Tuy nhiên một vấn đề quan trọng đặt ra đối với các thanh cốt thép là sự ăn mòn hóa học và điện hóa. Từ các kết quả khảo sát về sự hư hỏng của tường chắn thực tế bởi sự ăn mòn cốt, qua sự phân tích của các chuyên gia về hiệu ứng ăn mòn trên ứng xử của tường cho đến giai đoạn phá hoại. Có thể thấy, một số công trình bị sụp đổ, hư hỏng nghiêm trọng do sự ăn mòn cốt trên toàn bộ chiều dài cốt và tại vị trí nối giữa tấm bê tông mặt tường và cốt thép.

Hình 1: Phá hủy của tường MSE do sự ăn mòn của cốt thép

Quá trình ăn mòn cốt thép diễn ra trên toàn bộ phần phần cốt tuy nhiên không đồng đều trên tất cả các mặt cắt của cốt và hầu hết xảy ra sự ăn mòn cục bộ - xảy ra phần lớn tại những tiết diện khác nhau trong các điều kiện tự nhiên nhất định. Trường hợp ăn mòn này xảy ra rất phổ biến trong thực tế và hầu như tất các công trình tường chắn bị phá hoại do sự ăn mòn cốt thép đều thuộc trường hợp ăn mòn này.

Khi xây dựng tường chắn đất có cốt (MSE) ở các điều kiện địa chất, thủy văn và tình trạng nền-mặt đường khai thác khác nhau xảy ra trong thực tế thường xảy ra 4 kịch bản ăn mòn cốt thép phổ biến như sau:

Kịch bản 1_ Ăn mòn đều trên toàn bộ cốt thép

Sau khi đưa công trình vào sử dụng, do tác dụng bởi tính chất hóa học của đất, toàn bộ phần cốt thép của tường chắn đất bị ăn mòn với cùng một tốc độ như nhau.

Hình 2: Kịch bản tốc độ ăn mòn đều

Kịch bản 2_ Ăn mòn do xâm thực trên đỉnh tường

Khi công trình tường sau một thời gian có thể bị nứt tại chân của các panel với mặt đường phía trên nên khi mưa lượng nước trên bề mặt sẽ bị thấm xuống nền thông qua các khe nứt đó và làm tăng tốc độ ăn mòn tại vị trí lớp cốt ngay dưới điểm thấm là lớn nhất và giảm dần theo hình tam giác, cạnh của hình tam giác là vùng trung hòa có tốc độ ăn mòn trung bình bằng với các khu vực khác phía dưới.

Hình 3: Kịch bản tốc độ ăn mòn đều và một phần ăn mòn lớn do nứt đỉnh tường

Kịch bản 3_ Ăn mòn do ngập nước thường xuyên

Khi công trình bị ngập nước thường xuyên phía ngoài tường có xu hướng thấm vào bên trong tường làm gia tăng tốc độ ăn mòn tại các lớp cốt trong phần nước ngập.

Hình 4: Kịch bản ăn mòn các lớp cốt bên dưới chân tường do ngập nước thường xuyên

Kịch bản 4_Ăn mòn do tác động sóng biển:

Tốc độ ăn mòn một phần thép gần vỏ tường lớn hơn do tác động sóng biển đối với các công trình ven biển.

Hình 5: Kịch bản ăn mòn các lớp cốt gần vỏ tường lớn hơn do tác động của sóng biển

Sử dụng phần mềm FLAC 5.0 để mô hình tường chắn có cốt cao 10.5m; với khối đất 15m sau tường; lớp vỏ tường với từng tấm panel cao 1,5m rộng 1,5m dày 0,2m. Mô hình lớp đáy móng với dải có chiều rộng 0,5m cao 0,5m; mô hình là các lớp cốt thép, mỗi panel có 2 lớp cốt cách nhau 0,75m mỗi lớp có 2 dải cốt được quy đổi từ 2 thanh thép CT5 thành hình chữ nhật kích thước 8,8476x17,6952(mm). Từ đó xuất các kết quả tính toán về ứng suất, chuyển vị, biến dạng, tuổi thọ… của tường chắn.

Hình 6: Dự báo tuổi thọ giữa các kịch bản ăn mòn cốt thep tường MSE trên FLAC

Bình luận

• Tuổi thọ phục vụ KB4 nhỏ nhất (21 năm), KB1 lớn nhất (155 năm).
• Khoảng thời gian chuyển vị lớn đến khi sụp đổ ở KB 2 (2 năm) và KB 4 (6 năm) là rất nhỏ → tiềm ẩn yếu tố tai nạn bất ngờ khi tường bị sụp đổ trong giai đoạn khai thác.
• Tuổi thọ tối đa tường MSE theo kịch bản ăn mòn 1 là lớn nhất (181 năm), theo kịch bản ăn mòn 4 là nhỏ nhất (27 năm). Vì vậy khi xây dựng công trình ven biển, cần bố trí cốt thép có đường kính lớn hơn, chiều dày lớp mạ kẽm lớn hơn và nhiều thanh hơn để nâng cao tuổi thọ công trình ven biển.
• Tốc độ biến dạng ở những năm cuối trước khi công trình bị phá hủy ở kịch bản 2 và 4 là rất lớn. Cần đặc biệt lưu ý khi khai thác tường MSE theo các kịch bản này vì để tránh được yếu tố bất ngờ khi tường sụp đổ.
• Cần tăng số lượng cốt thép hoặc dùng cốt thép có đường kính lớn hơn ở những vị trí tốc độ ăn mòn lớn để nâng cao tuổi thọ của tường.

Phạm Văn Lim