Trong những năm gần đây, nhiều công nghệ mới được ứng dụng vào lĩnh vực công trình nói chung và ngành thủy lợi nói riêng và đem lại hiệu quả cao về kinh tế, xã hội, kỹ thuật. Bài viết phân tích đánh giá việc ứng dụng cọc ván thép trong thi công các công trình thủy lợi, qua đó cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này

Trước đây, các công trình ngăn sông được thi công theo công nghệ truyền thống. Dạng thi công này bao gồm các hình thức sau:

1. Thi công công trình trên bãi sông.
2. Xây dựng công trình ngay trên lòng sông dẫn qua kênh dẫn dòng được đào vòng qua khu vực thi công
3. Xây dựng từng phần ngay trên lòng sông, dẫn dòng qua phân sông còn lại.
Đối với các công trình xây dựng trên lòng sông, giữ khô hố móng là đê quay sang bằng đất đắp vây xung quanh hạng mục cần thi công. Công nghệ này thích hợp đối với các công trình xây dựng trên sông vừa và nhỏ, những nơi thuận tiện cho việc lấy đất và đắp đê quay sanh. Trong điều kiện sông rộng và sâu, những nơi dân cư đông đúc, điều kiện thi công chật hẹp thi công thép công nghệ truyền thống rất phức tạp và tốn kém, do vậy sử dụng cọc ván thép làm đê quay sanh là một giải pháp tối ưu.

Cọc ván thép được sử dụng làm khung vây để thi công các hạng mục công trình đã khẳng định được tính ưu việt, giải quyết được các vấn đề về kỹ thuật mà phương pháp thi công truyền thống không khắc phục được. Tuy nhiên, điều kiện ứng dụng và việc lựa chọn kết cấu khung vây là một vấn đề rất quan trọng quyết định đến an toàn thi công công trình và hiệu quả kinh tế của dự án. Mục tiêu của bài viết này là đưa ra một số đề xuất trong sử dụng cọc ván thép để thi công các công trình ngăn sông đồng bằng và ven biển.

Sử dụng cọc ván thép trong thi công công trình ngăn sông

Cọc ván thép được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực giao thông để thi công các hạng mục hạ bộ công trình như bệ trụ cầu. Cọc ván được đóng liền nhau tạo thành vách đứng ngăn nước, giữ cho hố móng công trình được khô ráo trong suốt quá trình thi công. Trong lĩnh vực xây dựng công trình ngăn sông, cọc ván thép cũng được sử dụng với vai trò như đê quay trong công nghệ truyền thống. Khung vây cọc ván thép giữ cho hố móng luôn khô ráo, tạo điều kiện cho việc thi công các hạng mục công trình dưới lòng sông. Khung vây cọc ván thép phù hợp cho thi công các công trình trên lòng sông sâu mực nước thường lớn hơn 3m, nền công trình có hệ số thấm cao hoặc nơi có hiện tượng cát chảy. Kết cấu khung vây cọc ván thép trong xcây dựng công trình ngăn sông có 2 dạng chính. Khung vây một hàng cọc ván thép và khung vây hai hàng cọc ván thép.


Khung vây một hàng cọc ván thép

Kết cấu khung vây một hàng cọc ván thép được sử dụng khi móng hạng mục công trình hẹp. Kết cấu khung vây gồm các cọc ván thép đóng xỏ me kín khít với nhau đóng sâu vào đất nền. Chiều sâu cắm vào nền khoảng ½ chiều sâu cột nước. Các cọc ván thép được giữ ổn định bằng các tầng khung chống trong. Đối với khung vây dạng này thường phải đổ bê tông vữa dâng phản áp trong nước. Lớp bê tông này có tác dụng chống chân khung vây và chống đẩy trồi đất vào trong hố móng. Áp lực nước tác dụng lên cọc ván thép thông qua hệ khung chống trong này sẽ triệt tiêu nhau. Số lượng và khoảng cách giữa các tầng khung chống phụ thuộc vào độ cứng của loại cọc ván thép và kết cấu dầm chống trong. Thông thường từ 3 đến 4m, càng xuống sâu, khoảng cách giữa các tầng khung chống càng nhỏ.

Khung vây một hàng cọc ván thép chỉ nên sử dụng khi kích thước một trong hai chiều dài hoặc rộng của hạng mục thi công không quá 25m. Với kích thước lớn hơn thì kết cấu của khung chống trong thường mất ổn định, không đảm bảo an toàn cho thi công công trình. Lúc này nên sử dụng khung vây hai hàng cọc ván thép.


Khung vây hai hàng cọc ván thép

Khung vây hai hàng cọc ván thép được sử dụng khi thi công các hạng mục dưới lòng sông có diện tích rộng, kích thước hai chiều đều lớn. Kết cấu khung vây hai hàng cọc ván thép gồm hai vòng vây cọc ván thép xỏ me với nhau và đóng sâu vào đất nền, chiều sâu ngập trong đất khoảng ½ chiều sâu cột nước. Giữa hai hàng cọc ván thép là đất hoặc cát. Khoảng cách giữa hai hàng cọc ván thép phụ thuộc vào chiều sâu cột nước, thường chọn khoảng cách giữa hai hàng cọc ván thép là 0.8 lần chiều sâu cột nước.

Khung vây dạng này ổn định nhờ vào các thanh giằng néo và khối đất đắp giữa hai hàng cọc ván thép. Do các cọc ván thép được xảm và tự kín nước với nhau nên khối đất đắp trong khung vây nên chọn loại có góc ma sát lớn như cát hoặc đất pha cát để tăng ổn định và dễ dàng thi công bằng tàu hút.

Một số ứng dụng cọc ván thép trong thi công công trình ngăn sông:

Trong những năm gần đây, Viện Khoa học Thủy lợi đã ứng dụng cọc ván thép trong thi công cho một số công trình ngăn sông như đập Sông Cui - Long An, đập Thảo Long - Thừa Thiên Huế, cống Đò Điểm - Hà Tĩnh.

Đập Sông Cui gồm 2 khoang x 8m, cột nước sâu 6m, kết cấu dạng đập trụ đỡ, được thi công bằng khung vây một hàng cọc ván thép, đây là công trình thử nghiệm về kết cấu và biện pháp thi công. Giá thành xây dựng được đánh giá là ngang bằng với thi công theo công nghệ truyền thống nhưng thời gian lâu hơn.

Đập Thảo Long trên sông Hương gồm 15 khoang x 31.5m + 8m âu thuyền được thiết kế theo công nghệ đập trụ đỡ và thi công trong khung vây của một hàng cọc ván thép, công trình đã hoàn thành và đưa vào sử dụng. Việc sử dụng cọc ván thép để thi công đã giảm đáng kể chi phí xây dựng và quan trọng hơn là không phải đắp đê quay đất với khối lượng rất lớn ảnh hưởng tới tiêu thoát lũ trong thời gian thi công.

Cống Đò Điểm trên sông Nghèn gồm 12 khoang cửa tự động 8m, 4 khoang cửa ván cung 16m và 8m âu thuyền. Công trình được chia làm 5 phân đoạn, mỗi phân đoạn có kích thước 38.5m x 40m được thi công trong khung vây hai hàng cọc ván thép. Hiện nay đã thi công được 4 phân đoạn. Nếu thi công theo công nghệ truyền thống thì rất phức tạp và tốn kém vì sông sâu, dẫn dòng khó khăn và gây ngập lụt trong mùa mưa lũ.

Kết luận

Cùng với ứng dụng công nghệ mới trong kết cấu công trình thì thay đổi công nghệ thi công là cần thiết và phù hợp với khoa học tiến bộ hiện tại. Khung vây cọc ván thép là một trong những tiến bộ khoa học cần nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong xây dựng công trình thủy lợi bởi tính ưu việt của nó. Tuy nhiên không phải ở tất cả mọi điều kiện cọc ván thép đều phát huy hiệu quả cao hơn so với công nghệ truyền thống. Khung vây cọc ván thép sẽ có ưu thế hơn với những công trình xây dựng trên sông rộng và sâu, những nơi mặt bằng thi công chật hẹp, khó khăn về công tác giải phóng mặt bằng và những khu vực nền có hệ số thấm lớn, có hiện tượng cát chảy.

Tài liệu tham khảo
1. Execution of special geotechnical work. Sheet pile walls - European standard, June 1997.
2. http://www. Orientalsheetpiling.com/profile.asp.
3. Lê Văn Thông, Hotoshi Tanaka, Đăng Hải, Yoshihiko Taira - Cầu Kiền – Công trình cầu dây văng bê tông dự ứng lực ứng dụng công nghệ lắp hẫng các khối dầm hộp. Prestressed concrete Vol.46-No1, 2004 Japan.
Tác giả: TS. Nguyễn Văn Bản
Viện Khoa học Thủy lợi
Nguồn: Đặc san KHCN Thủy lợi

Sales of construction long products in Vietnam during September reached 382,000 tonnes, a fall of 21% from the previous month but an increase of 34.5% year-on-year, according to Vietnam Steel Association(VSA) data. Production of longs in September at 417,000t was lower by 4.9% m-o-m but higher by 2.5% y-o-y.

Consequently, cumulative sales of longs during this year’s .rst nine months reached 3.65m t, up 5.2%from corresponding period of 2010. Production rose to 3.74m t, an increase of 5.1% over January-September last year.

“Sales for September fell because of the rainy season and because of flooding in the Mekong Delta region,” VSA vice-chairman and general secretary Dinh Huy Tam tells SBB.September sales could also have been dragged down because sales during the previous month (August)were strong at 483,000t, he notes.
Macroeconomic policies implemented to rein in inflation – particularly those keeping bank lending interest rates high and restricting credit financing – have dampened steel demand.

“Apparent steel consumption could fall by 8-10% this year,” Tam says. Steel imports into Vietnam,particularly of .at steel products, have fallen sharply this year because of the slowdown in the electrical appliance, white goods and shipbuilding/ship repair sectors among others, he adds.
The VSA tracks data from its member steel mills that together contribute around 85% of Vietnam's long steel production.
Source: SBB Daily

Rochester Riverside - Kent (UK - Đông Nam Nước Anh)
Đây là một dự án trọng điểm trong chương trình tái sinh vùng Medway do Hội đồng Medway chủ trì. Nó bao gồm 32 ha trong khu vực Brownfield với một bờ kè dài hơn 2,5 km dọc theo sông Medway. Dự án được lưa chọn để phát triển một khu phức hợp dân cư bao gồm 2,000 căn hộ, cửa hàng, khách sạn, quán cà phê, văn phòng, các cơ sở giáo dục, y tế và cộng đồng cùng các cơ sở và các khu vực giải trí.

Tập đoàn ArcelorMittal đã cung cấp các sản phẩm cừ ván thép cho quy mô dự án trên. Các bạn có thể tải về file PDF thông tin chi tiết bằng tiếng Anh cho dự án trên link tại: http://www.arcelormittal.com/sheetpiling/uploads/files/AMCRPS_Rochester_Riverside_GB_E.pdf

Cảng hậu cần APENAL - Porto Amboim - Angola
Việc xây dựng bãi cảng mới sẽ cung cấp cho tổ hợp một khu vực làm việc cần thiết để xây dựng kết cấu cho ngành dầu khí và sẽ cho phép cho việc chuyển đổi công năng sử dụng trước đây của Phương Tiện Vận Chuyển Dầu Thô Siêu Kích Cỡ (Very Large Crude Carriers - VLCC) để biến thành Tàu Nổi Lưu Trữ (Floating Production Storage Offloading vessels - FPSOs), và hỗ trợ yêu cầu phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp dầu khí ngoài khơi của Angola.

Tập đoàn ArcelorMittal đã cung cấp các sản phẩm cừ ván thép cho dự án trên. Các bạn có thể tải về file PDF thông tin chi tiết bằng tiếng Anh cho dự án trên link tại đây:http://www.arcelormittal.com/sheetpiling/uploads/files/AMCRPS_Paenal_Angola_HQ_EN.pdf
Cầu Tàu Spool Base, Dande - Angola
Tổ hợp đa công năng 'Angoflex' được khánh thành tháng 3 năm 2006 và được nằm trong khu phức hợp hàng hải đa năng Dande, Angola.
Một công ty xây dựng Bồ Đào Nha được chọn là nhà thầu chính xây dựng cầu cảng này nằm ở phía bắc Luanda, gần cửa sông Dande, cho các dịch vụ của xà lan và tàu kéo rải đường ống. Nó được thiết kế độc đáo với một cầu tàu dài 600 m, và độ sâu đến 11 m khu vực mạn cập tàu.


Chúng tôi đã cung cấp các sản phẩm cừ ván thép cho dự án cầu cảng này. Các bạn có thể tải về file PDF thông tin chi tiết ứng dụng và các thông tin bổ ích khác về dự án bằng tiếng Anh với link tại đây: http://www.arcelormittal.com/sheetpiling/uploads/files/AMCRPS_Angola_%20Dande_Jetty.pdf

Đê chắn sóng cho "Marina Pez Vela"
Trong năm 2007 một nhóm các nhà đầu tư địa phương Costa Rica quyết định bắt đầu đàu tư dự án "Marina Pez Vela". Bến du thuyền với 308 chỗ đỗ cùng hệ thống đê chắn sóng là một trong những đê chắn sóng phức tạp và tinh tế nhất từng được thiết kế và thi công cho một bến du thuyền giải trí, cung cấp một bến cảng an toàn cho du thuyền và bảo vệ an toàn khu vực khỏi gió bão.


Để tham khảo các ứng dụng của cừ ván thép cho dự án cầu cảng du lịch này. Các bạn có thể tải về file PDF (0.42MB)thông tin chi tiết bằng tiếng Anh tại đây: http://www.arcelormittal.com/sheetpiling/uploads/files/AMCRPS_%20Costa_Rica_EN.pdf

Thành Phố Cảng Dubai

Các dự án hải cảng thành phố Dubai nằm gần cảng Rashid ở Dubai nó bao gồm một bán đảo nhân tạo 2km2 cung cấp cho khu vực các công năng sử dụng khác nhau như nhà ở, khu kinh doanh, bến du thuyền cũng như cảng sửa chữa tàu được trang bị hệ thống máy nâng hạ tàu cho khu cảng bảo trì sữa chữa.


Chúng tôi đã cung cấp các sản phẩm cừ ván thép cho dự án này, để biết thêm thong tin các ứng dụng các bạn có thể tải về file PDF (1.48MB)thông tin chi tiết bằng tiếng Anh: http://www.arcelormittal.com/sheetpiling/uploads/files/64d76a78f41249d4df6b457509e2e562.pdf

HSL (High Speed Line - Tàu Cao Tốc) Nam Hà Lan

Để hòa váo mạng lưới đường sắt quy mô xuyên suốt châu Âu trong năm 2007, Hà Lan đã hoàn tất các hạng mục quan trọng của hệ thống giao thông tương lai cho cộng đồng, các đường tàu tốc độ cao trên lảnh thổ Đất nức hoa Tulip.


Chúng tôi đã tham gia các công việc sau
-Cung cấp các giải pháp sắt thép để xây dựng & đường sắt
-Tư vấn vật liệu cho công việc xây dựng
-Tư vấn thi công / giám sát thực nghiệm thi công tại công trường.
Đính kèm là thông tin dự án: http://www.arcelormittal.com/sheetpiling/uploads/files/3c9b7051d2263fb3475699c4470ca02d.pdf

NV: Cọc ống thép là loại vật liệu nhẹ, dễ thi công với khả năng xuyên mũi lớn và hàn nối bắng bản mã để tăng chiều dài. Riêng cọc ống thép hàn xoắn vỏ đỗ (Spiral Pipe) có thể được sản xuất dài đến hơn 100m / cọc thành phẩm mà không cần hàn nối từ nhiều đoạn (tuy nhiên phụ thuộc vào điều kiện thi công và vận chuyển). Cọc ống thép hàn xoắn được ứng dụng rộng rãi trong nền móng các tòa nhà cao tầng (thay cho cọc bê tông / cọc nhồi lâu nay chúng ta vẫn làm), trong kết cấu bến cầu cảng nước sâu, trong cấp thoát nước...Nhìn chung cọc ống thép hàn xoắn đang phát huy các thế mạnh kỹ thuật của mình trong các địa hạt ứng dụng và vì thế ngày càng phổ biến ở Việt Nam. Đã có nhiều dự án đã và đang sử dụng cọc ống thép hàn xoắn hay tổ hợp cọc ván thép (combi wall) như: Móng Cầu Cần Thơ, Cảng PETEC Cái Mép, Cảng POSCO Việt nam, Cảng Cái Mép & Cảng Thị Vải (Vốn ODA), Cảng SPCT, Nhiệt điện Phả lại, Dự án cấp thoát nước BOO Thủ Đức, Cảng SP PSA Thị Vải, Dự án cấp thoát nước Thanh Hóa, Cầu Phú Mỹ, Cầu Nhật Tân, Cảng trung chuyển Vân Phong, Cảng Cái Mép (CMIT), Cảng Sơn Dương Formosa...

Hiện nay, việc ứng dụng cọc ống thép đang được đặt ra để thay thế cho cọc bê tông cốt thép RC và cọc bê tông đúc sẵn PC vẫn chiếm tỷ trọng lớn ở những công trình xây dựng cầu cảng. Ở nước ta, nhiều nhà máy sản xuất cọc ống thép đang được xây dựng, xuất phát từ sự thừa nhận ngày càng rộng rãi những lợi thế của loại vật liệu mới này.

Ưu điểm vượt trội
Song song với những phát triển về kinh tế và công nghiệp, ứng dụng cọc ống thép ngày càng trở nên phổ biến hơn cho quá trình phát triển đô thị, cải thiện cơ sở hạ tầng như đường sá, cầu cảng, nhà ở và những công trình khác. Cọc ống thép mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với cọc bê tông bởi độ bền và cường độ cao của vật liệu, đạt được sức chống chịu cao và khả năng kháng ngang lớn. Trong quá trình thi công đóng cọc dễ dàng theo phương chéo và thời gian thi công được rút ngắn. Công đoạn lắp ghép tại hiện trường cũng dễ dàng hơn nhờ hàn hoặc mối nối cơ, từ đó có thể sử dụng các hệ cọc dài hơn. Hơn thế nữa, với cường độ vật liệu cao, có thể áp dụng lực quai búa lớn, cho phép cọc thâm nhập vào các lớp trung gian và lớp cứng dễ dàng hơn. Nhờ công nghệ chống ăn mòn cải tiến, các cọc ống thép không gặp vấn đề gì khi được sử dụng cho các kết cấu ngoài khơi trong suốt thời gian ứng dụng. Nhờ trọng lượng nhẹ, quá trình vận chuyển các cọc ống thép cũng dễ dàng hơn.

Trong lĩnh vực sản xuất cọc ống thép, những tiến bộ vượt trội về công nghệ đã cho phép sản xuất ra cọc ống thép với đường kính ngoài lên tới 2.500mm, độ dài 90m. Theo báo cáo đưa ra của tiến sỹ Osamu Kiyomiya (Đại học Waseda - Nhật Bản) thì các chuyên gia và kỹ sư cũng đã hiện thực hóa những tiến bộ vượt trội trong các lĩnh vực như xác định khả năng chống chịu nền cơ bản và các cơ chế ma sát; phát triển các phương pháp thi công có độ rung, tiếng ồn thấp; những tiến bộ trong công nghệ thiết kế qua phương pháp phân tử hữu hạn; tiến bộ trong công nghệ nối hướng ngang và thẳng đứng sử dụng mối hàn hoặc mối nối cơ và cả những tiến bộ về công nghệ chống ăn mòn… Mức độ an toàn cao khi sử dụng cọc ống thép đã được ứng dụng rộng rãi.

Các tiêu chuẩn cho cọc ống thép được mô tả trong bộ tiêu chuẩn JIS A5525, tiêu chuẩn cho cọc ván ống thép miêu tả trong tiêu chuẩn JIS A5525 và định danh phân loại tương ứng là SKK cho cọc ống thép và SKY cho cọc ván ống thép. Các cọc ống thép được sản xuất thông qua bốn phương pháp hàn xoắn, hàn điện trở, UOE và cán uốn.


Thi công và ứng dụng

Thi công cọc ống thép cơ bản được phân thành hai phương pháp là đóng cọc (sử dụng búa đóng và phương pháp sử dụng búa rung) và nhúng cọc (gồm có phương pháp đào trong, xi măng đất và phương pháp xoay). Những phương pháp này được lựa chọn khi cân nhắc tới các điều kiện đất thi công, các điều kiện môi trường ngoại vi, năng lực chống chịu cần thiết…

Theo phương pháp sử dụng búa đóng, thì đơn vị thi công sử dụng phương tiện đóng cọc, búa, miếng đệm, thiết bị đầu ống. Phương pháp này thường được lựa chọn cho quá trình thi công các hệ cọc dài với đường kính lớn. Bên cạnh sử dụng búa đóng, thì phương pháp búa rung lại được vận hành theo cơ chế, do đó, các tải trọng lớn đặt lệch tâm gắn vào nhiều trục được xoay theo các hướng đối lập với cơ chế đẳng vị, tạo ra các rung động 10 - 40 vòng theo phương thẳng đứng tác động lên cọc. Ưu điểm của phương pháp này là ít tạo ra tiếng ồn, giảm chấn rung vì thế được ứng dụng thi công tại các khu vực yêu cầu giảm thiểu tối đa tác động tới khu vực lân cận. Đối với phương pháp đào trong thì có một ưu điểm là giảm thiểu tiếng ồn. Những thiết bị máy móc chính được sử dụng bao gồm thiết bị đóng cọc, thiết bị khoan, thiết bị xử lý đầu cọc.

Khi thi công các nền móng có vách ngăn sử dụng cọc ván ống thép và kè lát mái sử dụng cọc ống thép liên tục, cần thiết phải nối các cọc và đảm bảo độ cứng, cường độ cũng như hiệu năng ngăn nước của toàn bộ kết cấu. Để đáp ứng mục tiêu này, cần phải lựa chọn phương pháp tích hợp các hệ cọc sử dụng mối nối P-P (ống-ống). Ngoài ra còn có mối nối P-T và L-T. Và trong quá trình thi công nền móng dạng vách ngăn cỡ lớn sử dụng cọc ván ống thép, mối nối L-T đã trở thành lựa chọn ngày càng phổ biến nhờ khả năng chống chịu lực trượt lớn phát sinh trong trường hợp xảy ra động đất. Đối với các hệ cọc dài, các cọc cần được nối ngay tại hiện trường. Do đó, các phương pháp được đưa ra như hàn vòng, hàn tự động, bán tự động hoặc toàn bộ nhân công. Lợi thế của phương pháp này là rút ngắn thời gian thi công trên công trường.


Sử dụng cọc ống thép đã có từ lâu tại Nhật (NV: và nhiều nước khác trên thế giới :-P). Với những tính năng ưu việt và phương pháp thi công đảm bảo, cọc ống thép đã được ứng dụng trong xây dựng kết cấu cảng tại Nhật Bản như bến cảng và đê chắn sóng, dự án đường băng D tại sân bay quốc tế Tokyo, dự án cầu vịnh cảng Tokyo…

Việc thi công cọc ống thép tuy có giá thành đắt hơn, nhưng hiệu quả của nó mang tính lâu bền và mang lại giá trị kinh tế cao hơn. Tại Việt Nam, nguyên liệu sử dụng chính trong việc thi công cầu cảng vẫn là xi măng cốt thép, do đó, ứng dụng cọc ống thép trong thi công cầu cảng lớn đối với nước ta chưa thực sự phổ biến.


Nguồn : Báo Xây dựng điện tử