Kinh nghiệm thi công cừ ván thép kiểu mũ trong điều kiện địa chất đất sét cứng

Experience in construction of HAT type steel sheet piles in very stiff clay

Tóm tắt

Hiện nay, cừ ván thép kiểu mũ đã bắt đầu được sử dụng trong một số dự án xây dựng nền móng các công trình như tường chống thấm của cống ngăn mặn, tường chắn tạm thời cho thi công cống dẫn nước, trạm bơm,… tại Việt Nam. Với độ bền, khả năng tiết kiệm so với các sản phẩm cùng loại, cùng khả năng chắn đất, chắn nước tốt nên chúng thường được sử dụng ở những nơi có địa chất yếu, phức tạp. Tuy nhiên, với những công trình có điều kiện địa chất cứng (lớp sét cứng, đá phong hóa,…) khi áp dụng sản phẩm cừ ván thép kiểu mũ, có bề rộng lớn (900mm so với 400mm của cừ Larsen thông thường), đã gây ra những băn khoăn nhất định cho các đơn vị chủ đầu tư, nhà thầu thi công trong công tác lựa chọn biện pháp cũng như máy móc thi công phù hợp. Vì vậy, bài viết này chia sẻ kinh nghiệm thi công cừ ván thép kiểu Mũ ứng dụng vào hạng mục tường chắn, thông qua một dự án thực tế trong điều kiện địa chất gặp lớp đất sét cứng có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT N> 30.
Từ khóa: Cừ ván thép kiểu Mũ, tường chắn, đất sét cứng, xói nước, SPT.

Abstract

Currently, Hat type steel sheet piles have been applied in a number of foundation projects such as water stop structures of water gates, retaining wall of water culvert and pump station, etc. in Vietnam. With durability, savings compared to similar products, and good ability to block soil and water, they are often used in areas with weak and complex geology. However, with hard geological conditions (hard clay layer, weathered rock,…) when applying hat-type steel sheet pile products, which have larger width (900mm compared to 400mm of Larsen piles), has caused certain concern for investors and contractors in choosing appropriate construction methods and machinery. Therefore, this article shares the experience of driving Hat-type steel sheet piles applied to retaining walls, through a case study with hard clay layer having standard penetration index SPT N > 30.

Keywords: Hat type Steel Sheet Pile; retaining wall; stiff clay; water jet; SPT.

Giới thiệu cừ ván thép kiểu Mũ

Cừ ván thép kiểu thông thường (kiểu chữ U) và cừ ván thép kiểu mũ được thể hiện trong Hình 1.
Cừ ván thép kiểu chữ U phổ biến trên thị trường hiện nay là cừ Larsen IV có chiều rộng là 400 (mm). Tai nối của cừ ván thép loại này là đối xứng trái – phải nên yêu cầu thi công các cây cừ luân phiên đảo chiều nhau.
Trong khi đó, cừ ván thép kiểu mũ có chiều rộng là 900 (mm), do vậy, khi tính trên mét vuông tường cừ, nếu sử dụng cừ ván thép kiểu mũ có thể giảm số lượng cây cừ, giảm thời gian thi công đóng và nhổ cừ. Ngoài ra, trục trung hòa của tường cừ mũ không đi qua các tai nối, điều này làm tăng khả năng chịu tải của tường cừ mũ (do không cần xét đến hệ số triết giảm tai khóa – Bảng 2) so với tường cừ kiểu chữ U thông thường (Hình 2).

Hình 1. Cừ ván thép kiểu U (bên trái) và cừ ván thép kiểu Mũ (bên phải)
Hình 2. Sơ họa cừ ván thép kiểu U và kiểu Mũ
Đặc tính kỹ thuật cừ ván thép kiểu Mũ

Cừ ván thép kiểu mũ thường được sử dụng làm tường chắn tạm thời hoặc vĩnh cửu. Cừ ván thép kiểu mũ có 4 loại (Hình 3) với các đặc trưng mặt cắt được thể hiện trong Bảng 1, được lựa chọn tùy thuộc vào các điều kiện thiết kế như chiều cao của tường chắn và điều kiện địa chất.

Hình 3. Các loại cừ ván thép kiểu Mũ
Biện pháp thi công cừ ván thép kiểu Mũ

Hiện nay, phương pháp thi công cừ ván thép bằng búa rung (Hình 4) và phương pháp ép tĩnh (Hình 5) là hai biện pháp thi công phổ biến. Ngoài ra, khi hạ cừ vào nền đất cứng, có thể sử dụng kết hợp với vòi phun tia nước áp lực (xói nước) (Hình 6) hoặc máy khoan dẫn.

Ưu điểm cừ ván thép kiểu mũ

Cừ ván thép kiểu mũ có hai ưu điểm nổi bật như dưới đây:
• Cừ kiểu mũ có chiều rộng 900 mm (so với bề rộng 400mm của cừ Larsen IV thông thường), do đó nếu áp dụng cừ ván thép kiểu mũ có thể giảm số lượng cừ và rút ngắn thời gian thi công đáng kể.
• Cừ kiểu mũ không cần tính đến hệ số triết giảm khi thiết kế. Vậy nên, cừ kiểu mũ ước tính có thể giảm khối lượng thép và thời gian thi công so với cừ Larsen IV thông thường như so sánh trong Bảng 2.

Thông tin dự án

Dự án áp dụng cừ ván thép kiểu mũ cho tường chắn tạm là Nhiệt điện Vũng Áng 2 (thị xã Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh). Kết cấu tường chắn tạm sử dụng cừ mũ có chiều dài 9m, chiều sâu hố đào 6.5m tính từ cao độ đỉnh cừ ván thép. Căn cứ vào báo cáo khảo sát địa chất, phần lớn chiều dài cừ ván thép (L = 6.5m) nằm trong lớp đất sét rất cứng số 08, chỉ số SPT của lớp đất tại mũi cừ ~ 30 (búa) (Hình 7).

Hình 7. Sơ họa điều kiện địa chất khu vực thi công cừ ván thép

Thông số chi tiết của lớp đất sét rất cứng số 08 tham khảo Bảng 3 dưới đây:

Biện pháp thi công

Búa rung sử dụng PCF-400 gắn với máy cơ sở là máy đào Hitachi Ex450LC-5, có lực rung tối đa là 50 tấn; Máy bơm áp lực nước sử dụng có mã hiệu SJ 300E, với áp lực nước bơm 15 (MPa). Hai đầu vòi nước sẽ được gắn vào mũi và nằm phía trong bụng cừ, áp lực nước sẽ được duy trì trong suốt quá trình thi công. Cụ thể, để đẩy nhanh tiến độ, đơn vị thi công tiến hành thi công theo trình tự như dưới đây:
• B1: Sử dụng một cây cừ (gọi là cây cừ mồi) có gắn vòi nước áp lực tại mũi cừ, tiến hành đóng cừ đến cao độ thiết kế;
• B2: Rút cây cừ mồi lên khỏi mặt đất;
• B3: Lặp lại bước (1) và (2) ở những vị trí đóng cừ tiếp theo (khoảng 5 vị trí liên tiếp);
• B4: Thi công cừ vào những vị trí đã thi công cây cừ mồi;
• B5: Lặp lại quy trình trên cho đến khi thi công xong.
Ghi nhận thực tế tại dự án, khi thi công cừ thử, không sử dụng biện pháp xói nước, cừ ván thép kiểu mũ và cừ Larsen IV đều dừng ở vị trí cách cao độ thiết kế 3m, cho thấy với biện pháp búa rung thông thường, không thể thi công cừ vào lớp đất có chỉ số SPT ~ 30. Sau khi áp dụng biện pháp xói nước, có thể thi công cừ đến cao độ thiết kế, tốc độ đóng cừ ghi nhận được khoảng 10 phút cho một cây cừ đã được xói nước.

Một số hình ảnh hiện trường thi công
Lời kết

Thực tế cho đến nay, trong quá trình thi công cừ ván thép nói chung và cừ ván thép kiểu mũ nói riêng, đối với điều kiện địa chất cứng, việc đưa ra biện pháp thi công cừ ván thép (máy thi công, thiết bị phụ trợ, trình tự thi công,…) vẫn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của các đơn vị thi công. Mặc dù, việc áp dụng các biện pháp phụ trợ như máy xói nước áp lực, khoan dẫn,… đã được đề cập đến trong một số cuốn sổ tay thi công, tuy nhiên, vẫn chỉ dừng lại ở mức tham khảo, chưa mang tính phổ biến, đại trà. Điều này sẽ gây khó khăn không chỉ cho công tác thi công tại hiện trường, mà còn ảnh hưởng đến các công tác ban đầu như thiết kế biện pháp thi công, lập dự toán chi phí, dự trù máy móc,…Do đó, thông qua dự án cũng như bài viết này, mong rằng những kết cấu, sản phẩm mới ưu việt như cừ ván thép kiểu mũ sẽ được phổ biến rộng rãi trong các công trình xây dựng tại Việt Nam, từ đó, có thêm nhiều những thông tin, kinh nghiệm tích lũy để góp phần hướng đến phát triển bền vững, hiện đại ngành xây dựng.

Higashi Masaya

Công ty TNHH Nipponsteel Việt Nam. E-mail: [email protected]

Lê Thanh Tuấn

Công ty cổ phần công trình ngầm Fecon. Email: [email protected]

Trương Quang Mạnh

Công ty TNHH Nipponsteel Việt Nam. E-mail: [email protected]

Nguyễn Thị Thúy

Công ty TNHH Nipponsteel Việt Nam. E-mail: [email protected]

Tiêu chuẩn tham khảo

TCVN 9860:2013 Kết cấu cừ ván thép trong công trình giao thông – Yêu cầu thiết kế
TCVN 9685:2013 Cừ ván thép cán nóng
TCVN 9686:2013 Cừ ván thép cán nóng hàn được