Cọc thép bản (sheet pile) là gì? Hình dạng Larssen, interlocking và giữ đất
Cọc thép bản (sheet pile), còn gọi là cừ thép Larssen, là tấm thép cán nóng có tiết diện hình Z, U hoặc Ω với khóa liên kết (interlock) theo chiều dài hai mép. Các tấm được ghép liên tiếp tạo thành tường chắn liên tục, dùng để giữ đất và ngăn nước trong quá trình thi công. Đây là giải pháp thi công tạm thời hoặc vĩnh cửu cho tầng hầm, đê kè và hố đào sâu.
Hình dạng tiết diện và hệ thống khóa Larssen
Tên “Larssen” xuất phát từ kỹ sư người Đức Tryggve Larssen, người phát minh kiểu khóa ghép đặc trưng vào đầu thế kỷ 20. Hệ thống khóa cho phép các tấm trượt vào nhau theo chiều dọc trong khi vẫn truyền lực theo phương ngang giữa các tấm liền kề.
| Kiểu tiết diện | Hình dạng | Đặc điểm | Ứng dụng phổ biến |
|---|---|---|---|
| Kiểu Z | Bản web nghiêng, khóa ở đỉnh và đáy | Mô men quán tính cao nhất; khóa gần trục trung hòa → ít bị xoắn | Tường chắn đất hố đào sâu, đê ngăn lũ |
| Kiểu U (Larssen classic) | Hình chữ U, khóa ở hai cánh | Phổ biến nhất; dễ vận chuyển; khóa ở cánh → có thể bị xoắn dưới tải | Kè sông, tầng hầm, đê tạm |
| Kiểu Ω (Omega) | Dạng sóng tròn | Độ cứng cao theo cả hai chiều; ít phổ biến hơn | Công trình đặc biệt yêu cầu chống thấm cao |
| Kiểu phẳng (flat pile) | Tấm phẳng, khóa hai mép | Không có mô men chống uốn riêng; kết hợp với H-pile làm giằng | Ngăn đất tạm thời, ít tải trọng ngang |
Thông số kỹ thuật cừ thép Larssen thông dụng
Cừ thép được phân loại theo chiều rộng tấm đơn (per pile width) và mômen chống uốn mặt cắt:
| Ký hiệu | Chiều cao h (mm) | Rộng tấm b (mm) | Dày t (mm) | Trọng lượng (kg/m²) | Wx (cm³/m) |
|---|---|---|---|---|---|
| AZ 13 | 303 | 630 | 9.5 | 97.6 | 1312 |
| AZ 18 | 380 | 630 | 9.5 | 112 | 1820 |
| AZ 26 | 427 | 630 | 12.2 | 136 | 2605 |
| AZ 36 | 460 | 750 | 14.2 | 154 | 3600 |
| AU 14 | 295 | 600 | 9.5 | 97.4 | 1440 |
| AU 20 | 444 | 600 | 9.0 | 103 | 2003 |
| AU 25 | 444 | 600 | 11.1 | 120 | 2502 |
Cơ chế giữ đất và ngăn nước của sheet pile
Sheet pile hoạt động như dầm công xôn (cantilever) hoặc dầm đơn giản tùy sơ đồ kết cấu, chịu áp lực đất và áp lực nước từ phía đất chưa đào. Độ sâu ngàm vào đất bên dưới hố đào (embedment depth) phải đủ để cân bằng mô men lật:
- Dạng công xôn: Phù hợp hố đào nông ≤4–5m; chiều sâu ngàm thường 1.5–2 lần chiều sâu hố đào.
- Dạng có neo (anchored): Có thanh neo ngang (tieback anchor) hoặc điểm tựa walers; phù hợp hố đào sâu 6–15m.
- Dạng có thanh chống (strutted): Dùng khi không có không gian để đặt neo ra ngoài; phổ biến trong đô thị đông đúc.
Khóa Larssen không hoàn toàn chống thấm tuyệt đối — nước có thể rò qua khe hở. Khi yêu cầu chống thấm cao, cần phun vữa sealant vào khóa hoặc dùng loại khóa đặc biệt có đệm cao su.
Tiêu chuẩn kỹ thuật sheet pile
Tiêu chuẩn chính áp dụng cho cừ thép tại Việt Nam và quốc tế:
- EN 10248-1:1995: Tiêu chuẩn châu Âu cho cừ thép cán nóng — điều kiện kỹ thuật giao hàng.
- EN 10248-2:1995: Dung sai kích thước và hình dạng.
- JIS A5528: Tiêu chuẩn Nhật Bản cho hot-rolled steel sheet piles.
- ASTM A328/A572: Tiêu chuẩn Mỹ cho thép cừ — ít phổ biến tại Việt Nam.
- TCVN 10307: Tiêu chuẩn hàn kết cấu thép — áp dụng cho mối nối hàn cừ khi cần nối dài.
Phân biệt cừ thép Larssen với cọc H-pile
Hai loại cọc thép này khác biệt căn bản về chức năng:
| Tiêu chí | Sheet pile (cừ Larssen) | H-pile (cọc H) |
|---|---|---|
| Chức năng | Giữ đất, ngăn nước — tường chắn | Chịu tải trọng nén dọc trục |
| Hình dạng tiết diện | Z, U, Ω — có khóa liên kết hai mép | H hoặc I rộng bản — không khóa |
| Lắp đặt | Ghép liên tiếp thành tường liên tục | Cọc đơn độc lập |
| Lực chủ đạo | Uốn ngang (áp lực đất/nước) | Nén dọc trục |
| Tái sử dụng | 3–5 lần nếu nhổ cẩn thận | Nhiều lần nếu không biến dạng |
Quy trình thi công cừ thép
- Lập bản đồ tiện ích ngầm: Xác định đường điện, nước, cáp trước khi hạ cừ.
- Chọn phương pháp hạ cừ: Rung thủy lực (phổ biến nhất), ấn tĩnh, hoặc đóng búa.
- Hạ dẫn hướng (guide frame): Đảm bảo cừ thẳng đứng và đúng tim.
- Ghép khóa và hạ từng tấm: Trượt khóa trước khi hạ; kiểm tra độ thẳng liên tục.
- Lắp waler và neo (nếu cần): Sau khi hạ cừ đến độ sâu thiết kế.
- Thi công trong hố đào: Đào và lắp kết cấu nội thất; theo dõi chuyển vị cừ.
- Nhổ cừ (nếu tạm thời): Rung từ từ, tránh gây lún đất xung quanh.