Tài liệu Tiểu luận '''' Công nghệ thi công tầng hầm nhà cao tầng bằng phương pháp Top - Down" docx

Trong phương pháp thi công Top – Down, ta có thể đồng thời vừa thi công cáctầng ngầm bên dưới cos ±0.00 và móng của công trình, vừa thi công một số hữuhạn các tầng nhà, thuộc phần thân,

“ Công nghệ thi công tầng hầm nhà cao tầng bằng phương pháp

Top – Down”

GVHD: ĐỖ THỊ MỸ PHƯƠNG

ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ở nước ta hiện nay, do sức ép dân số, dẫn đến một nhu cầu cao về không giansống và làm việc, mà đặc biệt là đối với các thành phố lớn như Sài Gòn và Hà Nội

Và nhà cao tầng lại là một giải pháp tối ưu cho nhu cầu này

Nhà cao tầng xuất hiện ở Việt Nam lần đầu tiên vào những năm 80 Ban đầu,nhà cao tầng có tầng hầm ở nước ta được xây dựng theo phương pháp truyền thống(Bottom – Up: thi công tầng hầm xong mới tiến hành thi công phần thân) Trong hơn

ba thập niên học hỏi và nghiên cứu, kĩ sư Việt Nam đã tiếp cận được với nhiều côngnghệ thi công nhà cao tầng tiên tiến từ các nước phát triển, mà nổi trội nhất là côngnghệ thi công Top – Down

Trong phương pháp thi công Top – Down, ta có thể đồng thời vừa thi công cáctầng ngầm (bên dưới cos ±0.00) và móng của công trình, vừa thi công một số hữuhạn các tầng nhà, thuộc phần thân, bên trên cos ±0.00 (trên mặt đất)

Trong giới hạn của bài thuyết trình, chúng em xin được giới thiệu một cáchtổng quát nhất về phương pháp thi công này

Một công công trình điển hình

áp dụng phương pháp thi công Top – Down.

CÔNG NGHỆ THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG CÓ TẦNG HẦM

BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP – DOWN

A MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN.

1 Lịch sử:

Công nghệ Top – Down đã vào Việt Nam được gần 20 năm Công trình đầutiên là Harbourview – Nguyễn Huệ (1993-1994 do công ty Bachy Solatance thicông), công trình thứ hai là Saigon Center và sau đó là nhiều công trình khác

2 Sự cần thiết của tầng hầm trong nhà cao tầng:

Trong các công trình nhà cao tầng, người ta thường thiết kế một hoặc một vàitầng hầm để làm tầng kĩ thuật, chứa đựng máy móc thiết bị, hệ thống kĩ thuật và xử lýnhư: bể nước thô, hệ thống bơm nước, thiết bị lọc, bể nước sạch hệ thống bể chứaphế thải và xử lý, hệ thống biến áp và tủ điều khiển, tủ phân phối điện Ngoài ra, cònlàm kho chứa hàng hóa, vật liệu và gara ô tô

Bãi xe bên dưới tầng hầm 1 công trình.

và công nghệ mới đáp ứng được yêu cầu xây dựng của công trình

Các phương pháp thi công phần ngầm truyền thống thường dùng tường chắn

và hệ thanh chống để đào đất và thi công phần ngầm công trình từ dưới lên mà đạidiện của các phương pháp này là: Phương pháp sử dụng tường chắn bằng cừ ván thép(Sheel piles) và hệ thống thanh chống (Bracing System); phương pháp này bên cạnhmột số ưu điểm thì bộc lộ nhiều nhược điểm cơ bản là tốn kém về kinh tế tiến độ thicông chậm và độ chính xác kém

Đối với những nhà sử dụng tường barrette quanh chu vi nhà đồng thời làmtường cho tầng hầm nhà nên thi công tầng hầm theo kiểu Top – Down

3 Ưu và nhược điểm của phương pháp thi công Top – Down:

 Về tiến độ thi công: tầng hầm được thi công đồng thời với hữu hạn cáctầng ở phần thân công trình, điều này làm giảm thời gian thi công côngtrình đến mức tối đa Qua thực tế ở một số công trình cho thấy, để thicông phần thân công trình chỉ mất 30 ngày khi áp dụng công nghệ Top –Down Trong khi đó, thi công theo phương pháp truyền thống mấtkhoảng 45 đến 60 ngày Do đó, với nhà có 3 tầng hầm thì thời gian thicông là từ 3 đến 6 tháng, tiết kiệm được từ 5 đến 6 tháng so với phươngpháp truyền thống

 Tuy nhiên, do phải tăng chi phí gia cường an toàn phần dưới nên tổngchi phí của công trình sẽ bị đội lên khá nhiều

Một ưu điểm đáng kể nữa của phương pháp thi công Top – Down là không cầndùng hệ thống chống tạm (Bracsing System) để chống đỡ vách tường tầng hầm trongquá trình đào đất và thi công các tầng hầm, không phải tốn chi phí cho hệ chống phụ

Hệ thanh chống tạm này thường rất phức tạp vướng không gian thi công và rất tốnkém

Bên cạnh đó, khi thi công Top – Down, ta có thể giảm đến mức thấp nhất cácchi phi cho hệ thống giáo chống, coffa cho kết cấu dầm sàn vì thi công trên mặt đất,

sử dụng mặt đất để làm coffa cho sàn tầng hầm Trong khi đó, đối với phương pháp

Điều kiện làm việc tránh được ảnh hưởng của thời tiết, song gặp nhiều trở ngại khác trong thi côg

đào truyền thống thì chi phí cho công tác chống đỡ và neo là khá cao, kéo dài thờigian thi công và đòi hỏi các thiết bị tiên tiến

Ngoài ra, phương pháp thi công Top – Down còn giải quyết được các vấn đề

về móng (hiện tượng bùn nền, nước ngầm ) Khi thi công trong đô thị, trung tâmthành phố, xung quanh công trình thường có nhiều công trình kiến trúc khác Nếu thicông đào mở (open cut) có tường vây, móng sâu và phải hạ mực nước ngầm để thicông phần ngầm thì sẽ dẫn đến không đảm bảo ổn định cho các công trình kiến trúccao tầng kề bên (dễ xảy ra hiện tượng trượt mái đào, lún nứt ), phương án thi côngTop-down giải quyết được vấn đề này

Thi công Top – Down còn giúp quá trình thi công tránh khỏi sự ảnh hưởng củathời tiết vì đã có sàn tầng trệt bao che trong lúc thi công các tầng hầm

3.2 Nhược điểm:

Bên cạnh

được nói đến bên trên, công nghệ thi công tầng hầm nhà cao tầng theo phương phápTop – Down cũng có những bất cập sau:

 Kết cấu cột tầng hầm phức tạp;

 Liên kết giữa dầm sàn và cột tường khó thi công;

 Thi công cần phải có nhiều kinh nghiệm;

 Thi công đất trong không gian kín khó thực hiện cơ giới hoá;

 Thi công trong tầng hầm kín, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ người laođộng;

 Phải lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo

4 Phương pháp công nghệ chính:

Trong công nghệ Top - Down, các tầng hầm được thi công theo cách thi côngphần tường vây bằng hệ cọc barrette xung quanh nhà (sau này phần trên đỉnh củatường vây dùng làm tường bao của toàn bộ các tầng hầm) và hệ cọc khoan nhồi (nằmdưới chân các móng cột) bên trong mặt bằng nhà

Tường vây thi công theo công nghệ cọc nhồi bê tông tới cos ±0.00 (không tínhphần bê tông chất lượng kém trên đỉnh vào trong thành phần tường)

Riêng các cọc khoan nhồi bê tông nằm dưới móng cột ở phía trong mặt bằngnhà thì không thi công tới mặt đất mà chỉ tới ngang cos móng (không tính phần bêtông đầu cọc nhồi, phải tẩy bỏ đi sau này)

Phần trên, ngay bên dưới móng của các cọc nhồi này được đặt sẵn các cốt thépbằng thép hình, chờ dài lên trên tới cos ±0.00 Các cốt thép hình này, là trụ đỡ(kingspot) các tầng nhà hình thành trong khi thi công Top-down, nên nó phải đượctính toán để chịu được tất cả các tầng nhà, mà được hoàn thành trước khi thi côngxong phần ngầm (gồm tất cả các tầng hầm cộng thêm một số hữu hạn các tầng thuộcphân thân đã định trước)

Tiếp theo đào rãnh trên mặt đất (làm khuôn dầm), dùng ngay mặt đất để làm

đúc dầm và sàn bê tông cốt thép tại cos ±0.00 Khi đổ bê tông sàn cos ±0.00 phảichừa lại phần sàn khu thang bộ lên xuống tầng ngầm, để (cùng kết hợp với ô thangmáy) lấy lối đào đất và đưa đất lên khi thi công tầng hầm Sàn này phải được liên kếtchắc với các cốt thép hình làm trụ đỡ chờ sẵn nêu trên, và liên kết chắc với hệ tườngvây (tường vây là gối đỡ chịu lực vĩnh viễn của sàn bê tông này)

Sau khi bê tông dầm, sàn tại cos ±0.00 đã đạt cường độ tháo dỡ khuôn đúc,người ta tiến hành cho máy đào chui qua các lỗ thang chờ sẵn nêu ở trên, xuống đàođất tầng hầm ngay bên dưới sàn cos ±0.00 Sau đó lại tiến hành đổ bê tông sàn tầnghầm này, ngay trên mặt đất vừa đào, tương tự thi công như sàn tại cốt không, rồi tiếnhành lắp ghép cốt thép cột tầng hầm, lắp khuôn cột tầng hầm và đổ bê tông chúng

Cứ làm như cách thi công tầng hầm đầu tiên này, với các tầng hầm bên dưới.Riêng tầng hầm cuối cùng thay vì đổ bê tông sàn thì tiến hành thi công kết cấu móng

và đài móng

Cột thép được hàn nối vào lồng côt thép của cọc nhồi.

Đồng thời với việc thi công mỗi tầng hầm thì trên mặt đất người ta vẫn có thểthi công một hay vài tầng nhà thuộc phần thân như bình thường Sau khi thi côngxong hết các kết cấu của tầng hầm người ta mới thi công hệ thống thang bộ và thangmáy lên xuống tầng hầm.

Do công nghệ thi công Top – Down phải kết hợp nhiều biện pháp thi côngphức tạp, điều kiện thi công khó khăn, yêu cầu kỹ thuật cao nên khi áp dụng công

nghệ này, người kỹ sư trên công trường cần chú ý tới các yếu tố kỹ thuật như loại bêtông, cấp phối bê tông; hệ thống giá đỡ, cột chống; các loại máy móc, thiết bị; vànhững yếu tố khách quan khác nảy sinh trong quá trình thi công

5 Những yếu tố kỹ thuật cần thiết khi áp dụng công nghệ thi công Top - Down.

Một số tầng hữu hạng của phần thân công trình được thi công trong lúc thi công hầm.

[Ducat Place II – Moscow]

5.1 Cốt thép đỡ tạm (Kingpost):

Có thể nói cốt thép đỡ tạm là trái tim của công nghệ Top – Down

Khi thi công tầng hầm theo phương pháp này, ta phải sử dụng các cột thép để

đỡ các sàn tầng hầm, và nếu thi công kết cấu phần thân đồng thời với thi công tầnghầm thì các cột thép chống tạm này phải chịu được thêm cả tải trọng của các phầnthân ấy nữa Số lượng các sàn mà cột thép chống tạm cần phải đỡ sẽ được lấy theotiến độ thi công phần thân nhà

Các cột thép đỡ tạm sau này sẽ được bọc bê tông trở thành những cột chịu lựccủa công trình Việc tinh toán các cột này sẽ theo những phương pháp tinh toán vàquy định riêng Trong thực tế người ta dùng thép I có gia cường thép góc hoặc ốngthép với khả năng chịu lực từ 200 - 1000 tấn

Các cột thép đỡ tạm phải được đặt đúng vào vị trí các cột chịu lực của côngtrình và thường được cắm sẵn vào các cọc khoan nhồi từ khi thi công cọc khoan nhồi

Tuy nhiên, các cột thép chỉ thích hợp cho thi công các công trình có ít hơn 3tầng hầm Khi số lượng tầng hầm lớn hơn 5 thì việc sử dụng hệ cột thép như trên sẽkhông đủ khả năng chịu lực Do hệ cột thép đỡ tạm phải đỡ được toàn bộ số tầng hầmphía nên áp lực lên hệ cột này là rất lớn

Để giải quyết vấn đề này, khi thi công nhà cao tầng có nhiều hơn 5 tầng hầm,người ta thường sử dụng hệ thống cột chống tạm ống thép nhồi bê tông

5.2 Vật liệu:

(a) Bê tông:

Do yêu cầu thi công gần như liên tục nên nếu chờ bê tông tầng trên đủ cường

độ rồi mới tháo ván khuôn và đào đất thi công tiếp phần dưới thì thời gian thi côngkéo dài Để đảm bảo tiến độ nên chọn bê tông cho các cấu kiện từ tầng 1 xuống tầng

hầm là bê tông có phụ gia tăng trưởng cường độ nhanh để có thể cho bê tông đạt100% cường độ sau ít ngày(theo thiết kế công trình này là 7 ngày) Các phương ánsau :

 Tăng cường độ bê tông bằng việc sử dụng phụ gia giảm nước

Bổ sung phụ gia hoá dẻo hoặc siêu dẻo vào thành phần gốc , giảm nướctrộn, giữ nguyên độ sụt nhăm tăng cường độ bê tông ở các tuổi

 Trong công trình này bê tông dùng phụ gia siêu dẻo có thể đạt 94%cường độ sau 7 ngày Cốt liệu bê tông là đá dăm cỡ 1-2 Độ sụt của bêtông 6 - 10 cm

 Ngoài ra còn dùng loại bê tông có phụ gia trương nở để vá đầu cột , đầulõi thi công sau , neo đầu cọc vào đài Phụ gia trương nở nên sử dụngloại khoáng khi tương tác với nước xi măng tạo ra các cấu tử nở3CaO.Al2O3.3CaSO4.(31-32)H2O (ettringite) Phụ gia này có dạng bộtthường có nguồn gốc từ :

- Hỗn hợp đá phèn (Alunit) sau khi được phân rã nhiệt triệt để( gồm các khoáng hoạt tính Al2O3 , K2SO4 hoặc Na2SO4 , SiO2) vàthạch cao 2 nước (CaSO4.2H2O)

- Mônôsulfôcanxialuminat 3CaO.Al2O3.CaSO4.nH2O , khoáng silichoạt tính và thạch cao 2 nước

 Hàm lượng phụ gia trương nở thường được sử dụng 5-15% so với khốilượng xi măng Không dùng bột nhôm hoặc các chất sinh khí khác đểlàm bê tông trương nở Đối với bê tông trương nở cần chú ý sử dụng :

- Cát hạt trung, hạt thô Mdl = 2.4 - 3.3;

- Độ sụt thấp = 2 - 4 cm ; max = 8cm;

- Kết hợp với phụ gia

(b) Vật liệu khác:

Khi thi công sàn - dầm tầng hầm thứ nhất, lợi dụng đất làm ván khuôn đỡ toàn

bộ kết cấu Do vậy , đất nền phải được gia cố đảm bảo cường độ để không bị lún ,biến dạng không đều Ngoài việc lu lèn nền đất cho phẳng chắc còn phải gia cố thêmđất nền bằng phụ gia Mặt trên nền đất được trải một lớp Polyme nhằm tạo phẳng vàcách biệt đất với bê tông khỏi ảnh hưởng đến nhau

Các chất chống thấm như vữa Sika hoặc nhũ tương Laticote hoặc sơn Insultec

5.3 Hạ mực nước ngầm để thi công các tầng hầm:

Khi thi công các tầng hầm bằng phương pháp “TOP-DOWN” thường gặp nướcngầm gây khó khăn rất nhiều cho việc thi công, thông thường người ta phải kết hợp

cả hai phương pháp là hạ mực nước ngầm bằng ống kim lọc và hệ thống thoát nước

bề mặt gồm các mương tích nước hố thu nước và máy bơm Việc thiết kế các hệthống hạ mực nước ngầm và thoát nước này phải được tính toán riêng cho từng độsâu thi công theo từng giai đoạn Khi thi công cũng phải coi trọng và luân thủ đúngyêu cầu thiết kế của công tác này

5.4 Thi công đào đất, thông gió và chiếu sáng:

Trong các công trình áp dụng phương pháp Top – Down, khi tiến hành đổ sàncủa tầng trệt hay sàn các tầng hầm (trừ tầng hầm cuối cùng) người ta chừa hai đến ba

lỗ tại phần sàn ấy (trong đó có một lỗ là đường lên xuống của tầng hầm; thang bộhoặc thang máy) để vận chuyển đất lên

Việc thi công các lỗ ấy trên sàn có ý nghĩa quan trọng trong quá trình thi côngđất (đào, vận chuyển đất khỏi hầm) Máy và các thiết bị đào, vận chuyển ở đây tuy làloại chuyên dùng cho đào tầng hầm nhưng do sử dụng đất thay dàn giáo để đỡ vánkhuôn nên chiều cao đào cũng như độ mở gầu đào của máy vẫn bị khống chế

Tận dụng các lỗ chừa để thông gió, chiếu sáng và vận chuyển đất.

Ngoài ra, các lỗ này còn đóng vai trò lớn trong việc chiếu sáng và thông gió.Tuy nhiên, người ta vẫn phải lắp đặt các hệ thống chiếu sáng hỗ trợ, đồng thời phảitính toán sao cho các luồng không khí tuần hoàn qua các lỗ và thuận tiện cho công tácđất như đã nói bên trên

5.5 Máy và thiết bị sử dụng trong quá trình thi công:

Do điều kiện thi công phức tạp, yêu cầu công nghệ cao nên việc sự dụng cácmáy và thiết bị trong qua trình thi công là rất cần thiết Tuy nhiên, các máy và thiết bịphải được thiết kế sao cho phù hợp với điều kiện làm việc phức tạp trong lúc thicông: không gian chật hẹp; chiều cao bị giới hạn; thiếu ánh sáng và không thoángkhí…

Có thể phân các loại máy và thiết bị thành các nhóm cơ bản sau:

Máy san đất.

 Phục vụ công tác đào đất phần ngầm: thường dùng các máy đào đất loạinhỏ, máy san đất loại nhỏ, máy lu nền loại nhỏ, các công cụ đào đất thủcông, máy khoan bê tông

 Phục vụ công tác vận chuyển : hay sử dụng cần trục nhỏ phục vụ chuyểnđất từ nơi tập kết sau khi đào trong lòng nhà ra lên xe ô tô chuyển đất đixa; bố trí thùng chứa đất , xe chở đất tự đổ

 Phục vụ công tác thi công

đào, cẩu treo gầu; máykhoan tạo lỗ

máy bơm, thang thép đặt tại lối lên xuống , hệ thống đèn điện chiếu đủ

độ sáng cho việc thi công dưới tầng hầm

 Phục vụ công tác thi công bê tông : trạm bơm bê tông , xe chở bê tôngthương phẩm , các thiết bị phục vụ

Ngoài ra tuỳ thực tế thi công còn có các công cụ chuyên dụng khác

Cần trục chuyên dụng

để vận chuyển đất đào từ hầm lên.

Gầu đào chuyên dụng thi công cọc barrette làm tường vây.

B QUÁ TRÌNH THI CÔNG CỤ THỂ QUA CÁC BƯỚC.

1 Thi công tường chắn đất (Diagram wall).

Tường chắn đất phải được thi công thành một chu vi kín

Cấu tạo của cấu kiện này là các tường bê tông cốt thép, có thể kết hợp với cọcnhồi xen kẽ để tham gia chịu lực cùng kết cấu móng

Toàn bộ quá trình thi công tường chắn đất thường theo 5 bước:

- Thi công tường dẫn;

- Đào đất - giữ vách hố đào bằng dung dịch bentonite;

- Thổi rửa hố đào bằng phương pháp luân chuyển bentonite;

BƯỚC 3 và BƯỚC 4:

ĐẶT "CỐT THÉP GIA CƯỜNG" (REINFORCEMENT-BAR CAGE)

ĐỔ BÊ-TÔNG

BƯỚC 5:

LẬP LẠI QUÁ TRÌNH TỪ 2 ĐẾN 4 CHO ĐẾN KHI HOÀN TẤT

Khi tường vây đã được thi công thành một chu vi kín quanh diện tích xâydựng, ta bắt đầu tiến hành giai đoạn kế tiếp

2 Thi công cọc khoan nhồi tại vị trí các cột chịu lực.

Dựa theo bản thiết kế để xác đinh vị trí các cột chịu lực sau khi công trình hoàntất, từ đó xác đinh tim cọc và tiến hành thi công theo trình tự đã học