Công tác thi công tầng hầm theo phương pháp Top - Down

ta đ có khả năng thiết kế và thi công các nhà cao tầng, các cây cầu hiện đại. Đội ngũ những ng−ời làm kỹ thuật của chúng ta đ−ợc trang bị đầy đủ kiến thức và có đủ kinh nghiệm để đảm đ−ơng những công trình lớn phức tạp. Khắp mọi miền đất n−ớc đ xuất hiện nhiều toà nhà cao tầng, kiến trúc hiện đại đ−ợc xây dựng bằng kỹ thuật xây dựng tiên tiến nhất. Nhiều toà nhà cao tầng đ−ợc thiết kế từ 2-->4 tầng hầm nhằm giải quyết những yêu cầu thực tế do chúng đặt ra. Số nhà cao tầng có tầng hầm đ đ−ợc xây dựng ở Việt Nam tuy ch−a nhiều nh−ng nó cũng đánh dấu một b−ớc phát triển của công nghệ thi công tầng hầm ở Việt Nam. Chúng ta ai cũng biết việc xây dựng các công trình ngầm nói chung là phức tạp vì nó phụ thuộc rất nhiều vào địa chất nơi công trình đ−ợc xây dựng, phụ thuộc vào thiết bị, máy móc cũng nh− trình độ kỹ thuật, tay nghề của đội ngũ công nhân, cán bộ kỹ thuật. Đối với chúng ta thì công nghệ thi công tầng hầm là khá mới mẻ, đặc biệt khi công nghệ đó là "Thi công từ trên xuống". Vấn đề này hiện nay đ−ợc rất nhiều nhà thầu và các chuyên gia xây dựng quan tâm đặc biệt vì theo xu thế phát triển của đất n−ớc thì số l−ợng nhà cao tầng có tầng hầm ở Việt Nam sẽ ngày một tăng nhanh, cũng nh− chiều sâu của tầng hầm sẽ khá lớn, đòi hỏi phải có đ−ợc một quy trình công nghệ cho thi công tầng hầm. Trong luận văn này, chúng tôi cũng mạnh dạn hệ thống lại các yêu cầu cần giải quyết trong quá trình thi công tầng hầm (theo ph−ơng pháp truyền thống cũng nh− theo ph−ơng pháp "Top-down"), có đề xuất một số giải pháp hệ chống đỡ tạm cho tầng hầm cũng nh− các mối nối trong hệ kết cấu của tầng hầm. Các vấn đề chúng tôi nêu ra mới chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết mà ch−a qua kiểm chứng thực nghiệm vì rằng có quá ít công trình dạng này đ−ợc thi công tại Việt Nam. Hy vọng rằng đây sẽ là b−ớc mở đầu để tiến tới lập ra đ−ợc một quy trình xây lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 2 dựng hay một chỉ dẫn kỹ thuật cho công tác thi công tầng hầm theo ph−ơng pháp "Top-down". Vì trình độ có hạn và tài liệu rất ít ỏi nên chắc chắn rằng luận văn còn nhiều vấn đề ch−a đề cập hoặc ch−a đ−ợc giải quyết thoả đáng. Kính mong đ−ợc sự quan tâm góp ý của các giáo s− tiến sỹ và các chuyên gia về lĩnh vực này. Trong quá trình làm luận văn chúng tôi đ−ợc sự giúp đỡ góp ý rất quý báu của các cán bộ giảng dạy Bộ môn công nghệ và tổ chức xây dựng đặc biệt là thầy h−ớng dẫn Tiến sỹ Nguyễn Đình Thám. Chúng tôi xin cám ơn các cán bộ giảng dạy trẻ trong Bộ môn đ nhiệt tình giúp đỡ chúng tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2002 lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 3 ch−ơng I : tình hình xây dựng nhà có tầng hầm ở việt nam 1. Khái niệm về tầng hầm : Trong các công trình xây dựng dân dụng nhà nhiều tầng trên thế giới, ng−ời ta quy định phần tầng nhà là từ cao trình mặt đất tự nhiên trở lên. Nhà nhiều tầng có thể hiểu là từ 4 tầng trở lên, khi số tầng lên đến vài chục tầng thì ng−ời ta gọi đó là nhà cao tầng. Khái niệm cao tầng hiện nay tạm định l−ợng nh− nhà cao d−ới 9 tầng gọi là nhà thấp tầng. Nhà từ 10 đến 24 tầng gọi là nhà cao trung bình. Nhà có từ 25 tầng trở lên đ−ợc gọi là nhà cao tầng. Trong khu nhà cao tầng bao gồm tầng trệt (Tầng 1) sàn của nó nằm ngang trên mặt đất, tiếp theo là các tầng 2,3,4... có độ cao sàn d−ơng. Còn những tầng tiếp theo ở thấp hơn so với mặt đất (nằm d−ới tầng trệt) đều đ−ợc gọi là tầng hầm. Tầng hầm có thể nửa nổi nửa chìm hoặc nằm hoàn toàn trong lòng đất. Th−ờng ở những toà nhà cao tầng thì tầng hầm gồm 2 tầng trở lên, tầng hầm trên cùng có thể là nửa nổi nửa chìm một khi ta muốn tận dụng sự thông gió, chiếu sáng tự nhiên, số l−ợng tầng hầm. Số l−ợng tầng hầm cho nhà nhiều tầng chủ yếu phụ thuộc vào ý đồ sử dụng của chủ đầu t−, tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào chiều cao của công trình và nền đất d−ới công trình cũng nh− kỹ thuật xây dựng tầng hầm hiện tại. 2. Xu h−ớng phát triển nhà có tầng hầm : Nhà có tầng hầm đ có từ lâu trên thế giới, nó trở thành phổ biến và gần nh− là một thông lệ khi xây dựng nhà nhiều tầng. ở châu Âu do đặc điểm nền đất t−ơng đối tốt, mực n−ớc ngầm thấp, kỹ thuật xây dựng tiên tiến và cũng do nhu cầu sử dụng nên hầu nh− nhà nhiều tầng nào cũng có tầng hầm, thậm chí các siêu thị chỉ có 2-3 tầng nh−ng có tới 2-3 tầng hầm. Công nghệ này còn đ−ợc dùng để thi công các ga ngầm d−ới lòng đ−ờng, đ−ờng cao tốc ngầm ở Paris. Việc xây dựng tầng hầm trong nhà nhiều tầng là điều rất bình th−ờng nó trở nên qua quen thuộc mỗi khi thiết kế và thi công vì nó giải quyết đ−ợc các vấn đề phát sinh do nhà nhiều tầng đặt ra. ở châu á nói chung có nhiều số nhà nhiều tầng có tầng hầm ch−a phải là nhiều, nh−ng ở một số n−ớc và vùng lnh thổ nh− Hồng Kông, Đài Loan, Hàn Quốc... thì số l−ợng nhà nhiều tầng có tầng hầm chiếm tỉ lệ khá cao, số l−ợng tầng hầm trong các nhà từ 1 đến 4 tầng hầm. ở Việt Nam ta, nhà nhiều tầng có tầng hầm cũng chỉ mới xuất hiện gần đây tại nhũng công trình liên doanh với n−ớc ngoài hoặc các công trình vốn 100% vốn n−ớc ngoài. Ta có thể kể đến một số công trình có tầng hầm ở TP. Hồ Chí Minh và thử đô Hà Nội, nh−ng số tầng hầm mới ở mức từ 1 - 2 tầng hầm. D−ới đây là bảng thống kê ví dụ về nhà cao tầng có tầng hầm ở Việt Nam và thế giới. : tt Công trình Số tầng nổi Số tầng hầm Độ sâu đào(m) 1 2 3 4 5 Th− viện Anh Quốc Commerce Bank - Frankfruit Central Plaza - Hồng Kông Chi Thong - Đài Loan Chung Wei - Đài Loan 7 56 75 14 20 4 3 3 3 4 23 12 16 13,6 14,7 lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 4 6 7 8 9 10 Tai Pao - Đài Loan Chung Yian Sen Jue - Đài Loan Trung tâm sách - Hà Nội Vietcombank - Hà Nội Sun way Hotel - Hà Nội 27 19 17 6 22 11 4 3 3 1 2 2 16,2 16,2 12,5 4,6 11,0 11,0 Qua bảng thí dụ trên ta thấy các công trình th−ờng có thống kê từ 1 --> 4 tầng hầm, chiều sâu hố đào từ 5m --> 10m. Tất nhiên trong t−ơng lai sẽ có những nhà có tầng hầm sâu hơn hiện nay do nhu cầu và công nghệ xây dựng phát triển đủ để có thể thi công đ−ợc và bảo đảm yêu cầu về chất l−ợng. Tầng hầm trong các nhà cao tầng sẽ là vấn đề quen thuộc trong ngành xây dựng trên thế giới kể cả các n−ớc đang phát triển, nó sẽ rất phù hợp cho các thành phố t−ơng lai đ−ợc thiết kế hiện đại, đảm bảo đ−ợc yêu cầu về môi sinh, môi tr−ờng và đáp ứng sở thích của con ng−ời nh− là nhà có v−ờn treo, thành phố thông thoáng 3 chiều hay những căn hộ đ−ợc thiết kế theo dạng "biệt thự" trong các nhà nhiều tầng. Ta có thể nói rằng tầng hầm trong nhà nhiều tầng là một nhu cầu khách quan vì nó có những −u việt ta phải tận dụng. 3. Sự cần thiết của tầng hầm trong nhà nhiều tầng : a. Do nhu cầu sử dụng : Ngay từ lâu ở các n−ớc công nghiệp phát triển, nhu cầu về nhà cửa tăng nhanh, các ph−ơng tiện giao thông cũng tăng đáng kể cộng với mức sống khá cao đ kéo theo một loạt các hoạn động dịch vụ, trong khi đó diện tích để xây dựng lại hạn hẹp vì thế việc ra đời của nhà nhiều tầng là hiển nhiên. Một khi nhà nhiều tầng ra đời, nó đòi hỏi x hội phải đáp ứng những nhu cầu do bàn thân nó sinh ra. Nói một cách khác đi, đó chính là nhu cầu của c− dân sống trong các khu nhà đó. Vì thế việc xây dựng tầng hầm đ ra đời và phát triển mạnh nhằm : • Làm kho chứa hàng hoá phục vụ sinh hoạt của c− dân trong toà nhà. • Làm tầng phục vụ sinh hoạt công cộng nh− bể bơi, cửa hàng, quán bar... • Làm gara ô tô, xe máy. • Làm tâng kỹ thuật để giải quyết các vấn đề điều hoà không khí, xử lý n−ớc thải, lắp đặt máy móc phục vụ giao thông (thang máy), cấp nhiệt... • Làm nơi c− trú tạm thời khi có sự cố xảy ra nh− chiến tranh. • ở các ngân hàng, kho bạc nó còn là nơi cất trữ tài liệu mật, tiền bạc, vàng, đá quý và các tài sản có giá trị cao của quốc gia. * ở Việt Nam : Tình hình cũng không ngoài xu h−ớng phát triển của thế giới, chỉ có điều là ta luôn đi sau vài thập niên so với các n−ớc tiên tiến. Cho mi tới những năm chín m−ơi của thế kỷ tr−ớc các toà nhà nhiều tầng mới đ−ợc xây dựng tại TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội, đi kèm theo nó là các tầng hầm đ−ợc thiết kế, thi công theo các kỹ thuật tiên tiến nhất. Ngày nay, nhu cầu và xu thế của tầng hầm đ là quá rõ ràng đối với nhà nhiều tầng. Sự ra đời của nó hoàn toàn nhằm đáp ứng nhu cầu vừa nêu tr−ớc. b. Về mặt nền móng : Ta thấy nhà nhiều tầng th−ờng có tải trọng rất lớn ở chân cột, nó gây ra áp lực rất lớn lên nền và móng, vì vậy khi làm tầng hầm ta đ giảm tải cho móng vì một l−ợng đất khá lớn trên móng đ đ−ợc lấy đi, hơn nữa khi có tầng hầm thì móng đ−ợc đ−a xuống khá sâu, móng có thể đặt vào nền đất tốt, c−ờng độ của nền tăng lên (Khi ta cho đất thời gian chịu lực). Thêm lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 5 vào đó tầng hầm sâu nếu nằm d−ới mực n−ớc ngầm, n−ớc ngầm sẽ đẩy nổi công trình lên theo định luật Acsimet nh− thế nó sẽ giảm tải cho móng công trình và đồng thời cũng giảm lún cho công trình. c. Về mặt kết cấu : Đối với nhà nhiều tầng không có tầng hầm, độ sâu ngàm vào đất là nông (từ 2-3m), độ ổn định của công trình không cao do trọng tâm của công trình ở trên cao. Khi nhà có tầng hầm, trọng tâm của công trình sẽ đ−ợc hạ thấp làm tăng tính ổn định tổng thể của công trình. Hơn nữa, t−ờng, cột, dầm sàn của tầng sẽ làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chịu lực ngang nh− gió, bo, lụt động đất... d. Về an ninh quốc phòng : Tại trụ sở các cơ quan, công sở có tầng hầm thì nó sẽ đ−ợc sử dụng làm nơi cất giữ tiền bạc kim loại quý.... Còn ở những khu định c− thì tầng hầm sẽ là nơi tránh bom đạn tốt nhất cho c− dân mỗi khi xảy ra chiến tranh. 4. Kết luận Qua đây ta có thể khẳng định việc thiết kế, xây dựng các công trình dân dụng có tầng hầm ở Việt Nam là cần thiết. Chúng ta đ, đang và sẽ xây dựng nhiều toà nhà có tầng hầm để phục vụ dân sinh. Điều này chúng ta sẽ hoàn toàn làm đ−ợc vì chúng ta có đội ngũ các Kiến trúc s−, Kỹ s− thiết kế, Kỹ s− thi công có đủ năng lực, tiếp cận và cập nhật đ−ợc các kiến thức thực tế trên thế giới cũng nh− máy móc thi công và công nghệ thi công tiên tiến. Trong giới hạn luận văn này, chúng tôi chỉ muốn đề cập đến lĩnh vực kỹ thuật và tổ chức thi công nhà có tầng hầm theo các ph−ơng pháp truyền thống và đặc biệt đi sâu về ph−ơng pháp thi công "Thi công từ trên cao xuống" còn gọi là ph−ơng pháp "TOP DOWN". lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 6 ch−ơng II : Công nghệ thi công tầng hầm trong nhà nhiều tầng Việc thi công tầng hầm luôn đi đôi với việc thi công đất vì tầng hầm nằm d−ới mặt đất. Ngày nay với công nghệ thi công đất đ có rất nhiều tiến bộ chủ yếu nhờ vào các máy móc thiết bị thi công hiện đại và các quá trình thi công hợp lý cho phép thi công đ−ợc những công trình phức tạp, ở nhũng địa hình khó khăn. Để tiện cho việc so sánh, ta có thể hệ thống các công nghệ thi công chính nh− sau đây : b. Xây nhà Hình 1 a. Đào đất 1. Ph−ơng pháp đào đất tr−ớc sau đó thi công nhà từ d−ới lên : Đây là ph−ơng pháp cổ điển đ−ợc áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn, thiết bị thi công đơn giản. Toàn bộ hố đào đ−ợc đào đến độ sâu thiết kế (Độ sâu đặt móng), có thể dùng ph−ơng pháp đào thủ công hay đào máy phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thuỷ văn, vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thuỷ văn, vào khối l−ợng đất cần đào và nó còn phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhân lực của công trình. Sau khi đào xong, ng−ời ta cho tiến hành xây nhà theo thứ tụ bình th−ờng từ d−ới lên trên, nghĩa là từ móng lên mái. Để đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở trong quá trình thi công ng−ời ta dùng các biện pháp giữ vách đào theo các ph−ơng pháp truyền thống nghĩa là ta có thể đào theo mái dốc tự nhiên (Theo góc ϕ của đất). Hoặc nếu khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở rộng ta luy mái dốc hố đào thì ta có thể dùng cừ để giữ t−ờng hố đào. Ưu điểm của ph−ơng pháp này là thi công đơn giản, độ chính xác cao, hơn nữa các giải pháp kiến trúc và kết cấu cho tầng hầm cũng đơn giản vì nó giống phần trên mặt đất. Việc xử lý chống thấm cho thành tầng hầm và việc lắp đặt hệ thống mạng l−ới kỹ thuật cũng t−ơng đối thuận tiện dễ dàng. Việc làm khô hố móng cũng đơn giản hơn, ta có thể dùng bơm hút n−ớc từ đáy móng đi theo hố thu n−ớc đ đ−ợc tính toán sẵn. Nh−ợc điểm của ph−ơng pháp này là : khi chiều sâu hố đào lớn sẽ rất khó thực hiện, đặc biệt khi lớp đất bề mặt yếu. Khi hố đào không dùng hệ cừ thì mặt bằng phải rộng đủ để mở taluy cho hố đào. Xét về mặt an toàn cho các công trình lân cận hay cho những công trình xây chen thì biện pháp này không khả thi, còn xét về chiều sâu hố đào khi quá lớn nếu dùng biện pháp này ta sẽ phải cử thành nhiều đợt, nhiều bậc và độ ổn định cũng nh− an toàn cho thi công ta phải bàn đến. Qua thực tế ta có thể đ−a ra các ph−ơng án giữ vách hố đào theo ph−ơng pháp thi công cổ điển nh− : lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 7 - Đào đất theo độ dốc tự nhiên, ph−ơng pháp này chỉ áp dụng khi hố đào không sâu, với đất dính, góc ma sát trong ϕ lớn, mặt bằng thi công rộng ri đủ để mở taluy mái dốc hố đào và để thiết bị thi công cũng nh− chứa đất đ−ợc đào lên. - Dùng ván cừ đặt thành nhiều tầng (Không chống). Hố đào đ−ợc đào thành nhiều bậc, mở rộng phía trên áp dụng cho tr−ờng hợp khi ván cừ không đủ dài để chống một lần hoặc khi hố đào quá sâu, thi công đào đất bằng ph−ơng pháp thủ công và khi có yêu cầu hố đào phải thông thoáng để thi công tầng hầm. - Dùng ván cừ có chống hoặc có neo, hố đào đ−ợc đào thẳng đứng. Dùng cừ có chống khi cột chống không ảnh h−ởng đến thi công tầng hầm, còn khi có sự đòi hỏi thoáng đng trong hố đào để thi công tầng hầm ta phải dùng neo, neo này đ−ợc neo trên mặt đất. Loại ván cừ có chống hoặc neo dùng khi áp lực đất lớn. α ≤ ϕ b. Đào đất có cừ không chống H : Chiều sâu hố đào h : Chiều sâu ngàm của cừ Hình 2 d. Ván cừ giữ vách hố đào không chống dùng khi các cột chống không ảnh huởng đến thi công tầng hầm e. Ván cừ giữ vách có neo khi cần thông thoáng cho hố đào khi thi công tầng hầm c. Hố đào đào thành nhiều tầng có cừ chắn không chống α ≤ ϕ a. Đào đất theo mái dốc tự nhiên Thiết bị thi công đào đất : Đối với các loại hố đào ta vừa kể trên, việc thi công đào đất có thể đ−ợc tiến hành bằng cơ giới hay thủ công. Với ph−ơng pháp thi công cơ giới ta có thể dùng các loại máy đào một gầu. Cụ thể là khi chiều sâu hố đào H ≤ 4m, ta dùng máy đào gầu nghịch dung tích gầu phổ biến là 0,15m3 đến 0,5m3 nó có −u điểm là đứng trên đào xuống thấp nên có thể đào những nơi có n−ớc và việc đ−a vật liệu lên ô tô là dễ dàng, nhanh gọn. Khi n−ớc ngầm ở lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 8 thấp hơn cao trình máy đứng ta có thể dùng máy đào gầu thuận, nó có thể đào đ−ợc những hố đào khá sâu rất thích hợp khi kết hợp với đào và đổ đất lên xe vận chuyển đi. Tuy nhiên loại máy này yêu cầu đ−ờng đi cho xe ô tô vận chuyển phải di chuyển liên tục tốn công làm đ−ờng. Ngoài hai loại máy chính trên ng−ời ta còn có thể sử dụng máy đào gầu dây và máy đào gầu ngoạm. Với máy đào dây thích hợp nhất khi đào móng sâu có n−ớc, loại này năng suất thấp so với máy đào gầu thuận và gầu nghịch. Với máy đào gầu ngoạm thì sử dụng để đào những hố đào thẳng đứng, nó dùng để đào trong lòng giếng, đào hố sâu có thành cọc ván cừ hay t−ờng chắn. Nó chỉ thích hợp cho đất hạt yếu hoặc đất hạt rời. Khi đào chỗ đất rắn ta phải làm tơi đất tr−ớc. Với những công trình mà khối l−ợng đào đất không lớn, hố đào không sâu (<500m3) ng−ời ta thiên về đào bằng thủ công. Dụng cụ để đào là các dụng cụ cổ truyền nh− cuốc, xẻng, mai, cuốc chim, kéo cắt đất, choòng, búa. Để vận chuyển đất ng−ời ta dùng quang gánh, xe cút kít một bánh, xe cải tiến, đ−ờng goòng.... Để thi công đạt năng suất cao ng−ời ta phải chọn dụng cụ thích hợp đồng thời cũng phải tìm cách giảm khó khăn cho thi công nh− tìm cách giảm khó khăn cho thi công cũng nh− làm tăng hoặc giàm độ ẩm của nền đất hoặc làm khô mặt bằng.... Sau khi đ thi công xong phần đào đất móng, ng−ời ta tiến hành thi công nhà theo các ph−ơng pháp thông th−ờng nh− ta đ biết, nghĩa là thi công móng nhà sau đó tiến hành đến phần thân nhà. 2. Thi công t−ờng nhà làm t−ờng chắn đất. ở mục II.1 ta đ trình bày các ph−ơng pháp thi công đất truyền thống nh−ng nó chỉ thích hợp cho những tầng hầm có chiều sâu không lớn, mặt bằng thi công rộng ri và cách xa các công trình có sẵn còn đối với những công trình xây chen nh− ở thành phố Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh với nhũng nàh nhiều tầng có từ 1 --> 3 tầng hầm trở lên thì việc áp dụng các ph−ơng pháp truyền thống là không khả thi và kém về hiệu quả về kinh tế, chính vì lẽ đó ng−ời ta đ−a ra một trình tự thi công nh− sau : Tr−ớc khi thi công đào đất ng−ời ta tiến hành thi công phần t−ờng bao của tầng hầm tr−ớc sau đó tiến hành đào đất trong lòng t−ờng bao này đến đáy tầng hầm (đáy móng). Tr−ờng hợp móng của công trình là cọc khoan nhồi thi ng−ời ta cũng tiến hành thi công cọc cùng lúc với t−ờng bao. Phần kết cấu chính của tầng hầm cũng nh− của công trình đ−ợc thi công từ d−ới lên trên, từ móng đến mái (Bottom-up). Ta có thể gọi đây là ph−ơng pháp thi công t−ờng trong đất. Ph−ơng pháp này có −u điểm rất lớn là không cần dùng ván cừ để giữ vách hố đào. Trình tự thi công công trình vẫn theo thứ tự nh− x−a tức là xây từ d−ới xây lên. Để áp dụng đ−ợc ph−ơng pháp này thì t−ờng bao của công trình phải đ−ợc thiết kế bảo đảm chịu đ−ợc tải trọng do áp lực đất gây ra với nó đồng thời nó đủ điều kiện để thi công t−ờng bao bằng ph−ơng pháp "cọc barret". Nh−ợc điểm của nó là thời gian thi công dài và phải thi công xong t−ờng bao, cọc (nếu có) rồi mới đến đào đất và xây công trình. Nếu tr−ờng hợp t−ờng bao không tự chịu áp lực thì ta phải có biện pháp chống t−ờng bằng các hệ chống đỡ hoặc bằng neo bê tông. Trên hình 3 trình bày 3 giai đoạn thi công theo ph−ơng pháp t−ờng trong đất từ d−ới lên : Giai đoạn đầu (Hình 3a) ta tiến hành thi công t−ờng trong đất từ d−ới lên, giai đoạn 2 (Hình 3b) ta tiến hành đào đất trong lòng t−ờng bao và giai đoạn 3 (Hình 3c) ta tiến hành thi công tầng hầm tự d−ới lên. lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 9 Đào đất b)a) c) * Các ph−ơng pháp chống t−ờng bao : T−ờng bao ở đây có chiều sâu khá lớn, chịu áp lực đất cũng khá lớn nên các ph−ơng pháp chống đơn giản ở mục II.1 không áp dụng đ−ợc, nếu có thì độ tin cậy cũng không cao. Vì vậy ta phải dùng các biện pháp chống t−ờng bao nh− sau : a) Dùng hệ đào và cột chống văng giữa các t−ờng đối diện (Hình 4a). Hệ dầm này th−ờng làm bằng thép hình gồm các xà ngang, dầm văng và cột chống xà ngang tỳ lên t−ờng, t−ơng chịu áp lực đất (chịu uốn). Dầm văng là bộ phận chịu lực chính (chịu nén) làm nhiệm vụ chống giữ các t−ờng đối diện. Cột chống có nhiệm vụ giữ cho dầm văng ổn định (giảm chiều dài tính toán). lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 10 a2. Mặt cắt A-A. Hệ giằng chống a1. Mặt bằng hệ chống hố đào bằng hệ dầm cột bằng thép hình Cột chống Hình 4.a T−ờng bao Thanh chống Thanh giằng Dầm đỡ T−ờng bao Cột chống bằng thép hình Dầm đỡ A A Ph−ơng pháp này có −u điểm là đơn giản, dễ tính toán, xung quanh rất tốn vật liệu làm xà, dầm, cột (có thể thu hồi 100%). Tuy nhiên nh−ợc điểm của nó là chiếm không gian trong hố đào, khi thi công, dễ bị uốn v−ớng gây khó khăn cho qúa trình thi công tầng hầm. Khi tầng hầm đ−ợc thi công xong thì hệ chống đỡ này sẽ đ−ợc dỡ đi và áp lực ngang sẽ chuyển vào khung nhà (tầng hầm chịu). Khi chiều ngang công trình lớn thì hệ chống đỡ trở nên phức tạp vì khoảng cách giữa các t−ờng đối diện quá lớn. b) Để khắc phục nh−ợc điểm của ph−ơng pháp trên ng−ời ta dùng neo bê tông để giữ t−ờng bao (Hình 4b). Ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng khi ta cần không gian để thi công trong lòng hố đào. Việc đặt neo tuỳ thuộc vào lực căng mà có thể neo trên mặt đất hay neo ngầm vào trong đất. Tr−ờng hợp neo ngầm, khi đào đến đâu ng−ời ta khoan xuyên qua t−ờng bao để chôn neo và cố định neo vào t−ờng. Với ph−ơng pháp này t−ờng giữ với ứng lực tr−ớc nên hầu nh− là ổn định hoàn toàn. Khi tầng hầm đ đ−ợc xây dựng xong, t−ờng đ−ợc giữ bởi hệ kết cấu tầng hầm, lúc này neo sẽ đ−ợc dỡ đi hoặc để lại tùy theo sự thoả thuận của chủ đầu t− với các công trình bên cạnh. Nếu t−ờng bao hở (không liên kết với kết lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 11 cấu tầng hầm) thì các neo sẽ vẫn đ−ợc giữ nguyên và làm việc lâu dài, lúc này nó cần đ−ợc bảo vệ cẩn thận. đang xây dựng Tầng hầm hầm Đáy tầng Neo Mực n−ớc ngầm Dây neo Đất tự nhiên Hình 4b : Chống t−ờng bao bằng hệ neo ngầm Ta thấy cả hai tr−ờng hợp neo và chống đều thi công song song với công việc đào đất. Đào đến đâu đặt neo hay đặt cột chống tới đó. Ph−ơng pháp này t−ờng bao hầu nh− không chuyển vị áp lực đất tác dụng lên t−ờng là áp lực tĩnh. So sánh giữa hai ph−ơng pháp ta có thể kết luận ph−ơng pháp dùng cột dầm để chống đỡ hố đào dễ thực hiện song nó sẽ gây nhiều cản trở cho thi công trình tầng hầm, chỉ cần những sơ suất nhỏ có thể xẩy ra sự cố đáng tiếc. Với ph−ơng pháp dùng neo ngầm đảm bảo một mặt bằng thi công rộng ri, thoáng đng song nó đòi hỏi phải có thiết kế tính toán neo và phải có đủ thiết bị để thi công neo nh− bơm bê tông, neo ứng lực tr−ớc... ph−ơng pháp này cho giá thành khá cao chỉ nên áp dụng ở những công trình thực sự cần thiết đến hệ neo này. 3. Ph−ơng pháp gia cố nền tr−ớc khi thi công hố đào : Khi công trình đ−ợc thi công ở những vùng đất cát, việc đào đất sẽ gặp khó khăn vì cát sẽ lở. Ngoài những biện pháp chống đỡ thành hố đào nh− đ nêu ở trên ta cũng có thể áp dụng ph−ơng pháp gia cố nền hố đào tr−ớc khi đào đất. Nó thích hợp cho công trình co mặt bằng thi công rộng và chiều sâu hố đào không lớn. Nội dung của ph−ơng pháp này là tr−ớc khi thi công đào đất ng−ời ta dùng khoan và bơm cao áp phụt vữa xi măng vào nền đất xung quanh hố đào. Khi vữa xi măng rắn chắc sẽ làm cho nền đất có c−ờng độ tăng lên cụ thể là tăng hệ số dính C và góc ma sát trong ϕ của nền đất. Với biện pháp gia cố này hố đào có thể đào thẳng đứng hoặc nghiêng theo góc ϕ khá lớn. lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 12 Đào đ−ợc bơm xuống Vữa XM-cát đ Bơm xi măng cát Hình 6 : Gia cố hố đào tr−ớc khi đào móng Bơm xi măng cát Ưu điểm của ph−ơng pháp này là thi công đơn giản, giá thành thấp, tạo mặt bằng thi công thoáng không bị v−ớng bởi hố chống. Nh−ợc điểm: • Khó xác định chính xác các thông số của nền sau khi gia cố. • Độ tin t−ởng thấp. • Đòi hỏi phải có mặt bằng xung quanh rộng để gia cố vung có nguy cơ tr−ợt. 4. Ph−ơng pháp thi công từ trên xuống (Top-down) : ở phần trên chúng ta đ trình bày ph−ơng pháp thi công t−ờng chắn bằng ph−ơng pháp "Bottom-up" nghĩa là thi công từ d−ới lên theo các ph−ơng pháp truyền thống. Trong ph−ơng pháp này để giữ cho t−ờng chắn ổn định không bị biến dạng ng−ời ta sử dụng hệ cột dầm chống đỡ hoặc dùng neo ngầm. Cả hai ph−ơng pháp đều bộc lộ một nh−ợc điểm rất lớn là chi phí cho công tác chống đỡ và neo khá cao, kéo dài thi công và đòi hỏi các thiết bị tiên tiến. Để khắc phục nó, ng−ời ta đ−a ra ph−ơng pháp thi công từ trên xuống (Top-down). Bản chất của ph−ơng pháp này là : B−ớc 1 : Thi công t−ờng trong đất và cọc khoan nhồi tr−ớc. Cột của tầng hầm cũng đ−ợc thi công cùng cọc nhồi đến cốt mặt nền. B−ớc 2 : Ng−ời ta tiến hành đổ sàn tầng trệt ngang trên mặt đất tự nhiên. Tầng trệt đ−ợc tỳ lên t−ờng trong đất và cột tầng hầm. Ng−ời ta lợi dụng luôn các cột đỡ cầu thang máy, thang bộ, giếng trời làm cửa đào đất và vận chuyển đất lên đồng thời cũng là cửa để thi công tiếp các tầng d−ới. Ngoài ra nó còn là của để tham gia thông gió, chiếu sáng cho việc thi công đào đất... Khi bê tông đạt c−ờng độ yêu cầu, ng−ời ta tiến hành đào đất qua các lỗ cầu thang giếng trời cho đến cốt của sàn tầng thứ nhất (1C) thì dừng lại sau đó lại tiếp tục đặt cốt thép đổ bê tông sàn tầng 1C. Cũng trong lúc đó từ mặt sàn tầng trệt ng−ời ta tiến hành thi công phần thân nghĩa là từ d−ới lên. Khi thi công đến sàn tầng d−ới cùng ng−ời ta tiến hành đổ bê tông đáy nhà liền với lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 13 đầu cọc tạo thành sản phẩm d−ới cùng, có cũng là phần bản của móng nhà. Bản này còn đóng vai trò chống thấm và chịu lực đẩy nổi của lực ácimét. Có hai ph−ơng pháp thi công sàn tầng hầm : • Dùng hệ cột chống hầm đ thi công (tỳ lên cọc nhồi) để đỡ hệ dầm và sàn tầng hầm. • Dùng cột chống tạm (th−ờng dùng tỏng thực tế là thép hình chữ I có gia c−ờng đặt vào cọc nhồi, sau khi thi công cột xong thì dỡ bỏ. Mỗi ph−ơng án trên đều bộc lộ những −u điểm và nh−ợc điểm của nó, để áp dụng đ−ợc phải tính toán một cách chặt chẽ vì không những nó liên quan đến thi công mà cả giải pháp kết cấu nữa. −u điểm của ph−ơng pháp Top-down : • Tiến độ thi công nhanh, qua thực tế một số công trình cho thấy để có thể thi công phần thân công trình chỉ mất 30 ngày, trong khi với giải pháp chống quen thuộc mỗi tầng hầm (kể cả đào đất, chống hệ dầm tạm, thi công phần bê tông) mất khoảng 45 đến 60 ngày, với nhà ó 3 tầng hầm thì thời gian thi công từ 3 --> 6 tháng. • Không phải chi phí cho hệ thống chống phụ. • Chống vách đất đ−ợc giải quyết triệt để vì dùng t−ờng và hệ kết cấu công trình có độ bền và ổn định cao. • Không tốn hệ thống giáo chống, cốppha cho kết cấu dầm sàn vì sàn thi công trên mặt đất. Nh−ợc điểm của ph−ơng pháp Top-down : • Kết cấu cột tầng hầm phức tạp. • Liên kết giữa dầm sàn và cột t−ờng khó thi công. • Thi công đất trong không gian kín khó thực hiện cơ giới hoá. • Thi công trong tầng hầm kín ảnh h−ởng đến sức khoẻ ng−ời lao động. • Phải lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo D−ới đây ta cụ thể hoá các b−ớc thi công Top-down bằng hình vẽ với nhà nhiều tầng có 2 tầng hầm. lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 14 e1 c1 Sàn tầng hầm Trong đất T−ờng Cọc nhồi Giai đoạn 2 : Đổ sàn tầng trệt Bê tông sàn e1 e2 c2 c1 Giai đoạn 6 : Đổ bê tông tầng đáy + đài móng Đổ bê tông sàn tầng e2 đổ bê tông tầng e1 Giai đoạn 4 : Đổ sàn tầng ngầm c1 T−ờng trong đất Cọc nhồi Đào T−ờng Cọc nhồi Cọc nhồi Trong đất T−ờng Trong đất Đổ bê tông cột tầng e2 Giai đoạn 5 : Đào đất tầng hầm c2 Giai đoạn 3 : Đào đất tầng ngầm c1 và t−ờng trong đất Giai đoạn 1 : Thi công cọc nhồi lê đức thành - luận văn thạc sỹ kỹ thuật 15 ch−ơng II : các vấn đề kỹ thuật cần đ−ợc giải quyết khi thi công tầng hầm Chúng ta, những ng−ời xây dựng đều thừa hiểu việc xây dựng các công trình d−ới lòng đất đều rất phức tạp và khó khăn, ví dụ nh− thi công đ−ờng hầm, tunnel hay đ−ờng cho tàu điện ngầm... ở đây công việc của chúng ta là thi công tầng hầm cho nhà cao tầng tất nhiên là nó cũng không quá phức tạp thi công đ−ờng hầm nh−ng nó cũng đòi hỏi phải giải quyết một số vấn đề đặt ra t−ơng tự nh− cho đ−ờng hầm cụ thể nh− : việc chống vách đào, hạ mực n−ớc ngầm, bảo vệ các công trình lân cận, chống ô nhiễm môi tr−ờng, thông gió chiếu sáng cho thi công d−ới tầng hầm... Để có thể chủ động trong xây dựng, đảm bảo cho công trình đạt đ−ợc chất l−ợng và đúng tiến độ với chi phí thống nhất ta phải tiến hành tr−ớc đ−ợc những phức tạp do kỹ thuật đề ra cũng nh− những sự cố có thể sảy ra khi thi công tầng hầm để tránh phạm những sai lầm đáng tiếc. Tất cả những vấn đề trên cần đ−ợc nghiên cứu, xem xét một cách nghiêm túc, đầy đủ để có thể lập thành một quy trình công nghệ áp dụng cho từng tr−ờng hợp cụ thể để đạt đ−ợc hiệu quả cao nhất. Những vấn đề hiện nay chúng ta cần quan tâm là : 1. Xác định lực tác dụng lên vách chống : Ta biết áp lực của đất lên vách chống rất phức tạp nó phụ thuộc vào địa tầng, trạng thái của đất nền, áp lực lên mặt đất, hình thức chống vách đất và đặc biệt là ph−ơng pháp thi công. Để xác định đ−ợc áp lực đó ta phải giả thuyết đ−ợc gần đúng sơ đồ tính toán và tìm ph−ơng pháp tính toán đơn giản và nhanh nhất. Hiện tại có rất nhiều cách xác định lực tác dụng lên vách chống, nhiệm vụ của chúng ta là chọn ph−ơng pháp tính đơn giản đủ độ tin cậy phục vụ cho thi công nhanh, an toàn vì sau khi thi công xong công trình ở trạng thái làm việc nó đ đ−ợc ng−ời thiết kế tính toán đầy đủ. 2. Chống vách đất : Để cho hố đào đ−ợc ổn định trong quá trình thi công, với giá thành hạ, ta phải chọn ph−ơng án đào và chống vách đất hợp lý theo các nguyên tắc sau : • Phải giữ đ−ợc vách đào ổn định, an toàn trong quá trình thi công. • Phải phù hợp với biện pháp đào đất và công nghệ thi công phần ngầm. • Thi công phải đơn giản, giá thành hạ. • Luôn chú ý đến khả năng sử dụng lại sau khi thi công trình hoàn thành. Sau đây là một số ph−ơng án chống vách đất có thể áp dụng đ−ợc : a) Đóng cọc th−a cách nhau một khoảng từ 0,8 ữ 1,5 M đào đến đâu thì ghép ván đến đó. Cọc đóng th−ờng là cọc thép hình (I hay H), ván gỗ. Nó đ−ợc áp dụng khi hố không sâu, áp lực đất nhỏ, không có n−ớc ngầm chảy mạnh. Gỗ và cọc sau khi thi công cọ thu hồi để sử dụng lại. b) Đóng ván cừ thép không chống làm việc d−ới dạng công-xôn, áp dụng khi hố đào nông, có n−ớc ngầm. Ván cừ thép sẽ đ−ợc thu hồi bằng máy nhổ cọc hay cần trục tháp sau khi đ thi công xong tầng hầm. c) Đóng cọc thép phun vữa bê tông giữ đất. Cọc thép đ−ợc đóng xuống đất hết chiều sâu thiết kế. Đào đến đâu ta tạo mặt vòm giữa các cọc luôn bằng cách phun vữa bê tông lên vách đất tạo thành những vòm nhỏ, chân đạp vào các cọc giữ đất lở vào hố móng. Ph−ơng án này đ−ợc áp dụng khi đất rời, không có n−ớc ngầm hay đất dẻo. Tr−ờng hợp này giống (a) nh−ng tiết kiệm đ−ợc gỗ, cọc có thể thu hồi đ−ợc. d) Dùng cọc khoan nhồi, khoan liền nhau tạo thành vách đất chống sau đó tiến hành đào đất. Biện pháp này áp dụng khi chiều sâu hố đào lớn, áp lực đất lớn. Công trình là nhà xây chen cần bảo vệ xung quanh khỏi bị sụt lún. Vách chống có thể tham gia chịu lực lê đức thàn._.