Ứng dụng cọc ván thép trong thi công công trình thủy lợi

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