Ứng dụng phần mềm PLAXIS và GeoStudio trong tối ưu thiết kế địa kỹ thuật đập Semantok – Công trình đập dài nhất Đông Nam Á

Giải pháp số giúp hiện thực hóa một công trình phức tạp

Với sức chứa lên đến 33 triệu m³ nước và chiều dài 3,1 km, đập Semantok (Indonesia) là một trong những hạng mục thủy lợi lớn nhất khu vực Đông Nam Á. Công trình đóng vai trò chiến lược trong kiểm soát lũ lụt, tưới tiêu và phát triển nông nghiệp tại vùng Đông Java – nơi thường xuyên xảy ra ngập úng do lượng mưa lớn và địa hình trũng.

Được giao nhiệm vụ triển khai, PT Hutama Karya (Persero) – doanh nghiệp nhà nước chuyên phát triển hạ tầng – đã phải đối mặt với hàng loạt thách thức kỹ thuật: điều kiện địa chất phức tạp, vật liệu lấp không đồng nhất, thời gian thi công giới hạn, và yêu cầu cao về độ ổn định mái dốc.

Để giải quyết các bài toán này, doanh nghiệp đã ứng dụng bộ phần mềm mô phỏng – phân tích địa kỹ thuật tiên tiến từ Bentley Systems và Seequent, gồm: PLAXIS, GeoStudio, iTwin Capture và SYNCHRO.

Địa chất yếu và bài toán thay đổi vật liệu lấp

Ngay từ giai đoạn khảo sát, đội ngũ kỹ sư phát hiện lớp nền đất tại khu vực thi công chủ yếu là cát tơi xốp, có tính thấm cao, dễ gây rò rỉ nước nền móng vượt quá giới hạn an toàn. Giải pháp phun vữa truyền thống nhanh chóng bộc lộ nhược điểm về chi phí và tính hiệu quả.

Hutama Karya quyết định thay thế đá lấp bằng đất ngẫu nhiên tại chỗ nhằm tiết kiệm chi phí và rút ngắn thời gian khai thác vật liệu. Tuy nhiên, điều này buộc đơn vị phải thiết kế lại hoàn toàn cấu hình mái dốc, do đặc tính cơ học của đất khác biệt so với đá.

Thông qua PLAXIS 3D, nhóm kỹ sư đã mô phỏng các phương án thiết kế móng và vật liệu đắp khác nhau, đánh giá hiệu suất chịu tải và rò rỉ nước ngầm trong từng kịch bản. Trong khi đó, GeoStudio được sử dụng để kiểm định hệ số ổn định mái dốc, từ đó xác định tỷ lệ mái tối ưu là 1:3 bên trái và 1:2,75 bên phải – vừa đảm bảo an toàn thi công, vừa phù hợp với điều kiện địa chất tại chỗ.

PLAXIS cho phép nhóm nghiên cứu mô hình hóa việc lấp đất trong thiết kế đập đề xuất và kiểm tra hiệu suất của nó trong địa hình của khu vực. (Ảnh: PT Hutama Karya, Persero).

Nhóm đã sử dụng GeoStudio để đánh giá nhiều thiết kế khác nhau nhằm đáp ứng các yêu cầu về an toàn mái dốc trong quá trình xây dựng và vận hành. (Ảnh: PT Hutama Karya, Persero).

Chuyển đổi số toàn diện với mô hình thực tế ảo và dữ liệu thời gian thực

Trước khi khởi công, khu vực dự án được quét laser và tạo đám mây điểm, sau đó xử lý thành mô hình số 3D bằng iTwin Capture. Bản sao kỹ thuật số này giúp nhóm thiết kế:

• Hiểu rõ địa hình hiện trạng

• Lập kế hoạch tối ưu vị trí khai thác đá tại chỗ

• Hạn chế độ sâu đào để giảm thiểu tác động môi trường

Toàn bộ dữ liệu được tích hợp vào hệ thống quản lý dự án số, cung cấp thông tin thời gian thực (real-time) hỗ trợ ra quyết định nhanh chóng trong quá trình thi công.

Việc sử dụng mô hình số còn giúp rút ngắn thời gian xác thực thiết kế từ 8 ngày xuống còn 3 ngày, đồng thời tiết kiệm 646.000 USD và rút ngắn thời gian thi công đến 183 ngày.

Giải pháp địa kỹ thuật giúp tiết kiệm hàng triệu đô la Mỹ

Bằng cách phân tích – mô phỏng và điều chỉnh thiết kế kỹ thuật số, Hutama Karya đã đạt được những kết quả ấn tượng:

• Tiết kiệm 2 triệu USD khi loại bỏ nhu cầu xây dựng móng bơm vữa và tái thiết hệ thống cọc cắt

• Tránh được 1,8 triệu USD chi phí sửa chữa nhờ thiết kế lại mái dốc ổn định hơn

• Duy trì tiến độ 1.800 ngày của dự án với hỗ trợ từ phần mềm SYNCHRO trong mô phỏng quy trình thi công

Hướng đến hạ tầng bền vững thông qua kỹ thuật số

Theo bà Amy Rachmadhani Widyastuti, Giám đốc Phát triển BIM của Hutama Karya:

“Việc ứng dụng các công cụ mô phỏng kỹ thuật số như PLAXIS và GeoStudio không chỉ giúp chúng tôi giải quyết hiệu quả các thách thức địa kỹ thuật mà còn góp phần xây dựng một công trình thủy lợi an toàn, bền vững và hướng đến tăng trưởng kinh tế dài hạn cho Đông Java.”

Đọc thêm: Nâng cao hiệu quả, giảm ô nhiễm với công nghệ và mô hình địa chất tiên tiến