Triển vọng áp dụng Công nghệ hạ cọc Press-in tại Việt Nam

5

The prospect of applying press-in method in Vietnam

Thực trạng tại Việt Nam

Trung bình mỗi năm Việt Nam phải hứng chịu 5-6 cơn bão và 2-3 đợt áp thấp nhiệt đới. Mùa bão bắt đầu từ tháng sáu và kết thúc vào cuối tháng mười một và nửa đầu tháng mười hai, tập trung nhiều nhất vào các tháng 8, 9 và 10. Theo số liệu thống kê trong hơn 40 năm qua, trên Biển Đông có 363 cơn bão, trong đó có 143 cơn bão đổ bộ vào đất liền (chiếm 39%); Trung bình hàng năm có từ 09-10 cơn bão và 04 áp thấp nhiệt đới hoạt động trên Biển Đông, trong đó có 4-5 cơn bão và 1-2 áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng trực tiếp đến đất liền. Bão trên Biển Đông trong những năm gần đây có xu hướng gia tăng cả về số lượng và cường độ, ví dụ năm 2013 có 14 cơn bão và 5 áp thấp nhiệt đới, 16 cơn bão và 4 áp thấp nhiệt đới vào năm 2017 [1].
Mưa lớn do bão gây ra lũ quét và sạt lở đất xảy ra ở vùng núi, nơi có độ dốc lớn. Theo kết quả khảo sát của Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản, vùng núi có trên 10.000 điểm có nguy cơ sạt lở cao. Lũ quét, sạt lở đất thường phát sinh đột ngột, xảy ra trong phạm vi hẹp nhưng rất nghiêm trọng, thường gây thiệt hại nặng nề về người và của. Theo thống kê trong 20 năm qua đã có trên 300 trận lũ quét và sạt lở đất nghiêm trọng. Loại hình thiên tai này thường xuyên xảy ra ở các tỉnh miền núi, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của nhưng những năm gần đây có xu hướng gia tăng đáng kể. Trong 10 năm gần đây (2010 – 2019), số trận lũ quét và sạt lở đất đã tăng gần 1,5 lần (176 so với 123) so với 10 năm trước (2000 – 2009), cụ thể:
• Trận lũ quét ngày 3/10/2000 tại Lai Châu làm 39 người chết; trận lũ quét ngày 20/9/2002 tại Hà Tĩnh làm 53 người chết; trận lũ quét ngày 28 tháng 9 năm 2005 tại Yên Bái làm 50 người chết.
• Trận lũ quét ngày 14/9/2016 tại Nghệ An làm 12 người chết; lũ quét ngày 3/8/2017 tại Sơn La, Yên Bái làm 36 người chết; Sạt lở đất ngày 13/10/2017 tại Hòa Bình khiến 34 người thiệt mạng.
• Năm 2018, xảy ra 18 trận lũ quét nghiêm trọng và sạt lở đất trên diện rộng ở các tỉnh miền núi phía Bắc và miền Trung: lũ quét nghiêm trọng xảy ra tại tỉnh Lai Châu vào tháng 6/2018, tỉnh Thanh Hóa tháng 8/2018 và tỉnh Khánh Hòa tháng 11/2018. Lũ quét và sạt lở đất đã làm 82 người chết và mất tích (chiếm 37% tổng thiệt hại về người trên cả nước).
• Năm 2019, lũ quét và sạt lở đất sau cơn bão ngày 3/8 ở các tỉnh miền núi Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ đã làm 22 người chết và mất tích, trong đó nghiêm trọng nhất là tại huyện Quan Sơn, tỉnh Thanh Hóa làm 16 người chết và mất tích.
• Trong 10 tháng đầu năm 2020, đã xảy ra 7 vụ sạt lở đất kinh hoàng làm hơn 100 người chết và mất tích, trong đó có nhiều cán bộ, chiến sĩ lực lượng vũ trang, đặc biệt là sạt lở ở thủy điện Rào Trăng 3 (Hình 1), tiểu khu 67, Huong Tra district (Hue province), Huong Hoa district (Quang Tri province); Xã Trà Leng, Trà Vân huyện Nam Trà My (tỉnh Quảng Nam).
Cùng với lũ quét và sạt lở đất, sạt lở bờ sông, bờ biển diễn ra khá phổ biến trên phạm vi cả nước, có chiều hướng gia tăng cả về tần suất, phạm vi và mức độ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài sản của đất nước và người dân, ảnh hưởng đến đời sống và sản xuất của nhân dân vùng bị thiên tai. Theo báo cáo của các tỉnh, thành phố, cả nước có 2.358 điểm bờ sông, bờ biển bị sạt lở với tổng chiều dài hơn 3.133 km, trong đó, có 206 điểm sạt lở đặc biệt (sạt lở gây nguy hiểm trực tiếp đến an toàn đê điều, khu dân cư và cơ sở hạ tầng quan trọng) với tổng chiều dài 427 km; đặc biệt tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long với 104 điểm sạt lở cực kỳ nguy hiểm với tổng chiều dài 293 km (Hình 2), đe dọa nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản của nhân dân.

Hình 1. Sạt lở tại thủy điện Rào Trăng 3, năm 2020.
Hình 2. Sạt lở bờ sông tại tỉnh Đồng Tháp.
Hình 3. Sạt lở bờ biển tại tỉnh Quảng Nam

Sạt lở bờ biển là hiện tượng phổ biến ở các vùng ven biển trên cả 3 miền Việt Nam, có 397 đoạn với tổng chiều dài hơn 920 km, trong đó sạt lở 233 đoạn với tổng chiều dài lên đến 492 km. Riêng dải ven biển từ Quảng Nam đến Phú Yên có 65 khu vực, trong đó có 105 đoạn bị sạt lở. Theo kết quả điều tra, tính toán của nhóm nhà khoa học Viện Địa lý, Trường Đại học Quy Nhơn, bờ biển tỉnh Quảng Nam có 20 đoạn sạt lở dài gần 19 km (xem Hình 3); Tỉnh Quảng Ngãi 27 đoạn trên 35 km; Bình Định có 33 đoạn dài gần 34 km và tỉnh Phú Yên có 25 khu vực sạt lở gần 21 km.
Ngoài ảnh hưởng của thiên tai, Việt Nam còn phải hứng chịu những vấn đề khá nghiêm trọng bắt nguồn từ sự bùng nổ dân số và cơ sở hạ tầng giao thông xuống cấp. Trong những năm gần đây, tình trạng thiếu bãi đỗ xe đã trở thành vấn đề bức xúc ở các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Theo Sở Giao thông Vận tải Hà Nội, trên địa bàn Thủ đô hiện có khoảng 6,9 triệu phương tiện (ô tô và xe máy) chưa kể số lượng phương tiện ngoại tỉnh. Theo ước tính, với tốc độ tăng xe máy 7,66%/ năm; ô tô 16,15% /năm, Hà Nội đến năm 2025 khoảng 1,3 triệu ô tô và 7,3 triệu xe máy; và khoảng 1,7 triệu ô tô và 7,7 triệu xe máy vào năm 2030 [2]. Tuy nhiên, hệ thống giao thông tĩnh hiện tại (các điểm đỗ xe công cộng) không thích ứng được (Hình 4 và 5). Trong khi đó, để giải quyết tình trạng này, theo các chuyên gia trong lĩnh vực giao thông, lâu nay chính quyền chỉ quan tâm đến các giải pháp tình thế như tận dụng lòng đường, vỉa hè, khu vực gầm cầu … để đỗ xe nhưng các giải pháp này không thực sự hiệu quả. Hiện nay, việc xây dựng các bãi đỗ xe ngầm hoặc trên cao là xu hướng tất yếu của các đô thị lớn trên thế giới và phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay.
Mạng lưới đường địa phương ở Việt Nam vào khoảng hơn 450.000 km trong tổng số hơn 570.000 km của mạng lưới đường bộ quốc gia (tương đương 88%), với hơn 4300 cây cầu và phục vụ nhu cầu cho khoảng 80% dân số của nước ta [3]. Để đạt được mục tiêu xóa đói giảm nghèo và hiện đại hóa nông thôn, chính phủ đã tập trung xây dựng và duy trì hệ thống giao thông địa phương thông qua các chương trình, dự án, đặc biệt là gia cố hàng nghìn cây cầu đã xuống cấp (Hình 6).

Hình 4. Thiếu bãi đỗ xe ô tô
Hình 5. Thiếu bãi đỗ xe máy
Hình 6. Cầu hỏng cần gia cố

Triển vọng áp dụng công nghệ Press-in

Phần 1 đã trình bày một số vấn đề lớn mà Việt Nam và nhiều nước khác đang phải đối mặt. Những vấn đề này có thể được giải quyết một cách hiệu quả nếu áp dụng công nghệ Press-in, điều này đã được chứng minh qua các dự án thực tế trên thế giới [4]. Do đó, dưới đây sẽ trình bày các ứng dụng điển hình của việc áp dụng công nghệ Press-in để khắc phục các vấn đề nêu trên [5].
Các công trình gia cố bờ biển và bảo vệ bãi biển
Cọc được thi công cắm vào đê hiện có để gia cố chống lại động đất và sóng thần, đồng thời có thể nâng cao độ của đê. Vì hầu hết các con đê được làm từ đất đắp nên việc thi công hạ cọc Press-in với độ rung động thấp sẽ không làm hỏng thân đê (Hình 7a và 7b). Nhờ ưu điểm này, phương pháp Press-in đã được sử dụng để gia cố đê ven biển ở Nhật Bản kể từ trận Động đất phía Đông Nhật Bản năm 2011. Nó cũng có thể được sử dụng cho công trình bảo vệ bờ biển. Khi có sự xói mòn và lún sụt nền móng công trình do bão hoặc cát rửa trôi, phương pháp Press-in có thể được sử dụng để thi công các kết cấu tường chắn (Hình 7c) trong thời gian ngắn. Nếu được sử dụng trong các công trình xây dựng trên mặt nước bằng hệ thống không sàn đạo (không cần sàn công tác tạm), nó có thể được sử dụng để xây dựng tường chắn chống xói lở bờ biển.
Công trình gia cố đê, chống sạt lở, khắc phục thảm họa
Cọc hoặc tường gia cố có thể được sử dụng để gia cố các nền đắp hiện có và ngăn chặn sạt lở (Hình 7d). Các công trình phòng chống sạt lở bằng cọc ống thép đã và đang được sử dụng rộng rãi. Trong trận động đất ở phía Đông Nhật Bản năm 2011, các công trình nền đắp ở khu vực đồi núi đã xảy ra sạt lở. Phương pháp này có thể được áp dụng như một biện pháp để ngăn chặn sự sạt lở của các công trình đó.
Quy mô của các công trình phòng chống trượt lở đất phụ thuộc vào phạm vi và chiều dày của khối trượt. Phương pháp Press-in có thể sử dụng nhiều loại cọc, cho phép lựa chọn loại cọc tùy thuộc vào mức độ cần gia cố, như sử dụng cọc ván thép để gia cố các bờ kè quy mô nhỏ hoặc cọc ống thép có đường kính lớn để chống sạt lở phạm vi lớn. Hơn nữa, khi cần hạ cọc vào nền cứng bên dưới lớp trượt, các phương pháp khoan lõi hay xoay ép được sử dụng để hạ cọc. Rung động tối thiểu trong quá trình thi công và ít làm thay đổi ứng suất hiện trường cho phép thi công an toàn do ít tạo ra yếu tố gây trượt.
Hiệu quả của phương pháp này cũng đã được công nhận và sử dụng để thi công tường chắn trong việc khắc phục hậu quả thiên tai đối với những con đường bị sạt trượt do mưa lũ mà không gây nguy hiểm cho công nhân khi thi công (Hình 7e).
Công trình móng (các kết cấu xây dựng, cảng và bến cảng, tòa nhà)
Tường cọc ván hoặc tường cọc ống thi công theo phương pháp Press-in có thể được sử dụng như kết cấu móng sâu. Móng giếng vây cọc ống thép với các khóa liên kết thường được sử dụng (Hình 7f).
Các cọc có thể không nhất thiết phải thi công thành một tường cọc liên tục và có thể ngắt quãng cách nhau làm móng tường chắn đất, cầu cảng, công trình nhà như (Hình 7g và 7h). Sự phát triển gần đây của máy hạ cọc Press-in dạng “đi trên cọc” và những thiết bị, phụ tùng đặc biệt kèm theo có thể cho phép thi công hệ thống tường cọc với khoảng cách giữa các cọc là 2.5 D (được gọi là hệ thống Skip Lock).

Hình 7. Ứng dụng của công nghệ hạ cọc Press-in [5].
Hình 8. Ứng dụng của công nghệ hạ cọc Press-in [5].

Các kết cấu tường chắn đất

Kết cấu giữ đất là kết cấu đảm bảo sự ổn định của nền đất khi có sự chênh lệch về cao độ nền phía sau và phía trước của kết cấu. Hệ thống tường chắn dạng công xôn (chống đỡ áp lực đất và áp lực nước nhờ áp lực đất bị động trước tường) được sử dụng như một kết cấu giữ cho các mục đích khác nhau (Hình 8a đến 8l).
Đường bộ và đường sắt
Đối với đường bộ, tường chắn đất thường được sử dụng trong xây dựng đường đào và mở rộng đường (8a đến 8c). Vì tường chắn dạng công xôn cho phép sử dụng các bộ phận đã thi công như một kết cấu cố định, lâu dài, nên làm giảm phạm vi xây dựng và có lợi thế đối với các công trình thi công tại khu đô thị, nơi rất hạn chế chiếm dụng không gian. Kích thước nhỏ gọn của máy thi công Press-in cũng như các thiết bị phụ trợ và khả năng sử dụng hệ thống không sàn đạo cũng mang lại lợi thế. Nó mang lại độ an toàn chống lật và hạn chế rung lắc do máy đóng hạ cọc hoạt động bằng cách kẹp chặt các cọc đã được thi công. Nó cũng được sử dụng cho đường sắt, nơi chỉ cho phép mức dịch chuyển nhỏ và tại các khu vực có yêu cầu cao về độ chính xác (8d).
Cảng, bến cảng và sông
Được sử dụng cho đê, tường chắn sóng và tường cập cảng, bến cảng và cửa xả sông (8e đến 8h). Giống như đường bộ, ưu điểm của phương pháp Press-in so với các phương pháp khác là khối lượng công tác đất nhỏ hơn nhiều và không phải sử dụng đê quai tạm thời. Khi thi công trên mặt nước, việc sử dụng hệ thống không sàn đạo sẽ cho phép công việc được tiến hành mà không cần sử dụng các sàn công tác hoặc sà lan tạm thời. Phương pháp Press-in cũng có thể được sử dụng để cải tạo, sửa chữa, gia cố, nâng cao độ công trình và tăng độ bền của tường chắn sóng, cửa xả và đê hiện có. Ví dụ, khi sửa chữa các công trình cũ đã xuống cấp hoặc khi nâng cấp khả năng chống động đất, các công trình mới có thể được xây dựng phía trước hoặc phía sau công trình hiện tại mà không làm mất chức năng hiện có của công trình hiện có (8f). Khi tiến hành sửa chữa tường kè sông ở khu vực đô thị, nơi có không gian thi công chật hẹp, việc sử dụng phương pháp xoay ép cho phép xuyên qua các tường kè bê tông hiện có (8g, 8h). Khi có các cầu cạn của đường cao tốc đô thị phía trên các tường kè sông với hạn chế về tĩnh không trong quá trình xây dựng, có thể tiến hành thi công bằng máy có tĩnh không thấp (8h).
Các tòa nhà
Các kết cấu tường chắn đất thường được sử dụng trong các dự án xây dựng (8i). Chúng được sử dụng hiệu quả làm tường thẳng ở những khu vực các tòa nhà sát nhau, cũng như trong các không gian hẹp để mở rộng đường.
Công trình tạm
Các kết cấu giữ đất thường được sử dụng với mục đích tạm thời như tường chắn tạm thời trong quá trình đào hoặc các đê chắn tạm phục vụ thi công (8j, 8k). Đặc biệt, phương pháp hạ cọc Press-in được sử dụng ở những khu vực có hạn chế về khoảng không như gầm cầu (8k).
Bãi đỗ xe ô tô, xe đạp ngầm
Các kết cấu giữ đất cũng được sử dụng để xây dựng bãi đỗ xe ô tô, bãi đỗ xe đạp ngầm, tận dụng không gian ngầm ở khu vực đô thị. Các bãi đậu xe ô tô và xe đạp dưới lòng đất đã được áp dụng một cách hiệu quả để chống lại tình trạng đỗ xe trái phép và xe đạp bị bỏ rơi ở khu vực Tokyo và đô thị trung tâm khác. Các hệ thống đỗ xe ngầm tự động như vậy giúp đỗ xe nhanh chóng, góp phần giảm tắc nghẽn giao thông.

Kết luận

Bài viết đã trình bày một số vấn đề lớn mà Việt Nam đang phải đối mặt và khả năng ứng dụng công nghệ Press-in để giải quyết hiệu quả những vấn đề đó. Công nghệ Press-in có tiềm năng ứng dụng cao tại Việt Nam và nhiều nước trên thế giới, mang lại các giải pháp tối ưu về kỹ thuật, kinh tế, thân thiện với môi trường và có tính thẩm mỹ cao.

Vũ Anh Tuấn

Học viện Kỹ thuật quân sự.

E-mail: vuanhtuan@mta.edu.vn

Tài liệu tham khảo

[1] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2020). Kế hoạch phòng chống thiên tai Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn giai đoạn 2021-2025.
[2] https://nhandan.vn/baothoinay-dothi/tim-co-che-cho-cac-diem-do-xe-637883/.
[3] X.T. Nguyen and V.H. Hoang (2020). Evaluation the current specifications for bridge in mountainous area of Vietnam, Journal of Physics: Conference Series, 1706, doi:10.1088/1742-6596/1706/1/012114.
[4] M.D. Bolton, A. Kitamura, O. Kusakabe and M. Terashi (2020). New horizons in piling – Development and application of Press-in piling. CRC Press/Balkema, Schipholweg 107C, 2316 XC Leiden, The Netherlands.
[5] International Press-in Association (2021). Press-in retaining structures: a handbook.