Tìm hiểu phương pháp thi công Semi – Topdown sử dụng cừ thép để chống đỡ hố đào tầng hầm

Tìm hiểu phương pháp thi công Semi – Topdown sử dụng cừ thép để chống đỡ hố đào tầng hầm. Ưu, nhược điểm, và ứng dụng trong thi công nền móng ở Việt Nam

1. Mở đầu

Trong những năm gần đây, tại một số các thành phố lớn Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh.., có nhiều công trình, nhiều tầng hầm đã và đang được xây dựng. Nếu không có các giải pháp phù hợp thì việc thi công tầng hầm có thể làm đất nền bị lún và dịch chuyển, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới các công trình lân cận (nhất là đối với các công trình xây chen, có mặt bằng chật hẹp ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh hiện nay).

Với các công trình xây chen có 1 – 3 tầng hầm, có rất nhiều các giải pháp thi công phong phú, đa dạng có thế áp dụng được như: Cọc xi măng đất, tường cừ Larsen, tường vây barrette… kết hợp với 1 – 2 tầng chống bằng thanh chống thép hoặc neo trong đất. Nên với công trình có từ 1 – 3 tầng hầm thì việc lựa chọn được một phương án thi công phù hợp cả về kinh tế và điều kiện kỹ thuật không phải là một việc làm đơn giản. Với việc sử dụng cừ thép, có thể kể đến một số giải phải chống đỡ phổ biến như:

Gải pháp phống vào cọc khoan nhồi, đài cọc hoặc phần đất chưa thi công.

Phương án chống ngang nếu kích thước mặt bằng công trình không quá rộng;

Với công trình có từ 2 tầng hầm trở lên, phương án thi công Semi – topdown sử dụng tường trong đất là được tin dùng nhất với ưu điểm là độ cứng lớn, chuyển vị ngang nhỏ, rất hữu ích và an toàn cho việc thi công các hố đào sâu và bảo đảm ổn định cho các công trình lân cận khi thi công chen trong thành phố. Tuy nhiên, phương án này vẫn tồn tại một số nhược điểm chưa thể khắc phục, đặc biệt là liên quan tới chất lượng tường vây, chống thấm bên ngoài tường, chi phí vật liệu và vấn đề ô nhiễm môi trường. Những nhược điểm trên có thể được khắc phục hoàn toàn nếu áp dụng thi công bằng phương án cừ thép ( Larsen).

 

Phương án chống ngang Hình 1.1 và Chống vào cọc khoan nhồi, đài cọc Hình 1.2
Phương án chống cột hầm hình 1.3 – Biểu đồ thống kê các phương án thi công hầm Hình 1.4

Ở Việt Nam hiện nay, các công trình nhà cao tầng mà có nhiều tầng hầm ngày càng phổ biến và đi kèm với đó là khá nhiều các giải pháp, đặc điểm thi công tầng hầm.

 Bảng thống kê các giải pháp lựa chọn thi công chủ yếu tầng hầm ở Việt Nam ( Theo tài liệu [ 3] )

Độ sâu hố đào Gải pháp thi công
H, 6m/1 tầng hầm  Tường cừ thép ( Không hoặc 1 tầng chống neo)

Cọc ximang đất không hoặc 1 tầng chống neo

6m< H < 10m ( 2 tầng hầm)  Tường cừ thép 1-2 tầng chống neo

Cọc xi măng đất 1-2 tầng chống neo

Tường vây Barrette 1-2 tầng chống neo tùy theo điều kiện nền đất, nước ngầm và chiều dài tường ngaaph sâu vào nền đất

10m< H ( 3 tầng hầm) Tường vây Barrette > 2 tầng chống neo

Tường cừ thép > 2 tầng chống neo ( Nếu điều kiện địa chất và hố hình học thuận lợi)

Từ bảng số liệu  cho thấy, ở Việt Nam, với công trình có từ 3 tầng hầm trở lên, giải pháp ưu tiên nên lựa chọn là tường barrette kết hợp phương án Top – Down, Semi – Topdown; còn đối với 2 tầng hầm có rất nhiều các giải pháp thi công đa dạng có thế áp dụng được như: Tường cừ thép, cọc xi măng đất, tường vây barrette… kết hợp với 1 – 2 tầng chống bằng dàn thép hoặc neo trong đất…

2. các bước thi công tầng hầm theo phương pháp mới Semi – Topdown sử dụng cừ thép Larsen

Với phương pháp Semi – Topdown mới sử dụng cừ thép larsen và hệ dầm sàn tầng hầm (kết hợp một phần hệ thanh chống thép) làm kết cấu chống đỡ, khi đó, tường bao tầng hầm sẽ được thi công sau này cùng với cột và vách ngăn tương tự như phương pháp sử dụng tường vây barette thông thường. Thi công tầng hầm xong sẽ lấp đất, cát vào khoảng trống giữa cừ thép và tường bao, sau đó rút cừ thép hoặc có thể để cố định vĩnh viễn trong lòng đất. Trên cơ sở đó đề xuất ra 2 phương án sau:

+ Phương án 1 (PA1): Khi thi công xong sẽ rút cọc cừ, sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm kết hợp hệ dầm bo, thanh chống để làm kết cấu chống đỡ.

Quy trình thi công áp dụng cho PA1 thi công xong sẽ rút cừ hÌNH 2.1

+ Phương án 2 (PA2): Giữ nguyên cọc cừ Larsen trong lòng đất làm kết cấu chắn giữ, tường bao sau này, sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm làm kết cấu chống đỡ.

PA2 tương tự như PA1, chỉ khác là không có giai đoạn lắp đặt hệ văng chống vì cừ thép được tựa trực tiếp lên hệ dầm sàn và không phải lấp đất, rút cừ như PA1 mà giữ nguyên cừ trong lòng đất kết hợp với chính tường bao làm kết cấu chắn giữ tầng hầm sau này.

3. Một số ưu điểm, nhược điểm, phạm vi áp dụng của phương pháp thi công Semi – Topdown

Mô tả quy trình thi công theo PA1 cho công trình 2 tầng hầm

3.1. Ưu điểm phương pháp thi công Semi – Topdown

– Máy móc, thiết bị thi công tầng hầm đơn giản và tiến độ thi công nhanh;

– Thi công theo giải pháp Semi – Topdown  vẫn giải quyết được các vấn đề về mặt bằng thi công và tiến độ xây dựng, không cần dùng hệ thống chống tạm (PA2), giải quyết được các vấn đề về nền móng, giảm một phần ảnh hưởng tác động xấu của thời tiết tới công tác thi công; chống đỡ được vách đất với độ ổn định và an toàn cao nhất, hơn bất cứ phương án sử dụng hệ chống đỡ thanh chống thép nào;

– Độ cứng, sự liên kết và làm việc tổng thể, chất lượng của tường bao tốt vì tường bao tầng hầm được đổ toàn khối; bê tông đặc chắc, không bị rỗ, khuyết tật;

– Chiều sâu và chiều dày tường bao có thể giảm rất nhiều, tiết kiệm vật liệu;

– Dễ dàng trong công tác nghiệm thu, xử lí sự cố và đặc biệt là chống thấm;

– Giảm bớt chi phí lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo;

– Giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do không phải sử dụng dung dịch Bentonite giữ thành hố đào tường vây (chỉ dùng khi thi công cọc khoan nhồi).

3.2. Nhược điểm phương pháp thi công Semi – Topdown

–  Với phương pháp thi công Semi – Topdown có độ cứng tương đối thấp, nếu biện pháp chống đỡ không vững chắc, cừ sẽ bị biến dạng và chuyển vị ngang lớn làm gia tăng dịch chuyển đất quanh hố đào, gây ra sụt lún đất nền và ảnh hưởng đến các công trình lân cận;

– Trong cả quá trình thi công vì làm móng dạng hố sâu, phương pháp này thường phát sinh hiện tượng rò rỉ nước ngầm qua cừ, có thể làm đẩy nổi đất đáy hố đào;

– Quá trình rung rút cọc cừ, lấp đất sẽ gây ảnh hưởng một phần đến các công trình lân cận (PA1).

3.3. Phạm vi áp dụng phương pháp thi công Semi – Topdown

– Địa chất công trình phải tương tối tốt hoặc địa chất yếu nhưng tường cừ vẫn đảm bảo đủ khả năng chịu lực và chuyển vị ngang cho phép;

– Phương pháp này phù hợp với công trình xây chen có độ sâu hố đào không quá lớn (thường từ 1 – 3 tầng hầm); khoảng cách với công trình lân cận không quá gần (cách từ 5m);

– Mực nước ngầm không quá cao để hạn chế sự rò rỉ, đẩy nổi đất ở đáy hố đào.

4. So sánh phương pháp thi công Semi – Topdown sử dụng cừ thép với phương án sử dụng tường trong đất

4.1. Đặc điểm công trình đã được sử dụng phương án Semi – Topdown

Công trình: Khu dịch vụ văn phòng và nhà ở, số 130 Nguyễn Đức Cảnh – Hoàng Mai – Hà Nội. Tổng chiều cao công trình là 71,4m với 21 tầng nổi và 2 tầng hầm.

– Hệ dầm sàn tầng hầm thứ nhất: Được cấu tạo bởi các dầm chính, dầm phụ có kích thước 800 x 450; 700 x 450, 300 x 450mm; chiều dày sàn kích thước 200mm (cao độ -3,80m);

– Sàn tầng hầm thứ nhất hai: Có chiều dày 400mm (cao độ -6,90m);

– Đáy đài móng: (cao độ -8,85);

– Phía Bắc giáp đường giao thông rộng 10m; phía Tây giáp Nhà máy Điện cơ Thống Nhất; phía Nam giáp khu dân cư (cách tường tầng hầm 8m); phía Đông giáp khu dân cư (cách tường tầng hầm 12m).

4.2. Tính toán và thiết kế theo phương án tường trong đất

Tính toán cho đoạn tường barrette có chiều dày 0,8m và độ sâu H = 30m; bê tông mác B30;

Độ cứng chống uốn của tường EI = 32,5.10 6 .(1.0,8 3 /12) = 138,67. 10 4 kN.m 2 ;

Độ cứng chống kéo, nén của tường là EA = 32,5.10 6 .(1.0,8) = 26.10 6 kN;

Thanh chống là hệ sàn tầng hầm 1, dày 200mm có độ cứng chống nén là EA = 32,5.10 6 .(1.0,2) = 6,5. 10 6 kN; L spacing = 5,1m.

 

Bản vẽ mặt bằng kết cấu sàn tầng hầm 1 trong giai đoạn thi công hố đào – Hình 4.1
Mô phỏng tính toán không gian khi chạy bằng chương trình Etab Hình 4.2

 

Bản vẽ mặt cắt liên kết giữa thanh chống với tường cừ, dầm tầng hầm 1 – Hình 4.3

4.3. Kết quả phân tích

Kiểm tra chuyển vị: 42,20.10 -3 m = 4,22cm < 0,5%H = 0,4425cm theo tài liệu [1]. Do đó, với độ sâu H = 30m thì tường vây đảm bảo điều kiện chuyển vị.

Biểu đồ chuyển vị ngang và mô-men lớn nhất của cừ thép Larsen nằm trong giai đoạn thi công

Tính thép cho tường vâyPhần mềm Plasix 8.2 ta cho thấy nội lực lớn nhất xuất hiện trong giai đoạn thi công là M tường vây = 896,09 kN.m/m = 89,609 T/m để tính thép.

4.4. So sánh khối lượng và chi phí vật liệu tường bao tầng hầm giữa 2 phương án: Sử dụng cừ thép và tường trong đất

Từ kết quả phân tích nội lực trên, lực tác dụng vào hệ dầm sàn và quy trình thi công của hai phương án là gần giống nhau. Phép tính cũng chọn được kích thước tiết diện dầm sàn của hai phương án là như nhau. Vậy nên, để so sánh khối lượng và chi phí vật liệu sử dụng cho thi công giữa hai phương án, bằng cách so sánh tường bao tầng hầm:

PA1: Sử dụng cừ thép:

– Tường bao dày 0,35m, chiều sâu tường là 8,9m (theo đơn vị thiết kế);

– Thép tường bao: Thép dọc 20a170mm (CIII); thép ngang: 14a200 (CII).

PA2: Sử dụng tường trong đất (barrette):

– Tường vây barrette dày 0,8m, chiều sâu tường là 30m (tính toán);

– Thép tường bao: Thép dọc: 28a170mm (CIII); thép ngang: 16a200 (CII).

Từ kết quả trên, ta bóc tách khối lượng tính toán và sẽ lập được bảng so sánh.

4.5. Nhận xét

Ta có thể thấy việc áp dụng phương pháp thi công Semi – Topdown cho công trình số 130 Nguyễn Đức Cảnh sử dụng cừ thép so với việc sử dụng tường vây barrette thì:

– Khối lượng thép tường bao chỉ bằng 1/6 lần;

– Khối lượng bê tông tường bao bằng khoảng 1/7 lần;

– Tổng chi phí vật liệu thi công tường bao tầng hầm chỉ bằng 1/2 lần.

Tuy nhiên, vì độ cứng cừ thép nhỏ nên chuyển vị ngang (8,9cm) lại lớn hơn, gấp 2 lần so với việc sử dụng tường vây barrette (4,22cm).

5. Kết luận và kiến nghị

Kết luận về tính khả thi của phương pháp thi công Semi – Topdown

Công trình xây chen nếu có diện tích tầng hầm vừa phải, và các công trình lân cận không được quá gần, tải trọng phụ tác dụng lên tường chắn không quá lớn, thì phương án chống đỡ tường cừ larssen bằng hệ dầm sàn của tầng hầm vẫn có thể đảm bảo các điều kiện kĩ thuật.

Với một số công trình xây chen có kích thước hố đào rộng và sâu, xung quanh có công trình lân cận thì phương án chống đỡ tường cừ larssen bằng hệ dàn thép rất khó đảm bảo yêu cầu kĩ thuật và hiệu quả kinh tế. Phương án tường trong đất tuy đảm bảo kĩ thuật nhưng chi phí lại cao, trong khi đó vẫn tồn tại một số nhược điểm thì việc lựa chọn “ Phương pháp thi công Semi – Topdown sử dụng cừ thép làm kết cấu chắn giữ là một giải pháp rất có tính khả thi, trong khi vẫn đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật, chất lượng tường bao công trình và đặc biệt là tiết kiệm tối đa vật liệu thi công.

Với phương án tường trong đất thì hiện nay tại Việt Nam chỉ có một số ít các doanh nghiệp có đủ hệ thống máy móc thiết bị, và kinh nghiệm để đảm bảo chất lượng thi công tường vây tốt. Nhưng, với phương pháp thi công Semi – Topdown này thì hệ thống máy móc và quy trình thi công sẽ được đơn giản hơn rất nhiều, hầu hết các đơn vị thi công trong nước đều có thể  đáp ứng được.

Phương án thi công tiết kiệm vật liệu, mang lại hiệu quả kinh tế, giảm tác hại về địa lý, điah hình xung quanh là vấn đề được quan tâm hàng đầu hiện nay.

Xem thêm: Khái niệm về cọc bê tông

Các tài liệu tham khảo

[1]. Nguyễn Bá Kế (2002), Thiết kế và thi công hố móng sâu, NXB. Xây dựng, Hà Nội.

[2]. Đỗ Đình Đức chủ biên (2004), Kỹ thuật thi công 1, NXB. Xây dựng, Hà Nội.

[3]. Nguyễn Dư Tiến, Trần Đức Cường (2006), Các giải pháp thiết kế và thi công tầng hầm nhà cao tầng, Tạp chí Tư vấn Thiết kế, số 3.

[4]. Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Tráng (8/2008), Những bài học kinh nghiệm trong việc xây dựng tầng hầm nhà cao tầng ở Việt Nam, TP. Hồ Chí Minh.

[5]. Phạm Khánh Đức (5/2004),Thi công tường chắn tạm cho tầng hầm nhà cao tầng bằng cừ larsen trên địa bàn thành phố Hà Nội, Luận văn Thạc sỹ.

[6]. Kết cấu thép, Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575-2012.

[7]. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574-2012.

[8]. Vũ Mạnh Hùng, Nghiên cứu tính toán lỗ mở sàn trong thi công tầng hầm nhà cao tầng theo phương pháp thi công từ trên xuống, Luận văn Thạc sỹ.

Cùng chuyên mục
1
Bạn cần hỗ trợ?