Nghiên cứu phương pháp dự báo thời hạn khai thác còn lại của kết cấu bê tông cốt thép công trình cảng biển khu vực Hải Phòng, Quảng Ninh

Ở nước ta, kết cấu công trình bến cảng bê tông cốt thép (BTCT) rất phổ biến trong khu vực Hải Phòng, Quảng Ninh cũng như trên cả nước. Hiện rất nhiều công trình bến đã được xây dựng từ nhiều năm trước (phổ biến trên 10 năm đến trên 30 năm) đang chịu các tác động của môi trường xâm thực trong một thời gian dài và đã bị xuống cấp với các mức độ khác nhau.

Trong hệ thống tài liệu tiêu chuẩn, quy trình quy phạm của Việt Nam hiện nay vẫn chưa có quy định cụ thể nào về phương pháp dự đoán tuổi thọ còn lại của công trình bến cảng biển bê tông cốt thép ngoài tiêu chuẩn TCVN 12041-2017 “Kết cấu BT và BTCT – Yêu cầu chung về thiết kế độ bền lâu và tuổi thọ trong môi trường xâm thực”. Tiêu chuẩn này cũng chỉ mới đề cập đến việc thiết kế độ bề lâu và tuổi thọ cho công trình xây mới, chưa đề cập gì tới việc xác định tuổi thọ còn lại các công trình hiện hữu. Do đó, KS. Tô Trung Hiếu cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phương pháp dự báo thời hạn khai thác còn lại của kết cấu bê tông cốt thép công trình cảng biển khu vực Hải Phòng, Quảng Ninh”

Nghiên cứu này mang một ý nghĩa thực tiễn rất quan trọng mặc dù chưa đánh giá tất cả các kết cấu trong công trình cảng nhưng đã đề cập đến loại kết cấu phổ biến nhất và khó đánh giá nhất, làm cơ sở để dự đoán tuổi thọ sử dụng còn lại của công trình, đám ứng yêu cầu về quản lý theo Nghị định 06/2021/NĐ-CP, giúp các chủ cảng xác định được thời gian và kinh phí sửa chữa hợp lý nâng cao tuổi thọ công trình. Ý nghĩa khoa học của đề tài này nằm ở chỗ xác định được hướng nghiên cứu để đánh giá, dự đoán thời gian khai thác còn lại của công trình cảng, giải quyết vấn đề khó khăn chưa có lời giải cho đến nay. Đặt nền móng cho một hướng nghiên cứu để có thể mở rộng cho việc dự đoán tuổi thọ còn lại các công trình khác trong ngành GTVT. Kết quả của đề tài là xây dựng được mô hình dự đoán thời hạn khai thác còn lại của kết cấu BTCT công trình cảng biển và có thể bước đầu ứng dụng vào thực tế để dự đoán tuổi thọ của công trình.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đã thu được một số kết quả như sau:

- Đề tài đã xây dựng được phương pháp dự đoán thời gian khai thác còn lại của kết cấu bê tông cốt thép công trình cảng biển không chỉ cho khu vực Hải Phòng, Quảng Ninh mà còn có thể áp dụng cho các khu vực khác ở Việt Nam.

- Hai mô hình dự đoán tuổi thọ của kết cấu BTCT công trình cảng biển được đề xuất đều có thể thực hiện phù hợp, hiệu quả trong điều kiện trang thiết bị có sẵn và khả thi đối với tất cả các công trình cảng biển ở Việt Nam. Qua việc ứng dụng đánh giá cho các cảng ở khu vực Hải Phòng, Quảng Ninh và một cảng ở khu vực miền Trung cho thấy kết quả dự đoán và tuổi thọ thực tế công trình rất gần nhau, đảm bảo độ tin cậy chấp nhận được.

- Mô hình Marcov để dự đoán tuổi thọ còn lại của công trình có ưu điểm là đánh giá khá toàn diện các nguyên nhân gây suy thoái và xuống cấp kết cấu công trình, bao gồm cả các tác động ngẫu nhiên, tấn công hóa học, suy thoái do ion clo, nứt do nhiệt hay lỗi thiết kế, lỗi thi công vv… Tuy nhiên hạn chế của mô hình này lại không đánh giá được sự suy thoái ở giai đoạn tiềm ẩn do sự xâm nhập của ion clo vào bê tông chưa gây các hư hỏng có biểu hiện ra ngoài.

- Mô hình dự đoán tuổi thọ theo mức độ xâm nhập ion clo vào công trình áp dụng phù hợp với công trình thiết kế mới, hoặc công trình đang khai thác mà áp dụng phương pháp Marcov bị hạn chế. Tuy nhiên, khi thực hiện cần lưu ý: Thời gian tính được là khoảng thời gian mà ion clo bắt đầu đạt tới ngưỡng ăn mòn cốt thép, chưa phải thời gian mà công trình bị mất tính năng sử dụng, do vậy dự đoán sẽ mang tính an toàn cao đối với các công trình chưa bị hư hỏng quan sát được; Trong thực tế các mẫu kiểm tra ion clo lấy trên một công trình có độ phân tán tương đối cao, do vậy cần phải thận trọng khi lấy mẫu hiện trường sao cho đủ độ tin cậy cần thiết; Khi công trình có các cấu kiện bị hư hỏng có thể quan sát được, một số mẫu cho kết quả hàm lượng ion clo vượt ngưỡng gây ăn mòn cốt thép, khi đó phương pháp này sẽ giúp để đánh giá mức độ cốt thép đã bị ăn mòn giúp khuyến cáo đưa 30 ra các biện pháp đối phó, phòng ngừa hợp lý nhất; Dự đoán thời gian khai thác còn lại của công trình cảng biển là công việc mới và quan trọng.

Từ kết quả nghiên cứu ứng dụng hai phương pháp dự đoán cho thấy, kết quả thu được giúp cho chủ cảng thấy rõ được mức độ suy thoái của các kết cấu BTCT của cảng và đưa ra các kế hoạch bảo trì, sửa chữa hợp lý nhất cho toàn bộ vòng đời của cảng. Ngoài ra, kết quả dự đoán cũng sẽ giúp cơ quan quản lý như Cục Hàng Hải Việt Nam hay các Vụ của Bộ GTVT nắm chắc thông tin về các cảng dựa trên cùng một cơ sở đánh giá cả về định tính và định lượng. Kết quả nghiên cứu của đề tài mới thực hiện việc đánh giá, dự đoán cho các kết cấu BTCT phần trên mực nước. Để đánh giá toàn diện cho toàn bộ công trình cảng còn cần nghiên cứu thêm về các kết cấu thép và các kết cấu phía dưới nước. Các tiêu chí đánh giá rất quan trọng để dự đoán tuổi thọ còn lại của công trình theo phương pháp Marcov, hiện được xây dựng tham khảo theo kinh nghiệm của Nhật Bản, do đó cần phải được tiếp tục nghiên cứu, áp dụng vào các công trình thực tế ở nước ta để hiệu chỉnh thêm cho phù hợp với điều kiện Việt Nam (nếu cần). Thông số xác suất chuyển tiếp px ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ dự đoán và sẽ thay đổi theo thời gian. Trong nghiên cứu này hệ số px được xác định mới qua 1 lần đánh giá, do vậy độ chính xác của kết quả dự đoán còn hạn chế. Để có kết quả dự đoán chính xác hơn, kiến nghị Bộ GTVT tiếp tục cho nghiên cứu, đánh giá lần 2, lần 3 và hơn nữa để xác định giá trị px cho các công trình cảng biển chính xác hơn. Ngoài ra, cần thực hiện nghiên cứu dự đoán tuổi thọ còn lại của các kết cấu thép và các kết cấu dưới mực nước để hoàn thiện việc dự đoán cho toàn bộ công trình và nghiên cứu xây dựng phần mềm quản lý sự suy thoái và dự đoán thời gian khai thác còn lại của các công trình cảng biển của Việt Nam. Các cơ quan quản lý cần sớm cho phép sử dụng mô hình dự đoán thời gian sử dụng còn lại của các kết cấu BTCT công trình cảng là kết quả nghiên cứu của đề tài này để dự đoán thời gian khai thác còn lại của các kết cấu BTCT trong các lần kiểm định định kỳ công trình cảng, bước đầu đáp ứng yêu cầu về quy định phải xác định thời gian sử dụng còn lại theo Nghị định Chính phủ đã đề ra. Các phần chưa nghiên cứu trong đề tài này như kết cấu thép, kết cấu dưới nước ban đầu có thể đánh giá sự suy thoái theo các tiêu chí đã đưa ra trong tiêu chuẩn TCVN 13330:2021.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số19849/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)