Cọc ván thép và ứng dụng trong các công trình xây dựng

Cọc ván thép (Steel Sheet Pile) ứng dụng cơng trình xây dựng 25/04/2008 10:34 (GMT+7) Ngày nay, lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép (các tên gọi khác cừ thép, cừ Larssen, cọc bản, thuật ngữ tiếng anh steel sheet pile) sử dụng ngày phổ biến Từ cơng trình thủy cơng cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, cơng trình cải tạo dịng chảy, cơng trình cầu, đường hầm đến cơng trình dân dụng bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp Cọc ván thép không sử dụng công trình tạm thời mà cịn xem loại vật liệu xây dựng, với đặc tính riêng biệt, thích dụng với số phận chịu lực cơng trình xây dựng Cọc ván thép sử dụng lần vào năm 1908 Mỹ dự án Black Rock Harbour, nhiên trước người Ý sử dụng tường cọc gỗ để làm tường vây thi cơng móng mố trụ cầu nước Bên cạnh gỗ thép, cọc chế tạo từ nhơm, từ bê tông ứng lực trước Tuy nhiên với ưu điểm vượt trội, cọc ván thép chiếm tỉ lệ cao nhu cầu sử dụng Cho đến cọc ván thép sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác với đặc tính khả chịu lực ngày cải thiện Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thơng thường cịn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng phẳng (straight web) cho kết cấu tường chắn trịn khép kín, dạng hộp (box pile) cấu thành cọc U cọc Z hàn với Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường chắn dùng cọc ván thép kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile) cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả chịu mơmen uốn Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng thay đổi từ 400mm đến 750mm Sử dụng cọc có bề rộng lớn thường đem lại hiệu kinh tế so với cọc có bề rộng nhỏ cần số lượng cọc tính độ dài tường chắn Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng có nghĩa tiết kiệm thời gian chi phí cho khâu hạ cọc, đồng thời làm giảm lượng nước ngầm chảy qua rãnh khóa cọc Chiều dài cọc ván thép chế tạo lên đến 30m xưởng, nhiên chiều dài thực tế cọc thường định điều kiện vận chuyển (thông thường từ đến 15m), riêng cọc dạng hộp gia cơng cơng trường lên đến 72m Có thể liệt kê số ưu điểm bật cọc ván thép sau: - Khả chịu ứng suất động cao (cả q trình thi cơng lẫn q trình sử dụng) - Khả chịu lực lớn trọng lượng bé - Cọc ván thép nối dễ dàng mối nối hàn bulông nhằm gia tăng chiều dài Cọc ván thép sử dụng nhiều lần, có hiệu mặt kinh tế Nhược điểm cọc ván thép tính bị ăn mịn mơi trường làm việc (khi sử dụng cọc ván thép cơng trình vĩnh cữu) Tuy nhiên nhược điểm hồn tồn khắc phục phương pháp bảo vệ sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa sử dụng loại cọc ván thép chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mịn cao Ngồi ra, mức độ ăn mịn cọc ván thép theo thời gian môi trường khác nghiên cứu ghi nhận lại Theo đó, tùy thuộc vào thời gian phục vụ cơng trình quy định trước, người thiết kế chọn loại cọc ván thép với độ dày phù hợp xét đến ăn mòn Hiện cọc ván thép chế tạo theo hai phương pháp khác nhau: phương pháp cán nóng phương pháp dập nguội Trong phương pháp cán nóng, khối thép nóng chảy ban đầu (có dạng khối lập phương) di chuyển qua loạt máy cán để trở thành dạng cọc ván thép, phương pháp giống phương pháp chế tạo thép hình hay thép thơng thường Cọc ván thép chế tạo theo phương pháp có dạng mặt cắt ngang linh hoạt, độ dày cánh bụng giống khác nhau, vị trí góc dày lên để chống tượng tập trung ứng st, rãnh khóa chế tạo kín khít để hạn chế đến mức thấp khả cho nước chảy qua Dĩ nhiên với ưu điểm bật, giá thành loại cọc thông thường lớn Trong phương pháp dập nguội, cuộn thép kéo qua dây chuyền bao gồm nhiều trục cán xếp liên tục nhau, trục cán có chứa lăn thay đổi vị trí, nắn thép từ hình dạng phẳng ban đầu thành dạng gấp khúc cọc ván thép Cọc ván thép chế tạo theo phương pháp phải kiểm tra nghiêm ngặt khả chịu lực khe hở rãnh khóa trước xuất xưởng Giá thành loại cọc thông thường rẻ so với phương pháp cán nóng Với khả chịu tải trọng động cao, dễ thấy cọc ván thép phù hợp cho cơng trình cảng, cầu tàu, đê đập, ngồi áp lực đất cịn chịu lực tác dụng sóng biển lực va đập tàu thuyền cặp mạn Trên giới có nhiều cơng trình cảng thiết kế cọc ván thép (thường kết hợp với hệ tường neo neo) đóng vai trị làm tường chắn, đất lấp đầy bên bên kết cấu cảng bê tơng cốt thép với móng cọc ống thép cọc bê tông cốt thép ứng suất trước bên Tường cọc thép ngàm vào bê tông giống cọc ống Hệ tường neo thơng thường sử dụng cọc ván thép có kích thước chiều dài nhỏ so với tường Thanh neo (tie rod) thép đường kính từ 40mm đến 120mm điều chỉnh chiều dài theo u cầu Việc thiết kế cơng trình cảng sử dụng cọc ván thép tiết kiệm mặt chi phí khơng dùng cọc ván thép số lượng cọc ống bên kết cấu cảng phải tăng lên nhiều phải thiết kế thêm cọc xiên để tiếp thu hoàn toàn tải trọng ngang tác dụng vào kết cấu cảng Bên cạnh cơng trình cảng, nhiều cơng trình bờ kè, kênh mương, cải tạo dòng chảy sử dụng cọc ván thép tính tiện dụng, thời gian thi cơng nhanh, độ bền chịu lực tốt Với cơng trình đường bộ, hầm giao thông qua số địa hình đồi dốc phức tạp hay men theo bờ sơng việc sử dụng cọc ván thép để ổn định mái dốc hay làm bờ bao tỏ hiệu Trong cơng trình dân dụng, cọc ván thép sử dụng để làm tường tầng hầm nhà nhiều tầng bãi đỗ xe ngầm thay cho tường bê tông cốt thép Khi đó, tương tự phương pháp thi cơng topdown, cọc ván thép hạ xuống trước hết để làm tường vây chắn đất phục vụ thi công hố đào Bản thân cọc ván thép hàn thép chờ mặt để bám dính chắn với bê tông dầm biên đổ sau Trên rãnh khóa cọc ván thép chèn bitum để ngăn nước chảy vào tầng hầm dùng đường hàn liên tục để ngăn nước (trong trường hợp nên dùng cọc rộng để hạn chế số lượng rãnh khóa) Trong thiết kế, cọc ván thép ngồi việc kiểm tra điều kiện bền chịu tải trọng ngang phải kiểm tra điều kiện chống cháy để chọn chiều dày phù hợp Bề mặt cọc ván thép bên sơn phủ để đáp ứng tính thẩm mỹ đồng thời để bảo vệ chống ăn mòn cho cọc ván thép Cũng không quên nhắc lại lĩnh vực mà cọc ván thép sử dụng nhiều làm tường vây chắn đất nước thi công hố đào tạm thời Ta thấy cọc ván thép sử dụng khắp nơi: thi công tầng hầm nhà dân dụng, nhà công nghiệp, thi cơng móng mố trụ cầu, hệ thống cấp nước ngầm, trạm bơm, bể chứa, kết cấu hạ tầng, thi công van điều áp kênh mương,…tùy theo độ sâu hố đào áp lực ngang đất nước mà cọc ván thép đứng độc lập (sơ đồ công-xon) hay kết hợp với nhiều hệ giằng thép hình (sơ đồ dầm liên tục) Đa phần hệ giằng chế tạo từ thép hình I nhằm thuận tiện thi công Kinh nghiệm chống nước chảy qua rãnh khoá cọc ván thép cơng trình tạm thời sử dụng hỗn hợp xi măng trộn đất sét, vừa tiết kiệm chi phí lại đạt hiệu cao (gần ngăn nước tuyệt đối) Rõ ràng cọc ván thép không đơn loại phương tiện phục vụ thi cơng hố đào tạm thời mà cịn xem chủng loại vật liệu xây dựng sử dụng vĩnh cữu số công trình xây dựng Sản phẩm cọc ván thép cung cấp thị trường đa dạng hình dáng, kích cỡ (bề rộng bản, độ cao, chiều dày) nên thuận tiện cho việc chọn lựa sản phẩm phù hợp Tất nhiên, ứng với công trình cụ thể ln có nhiều giải pháp thiết kế khác sử dụng loại vật liệu khác Và đó, việc chọn lựa nên hay khơng sử dụng cọc ván thép phụ thuộc vào nhiều yếu tố điều kiện địa hình địa chất, tình trạng mực nước ngầm, giá thành, điều kiện thi công Tuy nhiên điều chắc nhà đầu tư có nhiều thêm hội chọn lựa cho đạt mục tiêu Nguyễn Xn Khoa Cơng ty Oriental Sheet Piling Sdn.Bhd (Nguồn tư liệu dự án minh họa viết trích dẫn từ tiêu chuẩn kỹ thuật hồ sơ kinh nghiệm cơng ty Oriental Sheet Piling Sdn.Bhd., thuộc tập đồn ArcelorMittal)