Gia cố đường ống thoát nước bằng tấm lót cuốn lò xo có sườn tăng cường trong công nghệ Danby Palel Loc

(Bài dịch từ tạp chí INSTAL 2014- Ba lan)

Mở đầu

Trong công nghệ không đào, các phương án kỹ thuật gia cố sửa chữa đường ống ngầm có thể chia làm hai nhóm chính: nhóm gia cố và nhóm sửa chữa

Hệ thống tấm lót Danby Panel Loc thuộc nhóm gia cố đường ống. Công nghệ này được áp dụng trong gia cố đường ống thoát nước bằng các tấm lót chất dẻo, phần lớn làm từ PVC. Công tác lắp đặt tấm Danby Panel Loc được thực hiện thủ công phía trong lòng cống, công cụ chính đôi khi chỉ cần chiếc búa là đủ.

Sự khác biệt của công nghệ này so với các công nghệ khác cùng nhóm thể hiện ở chỗ không đòi hỏi các thiết bị đặc biệt , ví dụ trong công nghệ SPR, các tấm lót cuốn lò xo được lắp đặt bởi thiết bị quấn ráp đặt biệt di chuyển trong lòng cống. Trong công nghệ Danby cũng không nhất thiết phải đào mở kể cả điểm đầu và điểm cuối. Công tác thi công được thực hiện bắt đầu từ các hầm thăm. Đây cũng là công nghệ rất phù hợp với công trình có mặt bằng thi công chật hẹp và có thể giảm thiểu ảnh hưởng đến lưu thông trên đường phố.

Công nghệ Danby giới thiệu dưới đây được sử dụng rất rộng rãi tại thị trường nước Mỹ và cũng có tiềm năng rất lớn trên thế giới. Càng ngày, công nghệ này càng chứng tỏ sự năng động và hiệu quả trong lĩnh vực gia cố đường ống

Sơ bộ về công nghệ và đặc điểm của  tấm lót Danby Panel Loc

Tấm lót Danby được thiết kế và đưa vào sử dụng tại Úc năm 1984, được cấp bằng sáng chế tại Mỹ vào năm 1987. Công nghệ này được áp dụng rộng rãi trên thế giới như Nam Mỹ, Bắc Mỹ, Châu Âu, châu Á,  trong đó phải kể đến tại Nhật Bản và các nước cận đông nhờ vào kỹ thuật thi công đơn giản. Đặc biệt  đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong gia cố đường ống thoát nước có mặt cắt tròn với đường kính lớn cũng như với các loại mặt cắt bất kỳ.

Qui phạm áp dụng cho công nghệ này được soạn thảo theo tiêu chuẩn ASTM. Công nghệ này áp dụng phổ biến cho  đường ống kích thước từ 900 – 3650 mm và có thể lớn hơn.

Vật liệu cơ bản chế tạo tấm lót là từ polichlor vinylon (PVC). Các tấm PVC được chế tạo với kích thước rộng khoảng 300 mmm, cao khoảng 14,5mm và 25,4 mm, mặt ngoài bố trí các sườn tăng cường nhằm tăng khả năng dính bám với vữa ximăng, mặt trong nhẵn. Các cạnh tấm lót được nối với nhau bằng mối nối join PVC. Ngoài ra, các nút nhựa được chế tạo theo hình chữ H để trám các lỗ khoan khi bơm vữa xi măng vào khoảng hở giữa hai lớp vật liệu cũ và mới.
Hình 1: Cấu tạo tấm lót Danby và mối nối tấm

Trình tự thi công lắp đặt tấm lót Danby:

Đối với đường ống thoát nước tròn hoặc dạng mặt cắt ngang tương tự cần gia cố toàn bộ mặt cắt,  tấm Danby thông thường được cuộn lại và vận chuyển đến công trình với chiều dài từ 45-90m. Hình minh họa (2) thể hiện mặt bằng công trường hạn chế, tấm lót được thả dần xuống qua hố ga. Trong trường hợp chỉ cần gia cố 1 phần của mặt cắt ngang đối với các dạng mặt cắt khác (ví dụ gia cố tấm đáy đối với đường ống hình dạng không tròn), các tấm lót có bề rộng 30cm được cắt thành từng đoạn phù hợp với kích thước tại hiện trường.
Hình 2: Tấm lót Danby được cuộn gọn và tập kết tại hố ga chuẩn bị thi công lặp đặt -  Mặt bằng thi công trên đường phố rất chật hẹp 

Trước khi thi công lắp đặt tấm lót PVC, phải làm sạch thành cống bằng vòi phun nước dưới áp lực cao. Trong trường hợp có các chướng ngại vật như bê tông, cát sỏi, cặn đóng thành cống, rác…,cần dọn sạch bằng thủ công.
Hình 3: Phun vòi nước dưới áp lực cao làm sạch thành cống

Sau thi làm sạch thành ống và vận chuyển tấm lót đến hố ga công trình, tiến hành lắp đặt tấm lót cuốn lò xo theo hướng từ cuối tuyến về đầu tuyến, mặt có sườn tăng cường áp vào thành cống hiện hữu có lót vữa ximăng dính bám. Lắp tấm lót đến đâu đặt join đến đó.
 
Hình 4: Lót tấm và chèn join mối nối bằng thủ công

Sau khi lắp đặt xong tấm lót và join, tiến hành mở các lỗ trên tấm lót và bơm vữa xi măng chèn vào khoảng hở giữa thành cống hiện hữu và tấm lót. Sau đó nút kín các lỗ hở bằng các nút PVC. Các lỗ hở bơm vữa được bố trí tại nhiều vị trí khác nhau trên tấm lót. Các vật liệu chèn có thể chọn tùy theo yêu cầu chống thấm cũng như sức chịu tải của cống chính.
Hình 5: Bơm vữa chèn các kẽ hở và nút chặt các lỗ bơm

*Trong trường hợp cống có đường kính lớn, có thể chia thành từng phân đoạn thi công theo thứ tự phần đáy trước, tiếp đến là thành cống và cuối cùng là đỉnh cống.

* Thực nghiệm xác định sức chịu tải của cống gia cố bằng tấm Danby Panel Loc

Tấm lót Danby Panel Loc không chỉ loại trừ được khả năng thấm của dòng chảy , cải tạo  hệ số thủy lực cũng như làm chậm quá trình lắng cặn rỉ sét chủ yếu do hợp chất lưu huỳnh gây ra, mà còn làm tăng sức chịu tải của công trình

Thực nghiệm xác định khả năng chịu lực được thực hiện tại trường ĐH Utah, Mỹ tiến hành như sau:

Đầu tiên, chế tạo 2 ống cống bê tông không cốt thép có đường kính ngoài khoảng 90cm, dài khoảng 6,7m. Các ống được chia làm 4 phần theo chiều trục ngang và đứng và đánh dấu bên ngoài. Một trong 2 ống đường gia cố bằng tấm lót Danby Panen Loc. Kích thước trong lòng cống sau khi gia cố còn lại 68,60 cm. Khoảng hở giữa tấm lót và thành cống được chèn vữa ximăng và đông kết sau 30 ngày đạt được sức chịu tải 60Mpa.

Tiếp theo, cả 2 ống cống được đặt vào trong lòng ống thép có đường kính khoảng 4,5m, trên nền vật liệu không đầm nén. Sau khi điều chỉnh đặt ống cân đối, đổ tiếp khoảng 92cm vật liệu chèn tính từ đỉnh ống. Sau đó đặt 10 đà dầm trên đỉnh khối đắp, mỗi đà tựa trên 05 ống kích thủy lực tròn nhằm đảm bảo sao cho lực tác dụng được phần bố đều và chuẩn bị tiến hành kích. 
Hình 6: Ống được buộc đai tạm và đánh dấu chia thành 4 phần theo dõi quá trình làm việc
Hình 7: Ống betông gia cường ống lót phục vụ thí nghiệm
Hình 8: Sơ đồ thí nghiệm sức chịu tải của ống

Tải trong thẳng đứng tác dụng lên kết cấu được gia tăng từ từ. Mỗi bước gia tăng lực kích, các số liệu về kích thước hình học và chuyển vị, biến dạng của ống cống đều được ghi lại. Tại thời điểm ống cống chưa bị biến dạng, đo được lực nén dưới ống không gia cố rất nhỏ do hệ quả của quá trình đắp vật liệu chèn bằng thủ công không đầm nén. Ống gia cố tấm lót có sức chịu tải tăng lên khoảng 150kPa tương ứng với thời điểm chuyển vị góc xoay bằng không. Tiếp tục kích gia tăng lực tác dụng đến khi các ống bắt đầu bị uốn, góc nghiêng tương ứng là 1,4 và 1 thể hiện như trên đồ thị [hình 9].
Hình 9: Đồ thị kết quả thực nghiệm thể hiện sự liên quan giữa chuyển vị góc xoay[d](%) và tải trọng tác dụng[P] - ống không gia cố đường dưới và ống có gia cố đường  trên

Từ kết quả trên, có thể kết luận rằng ống có gia cố tấm Danby có độ cứng lớn hơn ống không gia cố. Lưu ý rằng ống không gia cố đã có dấu hiệu bị cắt thành 4 phần trước khi tiến hành thực nghiệm do hệ quả của việc đặt ống trên nền đắp không đầm nén chứng tỏ sức chịu tải không cao. Trong trường hợp đất đắp bị xâm nhập vào lòng ống qua các vết nứt, nền đất không còn tác dụng là điểm tựa cho kết cấu. Trương tự như với đối với nước ngầm xung quanh, khi thấm vào lòng cống sẽ xúc tiến quá trình giảm sức chịu tải nhanh hơn. Ống cống gia cố bằng tấm lót Danby Panel Loc ngăn chặn được quá trình xâm nhập của đất nền và vẫn kín khít mặt dù cống chính bị nứt vỡ

Ống cống gia cố tấm lót có sức chịu tải tăng khoảng 40% so với cống chính tại thời điểm bắt đầu chuyển vị xoay. Khi chuyển vị góc xoay lên đến 19%, ống vẫn còn giũ được hình dạng  trong khi ống cống không gia cố đã bị vỡ thành các phần riêng rẽ. Thí nghiệm dừng tại đây. 
 
Hình 10: Bên trong lòng ống tại thời điểm dừng thực nghiệm. [a] - ống không gia cố;  [b] ống gia cố tấm Danby

Từ nghiệm cũng cho thấy đối với các loại ống cống làm từ vật liệu toàn khối cứng đã và đang khai thác, chịu hư hại do vỡ cục bộ hoặc bị ăn mòn thì giải pháp trên là sự lựa chọn hợp lý và hiệu quả

Đánh giá chung với với công nghệ Danby Ponel Loc

Thực tế cho thấy công nghệ Danby có ứng dụng trong mọi trường hợp không nhất thiết phải đào hở như một số các công nghệ khác bắt buộc đối với đường kính ống lớn, các ống xả chính… Qúa trình lắp đặt được thực hiện thông qua các hầm thăm và cực kỳ hiệu quả đối với đối với các công trình nằm dưới các đường phố chật hẹp, lưu lượng xe cộ đông đúc, hệ thống công trình ngầm phức tạp. Ngoài ra còn có các ưu điểm nổi trội khác như:

+ Cải thiện hệ số thủy lực nhờ vào mặt trong phẳng, nhẵn

+ Không chịu ảnh hưởng của hiện tượng ăn mòn nhờ vào vật liệu làm từ PVC

+ Tăng sức chịu tải của cống chính nhờ vật liệu chèn mác cao giữa cống chính và tấm lót

+ Đảm bảo khả năng chống thấm theo cả 2 chiều.

+ Phạm vi áp dụng rộng rãi cho bất kỳ loại vật liệu, đường kính nào của ống cống chính

Lưu ý quan trọng đối với công tác thi công là việc lắp đặt phải thật chuẩn xác. Việc lắp đặt không chính xác hoặc bơm vữa chèn không cẩn thật theo chỉ dẫn sẽ gây ra hiện tượng thấm của nước ngầm vào cống hoặc ngược lại cũng như độ bền của tấm lót dưới tác dụng của dòng chảy sẽ bị giảm so với yêu cầu.

 * Nhược điểm:

Nhược điểm duy nhất của công nghệ này là khả năng thấm có thể xảy ra. Tuy nhiên, nguyên nhân xảy ra hiện tượng này là do lắp đặt không kỹ hoặc vữa dính bám không đảm bảo. Hai nguyên nhân này đều do con người tạo ra nếu thao tác không cẩn thận và tỷ mỷ. Vì vậy, hoàn toàn có thể khắc phục nhược điểm này nếu như qui trình thao tác thi công theo đúng yêu cầu kỹ thuật.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] Ahmad S. and McAlpine G. (1994). Structural Characteristics of the Danby Pipe Renovation System, Third Materials Engineering Conference, Materials Engineering Division/ASCE, INFRASTRUCTURE: New Materials and Methods of Repair. 19964, San Diego Calif.

[2] ASTM F1698-02, Standard Practice for Instalation of Poly(Vinyl Chloride)(PVC) Profile Strip and cementitious Grout for Rehabilitation of Exiting Man-Entry Sewers and Conduits

[3] ASTM F1735-02, Standard Specyfication for Poly(Vinyl Chloride)(PVC) Profile Strip for PVC Liners for Rehabilitation of Exiting Man-Entry Sewers and Conduits

[4] http://www.danbyrehab.com

[5] Kuliczkowska E., Mogielski K.: Ống cống polietylen-kim loại – INSTAL 5/2012

[6] Kuliczkowska E., Nadstawna E.: Đánh giá hiện trạng đường ống thoát nước bằng hình ảnh rada đặt trong lòng ống  – INSTAL 2/2012

[7] Kuliczkowska E., Starnawska K.: Gia cố đường ống cấp nước theo công nghệ không đào có sử dụng nhựa đường  – INSTAL 7,8/2011

[8] Kuliczkowski A., Bialek M.: ống cống có sườn tăng cường   – tạp chí “Xây dựng tiên tiến” nr 3/2007

[9] Kuliczkowski A., Gierczak M.: ống cống bằng PVC , lựa chọn cho ống PE-HD    – – INSTAL 12/2009

[10] Kuliczkowski A. và nhóm tác giả.: Công nghệ không đào trong kỹ thuật môi trường   – Nhà xuất bản Seidel-Przywecki, Warszawa 2010

[11] Sirodkar D., Spero M.: Rehab Of A 100Year Old Brick Storm Sewer, Underground Construction, 2010

[12] Watkin R.K (1993) Utah State University, Buried Structures Laboratory, Civil and Enviromental Engineering, Strength of Buried Broken Rigid Pipes with Danby Liners, unpublished report to Danby of North America

TÁC GIẢ :

Giáo sư, tiến sỹ, kỹ sư Andrzej Kuliczkowski - Bộ môn Mạng lưới HTKT và Cấp thoát nước, Trường ĐH Swietokrzyska - Kielce, Ba Lan

Kỹ sư Karol Biernacki - Bộ môm Vật lý công trình và Năng lượng tái tạo, Trường ĐH Swietokrzyska - Kielce, Ba Lan

NGƯỜI DỊCH : Ks.Lê Thị Hoài Mỹ - Công ty TNHH Tư vấn thiết kế xây dựng Nhật Vỹ

Bài viết cùng chuyên mục

Tuyển sinh 2021-1