Application of Hat-type steel sheet piles in bottom water-stop wall for tidal sluice gates and weirs
Higashi Masaya
Công ty TNHH Nipponsteel Việt Nam. E-mail: [email protected]
Nguyễn Nhật Tuấn
Công ty TNHH Nipponsteel Việt Nam. E-mail: [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]
Abstract: In the context of climate change, sea level rise (enhanced by subsidence), saline intrusion and continuously increasing tides, provinces in particular and Vietnam in general are facing many big challenges. To ensure water source regulation and prevent from tides, many sluice gate and weirs projects have been and are being built. In these barrier and weir projects, it is required to have a waterproof wall structure made of steel sheet piles installed to cut off the seepage flow in the ground below the bottom slab of the work. Steel sheet piles are metallurgical and shaped by hot rolling method and because steel sheet pile walls are created by connecting single piles together by symmetrical left-right junctions, so it is hard for groundwater to leak through the junctions, which is the case with concrete sheet pile products and other products cannot. Hat-type steel sheet pile is hot-rolled steel sheet piles and is manufactured using the long-standing metallurgical technology of Japan’s Nippon Steel Corporation to help ensure good and reliable steel quality. In addition, with an effective width 2.25 times larger than traditional Larsen piles, hat-type steel sheet piles help save material costs and shorten construction time. Hat-type steel sheet pile product has better water-blocking ability than similar products because the number of joints (junctions) are reduced, tight, helping to significantly reduce water leakage. Currently, Hat type steel sheet piles have also begun to be used in the water-stop wall of the bottom slab for a number of tidal – saline intrusion prevention projects and weirs. This article presents the properties of hat-type steel sheet piles and its specific applications in sluice gate and weir projects in Vietnam.
Keywords: Hat type Steel Sheet Pile; sluice gate and weirs; tidal-saline intrusion prevention; water-stop wall; water leakage.
Tóm tắt: Trong tình trạng biến đổi khí hậu, nước biển dâng, sụt lún địa hình, xâm nhập mặn, triều cường tăng cao và liên tục, đối với các tỉnh thành, khu vực giáp biển nói riêng và toàn Việt Nam nói chung đang đối mặt với nhiều thách thức lớn. Để đảm bảo điều tiết nguồn nước và ngăn chặn triều cường, rất nhiều dự án cống ngăn triều, ngăn xâm nhập mặn đã và đang được xây dựng. Trong các công trình cống, đập này bắt buộc phải có kết cấu tường chống thấm bằng cừ ván thép, chúng được đóng xuống để cắt dòng thấm trong nền đất dưới chân công trình. Vì cừ ván thép được luyện kim và tạo hình bằng phương pháp cán nóng và tường cừ ván thép liền khối được tạo thành bằng cách liên kết các cọc đơn với nhau bởi các tai khóa đối xứng trái-phải, do đó nước khó có thể rỉ qua các tai khóa điều mà các sản phẩm cọc cừ bê tông và các sản phẩm khác không làm được. Cừ ván thép kiểu mũ là loại cừ ván thép cán nóng và được sản xuất bằng công nghệ luyện kim lâu đời của tập đoàn Nippon Steel Nhật Bản giúp đảm bảo chất lượng thép tốt và tin cậy. Ngoài ra, với chiều rộng hiệu dụng gấp 2.25 lần so với cừ Larsen truyền thống cừ ván thép kiểu mũ giúp tiết kiệm chi phí vật và rút ngắn thời gian thi công. Sản phẩm cừ ván thép kiểu mũ có khả năng chắn nước tốt hơn so với các sản phẩm cùng loại vì tai nối đồng nhất, kín khít, giảm số lượng tai nối giúp giảm sự rò rỉ nước một cách đáng kể. Chính vì thế cừ ván thép kiểu mũ cũng đã bắt đầu được áp dụng vào hạng mục chống thấm bản đáy cho một số công trình cống ngăn triều, ngăn xâm nhập mặn, đập dâng tại Việt Nam. Bài viết này trình bày những đặc điểm về loại cừ ván thép bản rộng kiểu mũ và ứng dụng cụ thể của nó trong các dự án cống, đập dâng tại Việt Nam.
Từ khóa: Cọc ván thép kiểu mũ; cống ngăn triều, ngăn xâm nhập mặn; tường tường chống thấm); rò rỉ nước.
Giới thiệu cừ ván thép kiểu mũ và ưu điểm
Cừ ván thép kiểu thông thường (kiểu chữ U) và cừ ván thép kiểu mũ được thể hiện trong Hình 2.
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), và tai nối chỉ nằm tại một bên. 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, không phải đảo chiều trong quá trình thi công.
Ngoài ra, tai nối của Cừ kiểu Mũ có tính đồng nhất và kín khít hơn so với cừ Larsen thông thường nên khả năng ngăn rò rỉ nước là tốt hơn, mặt khác số lượng cây cừ giảm đồng nghĩa với số lượng tai nối cũng giảm điều này giúp giảm đáng kể rủi ro rỉ nước qua tường cừ.
Trong các dự án cống, đập người ta thường sử dụng cừ ván thép (kiểu U) chủ yếu là cừ Larsen IV để làm tường cừ chống thấm bản đáy nhằm cắt dòng thấm.
Tuy nhiên, trong những năm trở lại đây, cừ ván thép kiểu mũ đã và đang dần thay thế cho cừ Larsen IV truyền thống vì các ưu điểm vượt trội của nó.
Ví dụ (xem bảng 1): Trên một tuyến tường cừ 100 mét số lượng cừ Larsen IV là 250 cây dài 12 mét (khối lượng 228 tấn) nhưng với cừ kiểu mũ chỉ cần 111 cây 12 mét (khối lượng 115 tấn), thấy được rằng khối lượng và số lượng cọc giảm 50% khi sử dụng cừ ván thép kiểu mũ.
Cừ ván thép kiểu mũ (bên phải)
Đặc tính kỹ thuật cừ ván thép kiểu mũ
Cừ ván thép kiểu mũ 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 2, được lựa chọn tùy thuộc vào các điều kiện thiết kế như chiều cao của tường chắn và điều kiện địa chất.
Riêng cho các hạng mục chống thấm bản đáy cống loại NS-SP-10H là loại được khuyến nghị áp dụng vì tính tiết kiệm mà nó mang lại như đề cập ở ví dụ bên trên.
Biện pháp thi công cừ ván thép kiểu mũ
Hiện nay, phương pháp thi công cừ ván thép vào hạng mục chống thấm bản đáy có thể dùng các loại búa như búa rung hoặc búa thủy lực (Hình 4 và hình 5).
Dùng cọc dẫn để đưa cừ đến độ sâu thiết kế và lắp dựng khung dẫn hướng để đảm bảo cừ không lệch ra khỏi tim hàng cừ.
Biện pháp thi công cừ kiểu mũ tương tự như thi công cừ ván thép thông thường
Dưới đây xin chia sẻ biện pháp thi công cừ kiểu mũ trên sông và các bước chi tiết như sau:
B1: Lắp dựng hệ sàn đạo định vị cọc
• Chuẩn bị máy móc thiết bị thi công cần thiết
• Di chuyển hệ xà lan vào vị trí đóng và neo chắc chắn bằng các mỏ neo của xà lan
• Đóng các cọc của khung định vị vào các vị trí đã được xác định trước bằng máy kinh vĩ
• Gác các thanh ngang và liên kết các nút bằng đường hàn
B2: Đóng cừ chống thấm đáy cống
• Chuẩn bị máy móc và thiết bị thi công cần thiết
• Di chuyển hạ xà lan vào vị trí đóng và neo chắc chắn bằng các mỏ neo của xà lan
• Định vị tim cừ
• Cẩu dựng cọc vào vị trí đóng trong khung dẫn hướng
Trong quá trình đóng cọc, dùng cừ dẫn để đưa cọc đến cao độ thiết kế.
Một số dự án đã áp dụng cừ kiểu mũ NS-SP-10H vào hạng mục chống thấm tại Việt Nam
DỰ ÁN CỐNG NGĂN TRIỀU ĐẦU SẤU, CẦN THƠ
Cừ ván thép kiểu Mũ được ứng dụng vào làm tường chống thấm ngăn dòng chảy ngầm của nước trong đất phía dưới bản đáy cống.
Chiều dài cọc ván thép kiểu mũ chống thấm dài 12m tại phần thân cống và 18m tại vị trí 2 bên mang cống. Búa 60kw được gắn vào cẩu 60t đứng trên xà lan 500t để thi công cừ kiểu mũ.
Một số hình ảnh thi công
DỰ ÁN ĐẬP DÂNG HẠ LƯU SÔNG TRÀ KHÚC, QUẢNG NGÃI
Cừ ván thép kiểu Mũ được ứng dụng vào làm tường chống thấm ngăn dòng chảy của nước ngầm trong đất phía dưới đáy đập. Chiều dài cọc ván thép kiểu Mũ chống thấm dài 14m, mũi cọc được cắm vào lớp đất sét cách nước. Cọc ván thép kiểu Mũ được thi công trên toàn bộ chiều dài thân đập (Xấp xỉ 1040m, 1153 cọc ván thép)
Một số hình ảnh thi công
DỰ ÁN HOÀN THIỆN HỆ THỐNG THỦY LỢI BẮC, NAM BẾN TRE (Giai đoạn 1 – 11 cống)
Cừ ván thép kiểu mũ được ứng dụng vào làm tường chống thấm cắt dòng chảy ngầm của nước trong đất phía dưới bản đáy cống. Chiều dài cọc ván thép kiểu mũ chống thấm dài từ 9m đến 20m. Búa 45kw đến 60kw được gắn vào cẩu từ 35t đến 60t đứng trên xà lan 200t đến 500t để thi công cừ kiểu mũ các loại.
Một số hình ảnh thi công cừ chống thấm “Cống Vàm Cái Dọc”
Một số hình ảnh thi công cừ chống thấm “Cống Vàm Định Bình”
Thay lời kết
Từ xưa đến nay, cừ ván thép đã được ứng dụng phổ biến trong các công trình xây dựng. Trong những năm trở lại đây khả năng ứng dụng của cừ ván thép ngày càng tăng, chúng được ứng dụng vào nhiều hạng mục chắn nước, đảm bảo cắt dòng thấm qua đáy công trình giúp phát huy hiệu quả công trình. Cừ ván thép kiểu mũ với chiều rộng hiệu dụng 900mm giúp giảm khối lượng, thời gian thi công và chi phí đáng kể khi so sánh với cừ Larsen truyền thống. Hơn thế nữa với ưu điểm là cừ cán nóng với công nghệ luyện kim lâu đời từ Nhật Bản, cừ ván thép kiểu mũ với tai nối đồng nhất và kín khít giúp hiệu quả chống thấm tốt hơn so với các sản phẩm cùng loại. Việc áp dụng cừ ván thép kiểu mũ vào hạng mục chống thấm bản đáy cho các công trình cống ngăn triều – xâm nhập mặn, đập dâng những năm trở lại đây cho thấy sự hiệu quả rõ rệt mà chúng mang lại. Thông qua bài viết này, mong rằng sản phẩm mới 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
Tiêu chuẩn tham khảo
Masaya, H. et al (2023) Kinh nghiệm thi công cừ ván thép kiểu mũ trong điều kiện địa chất đất sét cứng. VSSMGE Bulletin No.5, Tháng 11-2023, Hanoi.
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
