Application of large-diameter CDM columns (RAS columns) construction technology at berths 5&6, Lach Huyen port, Hai Phong City
Trần Thị Phúc, Nguyễn Tiến Dũng, Nguyễn Huy Hà, Trần Đình Hùng
FECON Corp.
E-mail: [email protected]
Giới thiệu
Trụ đất xi măng (CDM) đường kính lớn với tên thương mại là RAS (Reliable Accord Soil) là một công nghệ trộn sâu cơ học tiên tiến, có thể tạo trụ CDM đường kính tới 2,5 m. Ưu điểm nổi bật của công nghệ RAS bao gồm: (1) Hệ thống đầu khoan kép công suất lớn có thể tạo trụ đường kính lớn; (2) Hệ thống cần khoan 2 trục (trong và ngoài) cho phép 2 tầng cánh trộn (tầng trên gắn với trục ngoài và tầng dưới gắn với trục trong) quay ngược chiều nhau (Hình 1); (3) Hệ thống kiểm soát chất lượng thi công tiên tiến. Cơ chế 2 tầng cánh trộn quay ngược chiều trong khi thi công giúp cho đất và vữa được trộn đều hơn so với công nghệ CDM truyền thống, tránh được hiện tượng đất (sét dẻo) bó vào cánh trộn và quay cùng nhau (không đảm bảo độ đồng nhất của trụ).
Tại Nhật Bản, công nghệ thi công trụ RAS đã được áp dụng thành công tại nhiều dự án lớn trong hai thập kỷ gần đây. Tuy nhiên, ở Việt Nam công nghệ này lần đầu tiên được công ty FECON ứng dụng thi công tại các bến 5 và 6, dự án xây dựng cảng Lạch Huyện, thành phố Hải Phòng. Trong khuôn khổ bài báo này, nhóm tác giả giới thiệu tổng quan về dự án và một số ưu điểm của công nghệ thi công trụ RAS so với công nghệ thi công trụ CDM truyền thống, với các nhấn mạnh về chất lượng trụ và thời gian thi công.
Công tác xử lý nền các bến 5 và 6
Vị trí dự án
Cảng Lạch Huyện, thuộc đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng (Hình 2) được quy hoạch chi tiết với tỷ lệ 1/2000 và phê duyệt tại quyết định số 1161/QĐ-UBND ngày 28/6/2016. Hình 2 thể hiện vị trí bến số 5 và số 6 trong hệ thống cảng Lạch Huyện và Hình 3 thể hiện một phối cảnh thiết kế của bến 5 và 6.
Theo quy hoạch, cảng Lạch Huyện có tổng cộng 8 bến, trong đó bến số 1 và 2 với tổng chiều dài 750 m đã được xây dựng và khai thác thương mại từ năm 2018 với năng lực thông qua đạt khoảng 1,5 triệu Teu/năm. Bến số số 3, số 4, và số 5, số 6 với tổng chiều dài 1.650m và năng lực thông qua đạt khoảng 3 triệu Teu/năm, đang được xây dựng. Bến số 7 và 8, với tổng chiều dài 900m và năng lực thông qua đạt khoảng 1,5 triệu Teu/năm, đang được triển khai thủ tục thi công. Các bến cảng từ bến số 3 đến bến số 8 sẽ lần lượt đưa vào khai thác từ năm 2024 – 2027.
Điều kiện địa chất
Theo kết quả khảo sát địa chất do Viện Nền móng và Công trình ngầm FECON thực hiện năm 2023 [1] và do Công ty CP Tư vấn Xây dựng Cảng – Đường thuỷ (TEDIPORT) thực hiện năm 2021 [2], địa tầng khu vực Bến 5 và 6 gồm lớp cát san lấp trên bề mặt với thành phần là cát bụi, có chiều dày lớp biến đổi từ 0.9m đến 7.5m; ngay dưới lớp cát san lấp là lớp đất yếu (lớp 1a, 1b, 2, 3a, 3b) phân bố rộng khắp khu vực khảo sát với chiều dày lớn. Đây là lớp đất cần có biện pháp xử lý nền để giảm độ lún công trình trong quá trình sử dụng. Dưới lớp đất yếu là lớp sét trạng thái dẻo mềm đến nửa cứng (lớp 4, 5); bên dưới những lớp đất này là các lớp đất có khả năng chịu lực tốt hơn, có thể đặt móng công trình (lớp 6, 7a, 7b, 8a, 8b); dưới cùng là lớp đá sét bột kết, phong hoá nứt nẻ mạnh đến trung bình (lớp 9a, 9b). Hình 4 thể hiện mặt cắt địa chất điển hình tại khu vực dọc theo bến sà lan.
Các lớp đất yếu khu vực bến Container, bến dịch vụ và bến sà lan tại Bến số 5 và 6 được gia cố bằng trụ CDM nhằm tăng khả năng chịu tải cho nền, giảm độ lún công trình. Tùy thuộc vào tải trọng và địa chất ở từng phân khu, mũi trụ CDM được thiết kế và thi công sâu tối thiểu 1.0 m vào trong các lớp 5 hoặc 6.
Xử lý nền đất yếu bằng trụ RAS và trụ CDM
Khu vực xử lý nền đất yếu
Khu vực nền của bến container, bến sà lan và bến dịch vụ (Hình 3) được gia cố bằng trụ RAS, còn diện tích phần trước bến container được gia cố bằng các hàng trụ CDM. Diện tích khu vực xử lý được chia thành 55 phân khu, trong đó phân khu 1 đến 40 được gia cố bằng trụ RAS và phân khu 41 đến 55 được gia cố bằng trụ CDM (Hình 5). Bảng 1 thống kê khối lượng CDM và RAS tại dự án.
Mặt bằng bố trí các trụ RAS và CDM
Có 3 loại cấu tạo điển hình bố trí trụ RAS và 1 loại với trụ CDM được áp dụng tại dự án này [3]. Cấu tạo loại 1 (Hình 6a) được thiết kế cho hầu hết các phân khu của của bến container, bến dịch vụ và bến sà lan. Với cấu tạo này các trụ RAS được thi công thành các tường trụ giao nhau song song và có chiều vuông góc với mép bến. Cấu tạo loại 2 được thiết kế với các tường trụ giao nhau và vuông góc (Hình 6b) và cấu hình này được áp dụng cho khu vực giao giữa bến container và bến sà lan (phân khu 12). Cấu tạo loại 3 được thiết kế dạng lưới ô vuông (Hình 6c) và kiểu bố trí này áp dụng cho khu vực giao giữa bến sà lan với bến dịch vụ (phân khu 5). Trụ CDM D1000mm bố trí dạng lưới ô vuông (Hình 6d) và áp dụng toàn bộ khu vực trước bến container (phân khu 41 đến 55).
Thi công và kiểm soát chất lượng
Quy trình thi công
Quy trình thi công trụ RAS và CDM được thể hiện như Hình 7. Đầu tiên, máy được di chuyển vào vị trí trụ cần thi công (RAS hoặc trụ CDM) và được kiểm tra định vị chính xác. Sau khi đưa máy vào đúng vị trí, công tác khoan được tiến hành. Trong quá trình khoan xuống, vữa xi măng được phun và khuấy trộn với đất. Tốc độ khoan và lưu lượng vữa phun được kiểm soát chặt chẽ để hàm lượng xi đạt yêu cầu thiết kế trong quá trình khoan xuống. Khi quá trình khoan phụt đạt độ sâu thiết kế tại mũi trụ, công tác phun vữa hoàn thành, cần khoan được rút lên 1.0 m và lại khoan xuống tới mũi trụ, đảm bảo phần mũi trụ được đánh trộn đều. Cuối cùng, cần khoan được xoay (ngược chiều) và rút lên tới cao độ đỉnh trụ thiết kế khi đó quá trình thi công được hoàn thiện. Hình 8 thể hiện một thời điểm bắt đầu khoan trụ thử RAS T1 và Hình 9 thể hiện một thời điểm (Tháng 9, 2023) 6 dây chuyền RAS thi công đồng thời tại dự án.
Kiểm soát chất lượng thi công trụ
Một trong những ưu điểm của công nghệ thi công trụ RAS là quy trình kiểm soát chất lượng tiên tiến, tự động trong suốt quá trình khoan tạo trụ. Với mỗi dây chuyền thi công (máy khoan, hệ thống xi lô chứa xi măng, trạm trộn vữa, hệ thống máy bơm cao áp, máy phát điện, máy nén khí,…), các thông số thi công (chiều sâu, tốc độ xuyên (m/phút), số lần cắt trên (lần/m), lưu lượng vữa (lít/phút), tổng lượng vữa (lít), …) đều được hiển thị trên các màn hình tại hai vị trí trên máy khoan (Hình 10a) và trong buồng điều khiển trung tâm (Hình 10b). Các kỹ sư trong buồng điều khiển trung tâm và thợ lái máy cùng phối hợp kiểm soát (thông qua bộ đàm) các thông số thi công để đảm trụ được thi công đúng thiết kế. Nếu trụ đang thi công mà không đạt yêu cầu lưu lượng vữa bơm (trên mét dài) thì màn hình sẽ hiển thị cảnh báo, và kỹ sư lái máy sẽ phải tiếp tục khoan và phun vữa đảm bảo thiết kế. Do đó, công nghệ thi công trụ RAS đảm bảo 100% các trụ được thi công đúng thiết kế. Với các dây chuyền CDM, các thông số thi công được hiển thị tương tự, tuy nhiên không có cảnh báo nếu trụ thi công không đúng quy trình đảm bảo chất lượng.
Chất lượng thi công trụ được kiểm tra trước, trong và sau quá trình thi công. Các thông số kiểm soát được trình bày trong Bảng 2.
So sánh công nghệ thi công trụ RAS với trụ CDM truyền thống
Cường độ trụ gia cố
Trong giai đoạn thi công trụ đại trà, hàm lượng xi măng thiết kế cho trụ RAS là 180 kg/m3 và trụ CDM là 220 kg/m3, với cùng tỷ lệ nước/xi măng = 1.0. Chất lượng các trụ thi công được đánh giá thông qua các kết quả khoan lõi kiểm tra và thí nghiệm nén một trục nở hông (qu) mẫu lõi khoan 28 ngày. Các bến 5 và 6, khu vực xử lý nền đất yếu bằng trụ RAS được chia thành 59 phân khu thí nghiệm, còn trụ CDM được chia thành 22 phân khu thí nghiệm. Trong mỗi phân khu thí nghiệm, một trụ được lựa chọn ngẫu nhiên cho công tác khoan lõi thí nghiệm. Tất cả các trụ thí nghiệm đều có chỉ số RQD đạt yêu cầu (RQD 70%).
Hình 11a và 11b thể hiện kết quả cường độ kháng nén qu (28 ngày) của mẫu lõi khoan trụ CDM và trụ RAS thu được trong các lớp đất số 2 và 3b. Theo đó, cả mẫu lõi khoan trụ CDM và RAS cho kết quả qu khá phân tán, dao động trong khoảng 600 kPa đến 3500 kPa, đều đảm bảo đạt cường độ tối thiểu 600 kPa. Với lớp đất số 2, giá trị qu trung bình (qu,ave) của mẫu lõi khoan trụ RAS cao hơn đáng kể trụ CDM, tới 18.8%, và với lớp 3b là 16.5%. Kết quả này cho thấy, mặc dù hàm lượng xi măng dùng cho trụ RAS (180 kg/m3) thấp hơn đáng kể so với hàm lượng xi măng cho trụ CDM (220 kg/m3), giá trị sức kháng nén qu của 2 loại trụ là tương đương. Điều này phản ánh thực tế rằng, chất lượng khuấy trộn (sự đồng đều của khối trộn) của công nghệ thi công trụ RAS là một ưu điểm so với công nghệ CDM truyền thống.
Năng suất thi công
Theo kết quả thống kê dự án bến 5 và 6, năng suất xử lý nền đất yếu trung bình 1 giờ của một dây chuyền thi công trụ RAS D1800 lớn hơn đáng kể năng suất của dây chuyền thi công trụ CDM D1000 (cần đôi), và gấp tới 2,5 lần (Bảng 3). Hình 12 thể hiện so sánh về thể tích đất xử lý tích lũy (m3) từ máy RAS 01 tại phân khu 12 và từ máy CDM 01 tại phân khu 41. Hình vẽ cho thấy, cùng với một lượng thời gian tích lũy, thiết bị RAS cho khối lượng xử lý cao hơn xấp xỉ 2.5 lần so với máy CDM.
Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng và năng suất thi công, công nghệ thi công trụ RAS cũng có những đòi hỏi khắt khe hơn so với công nghệ CDM truyền thống, chẳng hạn: Cần khoan trụ RAS có thiết kế 2 trục (trong và ngoài) quay ngược chiều, yêu cầu có sự giám sát và đảm bảo kỹ thuật cao khi thi công; thiết bị thi công trụ RAS to hơn thiết bị thi công trụ CDM nên mặt bằng thi công có lớp đất yếu ngay trên bề mặt thì sẽ cần thi công một lớp trộn nông có chiều dày tối thiểu 0.5m để đảm bảo đủ độ cứng và ổn định cho máy RAS vận hành thi công.
Kết luận
Thi công trụ đất gia cố xi măng đường kính lớn bằng công nghệ RAS lần đầu được áp dụng ở Việt Nam cho hạng mục xử lý nền đất yếu các bến số 5 và 6, dự án xây dựng cảng Lạch Huyện, thành phố Hải Phòng. Tại dự án này, hơn 9700 trụ RAS đường kính D1800 và hơn 3700 trụ CDM đường kính D1000 đã được thiết kế và thi công thành công.
Kết quả thống kê cho thấy, mặc dù hàm lượng xi măng dùng cho trụ RAS (180 kg/m3) thấp hơn đáng kể so với hàm lượng xi măng cho trụ CDM (220 kg/m3), giá trị cường độ kháng nén một trục nở hông qu của 2 loại trụ là tương đương. Thực tế này phản ánh rằng chất lượng trụ (sự đồng đều của khối trộn) của công nghệ thi công trụ RAS là một ưu điểm lớn so với công nghệ thi công trụ CDM truyền thống. Kết quả thống kê cũng cho thấy, một dây chuyền thi công trụ RAS điển hình (D1800) cho năng suất (m3 đất xử lý được trên một đơn vị thời gian) lớn gấp 2.5 lần so với năng suất của máy CDM truyền thống (D1000, cần đôi) áp dụng tại dự án.
Lời cảm ơn
Các tác giả trân trọng gửi lời cảm ơn đến các kỹ sư Ban Hạ tầng 2 và Tập đoàn FECON đã cho phép sử dụng các thông tin và hình ảnh thi công trụ RAS và CDM tại bến 5&6, dự án bến cảng Lạch Huyện để các tác giả có thể hoàn thiện bài báo.
Tài liệu tham khảo
1) Viện nền móng và Công trình ngầm FECON (2023). Báo cáo khảo sát địa chất bổ sung dự án Đầu tư xây dựng Bến số 5, số 6 Khu bến cảng Lạch Huyện, thuộc Cảng biển Hải Phòng.
2) Port and Waterway Engineering Consultant JSC (TEDIPORT) (2021). Report on Soil Investigation, Berths No. 5 and No. 6, Lach Huyen International Gateway Port, Hai Phong.
3) Công ty cổ phần FECON (2023). Biện pháp thi công trụ đại trà RAS D1800 và CDM D1000, gói thầu CDM, dự án Bến số 5, số 6, Khu bến cảng Lạch Huyện, thuộc cảng biển Hải Phòng, TP Hải Phòng
