Lựa chọn giải pháp móng cọc cho nhà cao tầng

Vấn đề là chọn giải pháp móng cọc gì (đóng, ép hay cọc nhồi) sao cho vừa đảm bảo tính ổn định, vừa đảm bảo tính kinh tế và an toàn khi thi công thì còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố mà cần phải nghiên cứu và tính toán kỹ. Bài báo này tác giả xin tóm tắt qua một số vấn đề khi lựa chọn giải pháp móng cọc cho nhà cao tầng. Từ khóa: Nền móng, móng cọc, nhà cao tầng, sự cố nền móng. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, trên con đường công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước nói chung, các công trình xây dựng đã, đang và sẽ phát triển mạnh cả về số lượng lẫn quy mô. Thực tế cho thấy, khi số lượng và quy mô công trình tăng thì sự cố công trình cũng tăng theo, nhiều sự cố đã gây ra hậu quả rất nghiêm trọng. Theo thống kê, trong các sự cố công trình thì có khoảng 70% là liên quan đến nền móng, nhất là đối với nhà cao tầng hoặc khi công trình đặt trên nền đất yếu hay trong vùng chịu ảnh hưởng của động đất. Cũng theo thống kê, giá trị phần nền móng công trình có thể chiếm từ 10 ÷ 50% giá thành xây dựng công trình. Vì vậy việc lựa chọn giải pháp móng gì cho nhà cao tầng để thi công sao cho vừa đảm bảo tính ổn định, vừa kinh tế và an toàn là vấn đề phải được xem xét và tính toán kỹ, mà đôi khi việc lựa chọn này là rất khó khăn, nhất là khi công trình đặt trong vùng chịu động đất hay trong khu vực xây chen. 1. Giải pháp nền móng của một số nhà cao tầng Đặc điểm của nhà cao tầng là tải trọng lớn và tập trung, mặc khác trọng tâm nhà cách mặt đất đáng kể nên rất nhạy đối với hiện tượng nghiêng lệch. Khi chịu tác động của tải trọng ngang (gió và động đất) sẽ sinh ra mômen lật rất lớn nên có yêu cầu rất khắc khe đối với việc tính toán công trình theo TTGH như khả năng chịu lực, tính ổn định và chênh lệch lún của móng nhà. Vì vậy yêu cầu đối với giải pháp Nền Móng nhà cao tầng là phải chịu được tải trọng lớn, có khả năng chống lún lệch và chống lật tốt. Chúng ta có thể tham khảo qua các giải pháp Nền móng cho một số công trình như sau: - Dùng giải pháp móng bè trên nền thiên nhiên: + Cao ốc 163 Nguyễn Văn Trỗi, Quận Phú Nhuận dùng giải pháp Móng bè trên nền thiên nhiên + Cao ốc 15 tầng tại 8A Nguyễn Bỉnh Khiêm, TP.HCM, + Khách sạn TÂN ĐÀO VIÊN 8 tầng tại Trần Hưng Đạo – Tản Đà, Q5 – TP.HCM. + Văn phòng Hàng Hải 11 tầng tại 211 – Nguyễn Văn Trổi, Q.Phú Nhuận - Dùng giải pháp móng cọc tiền chế tiết diện nhỏ thi công đóng, ép: + Chung cư Phạm Viết Chánh, TP.HCM cao 15 tầng dùng cọc 300x300 dài 18m. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 2-2012 128 + Chung cư Ngô Tất Tố 15 tầng dùng cọc 300x300 dài 36m. + Các cao ốc đến 20 tầng tại Phú Mỹ Hưng, Q7 dùng cọc d = 0,35m và d = 0,4m dài hơn 30m, - Dùng giải pháp móng cọc nhồi, cọc Barrette: + Móng của khách sạn Royal – Hà Nội dùng cọc nhồi đường kính 1200mm dài 42÷43m, với sức chịu tải của cọc là 3850 kN. + Móng của khách sạn Centrol – Hà Nội dùng cọc nhồi đường kính 1000 dài 39m, với sức chịu tải của cọc là 3000 kN. + Móng của cao ốc Ocean place, 80 Đông Du – TP. Hồ Chí Minh dùng cọc nhồi đường kính 1200mm dài 50 ÷56m với sức chịu tải của cọc là 8000 kN. + Tháp đôi Petronas Malaysia (hình 1): Hình 1: Tháp đôi Pertronas công trình này đã dùng 29.000m² tường trong đất bằng betông cốt thép dày 0.8m sâu 30m để làm tường các tầng hầm. Đã dùng 2 loại cọc barrette 1.2x2.8m sâu từ 60÷125m và cọc 0.8x2.8m sâu từ 40÷60m. Đài cọc là loại móng bè dày 4.5m làm bằng betông cốt thép. - Cao ốc View Tower ở TP. Hồ Chí Minh cao 19 tầng dùng 3210m² tường trong đất dày 0.6m sâu 30m để làm 2 tầng hầm. Dùng 6 cọc Barrette 0.8x2.8m sâu 44.5÷46.5m. Thực tế cho thấy rằng, vì nhiều lý do khác nhau mà dẫn đến việc lựa chọn giải pháp nền móng không hợp lý, điều này sẽ gây ra sự cố cho công trình, mà đôi khi việc khắc phục sự cố rất khó khăn, tốn kém, có khi phải phá bỏ công trình. 2. Một số sự cố nền móng công trình Hình 2: Các công trình bị nghiêng, lật do giải pháp Nền móng không hợp lý Hình 3: Cao ốc ở Trung Quốc bị gãy ngang hệ cọc của móng công trình Hình 4: Công trình bị nghiêng do sự lún lệch quá mức của móng Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 2-2012 129 Hình 5: Sự cố nứt nhà lân cận do sử dụng giải pháp móng sâu không hợp lý II. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG CỌC CHO NHÀ CAO TẦNG Thực tế cho thấy rằng có thể thiết kế giải pháp móng nông cho nhà cao tầng như dùng móng bè khi nền đất tốt, nhưng nhiều tài liệu nghiên cứu đã kết luận rằng không nên chọn giải pháp móng bè cho nhà cao tầng vì móng bè có nhiều rủi ro, thiếu an toàn do dễ lún nghiêng và gây ảnh hưởng các công trình lân cận, nhất là trong vùng chịu ảnh hưởng của động đất. [2] Vì vậy trong thiết kế thực tế về nền móng công trình nhà cao tầng, giải pháp móng cọc thường được lựa chọn, vì móng cọc chiếm vị trí quan trọng không những đảm bảo về chất lượng công trình mà còn có ý nghĩa kinh tế và dễ đạt mục tiêu tiến độ đề ra. Nhưng thiết kế móng cọc sao cho hợp lý nhất là vấn đề còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố mà chúng ta phải xem xét kỹ. [4] 1. Những đặc điểm chính khi thiết kế móng cọc cho nhà cao tầng [3] a) Cọc cần thiết kế sao cho mũi cọc chống vào tầng lực cứng rắn (đá gốc, cuội, sỏi) hoặc tương đối cứng (sét từ dẻo cứng, cát chặt vừa,..) để có khả năng chịu tải đứng cao đủ để mang tòan bộ tải đúng của cả công trình. b) Móng cọc có độ cứng theo chiều đứng rất lớn, dưới ảnh hưởng của tải trọng bản thân công trình hoặc tải trọng lân cận sẽ không sinh ra lún lệch quá nhiều, bảo đảm cho độ nghiêng công trình không vượt quá giới hạn cho phép. c) Với móng cọc tiết diện lớn thì nhờ độ cứng theo chiều ngang lớn nên có khả năng chống nghiêng lật tổng thể rất lớn, nên chịu được tải trọng ngang và mômen do gió và động đất gây ra, bảo đảm được tính ổn định chống nghiêng lật của công trình. d) Chiều dài cọc có thể thiết kế xuyên qua tầng đất mềm để chống vào tầng đất cứng hoặc đá gốc nên trong trường hợp có động đất làm cho tầng đất nông bị hóa lỏng và lún sụt thì cọc vẫn có thể đủ khả năng chịu nén và chịu nhổ bảo đảm cho công trình vẫn còn ổn định. 2. Một số công nghệ thi công móng cọc thường dùng a) Cọc đóng, rung: với thiết bị hạ cọc là búa Diezel, búa rơi tự do, búa hơi song động, đơn động [1]. Các hư hỏng thường gặp khi thi công: Vỡ đầu cọc, hư hỏng mối nối, nứt ,vỡ cọc do ứng suất kéo, b) Cọc ép (Ép trước hoặc ép sau): Thiết bị thường dùng là máy ép thủy lực [1] với hư hỏng thường gặp là vỡ đầu cọc. c) Cọc nhồi (khoan nhồi hay đóng nhồi) với thiết bị thi công là máy khoan gầu, guồng xuắn, tuần hoàn,hoặc dùng các thiết bị thi công chuyên dụng (thông thường công nghệ thi công với các loại thiết bị này có bản quyền) [1], với các sự cố thường gặp như sau [3]: - Sự cố không rút được đầu khoan lên; - Sự cố không rút được ống vách lên trong phương pháp thi công có ống vách; - Sự cố sập thành vách hố khoan; - Sự số trồi lồng thép khi đổ bêtông cọc (do ảnh hưởng của quá trình rút ống vách hay do lực đẩy của bê tông khi dâng lên) - Sự cố tụt cốt thép chủ; - Hư hỏng liên quan bê tông cọc, có thể bị sự cố từ các khâu: khoan tạo lỗ, xử lý cặn lắn Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 2-2012 130 đáy hố khoan, dùng vật liệu hay ngay trong công đoạn đổ bê tông, - Sự cố gặp hang caster khi khoan, 3. Những căn cứ chính để lựa chọn giải pháp thi công cọc: a) Các điều kiện cụ thể để lựa chọn giải pháp thi công cọc: - Địa điểm công trình; - Độ lớn của các loại tải trọng; - Điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn; - Yêu cầu của môi trường (rung động và tiếng ồn, đất nước thải); - Ảnh hưởng đến công trình lân cận và công trình ngầm; b) Nguyên tắc lựa chọn giải pháp thi công cọc: Thông thường ưu tiên chọn phương án cọc đơn giản mà hiệu quả đó là cọc đóng, ép vì giá thành giải pháp cọc nhồi thường đắt gấp 2 lần cọc ép, đóng. Hơn nửa việc quản lý chất lượng thi công cọc nhồi thường rất phức tạp nên chất lượng cọc kém tin cậy hơn. [3] Nếu phải thiết kế cọc nhồi thì nên chọn cọc có tiết diện lớn D từ 800mm trở lên. Giải pháp cọc nhồi thường được sử dụng trong trường hợp tải trọng công trình quá lớn hoặc công trình trong khu vực xây chen. Cọc nhồi có ưu điểm là sức chịu tải lớn, khi thi công không gây chấn động mạnh và tiếng ồn lớn. Lưu ý: Khi lựa chọn giải pháp thi công cọc phải lường trước giải pháp kiểm tra chất lượng cọc trong quá trình thi công và sau khi hoàn thành cọc. 4. Những phương pháp thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc thường sử dụng Mục đích của việc kiểm tra là xác định chất lượng, độ đồng đều của bê tông cọc trong quá trình thi công hay kiểm tra sức chịu tải của cọc sau khi hoàn thành cọc. - Các phương pháp kiểm tra chất lượng, độ vẹn toàn của cọc: phương pháp kiểm tra trực tiếp (khoan lấy mẫu, đào thăm dò); các phương pháp kiểm tra gián tiếp thường dùng (siêu âm cọc, phóng xạ, biến dạng nhỏ PIT,[1] - Các phương pháp kiểm tra sức chịu tải cọc: Dùng phương pháp gia tải tĩnh (nén tĩnh cọc, hộp Osterberg) hoặc dùng phương pháp gia tải động: Công thức động, PDA, Statnamic,[1] III. KẾT LUẬN - Đối với nền móng công trình, trước tiên phải lựa chọn phương án móng đơn giản và kinh tế, khi nào giải pháp móng bè không đạt mới chuyển sang cọc đóng, ép rồi cuối cùng là cọc nhồi. - Khi chọn cọc nhồi thì nên chọn cọc có đường kính lớn, thông thường chi phí cọc nhồi thường cao hơn 2 lần với giải pháp cọc tiền chế. Chất lượng cọc nhồi thường ít tin cậy hơn so với cọc tiền chế nên cần có giải pháp kiểm tra tốt khi thi công cũng như sau khi hoàn thành cọc. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nền Móng các công trình dân dụng – công nghiệp – Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Hũư Kháng, Uông Đình Chất, NXB Xây dựng – Hà Nội, 2002. [2]. Nền Móng Nhà cao tầng, GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng, NXB khoa học và kỹ thuật, 2006. [3]. Tài liệu tại hội thảo: “Móng cọc của cao ốc và chung cư nhiều tầng”, TP. Hồ Chí Minh, 2004.