1. Mở đầu
An toàn cho các đập đất hiện hữu hiện đang dành được sự quan tâm của nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố đập và một nguyên nhân quan trọng cần phải kể đến đó là thấm quá mức cho phép qua thân, nền đập. Để giải quyết vấn đề này, bên cạnh các giải pháp truyền thống như khoan phụt vữa, thảm chống thấm bằng vật liệu có hệ số thấm nhỏ, tường hào và tường cọc đất chống thấm, …, việc áp dụng công nghệ tiên tiến là rất cần thiết. Giải pháp ép cừ ván thép chống thấm cho đập đất thi công theo phương pháp ép tĩnh (Press-in Method) đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả tại nhiều nước trên thế giới.
2. Tổng quan về giải pháp thi công cừ ván thép bằng phương pháp Press-in
Cừ chống thấm được áp dụng khá rộng rãi cho công trình thủy lợi như cống, đập dâng ở vùng đồng bằng. Theo phương pháp truyền thống, các kết cấu cừ được hạ vào trong đất bằng các loại búa đóng hoặc rung. Phương pháp này gây ô nhiễm tiếng ồn và rung động đối với kết cấu xung quanh; mặt khác, phương pháp này cũng cần không gian đủ rộng để di chuyển, bố trí thiết bị trong quá trình thi công. Trong nhiều trường hợp, việc lựa chọn kỹ thuật thi công phụ thuộc nhiều vào điều kiện hiện trường. Sự ra đời của phương pháp Press-in đã khắc phục nhược điểm của phương pháp truyền thống. Thi công cừ ván thép theo phương pháp Press-in là một kỹ thuật tương đối mới bằng việc sử dụng lực ép tĩnh thông qua áp suất thủy lực. Phản lực cần thiết cho quá trình ép được tạo ra từ trọng lượng bản thân của máy và đối trọng, hoặc bằng lực kháng nhổ của các ván cừ liền kề đang được ép xuống hoặc đã được thi công. Tùy theo cách tạo ra phản lực đối trọng với lực ép cừ trong quá trình thi công, phương pháp Press-in được chia thành ba loại: (1) Hạ cọc, cừ Press-in dạng trọng tải (G-Pile); (2) Hạ cọc, cừ Press-in dạng tấm pa-nel (Pile Master); và (3) Hạ cọc, cừ Press-in dạng đi trên cọc (Wall-on-pile hoặc Silent Piler). Đặc biệt, máy “đi trên cọc” sử dụng lực kháng nhổ của các ván cừ đã thi công trước làm phản lực và có khả năng tự di chuyển dọc theo hàng cừ đã lắp đặt.
Phương pháp ép cừ ván thép bằng lực tĩnh, gồm phương pháp Press-in tiêu chuẩn (không sử dụng biện pháp hỗ trợ hạ cừ; áp dụng cho các loại đất cát xốp, chặt vừa và đất dính có chỉ số SPT N < 25) và kỹ thuật Press-in có hỗ trợ hạ cừ bằng xói nước áp lực cao (áp dụng khi đất có chỉ số SPT N ≤ 50) hoặc khoan cắt (áp dụng cho tất cả các loại đất, đá có chỉ số SPT N < 600).
Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp Press-in:
– Độ ồn và rung động thấp: Rất phù hợp thi công tại khu vực đô thị hoặc gần khu dân cư và công trình nhạy cảm.
– Khả năng thi công trong điều kiện khó khăn: Có thể làm việc trong không gian chật hẹp, trên mái dốc, địa hình gồ ghề, nền đất yếu hoặc trên mặt nước mà các phương pháp truyền thống gặp khó khăn.
– Chiếm dụng mặt bằng nhỏ: Giảm thiểu nhu cầu về công trình tạm (như sàn đạo, giàn giáo) và mặt bằng thi công, góp phần giảm thời gian và chi phí xây dựng.
– Độ chính xác cao: Máy kẹp chặt cừ và cho phép điều chỉnh hướng ép chính xác. Chuyển động lặp hướng lên và hướng xuống giúp hiệu chỉnh độ nghiêng, độ cong và xoắn của cừ.
– Khả năng xử lý đối với nền đất cứng hoặc nền đá: Khi sử dụng các biện pháp hỗ trợ hạ cừ như xói nước hoặc khoan cắt, có áp dụng cho nhiều loại nền đất và nền đá.
– Thân thiện với môi trường: Giảm thiểu tiếng ồn, rung động, khối lượng đất đào và chất thải.
– Thu thập dữ liệu thi công: Máy có khả năng tự động thu thập dữ liệu (lực ép, tốc độ, mô-men xoắn, độ nghiêng…) để tối ưu hóa quá trình ép, cung cấp các thông tin về nền cũng như kiểm soát chất lượng.
Sơ đồ minh họa kỹ thuật Press-in
(Nguồn: Internationnal Press-in Association, Press-in Retaining Structures: A Handbook, Second Edition, 2021)
3. Ứng dụng trong xử lý thấm cho đập đất và khả năng áp dụng ở Việt Nam
Giải pháp sử dụng cừ ván thép thi công bằng phương pháp Press-in để chống thấm cho đập đất đã và đang áp dụng rất thành công để sửa chữa, gia cố và nâng cấp đập đất ở một số nước như Nhật Bản, Mỹ,…. Đây là giải pháp có thiết bị thi công nhỏ gọn mang lại hiệu quả cao về chống thấm và kinh tế, đảm bảo ổn định đập, không ảnh hưởng đến môi trường.
Nguyên lý của giải pháp: Tường chống thấm cho đập đất được tạo nên bởi các cừ ván thép liên kết với nhau bởi khớp nối. Vị trí của tường có thể đặt ở trên mái thượng lưu hoặc đỉnh đập. Các cừ ván thép được hạ xuống thân và nền đập theo phương pháp ép tĩnh (Press-in) để giảm tối đa sự rung động cho đập đồng thời tận dụng được không gian chật hẹp của đập cũng như dễ dàng trong vận chuyển thiết bị trong điều kiện đi lại khó khăn ở các vùng sâu, vùng xa.
Việt Nam hiện có gần 7.000 hồ đập thủy lợi, trong đó chủ yếu là đập đất. Khoảng 6.000 hồ chứa quy mô vừa và nhỏ được xây dựng từ những năm 1960 ÷ 1980 với kỹ thuật khảo sát hạn chế, thiếu các tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế, thiết bị thi công không đáp ứng yêu cầu kĩ thuật, không được sửa chữa định kỳ. Kết quả là nhiều đập đã bị xuống cấp và mức độ an toàn của đập thấp hơn so với tiêu chuẩn hiện hành, tăng nguy cơ rủi ro đối với con người và an ninh kinh tế. Trước diễn biến bất lợi của biến đổi khí hậu, sự lão hóa của công trình, … thì nguy cơ mất an toàn hồ đập (đặc biệt là đối với những đập đất vừa và nhỏ) do thấm ngày càng hiện hữu; việc nghiên cứu, ứng dụng những giải pháp công nghệ để ứng phó với các sự cố thấm ngày càng cần thiết và cấp bách. Với những ưu điểm của giải pháp ép cừ ván thép bằng phương pháp press-in thì việc lựa chọn giải pháp này để chống thấm cho đập đất vừa và nhỏ là một giải pháp có tính khả thi cao trong điều kiện thực tiễn ở Việt Nam.
4. Hợp tác xây dựng Tiêu chuẩn cơ sở và Sổ tay hướng dẫn
Xử lý thấm là một nội dung quan trọng trong công tác sửa chữa, khôi phục và nâng cao an toàn đập, đặc biệt là đối với đập đất. Tại Việt Nam, hiện chưa có nghiên cứu hoặc tiêu chuẩn hướng dẫn liên quan đến vấn đề sử dụng cừ ván thép để chống thấm cho đập đất. Trước thực tế nhiều đập đất vừa và nhỏ tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn do thấm, việc xây dựng các tiêu chuẩn, sổ tay kỹ thuật về hướng dẫn khảo sát, thiết kế, thi công và nghiệm thu là cần thiết để có thể áp dụng giải pháp ép cừ ván thép bằng phương pháp Press-in cho các dự án nâng cấp, sửa chữa đảm bảo an toàn hồ đập ở Việt Nam.
Để đáp ứng yêu cầu này, ngay từ năm 2023, Viện Thủy công đã hợp tác với Công ty Cổ phần OZAWA DOBOKU (Ozawa Engineering and Construction Co. Ltd) để chủ trì xây dựng tiêu chuẩn và sổ tay hướng dẫn kỹ thuật với mục đích là cung cấp cơ sở pháp lý và kỹ thuật cho các cơ quan quản lý giám sát, đánh giá, nghiệm thu, đồng thời hỗ trợ các đơn vị, cá nhân trong thiết kế, thi công tường chống thấm bằng cừ ván thép sử dụng phương pháp Press-in.
Các tiêu chuẩn và sổ tay đã được xây dựng gồm: (1) TCCS Công trình thủy lợi – Cừ ván thép chống thấm cho đập đất vừa và nhỏ – Yêu cầu thiết kế; (2) TCCS Công trình thủy lợi – Cừ ván thép chống thấm cho đập đất vừa và nhỏ – Yêu cầu thi công và nghiệm thu; (3) Sổ tay hướng dẫn thiết kế, thi công và nghiệm thu cừ ván thép chống thấm cho đập đất vừa và nhỏ bằng phương pháp ép tĩnh (Press-in).
5. Ứng dụng thí điểm tại Hồ chứa nước Kéo Coi, xã Cư Lễ, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn
Hồ chứa nước Kéo Coi được xây dựng năm 1989 tại xã Cư Lễ, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn với nhiệm vụ tưới cho khoảng 8,0 ha đất canh tác, cải thiện đời sống người dân. Hiện công trình đã bị xuống cấp nghiêm trọng và tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn, đặc biệt là hiện tượng thấm, rò rỉ mạnh qua thân và nền đập khi mực nước hồ cao.
Được sự đồng ý của UBND tỉnh Bắc Kạn và sự tài trợ từ Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản (thông qua nhà cung cấp viện trợ trực tiếp là Công ty Cổ phần Ozawa Doboku và Tập đoàn Hashimotogumi), dự án Nâng cấp, sửa chữa đảm bảo an toàn hồ chứa nước Kéo Coi đã được triển khai thực hiện với mục tiêu đảm bảo an toàn đập và an toàn cấp nước, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả giải pháp sử dụng cừ ván thép thi công bằng phương pháp Press-in để xử lý thấm cho đập. Viện Thủy công tham gia dự án với vai trò tư vấn thiết kế giải pháp công nghệ, đánh giá sự phù hợp của tiêu chuẩn và sổ tay kỹ thuật khi áp dụng giải pháp trong thực tiễn, đánh giá hiệu quả của giải pháp.
Đặc điểm của đập Kéo Coi là được đắp bằng đất lẫn nhiều sạn sỏi, thi công bằng thủ công, trên thân đập có nhiều cây cổ thụ có thể bám rễ xuyên ngang đập, nền đập là đá nứt nẻ nên khó có thể xử lý thấm triệt để bằng các giải pháp truyền thống. Để giải quyết vấn đề này, các chuyên gia của Viện Thủy công đã đề xuất giải pháp ép cừ thép chống thấm cho đập bằng phương pháp Press-in với chiều dài tường cừ 78,3m; chiều sâu đóng cừ 9,0 m; cừ thép sử dụng loại cừ SP-25H, kích thước 900mm bề rộng và 9m chiều dài. Phương pháp ép cừ trên nền đất cứng bằng máy ép cừ Silent Piler kết hợp hệ thống GRB (không dùng hệ tạm) có sử dụng biện pháp hỗ trợ bằng khoan cắt; phần đất bị làm tơi trong các lỗ khoan được nén chặt với độ chặt tương đương với độ chặt của đất đắp đập hiện trạng. Ngoài ra, để đánh giá hiệu quả của phương pháp Press-in so với phương pháp truyền thống, dự án thiết kế khoan phụt xử lý thấm cho đoạn đập từ đầu vai trái vượt qua cống lấy nước đến vị trí ép cừ với tổng chiều dài 20,0m; độ sâu khoan phụt bằng độ sâu đóng cừ; chiều dầy màn chống thấm 4,0m; hệ số thấm đảm bảo ≤ 1.10-5cm/s.
Một số hình ảnh thi công cừ ván thép bằng phương pháp Press-in tại đập Kéo Coi.
6. Kết luận
Giải pháp ép cừ ván thép bằng phương pháp ép tĩnh (Press-in Method) để xử lý thấm cho đập đất khắc phục nhiều nhược điểm của phương pháp truyền thống và mang lại hiệu quả cao về kỹ thuật, kinh tế và môi trường. Sự hợp tác giữa Viện Thủy công và Công ty Cổ phần Ozawa Doboku trong việc xây dựng Tiêu chuẩn và Sổ tay hướng dẫn là cơ sở quan trọng để áp dụng rộng rãi giải pháp này tại Việt Nam, đặc biệt cho các đập đất vừa và nhỏ. Dự án Nâng cấp, sửa chữa đảm bảo an toàn hồ chứa nước Kéo Coi, xã Cư Lễ, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn là một ví dụ thực tiễn về việc triển khai kết hợp phương pháp Press-in cùng với phương pháp khoan phụt truyền thống để giải quyết vấn đề thấm cho đập đất, góp phần nâng cao an toàn và hiệu quả khai thác công trình.
Người viết tin: TS.Đinh Xuân Trọng
