Ưu điểm vượt trội

Song song với những phát triển về kinh tế và công nghiệp, ứng dụng cọc ống thép ngày càng trở nên phổ biến hơn cho quá trình phát triển đô thị, cải thiện cơ sở hạ tầng như đường sá, cầu cảng, nhà ở và những công trình khác. Cọc ống thép mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với cọc bê tông bởi độ bền và cường độ cao của vật liệu, đạt được sức chống chịu cao và khả năng kháng ngang lớn. Trong quá trình thi công đóng cọc dễ dàng theo phương chéo và thời gian thi công được rút ngắn. Công đoạn lắp ghép tại hiện trường cũng dễ dàng hơn nhờ hàn hoặc mối nối cơ, từ đó có thể sử dụng các hệ cọc dài hơn. Hơn thế nữa, với cường độ vật liệu cao, có thể áp dụng lực quai búa lớn, cho phép cọc thâm nhập vào các lớp trung gian và lớp cứng dễ dàng hơn. Nhờ công nghệ chống ăn mòn cải tiến, các cọc ống thép không gặp vấn đề gì khi được sử dụng cho các kết cấu ngoài khơi trong suốt thời gian ứng dụng. Nhờ trọng lượng nhẹ, quá trình vận chuyển các cọc ống thép cũng dễ dàng hơn.

Trong lĩnh vực sản xuất cọc ống thép, những tiến bộ vượt trội về công nghệ đã cho phép sản xuất ra cọc ống thép với đường kính ngoài lên tới 2.500mm, độ dài 90m. Theo báo cáo đưa ra của tiến sỹ Osamu Kiyomiya (Đại học Waseda - Nhật Bản) thì các chuyên gia và kỹ sư cũng đã hiện thực hóa những tiến bộ vượt trội trong các lĩnh vực như xác định khả năng chống chịu nền cơ bản và các cơ chế ma sát; phát triển các phương pháp thi công có độ rung, tiếng ồn thấp; những tiến bộ trong công nghệ thiết kế qua phương pháp phân tử hữu hạn; tiến bộ trong công nghệ nối hướng ngang và thẳng đứng sử dụng mối hàn hoặc mối nối cơ và cả những tiến bộ về công nghệ chống ăn mòn… Mức độ an toàn cao khi sử dụng cọc ống thép đã được ứng dụng rộng rãi.

Các tiêu chuẩn cho cọc ống thép được mô tả trong bộ tiêu chuẩn JIS A5525, tiêu chuẩn cho cọc ván ống thép miêu tả trong tiêu chuẩn JIS A5525 và định danh phân loại tương ứng là SKK cho cọc ống thép và SKY cho cọc ván ống thép. Các cọc ống thép được sản xuất thông qua bốn phương pháp hàn xoắn, hàn điện trở, UOE và cán uốn.

Thi công và ứng dụng

Thi công cọc ống thép cơ bản được phân thành hai phương pháp là đóng cọc (sử dụng búa đóng và phương pháp sử dụng búa rung) và nhúng cọc (gồm có phương pháp đào trong, xi măng đất và phương pháp xoay). Những phương pháp này được lựa chọn khi cân nhắc tới các điều kiện đất thi công, các điều kiện môi trường ngoại vi, năng lực chống chịu cần thiết…

Theo phương pháp sử dụng búa đóng, thì đơn vị thi công sử dụng phương tiện đóng cọc, búa, miếng đệm, thiết bị đầu ống. Phương pháp này thường được lựa chọn cho quá trình thi công các hệ cọc dài với đường kính lớn. Bên cạnh sử dụng búa đóng, thì phương pháp búa rung lại được vận hành theo cơ chế, do đó, các tải trọng lớn đặt lệch tâm gắn vào nhiều trục được xoay theo các hướng đối lập với cơ chế đẳng vị, tạo ra các rung động 10 - 40 vòng theo phương thẳng đứng tác động lên cọc. Ưu điểm của phương pháp này là ít tạo ra tiếng ồn, giảm chấn rung vì thế được ứng dụng thi công tại các khu vực yêu cầu giảm thiểu tối đa tác động tới khu vực lân cận. Đối với phương pháp đào trong thì có một ưu điểm là giảm thiểu tiếng ồn. Những thiết bị máy móc chính được sử dụng bao gồm thiết bị đóng cọc, thiết bị khoan, thiết bị xử lý đầu cọc.

Khi thi công các nền móng có vách ngăn sử dụng cọc ván ống thép và kè lát mái sử dụng cọc ống thép liên tục, cần thiết phải nối các cọc và đảm bảo độ cứng, cường độ cũng như hiệu năng ngăn nước của toàn bộ kết cấu. Để đáp ứng mục tiêu này, cần phải lựa chọn phương pháp tích hợp các hệ cọc sử dụng mối nối P-P (ống-ống). Ngoài ra còn có mối nối P-T và L-T. Và trong quá trình thi công nền móng dạng vách ngăn cỡ lớn sử dụng cọc ván ống thép, mối nối L-T đã trở thành lựa chọn ngày càng phổ biến nhờ khả năng chống chịu lực trượt lớn phát sinh trong trường hợp xảy ra động đất. Đối với các hệ cọc dài, các cọc cần được nối ngay tại hiện trường. Do đó, các phương pháp được đưa ra như hàn vòng, hàn tự động, bán tự động hoặc toàn bộ nhân công. Lợi thế của phương pháp này là rút ngắn thời gian thi công trên công trường.

Sử dụng cọc ống thép đã có từ lâu tại Nhật. Với những tính năng ưu việt và phương pháp thi công đảm bảo, cọc ống thép đã được ứng dụng trong xây dựng kết cấu cảng tại Nhật Bản như bến cảng và đê chắn sóng, dự án đường băng D tại sân bay quốc tế Tokyo, dự án cầu vịnh cảng Tokyo…

Việc thi công cọc ống thép tuy có giá thành đắt hơn, nhưng hiệu quả của nó mang tính lâu bền và mang lại giá trị kinh tế cao hơn. Tại Việt Nam, nguyên liệu sử dụng chính trong việc thi công cầu cảng vẫn là xi măng cốt thép, do đó, ứng dụng cọc ống thép trong thi công cầu cảng lớn đối với nước ta chưa thực sự phổ biến.

ST