phục vụ công tác thi công trên biển. - Cẩu nổi Hoàng Sa (ISPOLIN): có sức nâng tối đa 1200T, cẩu nổi này không tự hành được. - Tàu cẩu Trường Sa (TITAN 01) : Sức nâng tối đa 600T, đây là loại tầu cẩu 2 thân, tự hành được không cần tàu kéo. - Tàu Côn Sơn: Sức nâng tối đa là 547T. Đây là loại tàu chuyên dụng để thả ống, loại tàu cẩu này không tự hành. + Các loại tàu kéo chuyên dụng phục vụ công tác vận chuyển trên biển: tàu “Phú Quý”, tàu “Sông Dinh”, tàu “Sao Mai” ... + Tàu phục vụ công tác phòng hộ trong quá trình thi công trên biển (tàu dịch vụ): Tàu “BENDINH 01”, tàu phục vụ công tác lặn: tàu “Hải Sơn” kèm theo các trạm lặn bố trí trên tàu. + Các thiết bị phục vụ công tác thi công trên biển: Các loại xe bơm trám xi măng, trộn vữa xi măng, các loại máy nén khí phục vụ công tác đóng cọc. + Thiết bị đóng cọc: Xí nghiệp có các thiết bị (búa) đóng cọc cho các cọc có đường kính: f 1422; f 1219; f 1016; f 914; f 813 ... - Số lượng các loại búa đóng cọc: Búa MRBS - 1800: Số lượng 04 chiếc Búa MRBS - 3000: Số lượng 03 chiếc + Thiết bị định tâm cọc: các loại cọc khác nhau cần có các thiết bị định tâm khác nhau. Các loại thiết bị định tâm cho các loại cọc: f 1219 (2 chiếc); f1016 (5 chiếc); f 914 (2 chiếc); f 813 (2 chiếc); f 720 (3 chiếc ), f 630 (2 chiếc). + Các loại thiết bị kẹp cọc: dùng cho các cọc có đường kính: f1220 (4 chiếc); f 1020 (5 chiếc); f 920 (2 chiếc); f 812,8 (2 chiếc); f 720 (6 chiếc); f 630 (4 chiếc) b. Vật liệu sử dụng để chế tạo khối chăn đế: Trong công trình biển vật liệu sử dụng thi công chế tạo khối chân đế chủ yếu là thép ống chuyên dụng, nhập ngoại có kích thước, đường kính và chiều dày khác nhau. + Thép X52 có Rđh=3580 KG/cm2, Rth=4550KG/cm + Que hàn E55 có cường độ đường hàn như sau: Loại đường hàn Trạng thái ứng suất Rn Rk Hàn đối đầu 1.Nén 2.Kéo: a) hàn tự động b) hàn nửa tự động và tay có kiểm tra chất lượng đường hàn bằng: + Phương pháp tiên tiến + Phương pháp thông thường 3. Cắt 3400 3400 3400 2900 2000 Hàn góc Nén, kéo, cắt Rgh 2400 Ghi chú: Cường độ đường hàn được tính theo đơn vị kG/cm2. 1.4. NHẬN XÉT * Điều kiện địa chất công trình: - Với các mẫu thử ta thấy cấu tạo địa chất tuy phức tạp nhưng tính chất cơ lý khá tốt. - Với bề mặt như vậycó thể đảm bảo cho ổn định cho khối chân đế. - Giả thiết rằng đáy biển tương đối bằng phẳng có thể tiến hành thi công lắp dựng mà không phải san nền. *Điều kiện thi công : Với những trang thiết bị chuyên dụng đã được trang bị tương đối đầy đủ, vị trí mặt bằng thi công thuận tiện cộng với trình độ tay nghề của các cán bộ, kỹ sư cũng như công nhân của XNLDDK Vietsov Petro, ta nhận thấy điều kiện để thi công công trình này là rất tốt. CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KCĐ 2.1. CƠ SỞ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN KHỐI CHÂN ĐẾ. Việc xây dựng các phương án cấu tạo khối chân đế phải được dựa trên một số tiêu chuẩn, quy phạm sao cho các phương án được đưa ra phải có tính khả thi, phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và phải đảm bảo về điều kiện kinh tế của chủ đầu tư đưa ra. Do đó để xây dựng phương án ta dựa trên các cơ sở sau đây: + Các quy phạm, tiêu chuẩn ( ví dụ: Quy phạm API, DnV …) + Tham khảo các thiết kế có sẵn + Kinh nghiệm thiết kế và khả năng công nghệ của đơn vị thi công. Mặt khác việc xây dựng phương án khối chân đế còn phải dựa trên những cơ sở sau: * Theo nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp - Thiết kế khối chân đế dàn BK bằng thép ở độ sâu 77 m nước. * Yêu cầu về kỹ thuật và công nghệ - Công trình đảm bảo các tính năng về công nghệ (giữ đầu giếng, đảm bảo tàu khoan cập vào được để lấy dầu...) chịu được khối lượng thượng tầng ( lấy theo những công trình đã thiết kế). - Sàn chịu lực, sàn công tác không bị sóng chạm vào. - Công trình có kết cấu thuận lợi để có thể sử dụng được các chương trình tính hiện nay. * Yêu cầu cho thi công. - Với những thiết bị, phương tiện sẵn có của bãi lắp ráp. *Yêu cầu về thượng tầng Cấu tạo phần thượng tầng của dàn BK hoàn toàn phụ thuộc vào công nghệ và nhiệm vụ thiết kế đặt ra. Phần trên của BK là kết cấu hình lăng trụ không gian được tính từ sàn chính đến sàn trên, liên kết với nhau bằng các mặt, dàn được bố trí từ giữa sàn và ban công theo chu vi của sàn. Sàn chính đặt toàn bộ thiết bị, đường ống, bể chứa,... để vận hành giống nhau. Sàn trên đặt mođul phụ, ở đó bố trí phòng máy, trạm chuyển tiếp, thiết bị phân phối, phòng điều độ, phòng tạm thời cho nhân viên phục vụ. Sân bay được đặt trên 4 điểm tựa của Block mođul phụ. Phần thượng tầng có kích thước: L´B´H = 30x16x14 (m). * Yêu cầu về khối chân đế - Đây là nhiệm vụ chính của đồ án tốt nghiệp. Đòi hỏi tính chính xác cao trong kết cấu, hợp lý về kiến trúc. Sử dụng tối thiểu vật liệu nhưng đảm bào khả năng chịu lực. - Do khối thượng tầng đã được quyết định vì vậy khối chân đế sẽ được thiết kế phụ thuộc vào kích thước thượng tầng. - Việc sử dụng kết cấu khối chân đế một chân cũng thuận lợi hơn cho việc chế tạo thi công tại bãi lắp ráp và thi công ngoài biển. - Số lượng vật liệu dùng cho một khối chân đế sẽ không nhiều. Ngoài ra tất cả các công trình để được xây dựng và đưa vào sử dụng khi thiết kế người ta còn phải xét đến các nhóm chỉ tiêu kỹ thuật sau đây: * Nhóm chỉ tiêu kỹ thuật - Đây là nhóm chỉ tiêu bắt buộc với mọi công trình, bao gồm: + Chỉ tiêu về độ bền. + Chỉ tiêu về độ ổn định. + Chỉ tiêu về tuổi thọ công trình. + Chỉ tiêu về khả năng thi công. * Nhóm chỉ tiêu về kinh tế. - Sau khi nhóm chỉ tiêu kỹ thuật đã được thoả mãn, chỉ tiêu quan trọng tiếp theo là chỉ tiêu kinh tế. - Công trình được thiết kế sao cho giá thành thấp nhất. Để đảm bảo điều đó, người thiết kế phải quan tâm tới các vấn đề sau: + Giảm thiểu khối lượng vật liệu. + Giảm tối đa thời gian thi công. + Tận dụng được các vật liệu địa phương cũng như khả năng thi công của đơn vị thi công. 2.2. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN KCĐ 2.2.1. Hướng đặt công trình - Mục đích của việc đưa ra hướng đặt công trình là nhằm phù hợp với quy hoạch của mỏ, cố gắng giảm được tải trọng tác dụng lên công trình. Công trình được đặt sao cho trục x của công trình trùng với hướng Đông-Bắc, trục y trùng với hướng Tây- Bắc.Trong đồ án này thì mặt để cập Jack-up nằm ở hướng Tây- Nam (cuối hướng sóng, gió và dòng chảy). 2.2.2 Xác định kích thước hình học của khối chân đế 2.2.2.1. Xác định chiều cao khối chân đế Chiều cao của khối chân đế dàn nhẹ BK là khoảng cách từ mặt đáy biển tới mép dưới sàn chịu lực đỡ khối thượng tầng được xác định theo công thức sau đây: HKCĐ = dtt + cH1% + D0 = d0 + d1 + d 2 + cH1% + D0 ( m) Trong đó: dtt : Độ sâu mực nước tính toán dtt = d0+ d1 + d 2= 77 + 1.03+ 1 = 79.03 (m) d0 : Độ sâu mực nước biển. d0 = 77 m d1: Chiều cao nước dâng do thủy triều, d1 = 1.03 m. d2: chiều cao nước dâng do bão: d2 = 1,0 m H1%: Chiều cao sóng lớn nhất với tần suất 100 năm. H1%= 16 m D0 : Độ tĩnh không của công trình. D0 được xác định dựa trên các yếu tố: - Sai số có thể có của đáy biển. - Chiều cao sóng lớn nhất. - Tương tác thủy động giữa kết cấu và môi trường biển có thể làm cho sóng vỡ, bọt biển bắn lên. - Phụ thuộc vào độ lún công trình (khi thi công đóng cọc, trong quá trình sử dụng) - Độ nghiêng của công trình khi thi công. - Tính chất địa chất của nền đất gây nghiêng công trình. Theo quy phạm DnV thì D0 ³ 1,5 m. Chọn sơ bộ D0 =1,5 m c : Hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng tính toán (c=0,5- Lý thuyết sóng airy, c=0,7- Lý thuyết sóng Stokse). Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp ta sử dụng lý thuyết sóng Stokes bậc 5: lấy c =0,7 * Lựa chọn lý thuyết sóng tính toán: L: chiều dài sóng; L= .(Với d: độ sâu nước tại vị trí xây dựng công trình d = 79.03 (m); T : Chu kỳ sóng đã cho T = 13,5s) Tính lặp ta tìm được giá trị của L như sau. Bảng Giá trị chiều dài sóng. HƯỚNG ĐÔNG BẮC L(m) g T(s) d(m) L(m) 284.69 9.81 13.5 80.65 267.78 276.235 9.81 13.5 80.65 269.45 2732.843 9.81 13.5 80.65 270.10 271.47 9.81 13.5 80.65 270.36 270.92 9.81 13.5 80.65 270.46 270.69 9.81 13.5 80.65 270.51 271.60 9.81 13.5 80.65 270.52 270.56 9.81 13.5 80.65 270.53 270.54 9.81 13.5 80.65 270.533 270.534 9.81 13.5 80.65 270.534 Như vậy chiều dài sóng là L=270.534 m. Xét tỷ số và tra biểu đồ phạm vi ứng dụng của các lý thuyết sóng, thấy chế độ sóng đã cho nằm vào miền lý thuyết sóng Stockes. Trong đồ án này để đảm bảo tính chính xác cao, ta chọn lý thuyết sóng Stocke bậc 5 để tính toán. Thay số vào công thức ta nhận được: HKCĐ = 79.03 +0,7.16 +1,5= 91,73 (m). Làm tròn HKCĐ = 92 (m). Vậy chiều cao khối chân đế là: HKCĐ = 92 (m). 2.2.2.2. Xác định chiều cao chân đế Toàn bộ phần thượng tầng bao gồm một hệ thống các block được chế tạo sẵn sau đó chúng được liên kết với nhau và được đặt trên một hệ sàn chịu lực. Để liên kết giữa khối thượng tầng với khối chân đế người ta sử dụng kết cấu khung nối. Mục đích của việc sử dụng kết cấu khung nối là thông qua kết cấu khung nối và chi tiết chuyển hướng người ta có thể khắc phục được hiện tượng lún lệch của công trình và dễ dàng hơn cho quá trình thi công. Gọi Hkn - Khoảng cách từ mép dưới của hệ thống sàn chịu lực ( tức mép dưới của phần thượng tầng ) tới mép dưới của khung nối ( tức là tới vị trí liên kết giữa khung nối và KCĐ ). Thông thường chiều cao khung nối thường được chọn từ 7¸10m. Trong đồ án này, ta chọn chiều cao của khung nối là Hkn = 9 m. Như vậy, chiều cao phần chân đế là: HCĐ = HKCĐ - Hkn Trong đó: HCĐ : Chiều cao phần chân đế Hkn : Chiều cao phần khung nối. HCĐ = HKCĐ - Hkn = 92 - 9 = 83 (m) * Phần thượng tầng được liên kết với đầu trên của 4 cọc lồng trong ống chính của chân đế nhờ hệ khung nối thông qua liên kết hàn. Kích thước mặt trên của khung nối phải tương ứng với kích thước của khối thượng tầng. Khung nối là kết cấu không gian được chế tạo bằng thép ống. K._.hung nối có 4 ống trụ chính chế tạo từ thép ống có cùng đường kính với cọc, đầu dưới vát hình côn liên kết với khối chân đế bằng các liên kết hàn. Bốn đầu cọc này nối với khung nối qua phân tố chuyển tiếp được chế tạo sẵn để chuyển hướng nghiêng sang thẳng đứng. 2.2.2.3.Xác định kích thước đỉnh, đáy và các khoang của khối chân đế. Chân đế dàn nhẹ BK là một hệ khung không gian hình chóp tứ giác cụt, tạo bởi các phần tử ống thép tròn. Đường kính và chiều dày của các phần tử này thay đổi phù hợp với yêu cầu chịu lực của chúng. Mặt đáy của khối chân đế được đặt dưới đáy biển, mặt trên của khối chân đế được liên kết với các kết cấu phần trên. Mặt trước (Panel P1) được cấu tạo thẳng đứng làm tăng khả năng làm việc của dàn khoan tự nâng, giúp cho nó cập sát vào khối chân đế, tăng vùng hoạt động của tháp khoan. Góc nghiêng của 3 mặt trụ còn lại (P2, PA, PB) được chọn theo khả năng thi công đóng cọc của VSP. Về nguyên tắc, độ nghiêng của các mặt lớn thì công trình sẽ đứng vững hơn. Tuy nhiên nếu góc nghiêng lớn thì không có thiết bị đóng cọc và đoạn cọc trên đầu chân đế nghiêng quá sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định đầu cọc trong quá trình đóng, tạo ra ma sát lớn giữa cọc và ống chính. Theo kinh nghiệm của VSP khi thiết kế các dàn khoan biển, góc nghiêng so với phương thẳng đứng lấy trong khoảng 4 ¸ 100, phù hợp với khả năng thi công của xí nghiệp. Trong đồ án này, chọn độ nghiêng của các mặt P2, PA, PB so với phương thẳng đứng đều là: 1/10 (5,710), khi đó độ nghiêng của các cọc là 1/7,07 (8,050). Như trên đã xác định chiều cao khối chân đế là 83m. Kích thước của khung nối được xác định (18´12m) do đó kích thước phần trên của khối chân đế cũng phải phù hợp với kích thước khung nối. Vậy kích thước phần đỉnh khối chân đế sẽ là: 18x12m. Từ độ dốc của mặt bên hình tháp KCĐ (Chọn một mặt thẳng đứng , ba mặt còn lại nghiêng đều nhau với độ dốc i = 0,1 theo khả năng đóng cọc của búa) và chiều cao của KCĐ là Hcđ, xác định được kích thước mặt bằng của đáy hình tháp KCĐ tại mặt đáy biển ( theo trục tim của ống đứng ) là : B1 = B0 + 2.HCĐ.i B1 = 12 + 2.83. 0,1 = 28,6 m L1 = L0 + HCĐ.i L1 = 18 + 83. 0,1 = 26,3 m Như vậy kích thước tại mặt đáy khối chân đế là L1xB1 =26.3 x 28.6 m * Xác định vị trí của các thanh ngang, thanh xiên ,vách cứng(Diafragma) của KCĐ: Bố trí các mặt ngang Diafragm: Việc bố trí các mặt ngang Diafragm trong khối chân đế phụ thuộc vào các thông số sau: + Kích thước khối chân đế. + Chủng loại thép ống được dùng để chế tạo KCĐ. + Sơ đồ hình học để bố trí các thanh đứng và các thanh xiên. + Theo kinh nghiệm thiết kế các công trình trước đây. + Tránh thiết kế các mặt ngang gần đỉnh sóng, vùng có độ ăn mòn cao. Số mặt ngang được lấy trong phương án là 5: D1, D2, D3, D4, D5. Các Diafragm này chia KCĐ thành 4 khoang. Việc xác định chiều cao các khoang phụ thuộc vào việc bố trí các thanh trong khối chân đế đảm bảo việc chế tạo các nút khối chân đế, các góc nằm trong khoảng 30 ¸ 600 để đảm bảo thao tác hàn, đánh sạch, mài nhẵn các mối hàn và các mép vát ống, thuận lợi cho việc sử dụng các thiết bị kiểm tra kỹ thuật bằng siêu âm cho các mối hàn liên kết tại nút. Theo kinh nghiệm thì chiều cao các khoang được xác định sơ bộ như sau: h1, là chiều cao khoang trên cùng: Chiều cao các khoang tiếp theo xác định như sau: hi+1 = hi.x Trong đó: x: là hệ số xác định theo công thức: H1: Tổng chiều cao các khoang, ở đây chọn khoảng cách từ đỉnh khối chân đến Diafragm trên cùng và khoảng cách từ diafragm dưới cùng đến đáy khối chân đế là 1,0 m nên H1= 83 - (1,0 + 1,0) = 81m. a: kích thước đỉnh KCĐ, a = 18m y1, y2: độ dốc của ống chính, (y1 = 0,y2 = 1/10). k: số lượng các khoang của KCĐ, k = 4. Ta có: Thay vào trên suy ra: (m). h2 =17,514.1,0973 =19,22 (m) h3 = 19,22.1,0973 = 21,09 (m) h4 = 21,09.1,0973 =23,14 (m) Chọn các chiều cao các khoang như sau: h1= 18m h2= 19m h3= 21m h4=23m Như vậy phần chân đế bao gồm 5 Diafragma : Từ D1 đến D5 * Xác định vị trí đặt giá cập tàu: Trong nhiệm vụ thiết kế ta chỉ cho phép tàu có trọng tải 600T cập vào công trình khi điều kiện thời tiết ở trạng thái bình thường (tầu chỉ được cập khi không có bão), ta xác định được cao trình giá cập tàu như sau : Cao trình điểm trên: Ht = d0 +d1+D = 77+1,03+1,0 =79,03(m) Cao trình điểm dưới: Hd = d0 –2 = 77 – 2 =75 (m) Chiều cao giá cập tàu sẽ là Hgiá = Ht – Hd = 79.03- 75 = 4,03 m Như vậy cao trình điểm trên của giá cập tàu sẽ nằm cách Diafragma D1 là 2.97m 2.2.2.4. Lựa chọn quy cách ống : - Việc chọn các thanh trong kết cấu dàn khoan biển phải đảm bảo giữ gìn 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. Kích thước ống được xác định theo điều kiện về độ ổn định của thanh ống từ điều kiện sau: Trong đó: l : Độ mảnh của kết cấu ống thiết kế. : Độ mảnh cho phép của ống k: Hệ số quy đổi chiều dài. k £ 1. L: Chiều dài của phần tử, được xác định bằng khoảng cách giữa hai tâm nút. r : Bán kính quán tính tiết diện phần tử , (m). I : Mô men quán tính mặt cắt ngang của ống (m4) F : Diện tích mặt cắt ngang của ống (m2) Theo các quy phạm về thiết kế công trình biển (theo quy phạm API của Mỹ và AISC , quy phạm DnV ) thì độ mảnh cho phép của các thanh ống được quy định như sau: Kết cấu Độ mảnh cho phép (l0) ống chính 100 Các thanh xiên 120 Thanh ngang chịu lực 120 Các thanh ngang bố trí theo cấu tạo 150 Hệ số quy đổi chiều dài k được xác định như trong bảng sau: Loại phần tử Hệ số k Chân đế và cọc: Các phần tử cột ống chính 1,0 Các thanh giằng 0.8 Các thanh chéo chính 0.8 Các thanh giằng kiểu chữ K 0.8 Các thanh giằng kiểu chữ X 0.8 Các thanh phụ giằng nhau 0.7 - Việc chọn các tiết diện của các phần tử khi thiết kế công trình dựa trên một số nhận xét: + Các tiết diện càng gần mặt đáy biển thì nội lực càng lớn và các tiết diện càng gần sàn thì nội lực càng nhỏ. + Các phần tử trên ống chính và các thanh xiên chịu lực lớn hơn các phần tử trong mặt ngang. Vì vậy, khi chọn tiết diện, với các phần tử càng cao so với đáy biển thì cho tiết diện càng nhỏ đi. 2.2. 3. Đề xuất, lựa chọn các phương án Với yêu cầu về mặt bằng công nghệ nhỏ, các phương án đưa ra có phần khung nối và sàn chịu lực giống nhau, cách bố trí các Modul thượng tầng giống nhau. Trên cơ sở các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế nêu trên, đồng thời tham khảo các thiết kế cũ đề xuất ra những phương án như sau: 2.2.3.1. Đề xuất, lựa chọn giải pháp móng a. Đề xuất giải pháp móng *) Phương án Móng 1: Móng trọng lực bê tông cốt thép Móng trọng lực bê tông cốt thép có dạng khối hộp rỗng, bên trong có chứa vật liệu dằn. Tại các liên kết với chân đế đặt các hệ dầm giao nhau, ống chính của kết cấu thép phía trên ăn sâu vào khối bê tông móng và được liên kết bằng các bản hàn cố định trước khi đổ bê tông móng. Khi vận chuyển dựng lắp phải tiến hành với kết cấu chế tạo sẵn gồm cả móng và chân đế. *) Phương án Móng 2: Móng cọc thép ống Sử dụng các cọc thép ống luồn trong các ống chính hoặc cũng có thể vừa dùng các cọc luồn trong ống chính vừa dùng váy cọc. Độ sâu đóng cọc có thể đạt 60m-70m so với đáy biển. b. Đánh giá các phương án móng *) Phương án Móng 1 + Ưu điểm : - Dạng móng trọng lực bê tông cốt thép tạo dạng kết cấu bền vững, tăng độ cứng tổng thể cho công trình. - Móng trọng lực có tính chống lật cao. - Khả năng chống ăn mòn cao. - Vật liệu chế tạo có thể sử dụng vật liệu địa phương. - Không đòi hỏi công nghệ phức tạp khi chế tạo, phù hợp với trình độ thi công ở địa phương. + Nhược điểm: - Tạo mặt cản lớn có thể làm thay đổi chế độ chuyển động của sóng và dòng chả, tạo xoáy cục bộ gây xói nền, ảnh hưởng đến độ ổn định của công trình. Chính vì vậy phương án này không phù hợp với nền đất yếu. - Không phù hợp với nền đất không bằng phẳng do chi phí san nền lớn và thời gian thi công trên biển kéo dài do yêu cầu của thi công ngầm. - Phức tạp khi thi công vận chuyển và lắp dựng, có thể phải sử dụng cẩu chuyên dụng với trọng tải rất lớn (hàng ngàn tấn) hoặc dùng phao phụ. - Khó khắc phục khi có sự cố, rủi ro trong khi thi công và trong quá trình sử dụng làm công trình bị nghiêng đi. *) Phương án Móng 2 + Ưu điểm: - Là phương án phổ biến, quy trình công nghệ được đảm bảo với bề dầy kinh nghiệm, xây dựng các thành tựu khao học kỹ thuật mới đẩm bảo độ chính xác và tin cậy trong thi công. - Thích hợp với nhiều loại nền đất, kể cả nền đaats yếu và nền không bằng phẳng, có thể đóng cọc xuống độ sâu khá lớn nên công trình luôn đảm bảo khả năng chịu lực, tránh được lún lệch cho công trình. - Kích thước nhỏ nên không ảnh hưởng tới chế độ sóng và dòng chảy, tránh được hiện tượng xói nền. - Cho phép cả chịu nén và chịu nhổ do có khẩ năng đóng cọc xiên, chống lại các tải trọng ngang. - Phương tiện và thiết bị thi công thuận tiện. + Nhược điểm: - Nguyên liệu là thép cường độ cao phải nhập khẩu, giá thành lớn… - Đòi hỏi công nhân có trình độ cao. - Quy trình công nghệ thi công phức tạp. - Thời gian thi công trên biển kéo dài do phải thi công cọc, có thể gặp rủi ro trong quá trình thi công. c) So sánh, chọn phương án Phương án móng 2 có nhiều ưu điểm nổi bật về mặt kỹ thuật (khả năng chịu lực, khả năng chế tạo, thi công, tính chính xác và bền vững theo thời gian), so với phương án móng 1 phương án này thích hợp cho nhiều loại nền đất trong khi đó phương án móng 1 chỉ phù hợp với nền đất tốt và bằng phẳng. Tại vị trí xây dựng công trình lớp đất mặt là lớp đất cát có chiều dày không lớn nên việc sử dụng móng trọng lực là không thích hợp do dễ xói mòn đất gây mất ổn định cho công trình. Phương án móng 2 tuy có nhược điểm về kinh tế song cơ bản nhược điểm này có thể khắc phục bằng các kỹ thuật mới cho phép đóng cọc lớn, có thể không dùng cọc phụ, làm gảim số cọc và chiều sâu đóng cọc, mặt khác nó là phương án móng phổ biến hiện nay dùng cho công trình biển bằng thép. Qua phân tích trên ta nhận thấy sử dụng phương án móng cọc không cọc phụ là hợp lý và phù hợp với khả năng thi công của VietsovPetro và thích hợp với điều kiện hiện tại ở Việt Nam. Do đó, lựa chọn giải pháp móng cọc thép ống không cọc phụ. 2.2.3.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu khối chân đế. Các phương án kết cấu khối chân đế: Trên cơ sở các yêu cầu nêu trên, căn cứ vào khả năng, điều kiện thi công trong nước và tham khảo các thiết kế cũ, để đề xuất các phương án. Với yêu cầu mặt bằng công nghệ nhỏ, các phương án đưa ra có phần khung nối và sàn chịu lực là giống nhau, cách bố trí các modul thượng tầng cũng giống nhau. Trong tất cả các phương án này các Diafragm của khối chân đế đều giống nhau. * Phương án 1: - Dạng kết cấu móng cọc cổ điển. - Sử dụng ống chính có đường kính không lớn và cọc phụ(có váy cọc). - Đường kính ống chính không thay đổi. - Thanh xiên bố trí dạng chữ X. - Các thanh xiên, thanh giằng có đường kính và chiều dày thay đổi theo yêu cầu về khả năng chịu lực của chúng. Phương án 1 Panel PA, PB Panel P1, P2 * Phương án 2: - Dạng kết cấu móng cọc cổ điển. - Sử dụng ống chính có đường kính không lớn và cọc phụ(có váy cọc). - Đường kính ống chính không thay đổi - Thanh xiên bố trí dạng chữ v. Các thanh xiên, thanh giằng có đường kính và chiều dày thay đổi. Phương án 2 Panel PA, PB Panel P1, P2 * Phương án 3: - Sử dụng phương án móng cọc cổ điển, không sử dụng cọc phụ. - Sử dụng ống chính có đường kính lớn và không thay đổi. - Chiều dày ống chính không thay đổi. - Trong các khoang thanh xiên bố trí dạng chữ V (giống phương án 2). Phần thượng tầng và khung nối, hệ dầm chịu lực như các phương án khác. * Phương án 4: - Sử dụng phương án móng cọc cổ điển. - Sử dụng ống chính có đường kính lớn và không thay đổi đường kính ngoài. - Chiều dày ống chính thay đổi (tăng lên) tại vị trí nút để đảm bảo khả năng chịu lực. - Các khoang trên bố trí thanh xiên dạng díc dắc,khoang dưới cùng thanh xiên dạng chữ X - Phần thượng tầng và khung nối, hệ dầm chịu lực như các phương án khác. Phương án 4 Panel PA, PB Panel P1, P2 b. Phân tích, đánh giá, lựa chọn phương án kcđ Từ những lựa chọn về hình dáng kết cấu ở trên ta rút ra những nhận xét sau: * Về các chỉ tiêu kinh tế: - Phương án 1 có nhiều phần tử nên mất nhiều thời gian chế tạo các phần tử đồng thời cũng mất nhiều thời gian thi công lắp đặt trên bờ, phương án 2 có sơ đồ đơn giản hơn nên chế tạo và thi công lắp đặt dễ dàng hơn. + Trọng lượng công trình không lớn lắm: Do kết cấu được cấu tạo bởi các ống đường kính nhỏ, do đó sẽ tiết kiệm được nguyên vật liệu. + Cả hai phương án 1 và 2 sử dụng cọc phụ (có nhiều cọc) nên thời gian thi công (đóng cọc) ngoài biển lâu. Dẫn đến dễ gặp phải điều kiện thời tiết xấu làm chậm tiến độ thi công. - Phương án 3 có nhiều phần tử nên mất nhiều thời gian thi công chế tạo và lắp đặt . + Các ống chính có đường kính lớn, chiều dày không thay đổi, các thanh xiên bố trí dạng chữ V. Tuy nhiên do được chế tạo từ thép có đường kính lớn và chiều dày không thay đổi do đó trọng lượng công trình lớn hơn 2 phương án trên Þ tốn vật liệu hơn 2 phương án trên. - Phương án 4 có sơ đồ kết cấu tương đối đơn giản, dễ dàng thuận tiện cho việc thi công chế tạo lắp đặt, khối lượng công trình bé hơn so với 3 phương án trên ( Do kết cấu công trình được tạo nên bởi các ống đường kính lớn nhưng chiều dày chỉ thay đổi tại vị trí liên kết và các thanh xiên bố trí dạng đơn giản ) nên tiết kiệm nguyên- vật liệu hơn. + Do khối chân đế được chế tạo với sơ đồ tương đối đơn giản, có ít phần tử nên thời gian thi công nhanh hơn ( cả ở trong bờ và ngoài biển). * Về phương diện chịu lực: - Phương án 1 và 2 sử dụng ống có đường kính nhỏ nên khi làm việc công trình sẽ dao động với biên độ lớn do đó sẽ rất khó khăn việc sinh hoạt cũng như làm việc trên dàn.Mặt khác ứng suất trong các phần tử kết cấu sẽ lớn do đó sẽ rất dễ gây ra mất ổn định. - Phương án 3 có sơ đồ phức tạp về phương diện chịu lực thì rất tốt nhưng các ống chính có đường kính lớn và tiết diện ống chính lại không thay đổi theo yêu cầu về khả năng chịu lực nên lãng phí vật liệu. - Phương án 4, Có sơ đồ tương đối đơn giản các ống chính được tăng chiều dày tại vị trí các nút giao nhau phù hợp với yêu cầu về khả năng chịu lực và tiết kiệm được vật liệu. Vì tại vị trí các nút có nội lực lớn hơn các vị trí khác. Qua những phân tích nhận xét trên cùng với việc tham khảo các kinh nghiệm thiết kế cộng với phậm vi của đồ án tốt nghiệp ta nhận thấy phương án 4 có nhiều ưu điểm nổi bật hơn cả. Vì vậy ta chọn phương án này để tính toán, thiết kế. Trên cơ sở đó ta lựa chọn sơ bộ quy cách các loại ống như sau: STT Cao trình Kết cấu Quy cách Toàn bộ chân đế ống chính F1626x28,6 1 Phần làm dày thêm F1626x31,8 2 D1 Thanh ngang chịu lực F660x20,6 Thanh ngang bố trí theo cấu tạo F610x17,5 3 Từ D1 đến D2 Thanh xiên F711x23,8 4 D2 Thanh ngang chịu lực F711x20,6 Thanh ngang bố trí theo cấu tạo F610x17,5 5 Từ D2 đến D3 Thanh xiên F762x23,8 6 D3 Thanh ngang chịu lực F762x20,6 Thanh ngang bố trí theo cấu tạo F660x20,6 7 Từ D3 đến D4 Thanh xiên F813x23,8 8 D4 Thanh ngang chịu lực F813x20,6 Thanh ngang bố trí theo cấu tạo F711x20,6 9 Từ D4 đến D5 Thanh xiên F813x23,8 10 D5 Thanh ngang chịu lực F813x20,6 Thanh ngang bố trí theo cấu tạo F711x20,6 11 Toàn bộ công trình Cọc F1422x30,2 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU PHƯƠNG ÁN CHỌN 3.1. MỤC ĐÍCH Trên cơ sở kết cấu KCĐ đã chọn cần thực hiện tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của các kết cấu dưới tác động của các loại tải trọng tác dụng lên công trình trong quá trình khai thác. Việc tính toán kết cấu gồm các bước sau Lựa chọn và xây dựng sơ đồ tính. Xác định tải trọng tác dụng lên công trình. Tính toán ĐLH của kết cấu công trình. Tính toán , kiểm tra khả năng chịu lực của các kết cấu của KCĐ. Tính toán kết cấu móng. 3.2. LỰA CHỌN VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH Trong một bài toán kỹ thuật thường có rất nhiều cách tính toán để lựa chọn, mỗi cách tính có những ưu nhược điểm riêng. Vì vậy việc lựa chọn mô hình tính và xây dựng sơ đồ tính thích hợp là một công đoạn rất quan trọng. Đối với CTB bằng thép thì có thể có hai mô hình tính như sau: - Mô hình tính theo sơ đồ khung không gian với ngàm giả định.Vị trí của ngàm tính toán được xác định tùy thuộc vào tính chất của đất nền và đường kính của cọc lồng trong ống chính. - Mô hình tính theo sơ đồ khung không gian trong đó việc tính toán kết cấu có kể đến sự làm việc đồng thời của móng và nền. Người ta coi kết cấu bên trên và cọc là một hệ tổng thể làm việc trên nền đàn hồi dẻo lý tưởng. Thể hiện tương tác giữa cọc và nền bằng các liên kết lò xo theo các phương cần thiết. Chiều dài cọc được kéo dài hơn so với tính theo sơ đồ ngàm giả định một đoạn (thường từ 1-5 mét) phụ thuộc vào đường kính cọc, tính năng cơ lý của lớp đất nền và tính chất làm việc của kết cấu. Trong phạm vi của đồ án tốt nghiệp này em chọn tính toán kết cấu theo sơ đồ tính khung không gian với ngàm giả định vì phương pháp này đơn giản nhưng vẫn cho kết quả tương đối chính xác và đáng tin cậy. Còn sơ đồ tính cọc làm việc đồng thời với nền tuy cho kết quả chính xác nhưng tính toán phức tạp, yêu cầu phải có những chương trình tính toán kết cấu chuyên dụng. 3.3. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KCĐ 3.3.1. Các loại tải trọng tác dụng lên khối chân đế a. Tải trọng thường xuyên(tĩnh tải). Tải trọng thường xuyên tác động lên khối chân đế bao gồm: - Trọng lượng bản thân công trình. - Trọng lượng của xi măng bơm trám. - Trọng lượng những trang thiết bị được lắp ráp cố định hoặc các trang thiết có thời gian hoạt động lâu dài trên công trình. - Lực thủy tĩnh tác động lên các kết cấu nằm ở phía dưới đường mặt nước (tính theo mực nước trung bình) bao gồm: áp lực thủy tĩnh và lực đẩy nổi. - Trọng lượng của các sinh vật biển bám vào kết cấu ( Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp chủ yếu là hà bám). b. Tải trọng tạm thời (hoạt tải). Là loại tải trọng liên quan đến sự vận hành và sử dụng bình thường của công trình. Chúng có thể thay đổi về vị trí cũng như số lượng hay trị số. Tải trọng tạm thời tác động lên khối chân đế bao gồm: - Trọng lượng của trang thiết bị có thể thay đổi, di chuyển được hoặc các trang thiết bị có thời gian sử dụng ngắn hạn trên công trình. - Trọng lượng các loại vật tư: ống thép, … - Tải trọng sử dụng của con người. - Các sản phẩm dầu, khí. Các giá trị đặc trưng của hoạt tải được xác định theo yêu cầu khai thác, sử dụng và được người chủ công trình chỉ rõ trong thiết kế. c. Tải trọng gián tiếp. Các loại tải trọng gián tiếp tác động lên công trinh biển bao gồm: - Tải trọng do biến dạng kết cấu sinh ra do sự thay đổi nhiệt độ hoặc sai số do lắp ráp. - Tải trọng do hiện tượng lún lệch gây ra. d. Tải trọng môi trường (sóng- dòng chảy, gió). Tải trọng môi trường tác dụng lên dàn khoan do các hiện tượng tự nhiên gây ra bao gồm: sóng, gió, dòng chảy. Ngoài ra tải trọng môi trường cũng bao gồm cả sự thay đổi áp lực thủy tĩnh và lực đẩy nổi lên các phần tử do sự thay đổi của của mực nước dưới sự biến động của thủy triều, sóng và dòng chảy. e. Một số tải trọng đặc biệt: Các loại tải trọng đặc biệt tác động lên công trình là những loại tải trọng mang tính chất bất thường, đột ngột và thường mang tính ngẫu nhiên. Tải trọng động là những tải trọng tác dụng lên dàn do những kích thích có tính chất chu kỳ hoặc do tương tác va chạm. Những kích thích lên dàn có thể do động đất hay do va đập của các loại phương tiện, máy móc thiết bị: Sự va chạm của tàu, thuyền khi neo đậu tác dụng lên dàn. Trong tự nhiên ta thường gặp các loại tải trọng đặc biệt như tải trọng do động đất, tải trọng do cập tàu. Trong phạm vi đồ án này ta không tính với các loại tải trọng đặc biệt. 3.3.2. Tính toán tải trọng tác dụng lên KCĐ a. Tải trọng thường xuyên ( Tĩnh tải) * Phần khối chân đế: Trọng lượng bản thân khối chân đế theo quy phạm API được tính toán theo công thức sau đây: P = S Pi = Trong đó: P: Tổng tải trọng bản thân công trình (T). Ai: Diện tích tiết diện ngang của cấu kiện thứ i (m2). li : Chiều dài phần tử cấu kiện thứ i (m). gi : Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo (T/m3). n : Số lượng cấu kiện của khối chân đế. + Trọng lượng của phần bê tông bơm trám cũng được xác định theo công thức trên với gI = gbt ( gbt – Trọng lượng riêng của bê tông bơm trám). Trọng lượng bản thân công trình sẽ được chương trình SAP 2000 tự động tính toán. * Phần thượng tầng. - Trọng lượng Block sân bay: 44 T - Trọng lượng Block người ở: 84 T - Trọng lượng của sàn chịu lực, sàn công tác và các kết cấu khác:330 T - Trọng lượng máy, thiết bị công nghệ: 110T Tổng trọng lượng : S = 568T hay (=5680 kN) + Tải trọng này được quy về 4 nút khung nối như tải trọng tập trung: Ngoài ra còn có mômen gây ra bởi trọng lượng khối sân bay và khối nhà ở(do chúng đặt lệch tâm), mô men này có thể được thay bằng các cặp ngẫu lực ±Pz đặt tại 4 nút của sàn chịu lực ở vị trí đỉnh khung nối: ± Trọng lượng 02 giá cập tầu quy gần đúng về 4 nút ở Diafragm trên cùng. Trọng lượng 02 giá cập tầu: 40,24x2 = 80,48T P2= 80,48/4 = 20,12T(=201,2kN) Cách quy các tải trọng như trên đây chỉ mang tính tương đối do số liệu về cấu tạo thượng tầng và tải trọng thượng tầng còn thiếu chi tiết. b. Trọng lượng trang thiết bị công nghệ và hoạt tải Trong khuôn khổ đồ án này do ảnh hưởng của hoạt tải là không lớn lắm so với các loại tải trọng khác nên ta coi nó như tải trọng tĩnh do đó ta khi tính toán ta tính gộp hoạt tải với tĩnh tải. Hoạt tải trong quá trình sử dụng là 50T(=500KN). Trọng lượng này được quy về 4 nút của khung nối nên ở mỗi nút sẽ có tương ứng một lực tập trung với độ lớn : c. Lực thủy tĩnh bao gồm: áp lựcthủy tĩnh và lực đẩy nổi * Công thức xác định áp lực thuỷ tĩnh: P = g.HZ Trong đó: HZ = Z + Z: độ sâu nước kể cả nước dâng (m) Hw :chiều cao sóng (m) k: số sóng, D: độ sâu nước tĩnh gn: Trọng lượng riêng của nước = 1,025 T/m3 * Công thức xác định lực đẩy nổi theo quy phạm API được viết như sau: Fđn = Trong đó: Fđn : lực đẩy nổi (T) Ai: diện tích tiết diện ngang của phần tử thứ i (m2) với Di: Đường kính ngoài của phần tử thứ i có kể đến hà bám li: Chiều dài phần tử thứ i (m) gnc: Trọng lượng riêng của nước biển gnc= 1,025 (T/m3) n : Số lượng cấu kiện của khối chân đế. Kết quả tính toán được trình bày trong phụ lục 3 d. Tải trọng do sự phát sinh sinh vật biển Khác với công trình ở trên đất liền công trình biển còn có thêm một loại tải trọng đó là sự phát sinh do sinh vật biển bám vào công trình làm ăn mòn công trình, làm tăng trọng lượng công trình và một phần khác làm tăng kích thước công trình gián tiếp làm tăng tải trọng sóng và dòng chảy tác động lên công trình. Theo quy phạm API trọng lượng sinh ra do hà bám vào công trình được xác định theo công thức sau : P = Trong đó: P: trọng lượng hà bám (T) D: đường kính ống có kể đến hà bám (m) DCT: đường kính ngoài của các phần tử ống trụ (m) L: chiều dài phần tử (m) gHB: trọng lượng riêng của hà bám (T/m3). Ta lấy gHB = 1,2 T/m3 Kết quả tính toán khối lượng hà bám được trình bày trong phụ lục 2 e. Tải trọng gió Tải trọng gió tác dụng vào phần công trình nằm phía trên mực nước biển. Bản chất của tải trọng gió là động nhưng do tải trọng gió có ảnh hưởng không lớn lắm trong tổ hợp tải trọng môi trường (chiếm khoảng 10% tổng tải trọng môi trường tác dụng lên công trình), do đó trong tính toán người ta cho phép bỏ qua thành phần mạch động của gió và cho phép tính toán tải trọng gió như tải trọng tĩnh. Công thức xác định tải trọng gió theo API: F = (w/2g)(V2) . cs . A Trong đó: F: lực gió w: trọng lượng riêng của không khí (N/m3),w = 0,0756 (lb/ft3) ở điều tiêu chuẩn. g: gia tốc trọng trường (m/s2). A: diện tích cản gió (m2). cs : hệ số hình dạng (xác định theo quy phạm). Loại kết cấu CS Kết cấu nhà 1,5 Kết cấu trụ tròn 0.5 Sàn công tác của dàn khoan 1 V: Vận tốc gió (m/s). Trong đó: VZk: Vận tốc gió tại độ cao đo được (m/s). Z: độ cao cần xác định vận tốc (m). Zk: độ cao tai đó đặt máy đo (m), Zk = 10m so với mặt chuẩn. Thay giá trị của w (N/m3)và g (m/s2) vào biểu thức ta được: F = 0,0473.V2 . Cs . A (N) * Xác định cao trình tâm áp lực gió (so với mực nước thấp nhất) và diện tích cản giá theo các phương x, y (trục x trùngvới hướng công trình) như sau: +19m 3 1 2 +27,75m +24,75m ±0,00m + Khối sân bay: 1 Cao trình: + 27,75m Ax = Ay = 2,5 x 15 = 37,5 m2 + Khối nhà ở: 2 Cao trình: + 24,75m Ax = 3,5 x 10 = 35m2 Ay = 3,5 x 11 = 38,5 m2 + Khối thiết bị công nghệ: 3 Cao trình: + 19m Ax = 8 x 15 = 120 m2 Ay = 8 x 23 = 184 m2 Diện tích cản gió theo hướng hợp với trục x một góc a là: A = Ax . sina + Ay . cosa Tải trọng gió xem như tải tập trung được quy thành 2 thành phần theo phương x và y, đặt tại trọng tâm các diện tích Ax, Ay.( Fx= F.cosa, Fy= F.sina) Trong phạm vi của đồ án này thì hướng gió chính và chủ đạo là hướng gió theo hướng Đông Bắc và vuông góc với mặt hướng Đông Bắc của công trình. Bảng: Giá trị tải trọng gió ( theo hướng gió Đông- Bắc). Đối tượng Cao trình trọng tâm. Z (m) Vận tốc gió Vz (km/h) Hệ số khí động Cs Diện tích cản gió A=Ax (m2) Lực gió tác dụng F = Fx (kN) Block Sân bay 27,75 204,49 1,0 37,5 121,304 Block người ở 24,75 201,59 1,5 35 164,624 Khu công nghệ 19 195,04 1,0 120 352,228 + Phần khung nối cao trình : +6 m, đến: +15 m ,so với mực nước tĩnh Bao gồm: 4 ống đứng, 8 ống xiên. Diện tích chắn gió: A = 55,02 (m2) Điểm đặt lực so với đỉnh khung nối là z = 4,5 (m); giá trị: F=6,546 (KN) + Phần KCĐ không bị ngập nước cao trình: 0 m, đến+6 m, so với mực nước tĩnh bao gồm: 4 ống đứng, 4 ống xiên, 1 diafragm trên cùng. Diện tích chắm gió: A = 85 (m2) Điểm đặt lực so với đỉnh khung nối là z = 7,5 (m); giá trị: F=7,438 (KN) *Ta quy đổi tải trọng gió về tải trọng tập trung tại đỉnh khung nối: Sau khi tính được tải trọng gió tác dụng lên từng cấu kiện ta quy đổi tải trọng gió về đỉnh khối chân đế. Ta quy tải trọng gió về 4 nút ở đỉnh khung nối của khối chân đế như tải trọng tập trung thành lực ngang Q và ngẫu lựcP. Ta có: Q= 652,14 (KN) , P=±103,5 (KN). f. Tải trọng do sóng và dòng chảy Theo nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp ta tính cho trường hợp tải trọng theo hướng Đông – Bắc. Hướng của sóng trùng với chiều âm trục x của khối chân đế. Giá trị các thông số sóng và dòng chảy được cho theo bảng sau đây. Bảng: Thông số sóng và dòng chảy Hướng Sóng Dòng chảy mặt Dòng chảy đáy Đông- Bắc Hmax (m) Tmax(s) (m/s) (m/s) 16,0 13,5 1,37 1,19 Phương trình bề mặt sóng có dạng: Trong đó: Fn: các giá trị thông số hình dạng của profil sóng phụ thuộc vào kd=2pd/L, được tính trong bảng của lý thuyết sóng Stocke bậc 5. Các thông số Fn quan hệ với chiều cao sóng H theo biểu thức: Trong đó : k : số sóng (k = 2/L) H: chiều dài sóng : tần số vòng của sóng. Ta có tỷ số . Bằng phép nội suy ta xác định được giá trị các thông số của profil sóng và các thông số vận tốc sóng như sau: d/L F22 F24 F33 F35 F44 F55 C1 C2 0.2921 0.6148 0.92 0.5163 1.7733 0.5143 0.568 0.1285 1.9804 a: Thông số chiều cao sóng được xác định từ công thức tính lặp sau. kH = Ta có kết quả tính lặp như sau: Bảng : Thông số chiều cao sóng “a” a k H (m) F33 F35 F55 f(a) k.H 0.2 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.40975971 0.3712 0.19 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.38824247 0.3712 0.1896 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.38738568 0.3712 0.18959 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.38736426 0.3712 0.1895 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.38717152 0.3712 0.18941 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.3869788 0.3712 0.18932 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.38678609 0.3712 0.18923 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.3865934 0.3712 0.18789 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.38372614 0.3712 0.18655 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.38086209 0.3712 0.18521 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.3780012 0.3712 0.18387 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.37514344 0.3712 0.18253 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.37228877 0.3712 0.18202 0.0232 16 0.51633 1.773322 0.567976 0.3712031 0.3712 Từ đây ta tính được a =0,18202, w = 0,4652 rad/s Khi tính toán tải trọng sóng và dòng chảy người ta cho phép cộng tuyến tính vận tốc sóng và vận tốc dòng chảy theo phương cần xác định. Do Tỷ số D/L<0.2 (D- Đường kính ngoài của thép, L – Chiều dài của sóng) nên ta có thể sử dụng công thức Morisson để xác định tải trọng sóng tác dụng lên kết cấu khối chân đế. Theo công thức Morisson tải trọng sóng phân bố trên một đơn vị chiều dài phần tử trụ đứng được xác định theo công thức sau: Trong đó: F(z,t): véc tơ lực sóng – dòng chảy trên đơn vị chiều dài tác động vuông góc với trục phần tử. Cd: hệ số cản vận tốc. w: trọng lượng riêng của nước.w = 1,025 (T/m3) g: gia tốc trọng trường. g = 9.81 (m/s2) A: diện tích hình chiếu của phần tử lên phương vuông góc với trục phần tử trên 1 đơn vị chiều dài. ( A =D đối với trụ) (m) V: thể tích chiếm chỗ của trụ trên đơn vị chiều dài (m2): V= đối với trụ. D: đường kính của trụ có kể đến sự phát triển của sinh vật biển (m) Từ công thức Morisson thấy rằng để tính được tải trọng sóng tác dụng lên kết cấu thanh cần phải xác định vận tốc và gia tốc chuyển động của phần tử nước. Theo công thức Morisson cho sóng Stokes bậc 5 ta có: Các thành phần vận tốc theo phương ngang Vx và theo phương đứng Vz của phần tử chất lỏng có toạ độ (x,y) gây nên bởi sự lan truyền sóng bề mặt trong vùng biển có độ sâu nước d được xác định theo biểu thức sau: Trong đó: Các thông số Gij của sóng phụ thuộc vào kd Cm: hệ số nước kèm. CI=(Cm+1): Hệ số quán tính. * Gia tốc của sóng Các thành phần gia tốc theo phương ngang ax và theo phương đứng az của phần tử chất lỏng có toạ độ (x,y) gây lên bởi sự lan truyền sóng bề mặt trong vùng biển có độ sâu nước d được xác địn._., xác định tọa độ gốc khu vực xây dựng. Tiếp đó dùng thợ lặn kiểm tra đáy biển trong phạm vi bán kính 50m với tâm là tọa độ gốc đó để tìm ra vị trí đáy biển tương đối bằng phẳng có độ sâu phù hợp, chọn làm nền đặt chân đế. 5.3.3.2. Đánh chìm KCĐ. + Tàu cẩu Hoàng Sa tự định vị sơ bộ bằng neo với sự giúp đỡ của các tàu kéo ở lân cận nơi đặt công trình với bán kính hoạt động của cẩu khi hạ thuỷ khối chân đế đáp ứng các thông số kỹ thuật của cẩu và các yêu cầu thiết kế. Tiến hành tháo dỡ toàn bộ các liên kết gia cố tạm thời cho khối chân đế khi dùng trong quá trình vận chuyển trên biển. Móc cẩu vào cáp đã được buộc sãn từ trong bờ, bố trí sơ đồ cáp sao cho việc tháo cáp khi tiến hành đánh chìm khối chân đế phải dễ dàng. + NhấcKCĐ khỏi Sà lan, cẩu trên boong tàu sẽ quay khối chân đế ra khỏi mạn trái boong tàu, khi đó phối hợp 2 móc cẩu lên xuống để quay khối chân đế từ vị trí nằm ngang về vị trí thẳng đứng rồi từ từ hạ KCĐ xuống nước. + Nhả cáp cẩu cho khối chân đế tựa hẳn trên đất nền. Trong quá trình đánh chìm, bơm nước dần với vị trí và lượng nước tính toán để giúp cho khối chân đế quay lật dễ dàng. Lưu ý trước khi đánh chìm phải kiểm tra lại vị trí đánh chìm bằng máy và thợ lặn. 5.3.3.3. Định vị khối chân đế. + Maní được buộc sẵn vào đầu của bốn ống chính từ trong bờ, dùng 2 móc cẩu 300T móc vào maní. + Nhấc khối chân đế lên cao so với đáy biển 2¸ 3m để dịch chuyển về đúng toạ độ cần thiết. Hạ khối chân đế xuống vị trí đã định. Kiểm tra lại toạ độ bằng máy kinh vĩ, sau đó tháo dỡ cáp và giải phóng cẩu. 5.3.4. Quy trình đóng cọc, cố định khối chân đế + Quá trình thi công đóng cọc sử dụng tầu cẩu Trường Sa. + Các loại búa sử dụng trong quá trình đóng cọc: MRBS 1800 và MRBS 3000 + Công trình có 4 cọc, trong đó: Hai cọc dài Lc1 = 116,58m và hai cọc dài Lc2 = 117,15m (tính đến đỉnh KCĐ). Khả năng tầu Trường Sa có thể nâng được đoạn cọc dài 85m, vì vậy ta chia cọc thành hai đoạn: - Đoạn một có chiều dài L1= 84m. - Đoạn hai có chiều dài L2=48m (ở đây chọn chiều dài của mỗi cọc là 122m khi đóng cọc). - Các đoạn cọc được tổ hợp từ những đoạn thép ống dài 12m đã được cắt sẵn trong xưởng sản xuất cuả XNLDDK VietsovPetro. Để theo dõi quá trình đóng cọc người ta đánh dấu bằng sơn trắng theo chiều dài của đoạn cọc từng đoạn 0,5m. 5.3.4.1.Quy trình công nghệ thi công đóng cọc + Sau khi khối chân đế đã được định vị đúng vị trí thiết kế, tiến hành kiểm tra mặt bằng tại các vị trí ống chính. Nâng các đoạn cọc thứ nhất. Nếu sai số không vượt quá giới hạn cho phép thì tiến hành đóng cọc. + Thứ tự đóng cọc. Sau khi định vị KCĐ ta tiến hành kiểm tra cao trình đỉnh của bốn ống chính, cọc đầu tiên sẽ được đóng ở vị trí ống chính cao nhất.Tiếp tục công tác đóng cọc tại vị trí đối xứng theo đường chéo với ống cọc được đóng trước đó. + Trình tự thực hiện cụ thể như sau: Lồng đoạn L1 vào chân đế, hạ đoạn cọc và đóng tới khi còn một đoạn khoảng 1,5m thì dừng lại. Định vị cọc và tiến hành hàn nối đoạn cọc L2. Kiểm tra mặt bằng khối chân đế. Tiến hành đóng cọc xuống cho đến khi đạt độ sâu thiết kế. - Trình tự này được lặp lại đối với các cọc tiếp theo. 5.3.4.2. Kiểm tra, chèn cọc, cắt đầu cọc Mặc dù trong quá trình đóng cọc ta đã kiểm tra độ nghiêng của khối chân đế. Nhưng sau khi đóng cả 4 cọc xong vẫn phải kiểm tra lại độ nghiêng của khối chân đế. - Nếu độ nghiêng của KCĐ lớn hơn phạm vi cho phép, phải dùng cẩu nhấc góc thấp lên để chỉnh lại độ nghiêng. - Nếu độ nghiêng của KCĐ nằm trong phạm vi cho phép, ta tiến hành chèn cọc. - Sau khi chèn cọc xong thì tiến hành bơm trám xi măng. Chờ cho khi vữa đông cứng đến cường độ yêu cầu, dùng máy thuỷ bình đo cao trình cần thiết của đỉnh cọc rồi tiến hành cắt đầu cọc bằng máy hàn Axetylen. Vị trí cắt đầu cọc cách đầu ống chính một khoảng 500 mm. 5.3.4.3. Bơm trám xi măng Để đảm bảo quá trình truyền lực tốt từ ống chính sang cọc thì sau khi thi công đóng cọc xong, người ta tiến hành bơm trám xi măng vào khoảng không giữa ống chính và cọc. Để tiến hành bơm trám xi măng, đòi hỏi phải có các loại máy trộn, máy bơm chuyển dung dịch xi măng, vòi cao su chịu áp lực, các đầu nối nhanh ... và phải được chuẩn bị sẵn sàng hoạt động từ trước. Trước khi bơm trám, phải tiến hành thử ép nước để kiểm tra độ kín của các Paker. Dung dịch xi măng được trộn trong máy trộn và được bơm chuyển qua ống chịu áp lực nhờ máy bơm chuyển. Dung dịch xi măng sẽ được truyền đi trong các đường ống bơm trám xi măng f60´4,8 mm đã lắp sẵn chạy dọc theo thành trong ống chính khối chân đế. Tiến hành bơm dung dịch xi măng cho đến khi dung dịch này tràn ra ngoài ở đầu trên của ống chính thì dừng lại. Phần dung dịch xi măng này đóng vai trò làm lớp keo truyền lực từ chân đế sang cọc. 5.3.5. Lắp đoạn ống chuyển hướng Sau khi kết thúc toàn bộ công việc bơm trám xi măng cho phần chân đế, tiến hành lắp phân tố chuyển tiếp giữa khối chân đế và phần khung nối. Dùng tàu cẩu Trường Sa cẩu từng đoạn ống chuyển tiếp lên, căn chỉnh sao cho đầu bút chì ăn khớp với đầu cọc sau đó tiến hành hàn liên kết. 5.3.6. Lắp giá cập tàu Giá cập tàu được vận chuyển bằng tầu cẩu Trường Sa cùng với các cọc, ống chuyển hướng,…Dùng cẩu Trường Sa từ từ cẩu nhấc giá cập tầu lên đưa đến vị trí lắp đặt (tại các Shock- cell đã được lắp trước trên bãi lắp ráp). Căn chỉnh sao cho giá cập tàu ăn khớp với 2 đầu của Shock- cell. Shock- cell bên dưới có cấu tạo dạng khớp, khi giá cập lọt vào thì tạo thành liên lết, do đó ta không phải hàn ở vị trí này (phương pháp này sẽ tránh không phụ thuộc vào thuỷ triều do không phải hàn liên kết). Còn shock- cell bên trên được hàn cố định với giá cập tầu. Mối hàn này thực hiên dễ dàng vì không nằm trong vùng dao động của thuỷ triều. Sau đó kiểm tra đường hàn để đảm bảo yêu cầu về chất lượng đường hàn. 5.3.7. Lắp đặt khối thượng tầng Khối thượng tầng được vận chuyển băng tầu cẩu Trường Sa ra vị trí xây dựng. Dùng tầu cẩu Hoàng Sa cẩu nhấc KTT từ mặt boong tầu Trường Sa dịch chuyển đến vị trí lắp dựng. Khi KTT cách đỉnh KCĐ khoảng 2m thì từ từ căn chỉnh sao cho 4 chân của KTT (các đầu bút chì) lọt vào đỉnh của 4 ống chuyển tiếp. Tiến hành hàn liên kết các đầu bút chì với các ống chuyển tiếp. Kiểm tra tính năng kỹ thuật cho các mối hàn này. Sau khi lắp đặt xong KTT tiến hành đấu nối các đường ống khai thác, các thiết bị công nghệ… 5.3.8. Công tác hoàn thiện, nghiệm thu công trình + Sau khi lắp đặt, tất cả các bộ phận của công trình phải đảm bảo các yêu cầu thiết kế như hình dáng, kích thước, các đường hàn liên kết... Những bộ phận nào của công trình chưa được sơn phủ chống ăn mòn phải được hoàn thiện tại hiện trường. Khôi phục lại các Protector chống ăn mòn ở trên các kết cấu đã bị hư hỏng các đường hàn trong quá trình thi công. Thử nghiệm lại các máy móc và các trang thiết bị. + Tiến hành dọn sạch các vật liệu rơi xuống đáy biển trong quá trình thi công để đảm bảo cho dàn khoan tự nâng CPBU "TAM ĐAO" cập vào để tiến hành khoan. + Công việc cuối cùng là ký nhận, nghiệm thu công trình. 5.4. YÊU CẦU VỀ AN TOÀN LAO ĐỘNG Công tác thi công cần được tiến hành sao cho phù hợp với các quy định về an toàn lao động như: + Quy định về an toàn phòng hỏa trong công nghiệp. + Quy định về an toàn khi sử dụng bình ôxy-Axetylen. + Quy định về an toàn khi hàn các kết cấu. + Quy định khi phun cát đánh gỉ và phun phủ sơn chống ăn mòn. + Quy định về an toàn lao động với cán bộ công nhân viên khi làm việc trên công trường và trên biển. - Mọi cán bộ công nhân phải có đầy đủ quần áo bảo hộ, mũ giầy, găng tay và các dụng cụ bảo hộ chuyên ngành khác khi đang tiến hành công việc. - Tất cả các cán bộ công nhân tham gia xây dựng công trình biển phải được học cách sử dụng các dụng cụ cứu sinh trên biển. - Các cán bộ công nhân phải biết bơi. - Cấm các cán bộ công nhân câu cá khi ở trên dàn và khi ở trên các phương tiện nổi, tàu thi công. + Quy định về sử dụng các thiết bị: xe nâng, cẩu , tàu cẩu... - Cẩu chỉ sử dụng khi có sóng gió không vượt quá điều kiện thi công: HS = 1,25m Vgió= 12m/s - Cấm cần cẩu làm việc khi ánh sáng nhỏ hơn 30lx, khi có mưa, sớm chớp, sương mù với tầm nhìn xa nhỏ hơn 100 m. - Các cán bộ chỉ huy thi công và thợ lái cẩu phải được trang bị máy bộ đàm để liên lạc được với nhau khi thi công. - Khi đang cẩu, cấm người không làm nhiệm vụ đi lại trong khu vực cẩu hoạt động. - Cấm các phương tiện nổi đi vào khu vực cẩu đang hoạt động. - Tất cả các cáp nâng và dụng cụ treo buộc lắp ráp phải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Các maní, cáp nâng bị mài mòn phải được kiểm tra xác định lại mức độ chịu tải cho phép. - Cấm sử dụng các cáp cũ nát và cáp không rõ nguồn gốc, cáp cũ chưa thử tải. + Khi sử dụng các máy áp lực như bơm trám xi măng, những người không có nhiệm vụ phải rời khỏi sàn công tác. + Công việc hàn ngoài trời được tiến hành khi tốc độ gió không vượt quá 8m/s. Các cán bộ chỉ huy, đội trưởng , tổ trưởng phải kiểm tra các quy định an toàn của công nhân trước khi tiến hành công việc. Mọi công việc dưới nước do các thợ lặn thực hiện phải tuân thủ theo các quy định an toàn của công tác lặn. - Cấm tuyệt đối không được câu cá hay vứt các vật xuống biển khi các thợ lặn đang tiến hành công việc. 5.5. MỘT SỐ BÀI TOÁN PHỤC VỤ CHO QUÁ TRÌNH THI CÔNG * Trong qua trình thi công có rất nhiều vấn đề được đặt ra đối với người thiết kế, tuy nhiên trong phạm vi của đồ án thiết kết cấu này chỉ đưa ra một số bài toán cơ bản sau: Các bài toán tính toán quay dựng panel dùng cẩu: + Bài toán 1: Xác định vị trí móc cẩu + Bài toán 2: Xác định trọng tâm Panel - Xác định tải trọng lên móc lớn nhất - Chọn cáp móc cẩu - Xác định chiều cao nâng móc + Bài toán 3: Chọn tầm với cho cẩu + Bài toán 4: Xác định bước tiến của cẩu * Ở đây ta chỉ tính toán cho một Panel Pa. * Sơ đồ tính toán theo hình vẽ sau: T: là lực nâng của móc cẩu (T) G: là trọng lượng của panel (T) R: là tầm với của cẩu (m) a: là góc quay của panel (độ) L: là bán kính quay của panel (m) x, y: là toạ độ dịch chuyển của móc cẩu 5.5.1. Bài toán 1: Xác định vị trí móc cáp Panel có trọng lượng và kích thước lớn, để phục vụ cho công tác quay dựng panel bằng cẩu, ta phải sử dụng 2 cẩu có sức nâng và tầm với lớn. Do đặc điểm kết cấu của Panel các nút có khả năng chịu lực lớn. Trong quá trình quay lật Panel, các thanh trong Panel chịu uốn- nén(kéo) đồng thời, vì vậy để an toàn cho kết cấu và thuận lợi cho công tác thi công lắp dựng ta chọn 2 vị trí móc cáp như hình vẽ sau: - Vị trí thứ nhất tại nút của Diafragm thứ tư; Lb = 23,5m, sử dụng cẩu CC-4000 - Vị trí thứ hai tại nút của Diafragm thứ hai; Lb = 19,7m, sử dụng cẩu CC-2000. Trong đó: Lb là chiều rộng của Panel tại vị trí móc cẩu. 5.5.2. Bài toán 2: Xác định trọng tâm Panel + Tải trọng lên 2 móc lớn nhất. + Chọn cáp cẩu. + Chiều cao nâng móc lớn nhất. + Tầm với của cẩu. * Xác định tải trọng lên 2 móc lớn nhất: Tải trọng lên 2 cáp lớn nhất khi panel được nâng lên khỏi hệ thống giá đỡ. Gọi P là trọng lượng tính toán của panel (T). T1 là tải trọng nâng móc của cẩu 1 (T). T2 là tải trọng nâng móc của cẩu 2 (T), ta có: P = G . k1.k2.k3.k4 Bảng: Trọng lượng và trọng tâm của Panel PA P.tử Chủng loại C.dài S.t Tlđv Gi(T) xi(m) yi(m) My Mx 1 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 0 0 0 0 2 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 81 0 401.014 0 3 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 81 18.1 401.014 89.6093 4 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 0 26.2 0 129.711 5 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 23 0 113.868 0 6 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 44 0 217.835 0 7 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 63 0 311.9 0 8 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 63 19.7 311.9 97.5306 9 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 44 21.8 217.835 107.927 10 1626*31.8 3.960 1 1.2502 4.951 23 23.9 113.868 118.324 11 1626*28.6 13.05 1 1.1266 14.702 72 0 1058.55 0 12 1626*28,6 15.04 1 1.1266 16.944 53.5 0 906.507 0 13 1626*28,6 17.04 1 1.1266 19.197 33.5 0 643.108 0 14 1626*28,6 18.13 1 1.1266 20.425 11.5 0 234.89 0 15 1626*28,6 18.34 1 1.1266 20.662 11.5 25.05 237.611 517.579 16 1626*28,6 17.14 1 1.1266 19.310 33.5 22.85 646.882 441.232 17 1626*28,6 15.13 1 1.1266 17.045 53.5 20.85 911.932 355.398 18 1626*28,6 12.99 1 1.1266 14.635 72 19 1053.69 278.056 19 660*20.6 18.1 1 0.3248 5.879 81 9.05 476.189 53.2039 20 711*23.8 26.62 1 0.4033 10.736 72 9.944 772.981 106.757 21 711*20.6 19.9 1 0.3507 6.979 63 9.95 439.673 69.4404 22 762*23.8 27.25 1 0.4033 10.990 53.5 9.953 587.961 109.383 23 762*20.6 21.8 1 0.3507 7.645 44 10.9 336.391 83.3333 24 813*23.8 31.41 1 0.4632 14.549 33.5 11.942 487.395 173.745 25 813*23.8 16.45 1 0.4632 7.620 6.826 119.16 52.0117 907.979 26 813*23.8 17.99 1 0.4632 8.333 17.54 6.649 146.135 55.4059 27 813*23.8 32.81 1 0.4632 15.198 12.5 12.5 189.97 189.97 28 813*20.6 23.9 1 0.4025 9.620 22 23 211.635 221.254 29 813*20.6 26.2 1 0.4025 10.546 0 13.1 0 138.146 30 508*17.5 11.17 1 0.2117 2.481 5.858 13.1 14.5332 32.5027 Tổng 303 11497.3 4276.49 Ta có: G = 303T k1 = 1,1 là hệ số kể đến sự xác định không chính xác trọng tâm, trọng lượng. k2 = 1,2 là hệ số kể đến sự phân tải không đều giữa 2 móc cẩu. k3 = 0,9 là hệ số tổ hợp tải trọng. k4 = 0,9 là hệ số tổ hợp k1,k2,k3. Thay vào ta có: P = 303.1,1.1,2.0,9.0,9 = 323,967 T +Toạ độ trọng tâm của panel là: xG = m; yG= m. +Tải trọng tác dụng lên 2 móc cẩu là: T1 = =189,79 (T) ; T2 = = 113,21 (T) * Chọn cáp cho cẩu nhấc panel: Dựa vào tài liệu về cáp chọn cáp loại f100 dài Lc= 12,5m, 2 sợi cho cẩu 1 (cẩu CC - 4000) và cáp loại f80 dài 12,5m, 2 sợi cho cẩu 2 (cẩu CC - 2000). Tải trọng cho phép của 2 loại cáp này như sau: - Loại f100 tải trọng cho phép là 83T. - Loại f80 tải trọng cho phép là 53,1T. 5.5.3. Bài toán 3: Chọn cẩu. * Chiều cao móc lớn nhất tương ứng với trường hợp nhấc panel lên khỏi hệ thống giá đỡ 1m. + Cẩu sử dụng phải đảm bảo các yêu càu sau: - Chiều dài móc cẩu: a = 2,5 - 3,5m - Khoảng cách từ vât nâng (panel) đến cánh tay cần: B > 1,5m - Chiều dài cáp: Lc=12,5m. - Chiều cao giá đỡ: h=1,5m. - Lb là bán kính quay của panel : - hc là chiều cao tính từ mặt đất đến tâm quay của cánh tay cần: hc~2m. - r là bán kính của thân cẩu: với loại cẩu CC-4000 có r @ 4m với loại cẩu CC-2000 có r @ 2,5m. - Góc nghiêng của cần: a =700¸750 + Ta có: H=Lc + Lb + a = 12,5 + 3 + Lb. - Với điểm móc cẩu 1 có Lb = 23,9mÞ H1 = 39,4m - Với điểm móc cẩu 2 có Lb = 19,9mÞ H2 = 35,4m + Cao trình đỉnh cánh tay cần: Hc = H + 2,5(m). Từ đây tính được: Hc1 = 41,9m; Hc2 = 37,9m. + Chọn góc nghiêng a = 750Þ Chiều dài cần: L= (Hc- hc)/sina - Đối với cẩu 1 (CC-4000) có L1 = (41,9 – 2)/sin750=41,3mÞS1 = L1.cos750 S1= 41,3.cos750= 10,7m. - Đối với cẩu 2 (CC- 2000) có L2 = (37,9 – 2)/sin750@ 37,2m Þ S2 = L2.cos750 S2 = 37,2.cos750 = 9,6m + Tầm với của cẩu R = S + r Þ R1= 10,7 + 4=14,7m, chọn tầm với R1=15m. R2 = 9,6 + 2,5 = 12,1m, ta chọn R2 = 12m. * Vậy trong quá trình quay lật, cẩu nhấc Panel, ta chọn 2 cẩu như sau: + Cẩu DEMAG CC - 4000 có chiều dài tay cần 42m, tầm với là R = 15m. + Cẩu DEMAG CC - 2000 có chiều dài tay cần 36m, tầm với là R = 12m. 4. Bài toán 4: Xác định hành trình tiến cẩu * Điều kiện tính toán: - Điều kiện ổn định lật - Cẩu đứng và tiến vuông góc với ống chính trên giá đỡ - Tầm với của cẩu không thay đổi trong quá trình di chuyển và quay đựng Panel Tra bảng tính năng của cẩu như đã chọn ở trên ta có: Cẩu 1: DEMAG CC - 4000 + R = 12m + Chiều cao móc cẩu 39m Cẩu 2: DEMAG CC - 2000 + R =12m + Chiều cao móc cẩu 33m * Tính toán phối hợp hai cẩu: - Tạo độ di chuyển của cẩu 1: x1i = Lb1.(1- cosai) = 23,9.(1 - cosai) y1i = Lb1.sinai = 23,9. sinai - Tạo độ di chuyển của cẩu 2: x2i = Lb2.(1- cosai) = 19,9.(1 - cosai). y2i = Lb2.sinai = 19,9.sinai Trong đó ai là góc quay của Panel tương ứng với bước Diafragm chuyển thứ i của cẩu. - Điền kiện ổn định lật. Góc nghiêng của dây cáp so với phương thẳng đứng: bi £ 2 hay tg(bi) £ tg(2°). 5.6.TỔ CHỨC THI CÔNG. 5.6.1. Tổng hợp vật tư thiết bị, phương tiện sử dụng trong chế tạo và lắp ráp dàn BK 5.6.1.1. Khối lượng vật liệu thép ống cần thiết cho sản xuất KCĐ. Theo bảng thống kê vật liệu đã thống kê trong các bản vẽ ta có kết quả sau: a. Khối lượng thép dùng trong chế tạo chân đế Panel PA: 303 tấn Panel PB: 303 tấn Panel P1: 129,36 tấn Panel P2: 129,36 tấn Các mặt ngang: 130,734 tấn Tổng khối lượng khối chân đế: 995,454 tấn b. Khối lượng thép chế tạo cọc + Theo tính toán cọc ta chọn chiều dài mỗi cọc là 125m. Thép làm cọc là loại thép f1422*30,2. -khối lượng thép một cọc là: 125.1,0365= 126,453 tấn Tổng khối lượng bốn cọc là: 505,812 tấn. c. Khối lượng thép chế tạo phần khung nối Theo bảng thống kê khung nối ta có khối lượng khung nối là 69,527 tấn d. Tổng khối lượng thép để chế tạo khối chân đế SP = 995,454 + 505,812 + 69,527 = 1570,793 tấn Bảng: Trọng lương các Diafragm và giá dẫn hướng CK Loại l(m) St Tlđv Gi(T) CK Loại l(m) St Tlđv Gi(T) D1 610*17.5 7.00 2 0.256 3.580 D3 762*20.6 19.60 1 0.377 7.381 610*17.5 8.307 2 0.256 4.248 D4 711*20.6 10.25 2 0.351 7.190 660*20.6 12.2 1 0.299 3.653 711*20.6 12.68 2 0.351 8.894 D2 610*17,5 7.241 2 0.256 3.703 711*20.6 14.18 2 0.351 9.946 610*17,5 8.697 2 0.256 4.448 711*20.6 17.90 1 0.351 6.278 610*17,5 10.21 2 0.256 5.222 711*20.6 23.80 1 0.351 8.347 610*17,5 13.9 2 0.256 7.108 813*20.6 23.80 1 0.403 9.580 711*20.6 15.8 1 0.351 5.541 D5 762*20.6 18.54 4 0.377 27.935 D3 660*20.6 8.544 2 0.299 5.116 762*20.6 13.10 1 0.377 4.933 660*20.6 10 2 0.299 6.250 762*20.6 28.40 1 0.377 10.695 660*20.6 11.98 2 0.299 7.174 DH 508*17.5 5.50 16 0.212 18.630 660*20.6 15.8 1 0.299 4.731 508*17.5 1.21 24 0.212 6.122 660*20.6 19.6 1 0.299 5.868 324*12.7 0.51 96 0.098 4.783 Tổng trọng lợng(T) 66.642 Tổng trọng lợng (T) 130.714 Bảng : Trọng lượng khung nối. TT Chủng loại Chiều dài Số thanh(m) Trọng lượng đơnvị(T/m) Trọng lượng(T) 1 1422*30,2 9 4 1,0365 37,314 2 711*20,6 8 2 0,351 5,611 3 711*20,6 9,86 2 0,351 6,916 4 660*17,5 10,76 2 0,277 5,965 5 660*17,5 16,76 2 0,277 9,292 Tổng trọng lượng(T) 69,527 5.6.1.2. Các loại thiết bị phương tiện để thi công dàn BK. a. Thi công trên bãi lắp ráp - Dùng phương tiện ô tô, xe nâng, cẩu DATANO, cẩu DEMAG CC-600, cẩu DEMAG CC-2000, cẩu DEMAG CC- 4000. - Các loại thiết bị: Máy hàn, máy cắt, máy mài, máy phun cát, phun sơn, máy nén khí. b. Thi công trên biển - Tầu cẩu Hoàng Sa. - Tầu cẩu Trường Sa. - Các tầu dịch vụ: Sao Mai 1, Sao Mai 2 - Các loại thiết bị phục vụ bơm trám: Máy trộn xi măng, thiết bị bơm, đường ống bơm trám. - Các thiết bị phục vụ đóng cọc: Búa đóng cọc, thiết bị định tâm, giá đóng cọc... - Thiết bị dùng để định vị khối chân đế(máy kinh vĩ, máy thủy bình), máy hàn Axetylen để cắt cọc. - Các thiết bị phục vụ công tác lặn dưới nước. 5.6.2. TỔ CHỨC XÂY DỰNG, TIẾN ĐỘ THI CÔNG Mục đích: - Tổ chức xây dựng và tiến độ thi công nhằm cân đối, điều chỉnh, phân phối nhân lực một cách hợp lý trong thời gian thi công công trình. - Căn cứ vào tính kinh tế trong thời gian hoàn thành dự án công trình, căn cứ vào định mức về thời gian hoàn thành các công việc ngoài khơi và thông số đặc tính của các phương tiện nổi, ta có kế hoạch đi biển của phương tiện nổi. - Số lượng công nhân trực tiếp tham gia công tác thi công trung bình từ 200¸ 300 người cùng các cán bộ kỹ thuật chỉ huy thi công và bộ máy quản lý điều hành công tác thi công. - Việc tổ chức nhân lực đòi hỏi phải có sự phối hợp nhịp nhàng giữa các công đoạn thi công. Các bộ phận xe máy, con người và các vật tư thiết bị để có thể làm tăng tiến độ thi công công trình. - Trong quá trình thi công có nhiều công việc được tiến hành song song với nhau. Vì vậy cần phải phân bổ nhân công một cách hợp lý. 5.6.2.1. Tổ chức nhân lực thi công trên bờ. a. Chuẩn bị mặt bằng. Theo kinh nghiệm thực tế thì việc dọn mặt bằng thường được bố trí 2 tổ công nhân mỗi tổ 14 người làm việc trong 5 ngày. Tổng số công lao động: 140 công. b. Tiếp nhận và vận chuyển vật liệu. - Khối lượng thép cần vận chuyển: 1295tấn. Theo kinh nghiệm thì bố trí 40 người làm việc trong vòng 10 ngày có sự trợ giúp của ôtô, cẩu và xe nâng. - Tổng số công lao động: 400 công. - Số xe nâng: 3 chiếc loại 3,5 tấn. - Cẩu TANADO 2 chiếc. - Cẩu DEMAG CC-600 1 chiếc. - Ôtô trọng tải 10 tấn: 2 chiếc. c. Chế tạo giá đỡ. + Khối lượng công tác gia công hàn chế tạo giá đỡ: 160T Theo định mức 54/ BXD – VKT quy định cho danh mục này là 20 công/1tấn khối lượng công việc. Tổng số công lao động để chế tạo giá đỡ là: 20.160 = 3200 công. - Dự kiến thời gian làm việc trong 32 ngày vì vậy mỗi ngày cần đạt được 100 công lao động. Số nhân công cần thiết là 100 người, chia làm 4 đội. d. Chế tạo KCĐ. Tổng khối lượng KCĐ là 995,454tấn. Theo định mức 54/ BXD – VKT quy định cho danh mục này là 24công cho 1tấn khối lượng.Vậy số ngày công cần thiết để chế tạo KCĐ là: 24.995,454 = 23891 công. - Thời gian chế tạo KCĐ dự kiến là 4 tháng (120ngày). Số công nhân cần mỗi ngày là: 23891/120 = 199 người. - Đội sản xuất có 4 đội, mỗi đội gồm 55 người tham gia sản xuất các hạng mục khác nhau của KCĐ. e. Chế tạo khối thượng tầng(KTT). - Khối TT có khối lượng là 568 tấn. - Theo định mức 54/ BXD – VKT quy định cho danh mục này là 28công/1 tấn khối lượng. Tổng số ngày công: 28*568 = 15904 công. - Dự kiến thời gian chế tạo KTT là 100 ngày Þ Số nhân công cần thiết trong mỗi ngày là: 15904/100 = 160 người. Số công nhân này được chia thành 4 đội, mỗi đội gồm có 40 người. f. Lắp đặt giá đỡ. Theo định mức của LDDK VietsovPetro đối với công việc này là: 3công/1tấn khối lượng. Số công lao động cần là: 2.160 = 320 công. - Dự kiến làm việc này trong 5 ngàyÞ số nhân công mỗi ngày cần: 480/5 = 96người. g. Chế tạo giá cập tầu . - Dự kiến chế tạo giá cập tầu trong thời gian 45 ngày với sự tham gia làm việc của 30 người. - Tổng số công lao động cần thiết cho phần việc này là: 45*30 = 1350 công. h. Lắp Protector. - Tổng khối lượng của Protector chống ăn mòn cho công trình là 19980kg hay 19,98tấn. - Theo định mức của VietsovPetro cho công tác này là 5công/1tấn khối lượng. - Số ngày công lao động cần: 5.19,98 @ 100 công. + Paker có 4 chiếc, số công lao động cần thiết để lắp Paker là 30 công. Dự kiến tiấn hành công việc này trong 5 ngày, số công nhân cần cho mỗi ngày là: 130/5 = 26người. i. Chế tạo cọc. - Khối lượng cọc cần chế tạo là: 505,812tấn. - Định mức quy định cho công việc này là: 4công/1tấn khối lượng. Số ngày công lao động cần là: 3.505,812 = 1518 công. - Dự kiến công việc này làm trong 60 ngày, số nhân công mỗi ngày cần là: 1518/60 = 26người. Biểu thời gian và nhân lực cho công tác thi công trong bờ. Thứ tự Tên công việc Số công LĐ Số người Số ngày 1 Chuẩn bị mặt bằng 140 28 5 2 Tiếp nhận và vận chuyển vật liệu 400 40 10 3 Chế tạo giá đỡ 3200 100 32 4 Lắp đặt giá đỡ 480 96 5 5 Chế tạo KCĐ 15904 160 120 6 Chế tạo KTT 16000 160 100 7 Chế tạo giá cập tầu 1350 30 45 8 Lắp Protector và Paker 130 26 5 9 Chế tạo cọc 1518 26 60 Tổng 37614 5.6.2.2. Tổ chức nhân lực thi công trên biển. a. Hạ thuỷ KCĐ và các đoạn cọc xuống phương tiện nổi. - Tổng khối lượng kết cấu là 1570,793 tấn. Theo kinh nghiệm của XNLD VietsovPetro thì cần 55người làm việc trong 4 ngày với sự trợ giúp của các loại cẩu. b Vận chuyển KCĐ và cọc đến vị trí xây dựng. - Công việc vận chuyển được thực hiện liên tục trong 2 ngày. Theo kinh nghiệm của XNLDDK VietsovPetro thì công việc này cần 120ngày công. Bố trí 60người làm việc. c. Đánh chìm KCĐ. Công việc này được tiến hành trong 1 ngày với sự trợ giúp của cẩu Hoàng Sa. - Theo kinh nghiệm của LDDK VietsovPetro thì công việc này cần 40 nhân công làm việc trong 1 ngày. d. Đóng cọc và cố định KCĐ. - Tổng số cọc cần đóng là 4 cọc. Theo định mức của liên doanh VietsovPetro thì thời gian đóng được 1 cọc là 1 ngày với sự làm việc của 40 nhân công và sự trợ giúp của cẩu Trường Sa. - Tổng số công lao động cần là: 1.4.40 = 160công. e. Hạ thuỷ KTT, giá cập tầu và các thiết bị khác. - Số công lao động cần thiết là 100 công, bố trí 50 người làm việc trong 2 ngày. f. Vận chuyển KTT, giá cập tầu ra vị trí xây dựng công trình. Tổng số công lao động : 50công Thời gian để thực hiện công việc (vận chuyển và định vị tại vị trí xây dựng) là 2 ngày. Số nhân công cần là: 25người. g. Lắp đặt KTT, giá cập tầu và các thiết bị công nghệ. Công việc được tiến hành trong 15 ngày với sự làm việc của 40 người. h. Công tác hoàn thiện, bàn giao công trình. Công việc này dự định thực hiện trong 10 ngày với sự làm việc liên tục của 30 người. Biểu tính thời gian và nhân lực thi công trên biển. Thứ tự Tên công việc Số công LĐ Số người Số ngày 1 Hạ thuỷ KCĐ, các đoạn cọc xuống phương tiện nổi. 180 45 4 2 Vận chuyển KCĐ trên biển 120 60 2 3 Đánh chìm KCĐ 40 40 1 4 Định vị, đóng cọc, bơm trám 160 40 4 5 Hạ thuỷ KTT và giá cập tầu 100 50 2 6 Vận chuyển KTT, giá cập tầu 50 25 2 7 Lắp đặt KTT, giá cập tầu, thiết bị công nghệ. 600 40 15 8 Hoàn thiện, bàn giao công trình 300 30 10 Tổng 1550 Tổng số nhân công xây dựng ngoài biển : A = 1550. Kthời tiết với Kthời tiết = 2,4 => A = 3720 (công). LIỆU THAM KHẢO 1. Tiêu chuẩn API RECOMMENDED PRACTICE 2A-WSD (RP2A-WSD) 2. Giáo trình giảng dạy : Công Trình Biển Cố Định I-Viện Xây Dựng Công Trình Biển. 3. Giáo trình: Môi Trường Biển Tác Động Lên Công Trình-PGS.TS. Vũ Uyển Dĩnh. 4. Giáo trình : Thiết Kế Móng Cọc - Lê Đức Thắng 5. Giáo trình: Kết Cấu Thép - MỤC LỤC MỞ ĐẦU. Chương 1: SỐ LIỆU BAN ĐẦU PHỤC VỤ THIẾT KẾ 1.1. Điều kiện khí tượng hải văn, địa chất công trình. 1.1.1. Vị trí xây dựng công trình . 1.1.2. Điều kiện khí tượng hải văn _môi trường . 1.1.3. Điều kiện địa chất công trình tại khu vực xây dựng. 1.2. Chức năng và quy mô của dàn BK. 1.2.1. Chức năng của dàn BK. 1.2.2. Quy mô của dàn BK. 1.3. Điều kiện và khả năng thi công của XNLDDK Vietsopetro. 1.3.1. Điều kiện về bến bãi. 1.3.2. Các loại máy móc,phương tiện thi công. 1.4. Nhận xét. Chương 2: XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KCĐ 2.1.Cơ sở xây dựng phương án khối chân đế. 2.2.Xây dựng phương án khối chân đế . 2.2.1.Hướng đặt công trình. 2.2.2.Xác định kích thước hình học của KCĐ. 2.2.2.1. Xác định chiều cao KCĐ. 2.2.2.2. Xác định chiều cao chân đế. 2.2.2.3. Xác định kích thước đỉnh,đáy và các khoang của KCĐ. 2.2.2.4. Lựa chọn quy cách ống. 2.2.3.Đề xuất và lựa chọn các phương án. 2.2.3.1. Đề xuất, lựa chọn giải pháp móng. 2.2.3.2. Lựa chọn giải pháp KCĐ. Chương 3: TÍNH TOÁN KẾT CẤU PHƯƠNG ÁN CHỌN 3.1. Mục đích. 3.2. Lựa chọn và xây dựng sơ đồ tính. 3.3. Xác định tải trọng tác dụng lên KCĐ. 3.3.1. Các loại tải trọng tác dụng lên KCĐ. 3.3.2. Tính toán tải trọng tác dụng lên KCĐ. 3.3.3. Tổ hợp tải trọng. 3.4. Tính toán động lực học kết cấu công trình. 3.4.1. Mục đích. 3.4.1.1. Mô hình tính và phương pháp tính. 3.4.1.2. Phương trình ĐLH hệ kết cấu giàn BK cố định. 3.4.2. Tính toán dao động riêng. 3.4.2.1. Sơ đồ tính. 3.4.2.2. Giải bài toán DĐR của kết cấu giàn BK cố định. 3.4.2.3. Đánh giá ảnh hưởng động của khối chân đế, kết luận. 3.5.Tính toán tựa tĩnh kết cấu khối chân đế. 3.5.1.Tính toán. 3.5.1.1. Mục đích. 3.5.1.2.Số liệu đầu vào. 3.5.1.3. Kết quả tính toán. 3.5.1.4. Nhận xét. 3.5.2.Kiểm tra các phần tử kết cấu. 3.4.2.1.Cơ sở lý thuyết kiểm tra các phần tử kết cấu. 3.4.2.2. Tính toán kiểm tra. 3.6. Tính toán kết cấu móng. 3.6.1. Đánh giá điều kiện địa chất công trình. 3.6.2. Nguyên lý tính toán. 3.6.2.1. Xác định lực ma sát đơn vị giữa cọc và nền đất. 3.6.2.2. Xác định lực kháng đơn vị tại đầu cọc. 3.6.3. Tính toán. 3.6.3.1. Xác định các thông số tính toán. 3.6.3.2. Tính chiều dài cần thiết của cọc. Chương 4: THIẾT KẾ CHI TIẾT KẾT CẤU. 4.1.Thiết kế nút. 4.1.1.Các yêu cầu về cấu tạo nút. 4.1.2.Thiết kế nút. 4.2.Thiết kế chi tiết đoạn chuyển tiếp cọc – khung nối. 4.3.Thiết kế chi tiết cọc. 4.4.Thiết kế ống bơm trám. 4.5Thiết kế Packer. 4.6.Thiết kế giá cập tàu. 4.6.1.Yêu cầu cấu tạo giá cập tàu. 4.6.2.Số lượng và kích thước chi tiết giá cập tàu. 4.7.Thiết kế chống ăn mòn kết cấu. 4.7.1.Mở đầu. 4.7.2.Các phương pháp chống ăn mòn. 4.7.2.1.Chống ăn mòn điện hóa cho phần ngập nướccủa công trình. 4.7.2.2.Chống ăn mòn bằng sơn. Chương 5: THIẾT KẾ KỸ THUẬT THI CÔNG VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG. 5.1.Giới thiệu công nghệ thi công KCĐ dàn khoan biển. 5.1.1.Dự kiến phương án thi công. 5.1.2.Quy trình công nghệ thi công. 5.2.Quy trình thi công KCĐ trên bờ . 5.2.1.Chế tạo KCĐ. 5.2.2.Chế tạo giá cập tàu. 5.2.3.Công tác hoàn thiện KCĐ. 5.2.4.Chế tạo khối thượng tầng (KTT). 5.2.5.Di chuyển KCĐ ra mép cảng. 5.3.Quy trình công nghệ thi công công trình trên biển. 5.3.1.Chuẩn bị vật tư, trang thiết bị thi công trên biển. 5.3.2.Quá trình hạ thủy và vận chuyển KCĐ. 5.3.3. Quy trình đánh chìm và định vị KCĐ. 5.3.4. Quy trình đóng cọc, cố định KCĐ. 5.3.5.Lắp đoạn ống chuyển hướng . 5.3.6.Lắp đặt giá cập tàu. 5.3.7.Lắp đặt thượng tầng. 5.3.8.Công tác hoàn thiện, nghiệm thu công trình. 5.4.Yêu cầu về an toàn lao động. 5.5.Một số bài toán phục vụ cho quá trình thi công. 5.5.1.Bài toán 1: Xác định vị trí móc cẩu. 5.5.1.Bài toán 2: Xác định trọng tâm Panel. 5.5.3.Bài toán 3: Chọn cẩu. 5.6.Tiến độ thi công. 5.6.1.Tổng hợp vật tư, thiết bị sử dụng trong chế tạo, lắp ráp giàn BK. 5.6.1.1. Khối lượng thép ống sử dụng trong chế tạo công trình. 5.6.1.2. Các loại thiết bị sử dụng trong thi công công trình. 5.6.2.Tổ chức xây dựng, tiến độ thi công. 5.6.2.1.Tổ chức nhân lực thi công trên bờ. 5.6.2.2.Tổ chức nhân lực thi công trên biển. TÀI LIỆU THAM KHẢO . DANH MỤC CÁC BẢN VẼ. PHỤ LỤC. ._.