Tại sao ống bê tông cốt thép là lý tưởng cho việc kích ống ngầm

TẠI SAO ỐNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (RCP) LÀ LỰA CHỌN LÝ TƯỞNG CHO THI CÔNG KÍCH NGẦM?

Công nghệ kích ngầm (Pipe Jacking và Microtunneling) đang trở thành một trong những phương pháp thi công chủ lực trong hạ tầng kỹ thuật đô thị hiện đại. Nhờ khả năng thi công không đào hở, phương pháp này đặc biệt phù hợp trong các khu vực đông dân cư, đường giao thông lớn, sông – kênh mương, và nơi có hạ tầng ngầm chằng chịt. Tuy nhiên, thành công của công nghệ kích ngầm phụ thuộc rất lớn vào vật liệu ống được sử dụng.

Trong nhiều loại ống, ống bê tông cốt thép (RCP) được xem là lựa chọn tối ưu nhất cho các công trình kích ngầm quy mô lớn – vừa do đặc tính cơ học vượt trội, vừa đáp ứng được những yêu cầu khắt khe về tải trọng, độ ổn định và tuổi thọ của công trình ngầm.

RCP về bản chất là ống bê tông sử dụng cốt thép gia cường, giúp tăng cường độ nén, khả năng chống uốn, chịu lực kích, chịu tải trọng đất và ngoại lực như xe cộ, công trình phía trên và áp lực nước ngầm. Đồng thời, cấu trúc bê tông – thép đặc biệt tạo nên một vật liệu bền bỉ, ổn định, ít biến dạng trong môi trường ngầm đầy rủi ro.

Bài viết này phân tích chuyên sâu các lý do vì sao RCP được xem là “tiêu chuẩn vàng” trong thi công kích ngầm, đồng thời so sánh với các vật liệu khác như HDPE, uPVC, GRP và thép để nhấn mạnh ưu thế vượt trội của RCP.

Đặc điểm tổng quan của RCP trong công nghệ kích ngầm

2.1 Cấu tạo vật liệu

Ống bê tông cốt thép (RCP) được sản xuất từ:

• Bê tông cường độ cao (mác 300–600).
• Thép gia cường (thép vòng, thép dọc).
• Các vòng lót miệng ống, khóa liên kết, gioăng chống thấm.

Ống được đúc bằng công nghệ:

• Rung ép,
• Ly tâm,
• Ép tĩnh hoặc ép rung,
  tạo ra sản phẩm đồng nhất, không rỗng và có khả năng chịu lực vượt trội.

2.2 Ưu điểm chính của cấu tạo RCP

• Độ cứng thành ống rất cao → chống lại lực đất bao quanh.
• Độ bền nén cao → chịu được lực kích lớn.
• Khả năng chống biến dạng tốt → không méo mó dưới áp lực đất.
• Tuổi thọ cao (trên 70 năm).
• Ổn định trong môi trường ngầm có nước ngầm, muối khoáng hoặc tải trọng trên bề mặt lớn.

Lý do ống bê tông cốt thép RCP lý tưởng cho thi công kích ngầm

Dưới đây là các nhóm yếu tố cốt lõi, đã được kiểm chứng qua hàng nghìn dự án kích ngầm trên thế giới.

Khả năng chịu lực kích (Jack Load Capacity) vượt trội

Đặc điểm quan trọng nhất của kích ngầm:

Ống phải chịu lực kích rất lớn từ máy kích thủy lực – có thể lên đến 500–5.000 kN/đoạn, tùy đường kính và chiều dài tuyến.

Ưu điểm của RCP:

• Bê tông cường độ cao + thép gia cường tạo ra thành ống rất cứng.
• Chịu lực nén dọc trục rất tốt, không bị móp, biến dạng hoặc ổ gà.
• Khả năng truyền tải lực kích đều dọc toàn bộ chiều dài ống.
• Không bị bóp méo như ống nhựa (HDPE/uPVC).
• Không bị biến dạng elip như ống thép mỏng.

Tại sao điều này quan trọng?

Khi kích ngầm, mỗi đoạn ống phải chịu toàn bộ lực kích của máy (máy kích đẩy từng đoạn, mỗi đoạn chịu tải trước khi rỗng).
Nếu ống yếu → bị nứt → hỏng tuyến → phải đào mở cứu vớt → gây mất an toàn, tốn chi phí lớn.

RCP gần như là vật liệu duy nhất đảm bảo chịu được toàn bộ lực kích dài hạn.

Khả năng chống biến dạng – yếu tố sống còn trong môi trường ngầm

Áp lực đất tác dụng lên ống dưới lòng đất bao gồm:

• Áp lực bên (lateral pressure).
• Áp lực từ phía trên (vertical pressure).
• Áp lực do xe tải – công trình phía trên.
• Áp lực thủy tĩnh do nước ngầm.

RCP gần như không biến dạng

Do thành ống rất cứng, RCP:

• Không bị co ngót đáng kể.
• Không giãn nở theo nhiệt độ như nhựa.
• Không bị móp méo như thép.
• Giữ nguyên hình dạng tròn đều, lý tưởng cho hệ thống thoát nước hoặc ống áp lực thấp.

Biến dạng nhỏ giúp duy trì lưu lượng dòng chảy ổn định → hệ thống vận hành an toàn.

Khả năng chịu tải trọng trên bề mặt cực lớn

Do cấu tạo bê tông cốt thép:

• RCP chịu tốt tải trọng các phương tiện giao thông nặng.
• Có thể chôn dưới đường quốc lộ, cầu vượt, khu công nghiệp.
• Không bị ảnh hưởng bởi tải động, rung hoặc dao động nền.

Đặc biệt, trong thi công đô thị:

• Nhiều tuyến phải đi dưới nền đường có tải trọng lớn → ống cần sức kháng cực cao.
• RCP đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn này.

Khả năng chống ăn mòn trong môi trường ngầm

Ống bê tông cốt thép có khả năng chống:

• Ăn mòn hóa học từ nước ngầm.
• Ăn mòn từ muối khoáng.
• Ăn mòn do các yếu tố vi sinh.
• Thuốc bảo vệ thực vật/xăng dầu rò rỉ trong đất.

Mặc dù bê tông có thể bị ăn mòn trong môi trường cực acid, nhưng:

• Lớp cốt thép được bảo vệ bằng lớp bê tông dày.
• Có thể phủ lớp bảo vệ epoxy khi yêu cầu đặc biệt.
• Khả năng kháng sulphate (SR) của bê tông hiện đại rất cao.

Ở điều kiện ngầm bình thường, RCP có tuổi thọ trên 70–100 năm.

Tính ổn định của mối nối và độ kín nước cao

Ống RCP dùng trong kích ngầm sử dụng:

• Gioăng cao su EPDM theo tiêu chuẩn ASTM C443/EN 1916.
• Mối nối dạng spigot – bell hoặc mặt bích cơ khí.

Ưu điểm:

• Chịu chuyển vị nhỏ mà không rò rỉ.
• Chịu lực nén và lực cắt tốt.
• Không bung mối nối khi bị rung động hoặc thay đổi áp lực trong kích ngầm.

Điều này đảm bảo:

• Không thấm nước vào ống (infiltration).
• Không rò nước sạch hoặc nước thải ra đất (exfiltration).

Trọng lượng nặng → ổn định vị trí, không nổi khi gặp nước ngầm

Ống nhựa (HDPE, PVC) có trọng lượng nhẹ → dễ bị nổi lên khi gặp nước ngầm cao nếu không neo giữ.

RCP có trọng lượng lớn →
ổn định tuyệt đối, không bị trồi – nổi – xô lệch, ngay cả khi đang thi công hoặc trong giai đoạn vận hành.

Đây là ưu thế rất quan trọng đối với:

• Khu vực mực nước ngầm cao.
• Tuyến đi dưới sông – kênh.
• Tuyến thi công trong địa hình yếu (bùn, than bùn).

Thích hợp tuyệt đối cho thi công Microtunneling (MTBM)

Microtunneling là công nghệ khoan kích ngầm hiện đại, điều khiển từ xa, không cần người xuống giếng.

RCP là vật liệu:

• Có khả năng chịu lực kích cực lớn → phù hợp với MTBM.
• Độ thẳng và độ tròn cao → giúp đường kính lỗ khoan ổn định.
• Mối nối cơ khí bền chắc → không rò rỉ.
• Thường được sản xuất theo kích thước lớn (D800–D3000).

Do đó, RCP là vật liệu gần như duy nhất phù hợp cho Microtunneling tuyến dài và lớn.

Kinh tế – hiệu quả dài hạn

1. Chi phí đầu tư ban đầu:

RCP có giá cao hơn so với nhựa nhưng rẻ hơn so với thép hoặc GRP.

2. Nhưng chi phí vận hành – bảo trì → gần như bằng 0.

Vì:

• Không bị biến dạng → không cần sửa chữa.
• Không bị ăn mòn → tuổi thọ dài.
• Mối nối kín → không cần bảo trì định kỳ.

3. Tổng chi phí vòng đời (Life-Cycle Cost) → thấp nhất trong các vật liệu

Điều này phù hợp với các dự án hạ tầng đô thị:

• Thoát nước trọng lực.
• Tuyến cống ngầm D800–D3000.
• Tuyến nước thải áp lực thấp.
• Tuyến thoát nước mưa đô thị.

So sánh RCP với các vật liệu ống khác trong kích ngầm

Vật liệu	HDPE	PVC	GRP	Thép	RCP
Chịu lực kích	Rất thấp	Rất thấp	Trung bình	Cao	Rất cao
Biến dạng	Cao	Cao	Thấp	Trung bình	Rất thấp
Chịu tải đất	Yếu	Yếu	Trung bình	Tốt	Rất tốt
Trung hòa môi trường	Tốt	Tốt	Tốt	Trung bình	Rất tốt
Khả năng dùng cho Microtunneling	Không	Không	Có	Có	Tốt nhất
Tuổi thọ	30–50 năm	20–40 năm	50–70 năm	40–60 năm	70–100 năm

Từ bảng so sánh:

RCP là lựa chọn vượt trội nhất khi yêu cầu chịu lực kích lớn, tải trọng đất cao và tuổi thọ dài hạn.

Tính linh hoạt của RCP trong thiết kế và thi công

4.1 Kích thước đa dạng

RCP có thể sản xuất với đường kính:

• Từ D300 đến D3000 mm.
• Chiều dày thành ống tùy cấp tải.

Phù hợp:

• Tuyến cống mưa.
• Tuyến nước thải.
• Tuyến kỹ thuật hạ tầng đô thị.

4.2 Tùy chỉnh theo yêu cầu kỹ thuật

Nhà sản xuất có thể:

• Tăng cường thép để chịu lực kích lớn hơn.
• Sử dụng bê tông kháng sulphate trong môi trường đặc thù.
• Thay đổi biên dạng mối nối theo yêu cầu Microtunneling.

4.3 Khả năng chịu cong nhỏ

RCP có thể chịu được “độ lệch nhỏ” trong kích ngầm do mối nối có thể xoay nhẹ, cho phép:

• Điều chỉnh tuyến cong rất nhẹ.
• Không gây nứt ống.

Các hạn chế của RCP và phương án khắc phục

5.1 Trọng lượng lớn → khó vận chuyển – lắp đặt

Giải pháp:

• Dùng cẩu 16–50 tấn.
• Sử dụng xe mooc chuyên dụng.
• Bố trí mặt bằng hợp lý.

5.2 Yêu cầu rãnh kích lớn

Giải pháp:

• Thi công giếng kích dạng tường cọc ván thép, barrette, secant pile.

5.3 Không phù hợp cho tuyến cong nhiều

Giải pháp:

• Thiết kế tuyến thẳng hoặc cong dài.
• Sử dụng MTBM điều chỉnh hướng tinh vi.

Ống bê tông cốt thép (RCP) là lựa chọn lý tưởng cho công nghệ kích ngầm nhờ:

1. Khả năng chịu lực kích cực cao — yêu cầu quan trọng nhất của Pipe Jacking và Microtunneling.
2. Khả năng chống biến dạng và tải trọng đất vượt trội — phù hợp với môi trường ngầm đầy rủi ro.
3. Độ bền cơ học và tuổi thọ dài hạn — tối ưu chi phí vòng đời công trình.
4. Độ kín nước cao nhờ mối nối chuyên dụng.
5. Tính ổn định cao trong môi trường nước ngầm — không trồi nổi hoặc xô lệch.
6. Phù hợp tuyệt đối cho kích ngầm kích thước lớn (D800–D3000 mm).
7. Có thể tùy chỉnh vật liệu theo yêu cầu đặc thù của dự án.

Với những ưu điểm vượt trội này, RCP trở thành vật liệu tiêu chuẩn trong các dự án kích ngầm đô thị, đặc biệt là:

• Tuyến nước thải D800–D3000.
• Tuyến thoát nước mưa trọng lực.
• Tuyến kỹ thuật ngầm.
• Công trình microtunneling phức tạp.

RCP không chỉ là vật liệu tối ưu kỹ thuật, mà còn là giải pháp kinh tế – bền vững trong dài hạn cho hạ tầng đô thị hiện đại.

Vào năm 1842 tại Mohawk, New York, đường ống bê tông hiện đại được ghi nhận là lâu đời nhất đã được lắp đặt và nó tồn tại hơn 100 năm. Khái niệm thanh thép trong ống bê tông lần đầu tiên được giới thiệu ở Pháp vào năm 1896 và được biết đến với tên gọi bằng sáng chế Monier. Nó được đưa đến Hoa Kỳ vào năm 1905 và kể từ đó đã được sử dụng rộng rãi trong việc lắp đặt cống, ống thoát nước mưa và các ứng dụng ống áp lực. Tuổi thọ lâu dài của ống bê tông cốt thép (RCP), sức mạnh và độ bền của nó, đã làm cho nó trở thành sự lựa chọn kinh tế cho các nhà thầu và chủ sở hữu tài sản.

Ống bê tông cốt thép đúc sẵn là vật liệu ống được ưa chuộng cho các hoạt động khoan kích ống ngầm, liên quan đến việc lắp đặt sâu mà các phương pháp đào mở thông thường không khả thi - về mặt môi trường hoặc kinh tế. (Để so sánh các vật liệu làm ống, hãy xem Tuổi thọ của Ống thép, đất sét, nhựa & composite.)

 

Ống bê tông cốt thép (RCP)

Tại sao ống bê tông cốt thép là lý tưởng cho việc kích ống ngầm? RCP về cơ bản là một ống bê tông, nhưng được gia cố bằng thép, tạo thêm sức mạnh và tính linh hoạt để chịu áp lực đất và các lực khác tác động lên ống. Các vật liệu cần thiết để sản xuất RCP là xi măng, cốt liệu, cốt thép và phụ gia, được trộn theo thông số kỹ thuật tiêu chuẩn. RCP đúc sẵn được coi là một trong những ống mạnh nhất hiện có và có thể được thiết kế cho các điều kiện tải cụ thể.

Sức mạnh vốn có của RCP làm cho nó bền độc lập, do đó ít cần phụ thuộc vào đất xung quanh hỗ trợ hơn, mặc dù đó là một phần cần thiết của bất kỳ công trình lắp đặt đường ống nào.

RCP có khả năng chịu được lực kích đáng kể cần thiết để đẩy nó xuống đất trong quá trình vận hành kích ống. Việc kích ống bê tông đầu tiên được thực hiện ở Bắc Mỹ vào năm 1896 bởi Đường sắt Bắc Thái Bình Dương để lắp đặt hệ thống thoát nước dưới đường ray.

Kể từ đó, sự tiến bộ trong công nghệ và việc bổ sung thép trong bê tông đã cho phép lắp đặt các đường ống bê tông có đường kính lớn tới 3.350 mm bằng phương pháp kích ống.

Quy trình kích ống ngầm

Kích ống yêu cầu hai trục: một trục ở đầu và trục kia ở cuối tuyến đường được chỉ định. Trục phóng đóng vai trò như một bệ đỡ để đặt thiết bị kích và các bộ phận liên quan của nó. Một khối lực đẩy ở phía sau trục cung cấp bề mặt tác động cần thiết để giúp kích ống về phía trước.

Đất ở đầu đường ống được đào bằng phương pháp đào thủ công, máy đào siêu nhỏ (MTBM) hoặc máy khoan hầm (TBM) tùy theo đường kính của đường ống cần kích. Các trục kích trung gian đôi khi được sử dụng khi phải lắp đặt đường ống chạy dài. Điều này làm giảm lực đẩy dọc trục cần thiết để đẩy đường ống.

Đường ống đi qua một tấm chắn cắt có kích thước cần thiết, điều này cũng bảo vệ công nhân khỏi các mảnh vỡ rơi xuống. Đường ống đã lắp đặt thoát ra ở trục tiếp nhận ở cuối chiều dài ổ, kết thúc quá trình kích.

 

Các loại tải trọng trên ống có lỗ cắm

Tải dọc trục

Tải trọng trục trên đường ống bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như phương pháp đào, loại chất bôi trơn, đường kính ống, ma sát đất và chiều dài đường ống. Tải trọng phải được phân bố đồng đều xung quanh chu vi đường ống để ngăn chặn sự tập trung ứng suất trong một số khu vực nhất định.

Diện tích mặt cắt ngang (CSA) của đường ống thường đủ để chịu áp lực trong quá trình kích, nhưng lực kích dự kiến ​​mà đường ống sẽ gặp phải cần được xác định trước khi kích. Đối với áp suất kích quá lớn, có thể yêu cầu ống bê tông có cường độ nén cao hơn. Vật liệu đệm như ván cứng hoặc ván ép lõi đặc sẽ giúp phân bổ lực đều xung quanh chu vi đường ống.

Tải bên

Nếu khung kích không thẳng hàng với đường ống kích, các tải trọng bên có thể phát huy tác dụng. Nó cũng có thể xảy ra khi đường ống bị mất đường và cấp và đường ống được điều chỉnh để thiết kế lại. Hành động này tạo ra tải trọng cắt trên chuông và đầu cọc của đường ống.

Trái đất và tải trực tiếp

Đường ống chôn lấp phải chịu tải trọng từ đất phía trên nó và cả các phương tiện di chuyển có thể đi qua đường ống. Độ bền của ống yêu cầu phụ thuộc vào các yếu tố như độ sâu của lớp phủ đất, khối lượng của đất, độ cắt và tải trọng sống, nếu có. Phần thừa thường được bơm vữa sau khi hoàn tất thao tác kích. 

 

Đặc điểm đường ống

Đường ống cần thiết cho hoạt động kích ống ngầm phải đáp ứng các tiêu chuẩn vật liệu và sản xuất được nêu trong hướng dẫn của Hiệp hội Kiểm tra và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) và Hiệp hội Kỹ sư Dân dụng Hoa Kỳ (ASCE). Ống kích có chứa hai lồng cốt thép hình tròn trong thùng ống. Cần đảm bảo rằng lồng cốt thép là hình tròn chứ không phải hình elip. Một số dung sai được yêu cầu đối với các đường ống được sử dụng trong các hoạt động kích, chẳng hạn như:

Cường độ nén của bê tông được sử dụng không bao giờ được nhỏ hơn 40 MPa.

Lồng cốt thép bên ngoài phải kéo dài vào rãnh ống và lồng cốt thép bên trong phải kéo dài vào lưỡi của ống.

Các ống có đường kính trong và ngoài thay đổi từ 1.200 mm đến 3.000 mm không được thay đổi so với đường kính thiết kế quá +/- 1% hoặc +/- 10 mm, tùy theo giá trị nào nhỏ hơn.

Độ dày thành ống tại bất kỳ điểm nào không được thay đổi quá +/- 5% hoặc 5 mm, tùy theo giá trị nào lớn hơn.

Đường kính ngoài của ống phải là một hình tròn thực sự và không được thay đổi quá 1% so với đường kính đó.

Độ côn của nòng ống không được chênh lệch quá 3 mm tính từ chuông đến đầu ống.

Chiều dài ống không được thay đổi từ chiều dài được chỉ định quá +/- 5 mm đến biến thiên tối đa là +/- 10 mm.

Các phương pháp không dùng rãnh như kích ống và tạo đường hầm siêu nhỏ đã loại bỏ sự cần thiết phải đào rãnh để lắp đặt đường ống. Như đã biết, việc đào rãnh chiếm nhiều diện tích và ảnh hưởng đến kinh tế, doanh nghiệp trên địa bàn. Kích ống có thể được sử dụng để lắp đặt ống RCP khi cần tránh sự gián đoạn bề mặt, chẳng hạn như khi ống phải được lắp đặt dưới bờ kè, sân bay hoặc đường cao tốc, và cả khi độ sâu lắp đặt lớn.

Độ bền cao của RCP thích hợp cho các hoạt động kích vì nó có thể chịu được lượng lớn các lực kích cần thiết để đẩy đường ống về phía trước. Một ưu điểm khác là RCP không dễ dàng bị lệch khỏi dòng và cấp vì bề mặt bên ngoài nhẵn nên có khả năng chống ma sát ít hơn nhiều.

Điểm mạnh vốn có của RCP là có thể chịu được tải trọng chết tác động lên nó từ lớp phủ đất và tải trọng trực tiếp từ các phương tiện di chuyển đi qua đường ống.

 

 

CÔNG TY CP TƯ VẤN ĐẦU TƯ & THIẾT KẾ XÂY DỰNG MINH PHƯƠNG

Địa chỉ: Số 28B Mai Thị Lựu, Phường Đa Kao, Q.1, TPHCM

Hotline:  0903649782 - (028) 3514 6426

Email: nguyenthanhmp156@gmail.com