5/04/2009

Cừ ván thép là giải pháp kinh tế

Cừ ván thép là một cấu kiện dạng tấm có các rãnh khoá (me cừ) để hợp thành một tường chắn khép kín. Nhằm mục đích ngăn nước và chắn đất trong hầu hết các trường hợp ứng dụng, cọc ván thép đã được sử dụng cho mọi kết cấu công trình tạm (làm xong nhổ lên) cũng như vĩnh cữu (đóng bỏ), và được dùng rộng rãi trong cầu tàu, giếng kín, đê kè, bãi để xe ngầm, ngăn chống cho các hố đào nền móng, xử lý nước thải, các đường vượt, hầm ngầm là một trong số các địa hạt ứng dụng.


SAIGON SHIPYARD PROJECT - VIETNAM

Tại sao chọn giải pháp cừ ván thép?

Dễ dàng và nhanh chóng trong thi công cũng như khả năng tái sử dụng nhiều lần là hai trong những lý do chính yếu tại sao cừ ván thép được lựa chọn thay vì các giải pháp khác. Một giải pháp có hệ thống, hoàn chỉnh dựa vào các nguyên tắc thiết kế giúp lựa chọn cừ ván thép phù hợp càng làm cho giải pháp này tăng thêm khả năng tiết kiệm chi phí, điều này giúp cọc ván thép càng trở nên tốt hơn so với việc sử dụng các loại vật liệu thay thế khác.

EAST WEST HIGH WAY HO CHI MINH - VIETNAM

Việc thi công tường cừ thép có thể đạt tốc độc cao hơn, đồng thời cũng giảm chi phí quản lý và nhân công. Trong hầu hết các trường hợp, chỉ cần một máy đào có gắn búa rung là đủ khả năng thi công. Rất nhiều nhà thầu hiện nay luôn có sẵn búa đóng cọc.


BÚA RUNG GẮN TRÊN MÁY ĐÀO - HÌNH ẢNH THƯỜNG THẤY Ở VIỆT NAM

Cho các công trình đóng tạm, nhà thầu thi công có thể an tâm về khả năng tái sử dụng nhiều lần của cọc ván thép cũng như giá trị thanh lý cao của vật liệu cừ ván thép.

BÚA RUNG ĐIỆN

Quan trọng hơn, có nhiều phương án đầu tư khi chọn cọc ván thép như bán ra - mua lại từ nhà cung cấp và kể cả các dịch vụ cho thuê. Hàng có thể được giao theo đúng các thông số thiết kế từ nhà máy sản xuất hay các kho trữ bán hàng.


THUÊ & BÁN - MUA LẠI KỂ CẢ CÁC PHỤ KIỆN NEO CHỐNG
Các tiết diện với mô men đàn hồi cao hay thấp đều có quy cách sẵn hay bằng các kết hợp của các tấm chắn, của cừ ván thép tổ hợp với cọc ống thép, cọc ván thép hộp gia công hay với hệ tường chịu lực hình HZ (H là king post)

AZ BOX PILE - TỔ HỢP CỌC HỘP & CỌC VÁN "Z"

COMBI WALL - CỌC VÁN KẾT HỢP CỌC ỐNG THÉP

CÁC DẠNG TỔ HỢPTƯỜNG CỪ
Cho các tường chắn chịu áp lực lớn vì đáy chắn cao mà tường dạng đơn cong - son không thể ứng dụng được, tường cọc ván thép có thể gia cường giằng chống để chống đỡ hay hệ neo cũng có thể dễ dàng trong thiết kế và thi công.

MỐ TRỤ CẦU VỚI HỆ GIẰNG CHỐNG
Không giống như các giải pháp khác, cọc ván thép không chiếm nhiều diện tích. Chúng dễ dàng rút lên và sử dụng lại. Trong các công trình bị hạn chế về mặt bàng thi công như các cao ốc, đường sá và các hệ thống ngầm nội đô, cọc ván thép luôn là giải pháp hữu hiệu do khả năng thi công linh hoạt cũng như việc gia công hàn nối, chắp vá sắt thép cũng rất đơn giản.

TƯỜNG CỌC VÁN THÉP VỚI HỆ NEO
Cọc ván thép có thể được thiết kế đặc biệt để chống bị ăn mòn. Với sự phát triển của các thành phần lý hoá trong cấu tạo của thép, các mác thép cao mới ra đời mang lại cho cọ ván thép khả năng chống ăn mòn cao. Các giải pháp chống ăn mòn khác như sơn phủ, hay chống ăn mòn điện hoá cũng là các giải pháp có sẵn chống ăn mòn kim loại.

SƠN BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN CỪ THÉP

CHỐNG ĂN MÒN DIỆN HOÁ
Tường cừ ván thép còn có thể được sản xuất chống thấm tuyệt đối. Các địa hạt ứng dụng mới của cừ ván thép trong kết cấu tường hoàn thiện của các bãi ngầm để xe là một ví dụ về lợi ích mà sự kín nước của tường cừ thép mang lại. Tường cọc ván thép hoàn toàn không thấm nước.

TRƯỚC...

VÀ SAU KHI BƠM RÚT NƯỚC

TƯỜNG BÃI XE NGẦM HOÀN THIỆN VỚI CỌC VÁN THÉP

Một khả năng duy nhất mà nước có thể thoát qua được tường cừ là ở các rãnh khoá liên kết, cho các chủng loại cọc ván với các rãnh khoá liên kết tốt, các phụ gia chống thấm là không cần thiết trong các công trình tạm, khi mà sự rò rĩ một ít nước là có thể chấp nhận được.

GIẾNG KÍN TƯỜNG CỪ
Với các giải pháp phu gia chống thấm hoặc hàn kín các rãnh khoá, tường chắn có thể chống thấm hoàn toàn.

Nên chọn loại cọc ván thép nào?

Khi một dự án quyết định chọn giải pháp cừ ván thép, việc lựa chọn tiết diện phù hợp cần phải kiểm tra thận trọng những chũng loại hiện có nhằm đạt được một giải pháp hiệu quả theo yêu cầu kỹ thuật thiết kế.

GIẾNG KÍN VỚI HAI LỚP TƯỜNG CỪ

Có một điều đặc biệt không giống như các chủng thép hình khác, cọc ván thép không có quy chuẩn chung cho các dòng sản phẩm giữa các nhà sản xuất khác nhau. Họ sản xuất các tiết diện khác nhau với các thông số kỹ thuật tiết diện riêng, các tiết diện ngang (bản rộng cừ) cũng khác nhau.



TIẾT DIỆN RỘNG BẢN CỪ TỪ 400mm -> 750mm

Việc chọn lựa cừ bắt đầu với việc tính toán thiết kế và chọn chủng loại, sau khi đạt được một mô men kháng uốn yêu cầu nhất định nào đó. Tiết diện cừ thường được định rõ bởi một mô dun đàn hồi tiết diện, một cấp độ thép hay là chất lượng của vật liệu thép.
Mô men kháng uốn đại diện cho năng lực của một tiết diện cừ, được cấu thành từ hai yếu tố bằng việc nhân mô dun tiết diện với giới hạn chịu lực của vật liệu thép (mác thép). Nói cách khác, nhà thầu thi công hay chủ đầu tư dự án có thể chọn một tiết diện với mô đun kháng uốn thấp và với mác thép cao nhằm đạt được một mô men kháng uốn đủ khả năng làm việc.


Việc chọn lựa tiết diện với mô đun kháng uốn thấp kết hợp mác thép cao sẽ mang đến một chủng cừ nhẹ hơn điều này mang lại khoản tiết kiệm rõ rệt cho chi phí vật tư và chi phí tổng thể.

Tất nhiên với mác thép cao hơn, chi phí cũng có phần cao hơn. Tuy nhiên, tổng chi phí tiết kiệm được từ vật liệu và tổng thể là cao hơn nhiều so với chi phí bỏ ra cho vật liệu với mác thép cao.

Hiện nay, những mác thép cao như S 430 GP (BS EN 10248-1) cũng có sẵn với chi phí không cao hơn là mấy so với các mác thép thông thường. Thép mác cao có ưu thế vượt trội ở khả năng chịu lực, khả năng xuyên các lớp địa chất cứng và các vật cản trở lớn, đồng thời cũng ít bị biến dạng tiết diện, vì thế đảm bảo khả năng sử dụng lại được nhiều lần hơn.


Còn hai phương diện khác cũng nên đề cập ở đây. Đó là chiều rộng tiết điện cừ và chất lượng của rãnh khoá me cừ. Bản cọc càng rộng thì số cọc và chiều dài cọc cần đóng sẽ giảm, và điều này mang lại khoản tiết kiệm cho chi phí thi công. Nó cũng làm giảm đi số lượng các rãnh khoá nối liên động ngăn nước, làm tăng thêm khả năng ngăn nước của tường cừ.

TỔ HỢP TƯỜNG CỪ VỚI CỌC GÓC OMEGA 18
Chất lượng của rãnh khoá liên động ngăn nước đóng một vai trò quan trọng trong việc lựa chọn chủng loại cọc phù hợp. Nếu coi nhẹ việc này, tường cọc ván thép sẽ có chỗ xung yếu dễ bị sự cố.
Tường cọc ván sẽ ngăn nước kém và các hạt cát rời sẽ di chuyển từ bên ngoài vào bên trong và ngược lại trong quá trình mực nước lên xuống ở những khu vực chịu sự tác động của thuỷ triều. Rãnh khoá liên động phải chặt và cố định. Nếu không nguy cơ sút, trồi cọc sẽ xảy ra.

VÒNG VÂY KÍN NƯỚC CỌC VÁN THÉP

Việc lưa chọn đúng tiết diện cừ đã được chứng minh là biện pháp khả dĩ cho kết cấu tường chắn, và với các cân nhắc đúng đắn, cừ ván thép là giải pháp kinh tế nhất.

VĂN SĨ LÊ
ORIENTAL SHEET PILING - ARCELOR MITTAL
Các tài liệu và hình ảnh được trích từ hồ sơ kinh nghiệm của hệ thống nội bộ công ty

4/27/2009

Các ứng dụng của tường cừ thép - The advantages of steel sheet piling


Sản xuất cán nóng cọc ván thép

Cừ ván thép là một cấu kiện xây dựng dạng tấm (ván) được cán (nóng hoặc nguội) với hệ rãnh khoá liên động (me cừ) ở phần rìa cừ. Rãnh khoá liên động cho phép các cây cừ độc lập liên kết với nhau hình thành một một tường chắn khép kín năn chống đất và nước. Cọc ván thép được sản xuất dễ dàng cho việc vận chuyển, trong nhiều trường hợp mang lại hiệu quả cho chủ đầu tư một giải pháp nhanh chóng, dài lâu với tuổi thọ vật liệu cao.



Cừ PU 32 - S 355 GP kho nhà máy ArcelorMittal cho dự án ở Scotland

Các ứng dụng của Cừ ván thép rất đa dạng, và bao gồm các công trình ứng dụng vĩnh cữu, các tường chắn chịu lực, các giếng kín, mố trụ cầu, ụ sửa chữa tàu tường chắn (sóng, chống ồn...) cầu tàu, ụ neo tàu và bảo vệ các mố trụ cầu. Các ứng dụng thông thường mà ta thấy trong các công trình tạm xung quanh như: các rãnh đào lắp đặt cống, các hố sâu trong công trình xây dựng dân dụng, xây dựng mố trụ cầu dưới sông, xây dựng bể van khoá nước và các công trình kè dọc bờ sông. Sau khi hoàn thành dự án, cọc ván thép sẽ được rút lên và còn được sử dụng lại nhiều lần.

Ứng dụng cừ ván thép - Luxembourg

Cọc ván thép là sản phẩm kỹ thuật hiệu đủ các tiêu chuẩn liên quan. Các tiêu chuẩn này kết hợp với quy trình kiểm tra chất lượng sàn phẩm nghiêm ngặt của nhà sản xuất, sẽ mang lại những sãn phẩm tiện lợi, có tuổi thọ cao. Thực tế là trong nhiều công trình, khi tháo dỡ những cọc thép đã có trên 80 năm, khi rút lên khỏi nền đất nguyên thuỷ, cây cừ vẫn còn trong tình trạng rất tốt, ký hiệu sản phẩm của nhà sản xuất vẫn còn có thể nhận thấy.Cọc ván thép nếu được đóng ngập vào trong đất, tỉ lệ bị ăn mòn là rất thấp, bởi vì lượng ô xy sẽ giảm dần theo chiều sâu trong đất (hay yếm khí). Cừ ván thép là một sản phẩm hoàn hảo: sau khi không còn sử dụng được nữa, sắt thép sẽ được tái chế 100%




Tường cừ cũ khu ngập mặn Ninh Thuận - Ql 1 - 50 năm khi phá dỡ


The advantages of steel sheet piling Steel sheet piling (SSP) is a hot-rolled structural shape with interlocks on the flange tips. The interlocks permit individual sections to be connected to form a continuous steel wall which is earth-tight and water resistant. Because it is readily available and transportable, SSP is in many cases a fast and economical solution to an owner’s need for a durable, long lasting wall system.
Applications are far-reaching, and include, for permanent construction, retaining walls, bulkheads, bridge abutments, graving docks, cut-off walls, mooring dolphins and pier protection cells. Common uses also include temporary structures, such as trenches, offerdams for building excavations, bridge piers, and lock and dams on the inland river system. At the end of the project, the steel sheet piles can be extracted, and the steel reused.

Hot rolled steel sheet piling is an engineered product meeting one of several applicable ASTM specifications. These specifications, combined with the SSP producer’s quality control programme, provide a quality product which is ductile, durable and long-lived. In fact, construction in West London, UK, recently unearthed steel sheet piles over 80 years old. When pulled from the native wet soil, the piles were so well preserved, the original mill marks could be seen. Steel pilings in
continuously submerged conditions tend to have relatively low corrosion rates, because oxygen levels decrease with depth. Steel pilings are also a zero-waste product: after extraction, they can be reused or 100% recycled.

4/17/2009

CÁC DỰ ÁN SỬ DỤNG ORIENTAL SHEET PILING

ORIENTAL SHEET PILING - THE ONE STOP STEEL FOUNDATION SULUTION PROVIDER


CẦU CẦN THƠ - GÓI 3 - AU 20, AU 25 SHEET PILE


CIPUTRA - NAM THĂNG LONG HÀ NỘI - OT 22, SKSP IV SHEET PILE


PHÚ MỸ HƯNG - TẦNG HẦM CAO ỐC IMV - PU 22 SHEET PILE


CẢNG ICD PHƯỚC LONG - AU 20 SHEET PILE

KIM LIÊN INTERSECTION UNDERPASS SKSP III, IV SHEET PILE

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NHƠN TRẠCH OT 22 SHEET PILE

ĐẠI LỘ ĐÔNG TÂY TP. HCM - OT 22, SKSP III, PU 22 SHEET PILE



ĐẠI LỘ ĐÔNG TÂY TP. HCM - OT 22 SHEET PILE

CẦU PHÚ MỸ Q. 2 & Q.7 TP. HCM - OT 22 SHEET PILE


CẦU BÀ CHIÊM - PHÚ MỸ HƯNG - AU 14 SHEET PILE


PHÚ MỸ HƯNG CAO ỐC H 19 & SKY GARDEN 3 - OT 22 SHEET PILE


NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU STRATEGIC MARINE - ĐONG XUYÊN VŨNG TÀU - OT 22 SHEET PILE

NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU SÀI GÒN - CÁT LÁI TP. HCM - OT 22 SHEET PILE


CỐNG BÀ ĐẦM - Ô MÔN XÀ NO

CỌC ỐNG THÉP CHO KẾT CẤU CẦU CẢNG NƯỚC SÂU


KHO HÀNG DĨ AN BÌNH DƯƠNG VỚI HƠN 5000 TẤN CỪ THÉP VÀ THÉP HÌNH H 350

12/30/2008

New Year 2009 Wishes


Then sing, young hearts that are full of cheer,
With never a thought of sorrow;
The old goes out, but the glad young year
Comes merrily in tomorrow.
Emily Miller

Another fresh new year is here . . .
Another year to live!
To banish worry, doubt, and fear,
To love and laugh and give!

This bright new year is given me
To live each day with zest . . .
To daily grow and try to be
My highest and my best!

I have the opportunity
Once more to right some wrongs,
To pray for peace, to plant a tree,
And sing more joyful songs!”
William Arthur Ward

12/24/2008

Ứng dụng của cọc ván thép (Steel Sheet Pile - "Larssen sheet pile")


Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép (các tên gọi khác là cừ thép, cừ Larssen, cọc bản, thuật ngữ tiếng anh là steel sheet pile) được sử dụng ngày càng phổ biến. Từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp. Cọc ván thép không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn có thể được xem như một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt, thích dụng với một số bộ phận chịu lực trong các công trình xây dựng.

Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng tường cọc bản bằng gỗ để làm tường vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước. Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước. Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng.

Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện. Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau. Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường chắn có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile) hoặc cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn.

Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi từ 400mm đến 750mm. Sử dụng cọc có bề rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc có bề rộng bản nhỏ vì cần ít số lượng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ dài tường chắn. Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm thời gian và chi phí cho khâu hạ cọc, đồng thời làm giảm lượng nước ngầm chảy qua các rãnh khóa của cọc. Chiều dài cọc ván thép có thể được chế tạo lên đến 30m tại xưởng, tuy nhiên chiều dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển (thông thường từ 9 đến 15m), riêng cọc dạng hộp gia công ngay tại công trường có thể lên đến 72m.

Có thể liệt kê một số ưu điểm nổi bật của cọc ván thép như sau:

- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá trình sử dụng).

- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé.

- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài.

Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế.


Nhược điểm của cọc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trường làm việc (khi sử dụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cữu). Tuy nhiên nhược điểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ như sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử dụng loại cọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao. Ngoài ra, mức độ ăn mòn của cọc ván thép theo thời gian trong các môi trường khác nhau cũng đã được nghiên cứu và ghi nhận lại. Theo đó, tùy thuộc vào thời gian phục vụ của công trình được quy định trước, người thiết kế có thể chọn được loại cọc ván thép với độ dày phù hợp đã xét đến sự ăn mòn này.


Hiện nay cọc ván thép được chế tạo theo hai phương pháp khác nhau: phương pháp cán nóng và phương pháp dập nguội. Trong phương pháp cán nóng, một khối thép nóng chảy ban đầu (có dạng như khối lập phương) sẽ được di chuyển qua một loạt các máy cán để dần dần trở thành dạng cọc ván thép, phương pháp này cũng giống như phương pháp chế tạo thép hình hay thép tấm thông thường. Cọc ván thép được chế tạo theo phương pháp này có dạng mặt cắt ngang rất linh hoạt, độ dày bản cánh và bụng có thể giống hoặc khác nhau, các vị trí góc có thể dày lên để chống hiện tượng tập trung ứng suât, rãnh khóa được chế tạo kín khít để hạn chế đến mức thấp nhất khả năng cho nước chảy qua. Dĩ nhiên với các ưu điểm nổi bật, giá thành của loại cọc này thông thường cũng lớn.


Trong phương pháp dập nguội, một cuộn thép tấm sẽ được kéo qua một dây chuyền bao gồm nhiều trục cán được sắp xếp liên tục nhau, mỗi trục cán có chứa các con lăn có thể thay đổi vị trí, nắn thép tấm từ hình dạng phẳng ban đầu thành dạng gấp khúc như cọc ván thép. Cọc ván thép được chế tạo theo phương pháp này phải được kiểm tra nghiêm ngặt khả năng chịu lực cũng như khe hở của rãnh khóa trước khi xuất xưởng. Giá thành của loại cọc này thông thường rẻ hơn so với phương pháp cán nóng.

Với khả năng chịu tải trọng động cao, dễ thấy cọc ván thép rất phù hợp cho các công trình cảng, cầu tàu, đê đập, ngoài áp lực đất còn chịu lực tác dụng của sóng biển cũng như lực va đập của tàu thuyền khi cặp mạn. Trên thế giới đã có rất nhiều công trình cảng được thiết kế trong đó cọc ván thép (thường kết hợp với hệ tường neo và thanh neo) đóng vai trò làm tường chắn, đất được lấp đầy bên trong và bên trên là kết cấu nền cảng bê tông cốt thép với móng cọc ống thép hoặc cọc bê tông cốt thép ứng suất trước bên dưới. Tường cọc thép này cũng được ngàm vào bê tông giống như cọc ống. Hệ tường neo thông thường cũng sử dụng cọc ván thép nhưng có kích thước và chiều dài nhỏ hơn so với tường chính. Thanh neo (tie rod) là các thanh thép đường kính từ 40mm đến 120mm có thể điều chỉnh chiều dài theo yêu cầu. Việc thiết kế công trình cảng sử dụng cọc ván thép có thể tiết kiệm về mặt chi phí hơn vì nếu không dùng cọc ván thép thì số lượng cọc ống bên dưới kết cấu nền cảng sẽ phải tăng lên nhiều và phải thiết kế thêm cọc xiên để tiếp thu hoàn toàn các tải trọng ngang tác dụng vào kết cấu nền cảng.


Bên cạnh công trình cảng, nhiều công trình bờ kè, kênh mương, cải tạo dòng chảy cũng sử dụng cọc ván thép do tính tiện dụng, thời gian thi công nhanh, độ bền chịu lực tốt.





Với các công trình đường bộ, hầm giao thông đi qua một số địa hình đồi dốc phức tạp hay men theo bờ sông thì việc sử dụng cọc ván thép để ổn định mái dốc hay làm bờ bao cũng tỏ ra khá hiệu quả.

Trong các công trình dân dụng, cọc ván thép cũng có thể được sử dụng để làm tường tầng hầm trong nhà nhiều tầng hoặc trong các bãi đỗ xe ngầm thay cho tường bê tông cốt thép. Khi đó, tương tự như phương pháp thi công topdown, chính cọc ván thép sẽ được hạ xuống trước hết để làm tường vây chắn đất phục vụ thi công hố đào. Bản thân cọc ván thép sẽ được hàn thép chờ ở mặt trong để có thể bám dính chắc chắn với bê tông của các dầm biên được đổ sau này. Trên các rãnh khóa giữa các cọc ván thép sẽ được chèn bitum để ngăn nước chảy vào tầng hầm hoặc có thể dùng đường hàn liên tục để ngăn nước (trong trường hợp này nên dùng cọc bản rộng để hạn chế số lượng các rãnh khóa). Trong thiết kế, cọc ván thép ngoài việc kiểm tra điều kiện bền chịu tải trọng ngang còn phải kiểm tra điều kiện chống cháy để chọn chiều dày phù hợp. Bề mặt của cọc ván thép bên trong được sơn phủ để đáp ứng tính thẩm mỹ đồng thời cũng để bảo vệ chống ăn mòn cho cọc ván thép.


Cũng không quên nhắc lại lĩnh vực mà cọc ván thép được sử dụng nhiều nhất đó là làm tường vây chắn đất hoặc nước khi thi công các hố đào tạm thời. Ta có thể thấy cọc ván thép được sử dụng khắp mọi nơi: trong thi công tầng hầm nhà dân dụng, nhà công nghiệp, thi công móng mố trụ cầu, hệ thống cấp thoát nước ngầm, trạm bơm, bể chứa, kết cấu hạ tầng, thi công van điều áp kênh mương,…tùy theo độ sâu của hố đào cũng như áp lực ngang của đất và nước mà cọc ván thép có thể đứng độc lập (sơ đồ công-xon) hay kết hợp với một hoặc nhiều hệ giằng thép hình (sơ đồ dầm liên tục). Đa phần hệ giằng được chế tạo từ thép hình I nhằm thuận tiện trong thi công. Kinh nghiệm chống nước chảy qua các rãnh khoá của cọc ván thép trong các công trình tạm thời này là sử dụng hỗn hợp xi măng trộn đất sét, vừa tiết kiệm chi phí lại đạt hiệu quả khá cao (gần như ngăn nước tuyệt đối).


Rõ ràng cọc ván thép không chỉ đơn thuần là một loại phương tiện phục vụ thi công các hố đào tạm thời mà còn có thể được xem như là một chủng loại vật liệu xây dựng được sử dụng vĩnh cữu trong một số công trình xây dựng. Sản phẩm cọc ván thép được cung cấp trên thị trường cũng rất đa dạng về hình dáng, kích cỡ (bề rộng bản, độ cao, chiều dày) nên cũng khá thuận tiện cho việc chọn lựa một sản phẩm phù hợp. Tất nhiên, ứng với một công trình cụ thể luôn có nhiều giải pháp thiết kế khác nhau sử dụng các loại vật liệu khác nhau. Và khi đó, việc chọn lựa nên hay không sử dụng cọc ván thép còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa hình địa chất, tình trạng mực nước ngầm, giá thành, điều kiện thi công...Tuy nhiên một điều chắc chắc là nhà đầu tư càng có nhiều thêm cơ hội chọn lựa sao cho đạt được mục tiêu của mình.



Theo ME. Nguyễn Xuân Khoa
(Công ty Oriental Sheet Piling Sdn.Bhd)
Tel: +84-8 39484157 - Direct line: +84-8 39484158 Hotline: +84909270033 (Si)
Email: vansi.le@orientalsheetpiling.com

11/22/2008

Design Loads and Construction of Tremie Sealed Cofferdams







Design Loads and Construction of Tremie Sealed Cofferdams


Eugene Washington, P.E.




Course Outline

1. Learning objectives
2. Introduction
3. Design loads
4. Water elevation
5. Wave heights
6. Tidal and current loads
7. Mooring loads
8. Design stages
9. Pre-tremie loading
10. Dewatered loading
11. Construction
a. Access
b. Pile driving template
c. Setting template
d. Drive Piles
e. Excavate
f. Tremie
g. Dewater
h. Cleanup
i. Sealing leaks
12. Dismantle Cofferdam
13. Course summary

This course includes a multiple choice quiz at the end.

Learning Objective

The purpose of this course is to show that cofferdam construction is a complex process of design and construction through a series of stages. The designer must consider a number of forces than just the hydrostatic water loading. The student will have a better understanding of the design and construction process involved in building tremie sealed cofferdam in open water.

Course Introduction

This course explains how the various wind, current, waves and mooring forces are applied in addition to the hydrostatic head to tremie sealed cofferdams in open water for design purposes. The course then leads the student through the construction steps and the methods successfully used in the past. The examples of past problems are employed to illustrate the importance of careful planning and proper construction methods.

Tremie sealed cofferdams are used when construction must be preformed below the surrounding water level. Usually these cofferdams are in waterways such as lakes, rivers, and bays. In some cases, the free draining gravels will cause dewatering efforts to be less effective than a tremie sealed cofferdam. The tremie seal serves two purposes. First, it acts as a counterweight to prevent the cofferdam from floating out of the ground. Second, the tremie makes a solid foundation that will not heave or quicken from artesian water pressure.


The design of a cofferdam is a complex process that requires a detailed understanding of the various forces and construction methods that are used. The design must be compatible with the equipment and erection process. Intermediate stages of erection, internal permanent structures, and dismantling must all be considered in the design process.


Course Content

DESIGN LOADS

A typical tremie cofferdam will experience several loading conditions as it is being build and during the various construction stages. The significant forces are water pressure, buoyancy, soil active loads, water current, wave impact and mooring forces. In order to over come the displaced water buoyancy, the tremie seal thickness is about equal to the dewatered depth.



The first design parameter to select is the expected high water elevation. In a river it is a question of when and how long the cofferdam will remain dewatered. If the work can be completed during low summer flow, the cofferdam and tremie will be much shorter than if it has to be able to withstand winter and spring floods. Winter weather may also cause a concern for ice pressure and spring breakup. If the cofferdam is going to be dewatered for several months a selection of high water has to be made; a one, two, five or ten-year flood are common choices. This choice will depend on what damage can be done if the cofferdam is over topped by floodwater and for how long. In bays the highest expected tide will be the design water elevation.


Above the design high water elevation the cofferdam should have at least three feet of freeboard or higher than the maximum expected wave height. Wave forces will be significant factor in large bays and lakes where the fetch is several miles. Ship and boats can also generate large wake waves. The force generated by waves is asymmetrical and must be carried to the ground through the sheet piling in shear and bending. The waler system must be designed to transmit the wave forces to the sheet piles.


Tidal and river currents can generate significant asymmetrical forces and must be transmitted through the wale system to the sheet piles. The combination of high floodwater and fast current can result in scouring of the riverbed around the base of the cofferdam. Excessive scour can cause the cofferdam to become unstable, especially if the tremie seal is not yet in place. In loose sands and gravel scour can easily exceed ten feet deep in a matter of hours. If scour is a real possibility it may be necessary to armor the riverbed with riprap or mats to eliminate scour.


Mooring forces are derived form two separate actions. The first is the impact of the barge and tugboats as they moor to the cofferdam or the waves as they move the barges while moored. The other force is the wind pressure on the total sail area of the barge. Gale force wind is a common occurrence along most coasts and on large lakes. The combination of high wind and waves will cause major damage to the cofferdam and equipment if no preparation is made to accommodate those events.


There are at least two stages that must be designed. The first stage is when the cofferdam is fully excavated but prior to placing the tremie seal concrete ballast. Usually the cofferdam is installed and the excavation is accomplished by crane and clam bucket. The sheet piles support the excavation face. If the soil is soft and the excavation is shallow enough the piles can extend below the bottom of the excavation and the sheet piles are acting as simple beam spanning from the lowest wale to the ground below the excavation. Often the excavation is too deep and/or the soil is too stiff to allow sheet pile penetration below the bottom of the excavation. Often the stiffness of the soil requires a dig and drive operation. In this case, the sheet piles are acting in cantilever, bending around the lowest wale. The water elevation in the cofferdam is kept at least equal to the surrounding water surface elevation. Often water is pumped into the cofferdam to insure no negative differential head develops during tidal changes. The active lateral soil pressure under water is about 15 pcf. At this first stage the cofferdam the least stable and is vulnerable to wave, current and mooring forces. I have had a major cofferdam lean to the side due to soil failure during the dig and drive sequence.


The second stage is after the tremie seal is poured and the cofferdam is dewatered. The mass of tremie concrete stabilizes the cofferdam, but the system must be able to resist the water pressure, current, wave and mooring forces. In most protected bays waves will generally be five feet or less from crest to trough. The design free board should be at least 1.5 times the expected wave amplitude. The pressure of the wave can be taken as the water density times the wave height. If the cofferdam is exposed to the open ocean or large and deep lakes a thorough analysis of the anticipated wave amplitude, wave length and pressures generated is needed. The current pressure can be figured as the current velocity squared times the density of the water divided by 2 times the gravity acceleration. Mooring forces are difficult to quantify, but I use at least 1,000 lb/lf along the wale closest to the water surface. In an open ocean environment where large barges are wave and wind driven an analysis of the potential impact forces will be required. From a practical standpoint sheet pile cofferdams are not usually built in open ocean waters. This is because of the extreme natural forces that can be commonly and suddenly experienced at sea.


Sometimes to facilitate the construction inside the cofferdam the lower struts and/or wales will be removed and the new internal structure will be used to support the sheet piles. If this can not be accomplished, it is important to arrange the struts to minimize the impact on the new structure. The struts are a major interference to the interior cofferdam construction and will significantly slow nearly all productivity as forms and rebar is placed through and around the struts. Blockouts may have to be formed around the struts so that they can be removed later. It is common to need divers to dismantle the lower wale systems and plug the blockouts. This is a slow and expensive process that requires extensive support equipment and support personnel. Because of the potential danger to the divers a careful and detailed plan needs to be drafted. This plan must also address all foreseeable events that could endanger the divers and have emergency procedures in place and communicated to all involved parties.




Pm = Mooring Force = 1,000 +/- ,lb/lf

Pc = Current Force = GwDwV^2/2Ge, in lb/lf

Pw = Wave Force = GwHDw, lb/lf

Pa = Soil Active Force = Ga(De+Dt)^2/2

Rpa = Soil Passive Reaction at the upstream toe

Rpb = Soil Passive Reaction at the downstream toe

Rpc = Soil Passive reaction to resist overturning

H = Wave Height in feet

V = Current Velocity if feet per second

Dw = Water depth to the ground

De = Depth of the excavation

Gw = Water density, 62.4 pcf for fresh water and 64 pcf for seawater.

Ga = Active soil pressure, usually about 15 pcf

Ge = Gravitational Constant = 32.2 ft^2/sec

Gp = Soil Passive Pressure, usually about 300 pcf


Several assumptions must be made at this stage of design. On the positive side the duration between completing the excavation and placing the tremie seal concrete is usually a matter of only a few days, so the exposure is minimal. Both the mooring force and the wave force are short-term dynamic impact forces so the passive resistance of the soil does not need to be reduced by submergence. The current force is a steady load, but it is usually small when compared to the mooring plus the wave force. If the Rpa is set equal to Pa, then the conservation of Moments and Horizontal forces is used to readily determine the passive forces Rpb and Rpc.


The second stage loading is after the tremie seal is poured and the cofferdam is dewatered.




Pt = water pressure to the top of the tremie seal = GwDt^2/2

Df = Effective Fixity below the top of the tremie concrete

It is also reasonable to assume a pinned support at the top of the tremie concrete at the sheet pile contact line.


The surface of the tremie concrete will vary about two to three feet in elevation from the high points in the center to the low point s at the sheet piles. As the tremie is poured there will be some minor segregation and water entrainment. This causes the concrete to swell from batch volume about 5% when measured in the cofferdam. This is to be expected and is not a cause for concern.


Note that all the loads are shown as point (mooring), triangular (hydraulic head) or rectangular (wave and current). This is applied to simplify the calculation process. The mooring load is an impact load that is short duration. The kinetic energy of 1,000 ton barge moving at 1mph or about 1.5 feet per second generates about 1,000 ton x 2,000 lbs/ton x (1.5 fps)^2 / 32.2 ft/sec^2 = 140,000 ft –lb. The momentum is nearly 100,000 lb/sec, if this is absorbed by the fender compression and the flexing of the cofferdam totaling one-foot the force is 100,000 lbs. Sound and heat dissipates the remainder of the kinetic energy. A 100-foot long cofferdam waler nearest the water level will transmit 1,000 lb/ft through the cofferdam. The sheet piles then must transfer the load to the ground and/or tremie seal.


Often the sheet piles are cantilevered too much to absorb that load without yielding. For this reason heavy vertical cross bracing between the upper and lower struts is required to effectively transmit the mooring load to a point where the sheet piles can safely absorb the bending load. The author prefers a cable bracing system rather than rigid steel bracing because the cables will stretch and allows lateral cofferdam movement to help absorb mooring and wave impact forces.


In rivers, the high current and high water occur simultaneously with gale force wind and wave generated impact forces. In bays where tides generate the water level fluctuations, slack tide or no current accompanies high tide. In a large bay, such as San Francisco Bay, steady storm winds can generate large waves and raise high tide by several feet.


Determining the expected wave impact is a complex procedure and there are several methods of calculation. The configuration of the body of water, depth, length of fetch, wind speed, wind direction, duration of the wind, and gusting all play a significant role. The rectangular load diagram presented above is at best an approximation. By adding the wave height to the high water elevation, a single triangular load diagram can be used to calculate the dewatered waler and sheet pile stresses.


Usually in rivers, waves are not a significant consideration. However, some river will generate very swift currents, especially during flood stage. A 7 mph current or 10 fps will cause a 200 psf differential load on the cofferdam or over three feet of water head difference from one side to the other. Often this load controls the design of the waler system cross bracing and the sheet pile selection. The rectangular configuration shown is an approximation to facilitate the calculation process.


Most major cofferdams are indeterminate structures. The design and calculation process requires the use of deflection formulas to determine load and stress distribution. For this reason the load diagrams are kept as simple as possible. There is no point in refining load diagrams to complex configurations. The mooring, current, wave and wind loads are, at best, judgmental. Usually the worst case events such as 100-year floods and storms are not used to design cofferdams. The cost would be prohibitive. For this same reason, earthquakes are not usually considered in the temporary construction. Depending on exposure, risk and cost usually a 2-year to a 10-year events are used as the cofferdam design criteria.


CONSTRUCTION


The successful cofferdam construction of depends greatly on adhering to proper procedures and sequences. The designer and builder must understand that exacting tolerances can not be maintained, with deflections and misalignments are measured in inches or feet. Piles are easily deflected off line by rocks, obstructions, and changing soil conditions. Even improper installation methods can result in major damage.


From a practical standpoint, cofferdams are limited to 60-foot long sheet piles. Manufacturing, transporting, handling, threading and driving sheets longer than 60 feet creates major problems. We have built cofferdams with 40 feet of dewatered depth by excavating below the tip of 60-foot long sheet piles. This could be done only because the ground below the sheet piles was stiff enough to stand vertically under water long enough to place the tremie concrete. We have also chemically grouted sand lens to prevent underwater cave-ins. Usually tremie sealed cofferdams are limited to about 30-feet or less of dewatered depth, plus a 30-foot deep tremie seal.


Access to the cofferdam site is by trestle or barge. Several circumstances will determine which is the better access. A trestle offers the easiest and most stable access, but deep water and great distance from the shore may cause barge access to be more economical. Ship channels may also prevent the use of an access trestle. If rough seas and high wind are common, barge access will be limited causing excessive delay while waiting for calm weather. In such cases, a trestle may prove to be more economical in the end.


The first construction step after the access is in place is to position the wale system. The wales can be assembled on a barge and floated into position. Guide piles and support frames are installed to hold the wale system in place. The barge can often be partially flooded and towed from under the suspended whale frame. The wale frame is then lowered to elevation using cranes or hydraulic jacks. The wales are then used as a guide to thread and drive the sheet piling.


Usually there are at least two layers of wales. The top and bottom layers will act as stabilizing template to control the sheet piles. In any marine environment, there will be some waves, current, and wind. Without a supporting template to guide the sheet piles it is almost impossible to maintain the vertical and horizontal alignment necessary to close the cofferdam and prevent the interlocks from splitting open. If the sheet piles are not kept plumb the interlocks will split apart in tension or the closing pair can bind up due to compressive friction and refuse to be driven.


Vibratory pile driving hammers have largely replaced impact type driving hammers. The vibratory hammer is faster, quieter, and is less likely to cause damage to the sheet piles. Drilling holes for the piling is the preferred methods of installation when the soil contains cobbles or is too hard to allow pile driving.


The first step to cofferdam installation is making a driving template. Usually the waler system is used as a driving template. Someone must help thread the interlocks.


The template wales should be marked with the proper location of every sheet pile pair interlock that touches the wale. To allow for deflection and some misalignment that will occur, it is common to build the template 4” to 6” wider than the designed size. One way to accomplish this is to band 2 or 3x12 wood planks on the outside of the walers. Special care should be taken to insure the first pair is set plumb and in the proper location, since it will act as guide for the rest of the sheet piles. One real advantage of the vibratory pile hammer is the hydraulic pile grip is used to pick the sheet pile pair from stockpile and thread the interlocks. When the sheet pile pair is properly threaded and aligned, it should be driven to the top of the template wale. A C-clamp can be used to keep the free interlock from fanning out. Sheet piles will tend to tilt along the wale because of the unsymmetrical interlock friction during the initial driving, so the top should be restrained from walking along the wale.


If there is a prevailing wind or water current, start setting the sheet piles on the center of the upwind or up-current side. Complete this up wind side installation of sheets including the corner pile by alternating from left to right when adding sheet pairs. Make sure that the corner piles are truly plump in both directions. It is a lot easier to correct misalignments as the sheets are being threaded than discovering a problem when the final closure is attempted.


Final closure should never be made at a corner. The reason for this is the corner works in both directions. If either sheet wall line is out of plumb, the sheet interlock will probably split open. The other reason to be careful in initial alignment is that this will largely define the direction the piles will take as they continue to penetrate the ground. If the interlock is started off tight and out of line, it will likely split apart as it is being driven. This will damage the pile and may require a very expensive and time consuming repair procedures.



When the sheet piles are fully in place and driven to the top of the upper template, the template wales can be lowered, if needed. The pairs of sheet piles should be advanced in about five foot increments. Drive alternate pairs so that the interlock friction stays symmetrical for every pair. This will help maintain pile alignment. Constantly check the sheets for plumbness and alignment. If the sheets start to walk out of plumb or alignment, extract the sheet pair and advance the pair on each side of the problem sheets. Sometimes by working the problem sheet pair up and down a few times, the pile will realign and driving can continue. This ability to extract and drive the sheets with a vibratory hammer is a huge advantage over impact hammers, which usually only can drive the pile efficiently. If the misalignment can not be corrected and is serious enough to require additional action, the only practical solution may be to excavate to the toe of the sheets and remove the obstruction. It may even be necessary to install temporary walers at unplanned elevations. This is another reason to have the design on a computer, so you can react quickly to address the problems as they arise.


Cofferdams are rarely installed as easily as they are planned and designed. You must expect and anticipate problems that will require redesign and innovative solutions. However, it is rewarding to solve the demanding construction and knowing it will help successfully complete the project.


We had one cofferdam where the crew let the sheets get out of plumb and the closure sheet pair could not be driven to the required penetration. They elected to cut the jammed sheet pair flush with the top of the adjacent sheets so nobody would notice. Unfortunately, the tip of the jammed sheet pair was above the tremie seal concrete but about ten feet into the clay bay bottom. When the dewatering was nearly complete the clay plug blew out and the cofferdam filled with water so fast that two men got wet to their waist before they could ride the crane hook out. The water rose about twenty feet in just a few seconds. It also took another month to seal the blow out and complete the cofferdam dewatering. Even a split interlock is expensive and time consuming to repair. A one-inch wide split a foot or so long will spew more water than a fire hose if it is forty feet below the water level.


In another incident, we had a major cofferdam tip to one side about 15 degrees. The cofferdam was 140 feet long, 60 feet long with 60-foot long sheet piles. The cofferdam weighed over 500 tons. The Geologist assured us the weak rock at the sheet pile tips would support the weight while the tremie excavation proceeded to further depth. It took a month to right the cofferdam using barge-mounted cranes and hydraulic jacks. The cost of the mistake cost us over $1,000,000 to fix and we still had to install the support piles to carry the weight of the cofferdam. The cost of the support piles was only $25,000. Obviously, the risk taken to save a few dollars was not a good one. Cutting corners when building major cofferdams is only begging for disaster.


With the sheets carefully driven and the wale in position, often the sheets are welded or bolted to the top wale to provide cofferdam stability during excavation operations. A crane and a clam bucket usually perform the excavation, although in some instances a backhoe can be effective.

If the soils are stiff, the ground can be “Swiss cheesed” with a crane mounted drill. This allows the bucket teeth to grip and cut through the soil rather than just scraping along the surface.


Always excavate along the sheet piles first, keeping a low hump in the middle. This allows the clam bucket to rest against the sheets and stay upright so it can stuff the bucket. If a depression is created in the middle of the excavation, the bucket will roll on its side and be unable to excavate the wedge of soil adjacent to the sheet piles. When the excavation is nearly complete, slide a steel beam spud between the wales and the sheet pile alcoves. Almost always soil will cling in the alcoves. This plug of soil can easily blow out during dewatering, causing great expense and delay. The cause of a major leak that prevents dewatering can be very difficult to even locate, often requiring divers to probe for the leak. If there is more than one plug of soil to blow, you may gain repeated experience by finding such leaks as they sequentially blow out with each attempt to dewater the cofferdam.


Tremie concreting is done in a manner so as to minimize the flowing concrete contact with the water. The method is to induce the fresh concrete under the previously placed concrete and pillow it up and out. Never allow the concrete to fall through the water, if that happens, the cement will wash out and you will have a pile of gravel with a weak cement paste icing on top. This icing or surface latents will happen to a limited extent no matter how carefully the concrete is placed. The concrete can be pumped by first filling the pump hose with concrete and weak wiring a watertight cap over the end of the hose. The hose is lowered to the bottom of the excavation and the concrete continuously pumped raising the hose only when the backpressure slows the pumping production or the concrete has risen to the desired grade. More than one pump can be employed. Pumping points should be at about 25 feet on center at the most. Tremie tubes made from 12” steel pipe can be used. These tubes act the same way as the pump hose. First the tube is lowered on the bottom and a rubber ball is pushed into the tube, forming a seal. Then concrete fills the tube forcing the ball all the way to the bottom. When the tube is completely full of concrete, it is eased up from the bottom until the concrete starts to flow. The tube is kept almost full at all times be adjusting the tube up or down to compensate for the flow rate of concrete. The tube is extracted and restarted in a new location only after the concrete pillow has reached the desired elevation.


The tremie placement is a continuous operation until completed, going 24 hours a day without interruption. Tremie pours usually involve large volumes of concrete, often several thousand cubic yards of concrete. Usually one or more concrete plant and backup are dedicated solely to the tremie pour until it is complete. One of the worst things that can be done is stopping the tremie before it is completed. Any cold joint formed will be a thick, inclined and very weak plane, which may easily fail from the weight of the structure it is designed to support.


The concrete mix design is very important. The mix design must produce a free flowing and slow setting concrete. The concrete usually contains about 7 sacks of low heat of hydration cement, rounded aggregates, high sand content and water added to achieve a six to eight inch slump. Concrete set retarding, water reducing and anti wash agents are sometimes added to the mix design. The concrete mix design is a critical element to building a successful cofferdam. It is wise to consult with an expert in tremie concrete construction before committing to the work.


We have encountered engineers and owners who think they know all about tremie placement methods. When we ceded to their method demands, it always led to major problems. One Federal agency insisted we adhere to a cofferdam construction manual that was twenty years out of date. The author of the manual, an internationally acclaimed Engineer, finally told them that that the manual was obsolete and referred to his latest work. Another time, an engineer insisted on a tremie concrete placement method that resulted in soil seams and weak cold joints. This forced us to drill and high pressure grout the tremie seal concrete. This cost the project hundreds of thousands of dollars in unnecessary lost time and expense. Refuse to comply with improper suggestions.


If an owner insists on poor procedures, document to the engineer that you believe the methods are wrong before the work is started and you will file a claim for all remedial costs and loss of time. It is usually wise to have a recognized expert review your cofferdam construction plans and methods well in advance of the work and submit the review before the owner has a chance to interfere.


When the concrete has cured enough to gain enough strength to withstand the dewatering forces (about two or three days), dewatering can begin. Two major problems can arise at this time. The first is the pH of the water in the cofferdam is going to be at least 11, very basic and often too high to permit pumping back into the bay or river without treatment. The water will be murky, containing colloidal size cement particles that will not readily settle out. The other problem is the cofferdam will leak more and more as the water is drawn down, usually generating several thousands of gallons per minute of leakage. Once the differential head of water between the outside and inside becomes great enough to push the interlocks tighter, the leakage will be significantly reduced. But initially, massive volumes of water must be quickly removed from the cofferdam until it has a chance to seal itself up. The required pumping rate is measured in several thousand of gallons per minute in order to be effective. The draw down within the cofferdam must be fast enough to detect visually, at least 1” per minute initially or the pumps will be over whelmed by the leakage through the interlocks and the draw down will cease and additional pumps will be needed.


In times past it was no problem to pump directly into the surrounding waterway. Today with strict water quality regulations in place, disposal to the pumped water can be a huge problem. Recently in Canada several weeks were lost because there was no way to dispose of the pumped water fast enough. Only by adding flocculation, buffering chemicals and circulating the water through filters could the water quality be improved enough to allow pumping into the river. Huge holding ponds must be found or created or pumping directly back into the waterway is required. The time and cost to treat the cofferdam water can cause major costs and delays. Be sure a workable and approved plan is in place before the cofferdam must be dewatered.


After the cofferdam is dewatered, the clean up process can begin. The surface will be rough and undulating. There will be layers of mud, debris, and dead fish that must be cleaned up. Once the clean up is done, the top of the tremie concrete will have about six inches of laitance. The laitance is a weak layer of nearly pure cement that has been washed to the surface of the concrete by the dynamics of the concrete tremie placement. This is one reason to have a cement rich concrete mix design. Some of the cement will be washed from the concrete and some segregation will naturally occur.


At this point, a safety precaution is inserted. No gas-powered machinery should ever be allowed inside a cofferdam. The danger for explosion and carbon monoxide poisoning is too great. Even the use of diesel powered equipment in the cofferdam should be kept to an absolute minimum. Whenever it is possible, engines outside the cofferdam should power all machinery. These actions will both reduce congestion in the cofferdam and provide for safer working conditions.


The laitance must be removed from at least the areas of contact with the subsequent structure foundation. The laitance can be removed by jackhammer; a small rubber tired backhoe mounted hoe ram, or a very high-pressure water jet. The laitance is removed until the coarse aggregate is exposed. This insures that a structurally competent bond and bearing will be achieved between the tremie mass concrete and the reinforced foundation structure.


The direct costs of clean up, laitance removal will require at least four person-hours per square yard, and the cost of the cofferdam associated equipment. Usually it takes at between a week and a month to fully prepare the tremie surface for the subsequent construction. The surface will vary in elevation approximately three feet or more. High spots usually must be chipped down. Starter forms must be custom cut and fit to the tremie surface at an expense of 2 to 4 square feet per person-hour. Often a leveling slab is placed to facilitate the construction to the subsequent structure.


While the clean up and laitance removal is progressing, the cofferdam will continue to leak and require substantial pumping. The leakage water will be contaminated by the mud and debris in the cofferdam until all remedial work and clean up is completed. All water removed from the cofferdam during this stage probably will have to be processed before returning the water to the river, lake, or bay. Sometimes barge-mounted filters are needed. At other times, a settling pond on the shore can be utilized. Pollution control measure requirements can be very extensive and costly.


As soon as the dewatering of the cofferdam is started, efforts to stop and control leaks should begin. The slower the leakage the quicker the cofferdam will be dewatered and the least amount of water will have to be handled and processed. Controlling leakage is the one major reason to adhere to strict and proper cofferdam installation methods. A properly installed cofferdam will allow quick and easy dewatering, while a badly constructed cofferdam may require weeks of work just to get to the point where it is even possible to dewater the cofferdam.


There are several ways to stop and slow the leaks. No cofferdam is totally free of leakage, but over time, the cofferdam will continue to seal up and decrease the leakage. Rust of the sheet pile steel and water borne particles will fill small gaps. After several weeks, a large cofferdam may need only a small 2” pump to keep the cofferdam dewatered. Wooden wedges can be driven into the larger seams. Fly ash can be poured on the outside over small leaks. Visqueen can be lowered on the outside to form a patch. A mixture of horse manure, sand, and sawdust is often very effective when dumped on the outside above the leak. The sand will add weight so the mixture will rapidly sink, the horse manure will add just enough stickiness to hold the mixture together, and the sawdust and sand will be sucked into the crack. The sawdust will absorb water, expand slightly to further seal the crack, and wedge itself in tighter.


Initially, an around the clock watch should be maintained to insure the pumping system does not fail. The cofferdam can easily fill overnight if the pumps fail or clog up. If that happens, then the whole process of dewatering must be started from scratch. Much of the previous leak control work will be undone and avoidable time and money will be lost. Even with a full pump watch, there should be redundancy of power source and standby pumps already in place that just need to be switched on. Sometimes automatic float switches and emergency relay gear can be used.


Removal of the cofferdam can be a single event or in stages. The single event is when all the construction below the water is completed, the cofferdam is flooded to relieve hydraulic pressure and the sheet piling are extracted and wales are dismantled. Sometimes the designer requires the sheet piling to be cut off at the ground line to enhance lateral stability of the structural foundation. That requirement will increase the cost of the cofferdam by the extra work of divers and lost salvage value of the piling.


The cofferdam will sometimes be removed in stages. The new structure is completed to just below the lower wale and backfilled between the sheets and the new structure. The lower wale and strut system is then removed. The new structure is then built to the next layer of wales and the process is repeated.


The single event allows the sheets and wale system to be removed with the hydraulic head removed, so the dismantling process is only a matter of retrieving the pieces. When the cofferdam is dismantled in stages the wale system will be under high pressure and the sheet piles will squeeze inward several inches as the gravel backfill absorbs the transferred hydraulic pressure and the piles deflect. The pressure is best transferred slowly so impact is minimized and the process is always fully controlled. The struts can be slowly cut near a wale with a torch until the remaining steel yields and the sheet piles move in. The preferred method is to heat the strut near one end with a rose bud torch until red-hot and the pressure collapses hot portion of the strut. The process can be carefully controlled and stopped at any time by cooling the steel. The bolts attaching the wale corners can be torched or driven out with an air hammer.


Every cofferdam is unique and requires thorough analysis. The designer must take into account a large number of parameters. The design must be compatible with the weather conditions, waves, currents, construction equipment, construction methods, internal permanent structures, and ground conditions. Comparable cost studies should be analyzed to determine if the cofferdam method is favored over other techniques, such as precast or caisson construction. Often the cofferdam designer must work closely with the project design engineer to arrive at a mutually satisfactory procedure.

Course Summary

Every cofferdam is unique and requires thorough analysis. The designer must take into account a large number of parameters. The design must be compatible with the weather conditions, waves, currents, construction equipment, construction methods, internal permanent structures, and ground conditions. Comparable cost studies should be analyzed to determine if the cofferdam method is favored over other techniques, such as precast or caisson construction. Often the cofferdam designer must work closely with the project design engineer to arrive at a mutually satisfactory procedure.

4/02/2008

Spirally Welded Pipe Piles (Tubular piles)


Spirally welded pipe piles have a wide range of benefits, including:

Wide range of diameter and wall thickness - The steel pipes are manufactured in accordance with ASTM A 252, JIA 5525 and BS3601 or other specifications, with a wide choice of dimensions.
Ease of splicing - Consistent circularity and tight diameter tolerance produce significant advantages when joining in the field. Piles can be easily spliced on site to extend pile lengths as required for deep driving.
Long lengths - Availability of long length piles reduces cost of handling and joining at site.
Ease of transportation and handling - As steel pipe piles are light weight and less susceptible to damage, their transportation and handling are made easy.
Fast supply of uniform quality material in large quantity.
Large load-bearing capacity - Piles can be driven deeply into hard bearing stratum resulting in achieving a larger bearing capacity.
Smaller net section area - Piles can be spaced closely, owing to lesser soil displacement during piling and adverse effects on neighboring structures will be minimised.
High column buckling and bending capabilities - Steel pipe piles are commonly used in marine structures due to their versatility.

3/23/2008

Công nghệ cọc ván thép (theo trường phái coi Nhật là cha:-))




(Chưa biết độ chính xác thế nào?? mong độc giả tự so sánh tham khảo)
1. Lời mở đầu

Công nghệ cọc ván thép là công nghệ mang tính truyền thống được áp dụng rộng rãi trên 100năm trong các công trình cảng, công trình sông, công trình tường chắn đất và các công trình nền móng.

Từ năm 1940 đến những năm 50, ở nước ngoài, thành quả nghiên cứu thực tế và lý thuyết của Terzaghi hay Rowe về cơ bản đã được xác lập trong thời kỳ này về lý thuyết. Ở Nhật Bản cũng vậy, trải qua một thời gian dài trưởng thành từ năm 1950 đến những năm 70, công nghệ cọc ván thép đã phát triển vượt bậc cả về chất lượng và số lượng. Gần đây nó cũng được áp dụng trong việc giảm tiếng ồn, giảm rung lắc và cũng được áp dụng trong các công trình ở các thành phố. Cọc ván thép ở Nhật Bản, trải qua hơn 70 năm, đến nay Nhật Bản trở thành nước có sản lượng cọc ván thép rất lớn trên thế giới, nó được xuất khẩu sang các nước khác nhiều hơn là ở Nhật Bản. Trong bài này tác giả sẽ trình bày về sự biến đổi về mặt vật liệu và thi công cuả công nghệ ván cọc thép ở Nhật Bản cũng như các công nghệ sử dụng cọc ván thép.

2. Sự biến đổi vật liệu cọc ván thép.

2.1. Lịch sử của việc sản xuất cọc ván thép.

Công nghệ cọc ván thép ở Nhật Bản được bắt đầu từ việc sử dụng cọc ván thép trong các công trình tường chắn đất của toà nhà Misui năm 1930. Sau đó để khôi phục sau hoả hoạn trong trận động đất Kanto năm 1923, một số lượng lớn cọc ván thép từ các nước trên thế giới đã được nhập vào để khôi phục các công trình cảng, sông một cách nhanh chóng, mở ra một thời kỳ mới của công nghệ cọc ván thép. Nhân dịp này từ sau năm 1925, hàng năm có từ 3 đến 4 vạn tấn cọc ván thép được nhập vào. Khối lượng cọc ván thép nhập vào tiếp tục tăng nhanh đến năm thứ 5 năm SHOWA nhưng đến năm 1931 do ảnh hưởng của tình trạng suy thoái kinh tế lớn mà khối lượng cọc ván thép nhập vào giảm đi mạnh mẽ.

Mặt khác với sự hỗ trợ của chính sách ngăn chặn việc nhập khẩu do sự suy thoái của nền kinh tế và việc cải thiện trao đổi thu chi, từ năm 1929 công ty thép Yahata của Chính phủ đã thành công trong việc quốc sản hoá cọc ván thép và năm 1931 lần đầu tiên cán và bán ra được 2500tấn cọc ván thép hệ Lakawana, từ đó trở đi việc nhập khẩu cọc ván thép gần như là không có.

Hiện nay, hình dạng cọc ván thép được sản xuất ra là hình chữ U hay hình đường thẳng, ngoài ra nó còn có dạng hình chữ H.

Lịch sử của cọc ván thép ở Nhật Bản:

1931: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ U (dạng Lakawana)”Kiểu SPII”

1955: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình đường thẳng “SP-F”

1959: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ z “Z-45”

1960: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ U (dạng Laruzen) “SP…”

1967: Thành lập Tiêu chuẩn JIS: JIS A5528: 1967

1987: Ngừng sản xuất cọc ván hình chữ U dạng Lakawana

1997: Ngừng sản xuất cọc ván thép hình chữ Z.

1997: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép cỡ lớn hình chữ U với chiều rộng có hiệu là 600mm

2000: Sửa đổi lại Tiêu chuẩn JIS thành tiêu chuẩn “JIS A5523:2000. Cọc ván thép cán nóng dùng cho hàn”

2.2. Vật liệu cọc ván thép gần đây:


(1)Cọc ván thép hình chữ H

Cọc ván thép hình chữ H là dạng tường có độ cứng cao hình chữ H được tổ hợp hàn từ cọc ván thép hình đường thẳng và bản thép hay thép hình CT và thép.Dạng kết cấu không phải là dạng cán nguyên hình như thép hình chữ H mà là dạng tổ hợp hàn. Nhờ có đặc tính hình dạng mặt cắt, cọc ván thép hình chữ H có ưu điểm lớn là phát huy được hiệu quả độ cứng chống uốn cao với yếu tố quan trọng của dạng tường.

Quan hệ giữa chiều dày tường của cọc ván thép hình chữ H và mô men quán tính thứ cấp của mặt cắt. So với dạng tường hàng cột đất, nó có khả năng đảm bảo tính năng mặt cắt đồng đều với chiều dày tường mỏng.

(2) Tiêu chuẩn của cọc ván thép

Đối với cọc ván thép, đến năm 1967 mới thành lập Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản JIS A5528, quy định thành phần hoá học, tính chất cơ lý, kích thước. Khi đó trong Tiêu chuẩn cũng bao gồm cả cọc ván thép. Sau đó năm 1963, Tiêu chuẩn của cọc ống thép được tách ra thành Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản JIS A5528.

Năm 1993 với trận động đất pử Kushiro, do sự phá hoại mặt cắt ở phần mối hàn của cọc ván thép, qua sự hợp tác của Chính phủ, các nhà sản xuất và các trường đại học, việc điều tra, nghiên cứu, phát triển cọc ván thép có mối hàn đã được thực hiện. Kết quả là năm 2000 Tiêu chuẩn cọc ván thép có tính hàng cao đã được quy định trong Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản “JIS A5528 Cọc ván thép cán nóng cho mối hàn”.

Do đó cùng với việc cải tiến hành dạng, sự tăng cao về chất lượng mà vật liệu cọc ván thép từng bước được nâng cao.

3. Sự biến đổi của công nghệ cọc ván thép.

3.1. Công nghệ đóng rung bằng búa rung.

(1) Khái quát và những cải tiến của búa rung.

Năm 1960, búa rung đã được nhập vào từ Liên Xô cũ, năm 1965 sau khi quốc sản hoá, búa rung của Nhật Bản đã đáp ứng được với nhu cầu của thời đại nhờ tính tiện lợi có thể kiêm đóng xuống và nhổ lên,vừa được phổ cập nhanh chóng vừa được sử dụng mang tính đa năng. Búa rung vừa giảm tiếng ồn vừa sử dụng mô tơ điện. Gần đây nhờ có “giảm biên độ dao động xuất hiện do sử dụng mô tơ đầu“ hay “có bộ điều khiển khi dừng lại và khởi động không mômen”, do loại bỏ được tiếng ồn và dao động đột xuất do cộng hưởng của cần cầu và nền đất xuất hiện khi khởi động và dừng lại, công tác thi công giảm độ rung và tiếng ồn đã được thực hiện.

(2) Cấu tạo của búa rung và nguyên lý đóng cọc.

Búa rung được cấu tạo tìư các bộ phận:

Thiết bị giảm chấn;

Máy tạo xung (thiết bị làm xuất hiện dao động)

Máy kẹp cọc (thiết bị liên kết cứng giữa cọc và máy tạo xung, truyền lực dao động vào cọc);

Thiết bị điều khiển (thiết bị điều khiển điện hay dầu).

Khi tác dụng lực dao động vào nền đất xung quanh cọc ván thép bằng búa rung, sự kết hợp giưũa các hạt đất cấu tạo nên đất nhất thời giảm xuống rõ rệt. Đối với đất cát, do hiện tượng lưu động mà sức kháng của đất mất đi hẳn, đối với đất sét (đất dính hay đất sét), bằng lực dao động kết cấu khung của đất nên cọc thép có khả năng đóng xuống nhờ lực cắt. Đất khi tác dụng lực dao động bằng tốc độ nào đó, liên kết giữa các hạt đất yếu đi, sức kháng của đất nhất thời giảm đi rõ rệt. Đối với đất cát, do hiện tượng lưu động mà sức kháng của đất mất đi hẳn, đối với đất sét (đất dính hay đất sét), bằng lực dao động kết cấu khung của đất nên cọc ván thép có khả năng đóng xuống nhờ lực cắt. Đất khi tác dụng lực dao động bằng tốc độ nào đó, liên kết giữa các hạt đất yếu đi, sức kháng của đất nhất thời nhở đi. Độ lớn này có được hiệu quả khi tần số dao động >50Hz đối với đất cát, >50Hz đối với đất sét. Nguyên lý đóng cọc ván thép bằng búa rung là cho lực dao động cưỡng bức có được nhờ máy tạo xung tác dụng vào cọc ván thép bằng búa rung là cho lực dao động cưỡng bức có được nhờ máy tạo xung tác dụng vào cọc, bằng việc lợi dụng hiện tượng nói trên, tuỳ thuộc vào loại đất mà làm giảm lực ma sát xung quanh cọc ván thép và lực kháng đầu cọc xuống từ tĩnh sang động. Để cọc ván thép được xuống, các điều kiện sau cần phải được thoả mãn:



P0 > Tv

( W+Wp) >Rv



(3) Phân loại các phương pháp.

Phương pháp đóng cọc sử dụng búa rung được chia làm 2 loại: Phương pháp búa rung không sử dụng công nghệ hỗ trợ và phương pháp búa rung sử dụng cắt bằng tia nước phun cao áp.

Phương pháp sử dụng phun có thể đápứng cho tất cả các nền đất không liên quan đến sự khoẻ yếu của nền đất thi công, so với các phương pháp khác nó còn có đặc tính thi công nhanh chóng.

Đặc biệt nó có khả năng thi công nổi trội là đóng đến nền đá có giá trị tính đổi: N=200-500 hay nền cứng như có trộn lẫn đá đường kính 200mm.

Ngoài ra khi đóng cọc ván thép, khi đối tượng bị ảnh hưởng bởi độ rung và tiếng ồn cần có biện pháp đối phó, sử dụng phương pháp này nhờ nước phun vào sẽ có hiệu quả giảm độ rung và tiếng ồn là đáng kể.

Phương pháp búa rung được áp dụng cho nền đất có giá trị N nhỏ hơn 50. Người ta sử dụng loại máy búa rung áp lực dầu với máy móc cần thiết là cần cẩu và búa rung (nhóm thiết bị tiêu chuẩn của búa rung), do đó đây là phương pháp sử dụng đa năng với máy móc sẵn có.

3.2. Phương pháp xuyên nén bằng máy nén.

Ở Nhật Bản hầu hết máy móc xây dựng đều được chế tạo dựa vào công nghệ của nước ngoài. Trong lĩnh vực máy đóng cọc cũng vậy trải qua việc nhập khẩu rồi theo con đường quốc sản hoá và tính năng hoá những nguyên lý hoạt động cho dao động hay đập không thay đổi, từ những năm 1960. ô nhiễm xây dựng đã biến thành vấn đề nghiêm trọng của xã hội.

Năm 1975, ưu tiên xử lý ô nhiễm được cho là yêu cầu của xã hội, bằng nguyên lý hoạt động độc lập không gây ô nhiễm (nguyên lý nén ép), máy nén kéo nhổ cọc kiểu áp lực dầu đã được ra đời. Từ khi phát minh ra nguyên lý cơ bản đến khi chế tạo nên sản phẩm, tất cả đều được thực hiện ở Nhật Bản và là máy xây dựng quốc sản đơn giản đã được sử dụng.

(1)Nguyên lý nén ép.

Đối với việc đưa cọc ván thép xuống lóng đất mà không gây rung động hay tiếng ồn, cần phải có cơ cấu kháng lại tải trọng tĩnh lớn do sức kháng xuyên và phản lực tác dụng của nó. Do đó máy nén ép có nguyên lý cơ bản là kẹp lấy một số cọc ván thép đã được đóng vào trong lòng đất làm phản lực, xuyên cọc ván thép tiếp theo vào trong lòng đất bằng tải trọng tĩnh nhờ áp lực dầu.

(2) Các phương pháp nén ép.

Máy nén ép yêu cầu phản lực lên cọc ván thép đã được thi công trước, có khả năng kẹp lấy cọc ván thép trong khi thi công, vừa tự chạy vừa tiến hành công tác liên tục. Phát triển nguyên lý này, phương pháp hệ thống GPR có thể hoàn thành toàn bộ quá trình cần thiết trên cọc đã thi công ở kết cấu tường liên tục (từ năm 1982). Nhờ có việc tiến hành vận chuyển, treo và ép cọc ván thép bằng toàn bộ đầu cọc nên có thể cực tiểu hoá phạm vi ảnh hưởng của công trình chỉ trong chiều rộng máy thi công trên cọc ván thép. Do đó, tại các khu vực đất xung quanh là nước, đất nghiêng, đất không bằng phẳng hay đất bị hạn chế, không cần cầu tạm hay đường công vụ, không gây ảnh hưởng tới môi trường xung quanh hay trầm tích sông, có thể chỉ tiếnhành thi công kết cấu thể tường với mục đích ban đầu một cách hợp lý.

Đối với việc xây dựng cầu dầm hay tăng cường chống động đất trụ cầu có phần dưới bị hạn chế không gian mạnh, máy rung tịnh không chuyên dụng chiếm không gian cực thấp (từ năm 1085) có khả năng thi công không cản trở giao thông. Từ quan điểm lưu thông và chống hoả hoạn trở thành công nghệ thi công mang tính thời kỳ không thể thiếu được đối với việc tái sinh thành phố.

(3) Thi công trên nền đá cứng

Đối với nền có giá trị N lớn nhất từ 25-50, đặc biệt là nền đất cát hay thi công cọc dài, người ta sử dụng phương pháp phun nước. Hệ thống phun eco máy nén ép chuyên dụng nối liên tục ở động tác ép nén điều tiết tự động lượng phun ra, do đó có thể hạn chế tối thiểu được ảnh hưởng của nền đất đồng thời hạn chế tối thiểu tài nguyên.

Đối với nền đất cứng có giá trị N vượt quá 50 như đá dăm, đá cuội hay đá tảng dựa vào máy rung phá sử dụng lý thuyết không có lõi (từ năm 1997) phương pháp dọn sạch nền đất cứng có thể thích hợp. Bằng máy nén ép và thiết bị điều khiển nhất thể, đào nền thẳng xuống dưới mũi cọc, điều khiển sự xuất hiện bầu áp lực nén và kéo nhổ mũi khoan ngay tức thời, đồng thời xuyên cọc vào trong lòng đât sao cho lấp đầy lỗ đó. Đường kính đào hạn chế nhỏ nên lượng đất thải ra ít vừa giảm thiểu được ảnh hưởng tới môi trường vừa giảm được ảnh hưởng sức kháng xuyên. Tuỳ thuộc vào phương pháp dọn sạch nền đất cứng mà áp lực nén cọc ván thép lên nền đá được phân loại cho đá cứng loại I, loại II, loại trung như đá dăm, đá cuội hay đá tảng.

(4) Phương pháp quản lý thi công.

Bằng nguyên lý nén, nhờ có sự tác dụng tải trọng tĩnh lên đầu cọc ứng lực kháng xuyên nên từng cọc trở thành cọc thí nghiệm chất tải. Do đó máy nén ép phân tích các loại số liệu đo được tự động bằng chương trình chuyên dụng (hệ thống quản lý nén ép, từ năm 2002), nhờ việc nắm được tình trạng xuyên trong lòng đất hay sức chịu tải của từng cọc ván thép tại thời gian thực hiện nên có thể tiến hành quản lý chất lượng sản phẩm một cách chính thức.

3.3 Phương pháp nén ép sử dụng mũi khoan

Phương pháp nén ép sử dụng mũi khoan đất là phương pháp không cần máy chuyên dụng, nói chung được cấu thành từ máy đóng cọc kiểu 3 điểm, mũi khoan đất và dễ dàng tháo lắp, nó có các đặc điểm sau:

Có thể thi công giảm độ rung và tiếng ồn

Phạm vi áp dụng rộng rãi cho mọi loại đất.

Tiến hành công tác thi công nén ép không sử dụng khoan tuỳ từng trường hợp ứng với điều kiện địa chất và điều kiện thi công.

Có thể tiêm vữa từ mũi xoắn hoá cứng nền đất.

4. Giới thiệu các loại công nghệ sử dụng cọc ván thép.

4.1. Cảng, sông

Phương pháp tường chắn cọc ván thép kiểu tự đứng.

Tường chắn cọc ván thép kiểu tự đứng là kết cấu chống đỡ các tải trọng như áp lực đất và áp lực nước. So với tường chắn cọc ván thép kiểu dây neo thì thi công đơn giản hơn, thời gian thi công ngắn hơn và do có khả năng thi công ở những nơi có đất đắp phía sau hẹp nên được sử dụng rộng rãi ở những tường kè đường có nước nông nghiệp hay tường kè sông.

Phương pháp tường chắn cọc ván thép kiểu dây neo:

Tường chắn cọc ván thép kiểu dây neo là kết cấu chống đỡ tải trọng của áp lực đất và áp lực nước tuỳ theo sức kháng ngang của phần xiên vào và sức kháng ngang của cọc neo phía sau được liên kết vào bằng dây neo. Do đó thường được lựa chọn cho các tường kè lớn hay các kè bảo vệ nền đất tương đối yếu.

Phương pháp tường chắn cọc ván thép kiểu tổ ong:

Đóng các cọc ván thép hình đường thẳng theo hình tròn, nhồi đá dăm hay cát vào trong lòng tạo thành một hình tổ ong cọc ván thép hình thẳng đứng thành một thể liên tục, vỏ thép mỏng và chất nhồi bên trong tạo thành một thể thống nhất, là kết cấu kháng lại ngoại lực. Sử dụng cọc ván thép hình đường thẳng có trọng lượng riêng ở vỏ thép nhẹ hơn so với cọc ván thép hình chữ U, tác dụng cường độ kéo của nó lớn nhất nên là kết cấu cần ít thép, mang tính kinh tế.

Tường cách nước thẳng đứng dành cho những nơi xử lý chất thải ở mặt biển:

Đối với những trường hợp sử dụng cọc ván thép ở tường cách nước thẳng đứng ở những nơi xử lý chất thải, nói chung thường dùng phương pháp xử lý cách nước bôi chất ngăn nước có tính trương nở vào tai nối của cọc ván thép. Để đảm bảo tính cách nước của kết cấu vĩnh cửu, chất ngăn nước có tính vĩnh cửu sử dụng nhựa polyurethan có tính trương nở. Nhựa polyurethan của chất trương nở khi hấp thụ nước sẽ trương nở từ 5 đến 10 lần, hình thành chất nhựa hoá cứng có tính trương nở và ngăn nước cho khe hở của tai nối nhờ áp lực nhựa.

Biện pháp đối với rò rỉ nước nền của đê sông:

Do mực nước ở sông dâng cao hơn khi có mưa lớn, nước nền rò rỉ xuất hiện trong đê, chân đê

bị sụp lở dẫn đến bị phá hoại. Biện pháp đối phó với việc rò rỉ nước nền của đê sông như thế này là phương pháp đóng cọc ván thép sử dụng ngăn nước cho chân đê phía trong. Sự xác nhận hiệu quả sau khi phân tích dòng thẩm thấu.

Biện pháp đối với hoá lỏng

(1)Biện pháp đối với hoá lỏng của kết cấu đắp đất.

Đối với kết cấu đắp đất của đê điều trên sông, trường hợp nền đất bị hoá lỏng khi có động đất, sức chịu tải giảm đ làm cho sự chống đỡ tải trọng đất đắp bị mất đi, xuất hiện các hiện tượng biến đổi như “trượt”, “sụt”, “lở”. Do đó nhờ có việc đóng cọc ván thép trong nền đất cơ bản mà ngăn ngừa được sự biến dạng của đất đắp nhờ độ cứng chống uốn của cọc ván thép, có thể giảm được hư hỏng nền đắp.

(2). Biện pháp đối với hoá lỏng của kết cấu trong lòng đất.

Đối với kết cấu trong lòng đất như rãnh đôi khi có động đất nền đất xung qanh bị hoá lỏng, do nước bùn hoá lỏng nên có lực đẩy nổi tác dụng vào kết cấu, đồng thời lực kháng bị giảm xuống, lực đẩy tăng lên, xuất hiện hiện tượng biến dạng. Do đó nhờ có việc bố trí các cọc ván thép xung quanh kết cấu trong lòng đất mà phòng chống được tấn công của đất cát đã bị hoá lỏng xung quanh kết cấu, có thể ngăn ngùa được sự phá hoại do đẩy nổi.

4.3 Các áp dụng mới.

(1) Tường chắn cho đường

Tường chắn cọc ván thép kiểu tự đứng là tường chắn kiểu chống áp lực đất bên hông chỉ nhờ sức kháng ngang của đất phần cọc xiên vào và độ cứng chống uốn của tường. Đặc điểm của phương pháp này là:

1. Chiều dày tường mỏng, diện tích chiếm dụng hẹp nên có thể tiết kiệm được đất chiếm dụng.

2. Không cần có đất đắp tạm thời và có thể xây dựng tường kiêm luôn là kết cấu ngăn đất tạm cho thi công;

3. Không cần phải cải tạo nền đất khi là đất yếu;

4. Có khả năng tạo cảnh quan điều hoà cho môi trường xung quanh nhờ có sơn phủ và các tấm panel trang trí.

(2)Biện pháp chống lún đất đắp

Khi tiến hành đắp đất đường bộ trên nền đất yếu, hiện tượng lún nén bằng trọng lượng đất đắp xuất hiện kéo theo nền đất xung quanh cũng lún theo.

Nhờ có việc bố trí tường cọc ván thép giữa phần đất đắp và kết cấu liền kề mà có thể ngăn được ảnh hưởng của hiện tượng lún kéo theo. Đặc điểm của phương pháp này là:

1. Có thể tăng nhanh tốc độ thi công nên có thể rút ngắn thời hạn thi công;

2. Có khả năng thi công giảm độ rung và tiếng ồn ở nơi chật hẹp gần kề với kết cấu đã thi công rồi;

3. Không sợ ô nhiễm nước ngầm đối với biện pháp cải tạo nền đất bằng xi măng.

Một ví dụ về quan trắc lượng lún của nền đất sau khi đóng cọc ván thép giảm lún. Lượng lún của lớp dưới phía trong lề trải qua 7 năm đóng cọc ván thép chỉ lún 2cm, nó đã phát huy được hiệu quả mong muốn khá tốt.

5. Kết luận:

Trên đây là một số giải pháp mới nhất và những thay đổi về vật liệu, thi công, kỹ thuật sử dụng ở Nhật Bản đối với công nghệ cọc ván thép. Đối với nhu cầu xã hội gần đây như” giảm thiểu giá thành”, “môi trường”, công nghệ cọc ván thép đã từng bước năng cao, so với giai đoạn cán cọc ván thép trước những năm 1970 thì có thể nói rằng nó được phát triển vượt bậc. Trong tương lai với nhu cầu mang tính xã hội và sử dụng mới, những phát minh về kỹ thuật vật liệu, thi công và sử dụng sẽ còn phát triển hơn nữa.


Nguồn: Tài liệu Hội thảo KH về ứng dụng kết cấu thép trong xây dựng công trình ở Việt Nam, 11/2006