Vật liệu xây công trình ngầm là gì?
Vật liệu xây công trình ngầm là nhóm vật liệu đặc biệt được thiết kế để làm việc trong môi trường đất và nước có áp lực, chịu tác động của ăn mòn hóa học, độ ẩm cao và áp lực thủy tĩnh dài hạn. Công trình ngầm bao gồm tầng hầm, đường hầm, hầm kỹ thuật, cống bể nước và các kết cấu ngầm trong đô thị.
Đặc điểm môi trường làm việc của vật liệu công trình ngầm
Vật liệu công trình ngầm phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe hơn vật liệu xây dựng thông thường độ điều kiện môi trường bất lợi cộng hưởng đồng thời. Áp lực nước, ăn mòn hóa học và biến dạng đất là ba tác động chính cần kiểm soát.
- Áp lực nước ngầm: từ 0,05–0,5 MPa (tương đương mực nước 5–50m), tùy độ sâu chôn lấp.
- Ăn mòn hóa học: ion sulfate, chloride trong đất và nước ngầm tấn công xi măng và cốt thép.
- Biến dạng kết cấu: từ tải trọng đất và xe cộ bên trên gây ứng suất và vết nứt.
- Chủ kỳ khô ẩm: đặc biệt ở khu vực giao tiếp giữa mực nước ngầm biến đổi theo mùa.
1. Bê tông chống thấm — Vật liệu kết cấu chính
Bê tông chống thấm là vật liệu kết cấu chủ đạo trong công trình ngầm. Khác với bê tông thường, bê tông chống thấm được thiết kế để hạn chế tối đa độ thấm nước quá khối bê tông, đạt cấp chống thấm W6–W8 theo TCVN 9012:2011.
- Cấp chống thấm W6: Chịu áp lực nước 0,6 MPa (60m cột nước), dùng cho tầng hầm nhà ở, công trình dân dụng.
- Cấp chống thấm W8: Chịu áp lực nước 0,8 MPa (80m cột nước), dùng cho đường hầm đô thị, hầm cáp ngầm.
- Tỷ lệ nước/xi măng (W/C): Không quá 0,45 để đảm bảo cấu trúc bê tông đặc chắc.
- Phụ gia kết tinh: Thành phần hoạt tính phản ứng với độ ẩm tạo tính thể lấp đầy lỗ rỗng và vết nứt nhỏ (< 0,4mm) — bê tông có khả năng tự lành.
- Phụ gia giảm nước siêu dẻo: Cho phép giảm tỷ lệ W/C mà không ảnh hưởng độ công tác, tăng độ đặc chắc.
2. Cốt thép chống ăn mòn
Trong môi trường ngầm có ion chloride cao (ven biển, đất phèn), cốt thép thông thường bị ăn mòn nhanh, giảm tuổi thọ kết cấu nghiêm trọng. Có 3 loại cốt thép chống ăn mòn được sử dụng cho công trình ngầm.
- Thép bọc epoxy (Epoxy-coated rebar): Lớp epoxy dày 150–300μm bảo vệ bề mặt; tuổi thọ trong môi trường xâm thực tăng 3–5 lần.
- Thép không gỉ 316L: Hàm lượng Molybdenum 2–3% chống ăn mòn chloride; đắt hơn thép thường 5–8 lần nhưng tuổi thọ 100 năm.
- Thép MMFX/thép chrome thấp: Cường độ cao và khả năng chống ăn mòn tốt hơn thép thường; chi phí thấp hơn inox 316.
3. Màng chống thấm HDPE
Màng chống thấm HDPE (High-Density Polyethylene) là vật liệu chống thấm chủ động được lắp bên ngoài tường vây hoặc kết cấu ngầm, ngăn nước xâm nhập từ ngoài vào. Màng HDPE dày 2mm là tiêu chuẩn phổ biến nhất cho đường hầm và tầng hầm tại Việt Nam.
- Chiều dày tiêu chuẩn: 1,5mm (dân dụng), 2mm (đường hầm, cơ sở hạ tầng), 2,5mm (công trình đặc biệt).
- Hàn nhiệt tại chỗ bằng máy hàn nêm hoặc hàn đùn, độ bền mối hàn ≥ 90% màng gốc.
- Kiểm tra mối hàn bằng bơm Khi (air channel test) hoặc tia điện (spark test).
4. Vữa phun Shotcrete
Shotcrete (bê tông phun) là vữa xi măng hoặc bê tông phun áp lực cao lên bề mặt đất đá hoặc kết cấu, tạo lớp giá cố và chống thấm tức thì. Được dùng rộng rãi trong đào hầm theo phương pháp NATM (New Austrian Tunnelling Method).
Câu hỏi thường gặp
- Bê tông công trình ngầm phải đạt cấp chống thấm tối thiểu là bao nhiêu?
- Theo TCVN 9012:2011 và tiêu chuẩn thi công công trình ngầm, bê tông tầng hầm dân dụng tối thiểu đạt W6; đường hầm giao thông và hầm kỹ thuật quan trọng yêu cầu W8 trở lên.
- Màng HDPE 2mm chịu được áp lực nước bao nhiêu?
- Màng HDPE 2mm theo tiêu chuẩn ASTM D7176 chịu được áp lực thủy tĩnh lớn hơn 200 kPa (tương đương 20m cột nước) khí mối hàn đạt chất lượng.
- Shotcrete khác bê tông thường ở điểm nào?
- Shotcrete được phun áp lực cao, thi công không cần ván khuôn, có thể bám lên bề mặt nghiêng và vòm công; thích hợp giá cố tức thì bề mặt đào hầm và mái dốc đất đá.