Nghiên cứu các biện pháp đảm bảo an toàn khi thi công các tầng hầm nhà cao tầng đô thị thành phố hồ chí minh

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian theo học chương trình “Cao học” tại bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ, Khoa Xây dựng, trường đại học Mỏ - Địa chất, xuất phát từ những bất cập trong công tác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TS Võ Trọng Hùng

HÀ NỘI - 2013

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2013

Tác giả

Phạm Đăng Khảm

TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG 5

1.1 Tổng quan về công trình tầng hầm nhà cao tầng 5

1.2 Sự cần thiết của tầng hầm trong nhà nhiều tầng 8

1.2.1 Do nhu cầu sử dụng 8

1.2.2 Về mặt nền móng 9

1.2.3 Về mặt kết cấu 9

1.2.4 Về an ninh quốc phòng 10

1.3 Đặc điểm công trình tầng hầm nhà cao tầng Thành phố Hồ Chí Minh 10

1.3.1 Một số vấn đề lưu ý khi tính toán 10

1.3.2 Một số vấn đề lưu ý khi đề xuất và thiết lập biện pháp thi công 11

1.3.3 Một số vấn đề lưu ý về kinh tế, xã hội 11

1.4 Đặc điểm điều kiện địa chất, điều kiện xây dựng tầng hầm nhà cao tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh 11

1.5 Một số biện pháp bảo đảm an toàn khi thi công tầng hầm nhà cao tầng 14

1.5.1 Biện pháp sử dụng cọc đất xi măng 15

1.5.2 Biện pháp sử dụng tường cừ bằng gỗ với thanh chống 18

1.5.3 Biện pháp sử dụng tường cừ bằng Bê tông cốt thép 19

1.5.4 Biện pháp sử dụng tường cừ bằng cọc ván thép và giữ ổn định bằng hệ thanh chống 24

1.5.5 Biện pháp sử dụng kết cấu “tường trong đất” 27

1.5.6 Biện pháp sử dụng sử dụng neo 29

1.6 Nhận xét chương 1 30

KHI THI CÔNG XÂY DỰNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG Ở VIỆT

NAM VÀ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 31

2.1 Tổng quan 31

2.2 Mất an toàn do công tác khảo sát địa chất 31

2.2.1 Sự cố tầng hầm cao ốc Residence (Thành phố Hồ Chí Minh) 31

2.2.2 Sự cố tầng hầm cao ốc văn phòng Bến Thành TSC - 186 Lê Thánh Tôn – Thành phố Hồ Chí Minh 33

2.2.3 Sự cố công trình Lim Tower (9 - 11 Tôn Đức Thắng - Quận 1) 33

2.3 Mất an toàn do công tác do thiết kế không hợp lý 34

2.4 Mất an toàn do công tác thi công 35

2.4.1 Sự cố sập nhà gần cao ốc M&C tại Thành phố Hồ Chí Minh 35

2.4.2 Sự cố sập đổ Viện khoa học xã hội vùng Nam bộ ở Thành Phố Hồ Chí Minh 36

2.5 Nhận xét tổng hợp một số sự cố và những nguyên nhân gây mất an toàn khi thi công các tầng hầm 42

2.6 Nhận xét chương 2 43

CHƯƠNG 3: NGUYÊN NHÂN MẤT AN TOÀN KHI THI CÔNG XÂY DỰNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG 44

3.1 Tổng quan 44

3.2 Sai lầm trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn 44

3.3 Sai lầm trong thiết kế 48

3.4 Sai lầm trong thi công 51

3.5 Sai lầm trong quan trắc 54

3.6 Sai sót của nhà quản lý và Chủ đầu tư 55

3.7 Đánh giá chung nguyên nhân gây ra sự cố 57

3.8 Nhận xét chương 3 59

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN KHI XÂY DỰNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG 60

4.1 Tổng quan 60

4.2 Các biện pháp thăm dò, điều tra, khảo sát địa chất công trình địa chất thuỷ văn 60

4.2.2 Khảo sát các công trình xung quanh 61

4.2.3 Một số yêu cầu đặc biệt của công tác khảo sát địa chất 62

4.3 Các biện pháp thiết kế (thiết kế cần chú ý tới tất cả các yếu tố có thể tác động đến công trình trong quá trình thi công) 64

4.4 Các biện pháp lựa chọn phương pháp thi công hợp lý đảm bảo an toàn chất lượng và giá thành 65

4.4.1 Phương pháp đào mở 66

4.4.2 Phương pháp thi công Top-down 74

4.4.3 Một số giải pháp cho công tác đào đất 76

4.5 Các biện pháp quan trắc đánh giá ổn định công trình trong suốt thời gian thi công 76

4.5.1 Các giai đoạn của công tác quan trắc 77

4.5.2 Yêu cầu của công tác quan trắc 77

4.5.3 Một số giá trị cảnh báo 79

4.5.4 Các thiết bị sử dụng cho công tác quan trắc 81

4.6 Các biện pháp kiểm soát rủi ro và quản lý chất lượng công trình 83

4.6.1 Các yếu tố khảo sát, thiết kế 84

4.6.2 Tư vấn giám sát 85

4.6.3 Yếu tố thi công 86

4.6.4 Yếu tố theo dõi, giám sát, kiểm tra 88

4.6.5 Tiêu chuẩn điều kiện làm việc 88

4.7 Nhận xét chương 4 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Bảng 2.1.Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 38 

Bảng 4.1 Bán kính ảnh hưởng của kết cấu chắn giữ hố móng với công trình lân cận 63 

Bảng 4.2 Ước lượng độ sâu khảo sát 64 

Bảng 4.3 Đặc điểm của các phương pháp xây dựng tầng hầm 65 

Bảng 4.4 Bảng tổng hợp cỏc kết cấu chống giữ tường hào 74 

Bảng 4.5 Các hạng mục quan trắc hố đào 79 

Bảng 4.6 Cấp an toàn hố đào 80 

Bảng 4.7 Giới hạn biến dạng hố đào cấp 1, cấp 2 80 

Hình 1.1 Thành phố ngầm Montreal, Canada 6

Hình 1.2 Phối cảnh Vincom B trên đường Lê Thánh Tôn Quận 1 6

Hình 1.3 Bốn tầng hầm trong 6 tầng hầm của Vincom B trên đường Lê Thánh Tôn (Quận 1) được khai thác làm trung tâm thương mại 7

Hình 1.4 Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng 14

Hình 1.5 Gia cố hố đào bằng cọc đất ximăng trước khi đào móng 15

Hình 1.6 Thi công cọt đất xi măng tại Estella Quận 2 16

Hình 1.7 Thi công tường cừ bằng gỗ kết hợp thanh chống thép 18

Hình 1.8 Thi công móng bằng tường cừ Bê tông cốt thép 20

Hình 1.9 Trình tự thi công hố móng bằng tường cừ Bê tông cốt thép 21

Hình 1.10 Mặt bằng chống hố đào bằng hệ dầm cột 22

Hình 1.11 Chống bằng hệ neo ngầm 23

Hình 1.12 Các dạng cừ ván thép 24

Hình 1.13 Thi công tầng hầm bằng cừ ván thép 24

Hình 1.14 Máy đào và thi công tường Barrette 28

Hình 1.15 Khoan tạo lỗ và luồn bó neo cáp vào lỗ khoan 30

Hình 2.1 Công trình Residence đang xây dựng 32

Hình 2.2 Hố sâu trên vỉa hè đường Nguyễn Siêu 32

Hình 2.3 Toàn bộ Căn nhà 28/1 Ngô Văn Năm đã bị lật ngửa 33

Hình 2.4 Hình ảnh căn nhà bị sập 34

Hình 2.5 Hố móng bên cạnh nhà 34

Hình 2.6 Toàn bộ diện tích bị sụp đổ đang dần bị nhấn chìm trong nước 35

Hình 2.7 Công trình cao ốc M&C đang xây dựng 35

Hình 2.8 Mặt cắt địa chất công trình Pacific 39

Hình 3.1 Dòng chảy của nước ngầm vào hố đào 47

Hình 3.2 Hạ mực nước ngầm trong hố móng làm cho đất ở xung quanh hố bị lún không đều 48

Hình 3.3 Ảnh hưởng của việc xây dựng công trình trong đô thị 52

Hình 4.1 Sơ đồ các phương pháp bảo vệ thành hố đào 66

Hình 4.2 Kết hợp neo, bê tông phun và các tấm đệm 67

Hình 4.3 Kết hợp bảo vệ bằng neo và bê tông phun 67

Hình 4.4 Tường cọc – ván 68

Hình 4.5 Cọc ván cừ 69

Hình 4.6 Cọc ván cừ để chống đỡ cho hố móng sâu 69

Hình 4.7 Cọc thi công cắm lồng vào nhau 71

Hình 4.8 Cọc tiếp xúc 71

Hình 4.9 Cọc tách rời nhau 72

Hình 4.10 Hình ảnh thi công tường hào nhồi 73

Hình 4.11 Khoan và neo cáp tường trong đất tại Keangnam 74

Hình 4.12 Sơ đồ bố trí các vị trí quan trắc hố móng trong thi công 78

Hình 4.13 Cấu tạo ống đo nghiêng (Inclinometer Casing) và đầu đo (Inclinometer Probe) 81

Hình 4.14 Thiết bị đo mực nước tĩnh (Standpipe) 81

Hình 4.15 Thiết bị đo áp lực nước Piezometer 82

Hình 4.16 Thiết bị đo áp lực đất lên tường trong đất (Jack-Out Total pressure cell) 83

Hình 3.17 Vòng tròn các yếu tố đảm bảo chất lượng công trình ngầm 84

Hình 4.18 Các bộ phận chức năng tư vấn cần thiết của chủ đầu tư 85

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trên Thế giới và Việt Nam việc đầu tư xây dựng các toà nhà cao tầng ngày càng nhiều đặc biệt là với các đô thị lớn Không gian ngầm do những tầng hầm tạo ra đã giải quyết được nhiều vấn đề về quỹ đất hạn hẹp, và đem lại thêm một không gian cho đô thị trật hẹp ngày nay

Tầng hầm là một trong những bộ phận quan trọng nhất của nhà cao tầng

nó không chỉ có vai trò với công trình mà còn có vai trò với khu vực lân cận, trong khi triển khai thi công luôn tiềm ẩn những rủi ro do đặc thù ta thi công là bên dưới bề mặt đất nhiều công trình rất sâu, điều kiện địa chất đất đá lại có đặc tính rất phức tạp Dù được điều tra khảo sát điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn, nghiên cứu cũng không thể nắm được hết và chính xác hoàn tính chất của đất đá trong vùng mà ta thi công

Vì thế việc ngăn ngừa và hạn chế những rủi ro trong xây dựng tầng hầm nói riêng và công trình ngầm nói chung nhằm đảm bảo an toàn và nâng cao chất lượng thi công công trình ngầm là công việc hết sức quan trọng, giúp công tác thi công đạt được tiến độ, chất lượng và giảm thiểu được thiệt hại đáng tiếc có thể xảy ra

2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc xây dựng các tầng hầm nhà cao tầng gặp rất nhiều rủ ro do phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất, địa hình của khu vực xây dựng và biện pháp thi công Để có biện pháp đảm bảo an toàn khi thi công thì cần phải có các nghiên cứu cụ thể Do đó việc nghiên cứu các biện pháp đảm bảo an toàn khi thi công các tầng hầm là một việc làm cần thiết, giúp công tác thi công đạt được tiến độ, chất lượng và giảm thiểu được thiệt hại đáng tiếc có thể xảy ra

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu ở đây là các công trình nhà cao tầng có xây dựng tầng hầm trên thế giới cũng như ở Việt Nam và Thành phố Hồ Chí Minh đã và đang xây

dựng xảy ra sự cố Từ đó đề xuất các biện pháp xử lý và phòng chống các sự cố trong xây dựng tầng hầm tại Thành phố Hồ Chí Minh và khu vực lân cận

4 Mục đích của đề tài

Đề tài nghiên cứu với mục đích tổng hợp, phân tích những nguyên nhân gây

ra các rủi ro khi thi công xây dựng các tầng hầm nhà cao tầng Từ đó nghiên cứu và

đề xuất những biện pháp thi công một cách hiệu quả nhất để đảm bảo an toàn khi thi công các tầng hầm cho đô thị Thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận Đồng thời đề tài cũng làm một tài liệu tham khảo nhằm thi công các công trình có thể đảm bảo an toàn, chất lượng cao, đảm bảo tiến độ của công trình

5 Nội dung nghiên cứu của đề tài, các vấn đề cần giải quyết

Trên cơ sở tổng kết và đánh giá những rủi ro khi xây dựng tầng hầm nhà cao tầng đã và đang thi công trên Thế giới và Việt Nam đặc biệt là cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Luận văn trình bày những rủi ro điển hình xảy ra trong quá trình thi công, phân tích nguyên nhân và đưa ra những biện pháp xử lý để thi công các tầng hầm nhà cao tầng

6 Phương pháp nghiên cứu

Để có thể đáp ứng mục đích và các nội dung nêu ra trong luận văn tác giả

sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết là phương pháp tổng hợp, phương pháp phân tích, phương pháp thống kê đánh giá và kết hợp với phương pháp điều tra thực tế

7 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Ngày nay khi thi công các tầng hầm nhà cao tầng ngày càng nhiều Một tòa nhà xây dựng ít nhất có từ một đến hai tầng hầm, trong khi thi công luôn tiềm ẩn những sự cố do đặc thù ta thi công là bên dưới bề mặt đất, thi công các hố móng, đất đá lại có đặc tính rất phức tạp Dù được khảo sát, nghiên cứu cũng không thể nắm được hết và chính xác hoàn tính chất của đất đá trong vùng mà ta thi công Vì thế việc ngăn ngừa và hạn chế những rủi do trong xây dựng tầng hầm nói riêng và

công trình ngầm nói chung là công việc hết sức quan trọng, giúp công tác thi công đạt được tiến độ, chất lượng và giảm thiểu được thiệt hại về người và của

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

các tầng hầm cho đô thị Thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận

8 Cấu trúc của luận văn

Các kết quả nghiên cứu, trong khuôn khổ thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ

kỹ thuật tại bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ, khoa Xây dựng, trường đại học Mỏ - Địa chất Luận văn được trình bày trên khổ giấy A4, gồm có phần

mở đầu, 04 chương và phần kết luận kiến nghị, trong 92 trang, 8 bảng và 41 hình

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian theo học chương trình “Cao học” tại bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ, Khoa Xây dựng, trường đại học Mỏ - Địa chất, xuất phát từ những bất cập trong công tác thi công các tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh và Việt Nam, tôi được nhận đề tài “Nghiên cứu các biện pháp đảm bảo an toàn khi thi công tầng hầm nhà cao tầng đô thị Thành phố Hồ Chí Minh” cho luận văn Thạc sĩ

Trong quá trình học tập và làm luận văn, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn, trong khoa và Nhà trường, cũng như sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Công ty đào tạo, phát triển nguồn nhân lực sáu Nhân đây cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn và sâu sắc đến sự giúp đỡ, dạy dỗ quí báu đó

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS.NGƯT Võ Trọng Hùng, người đã dành nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian thực hiện bản luận văn tốt nghiệp này

Tác giả cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Công ty, các bạn đồng nghiệp của cơ quan và gia đình đã động viên và tạo điều kiện trong quá trình học tập của tôi

Tôi xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

1.1 Tổng quan về công trình tầng hầm nhà cao tầng

Công trình ngầm là khoảng không gian ngầm có kích thước nhất định được xây dựng toàn bộ (hoặc một phần) trong lòng đất nhằm phục vụ cho một hoặc một nhóm các chức năng nào đó Giải pháp xây dựng - sử dụng tổ hợp công trình ngầm có cơ sở khoa học và thực tiễn do các nguyên nhân sau đây:

Thứ nhất - Bất cứ một công trình nhân tạo trên mặt đất được xây dựng

bằng vật liệu hoặc kết cấu bê tông thông dụng nhất hiện nay đều có độ bền nhỏ hơn độ bền của nhiều loại đá có trong vỏ quả đất Trung bình đá cứng có độ bền kéo khoảng1,5÷2 lần và độ bền nén khoảng 4÷5 lần lớn hơn độ bền tương ứng của bê tông;

Thứ hai - Những kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Hoa Kỳ và

Nhật Bản cho thấy xung lực địa chấn các vụ động đất sẽ gây nên những tác động nhỏ hơn nhiều lần tác dụng lên công trình ngầm so với các công trình tương tự

xây dựng trên mặt đất [3]

Nhà có tầng hầm đã có từ lâu trên thế giới, nó trở thành phổ biến và gần như là một thông lệ khi xây dựng nhà nhiều tầng ở Châu Âu do đặc điểm nền đất tương đối tốt, mực nước ngầm thấp, kỹ thuật xây dựng tiên tiến và cũng do nhu cầu sử dụng nên hầu như nhà nhiều tầng nào cũng có tầng hầm, thậm chí các siêu thị chỉ có 2÷3 tầng nhưng có tới 2÷3 tầng hầm Công nghệ này còn được dùng để thi công các ga ngầm dưới lòng đường, đường cao tốc ngầm

Việc xây dựng tầng hầm trong nhà nhiều tầng là điều rất bình thường nó trở nên qua quen thuộc mỗi khi thiết kế và thi công vì nó giải quyết được các vấn

đề phát sinh do nhà nhiều tầng đặt ra

Hình 1.1 Thành phố ngầm Montreal, Canada (hình sưu tầm internet)

Tại Châu Á nói chung có nhiều số nhà nhiều tầng có tầng hầm chưa phải

là nhiều, nhưng ở một số nước và vùng lãnh thổ như Trung Quốc, Hồng Kông, Đài Loan, Hàn Quốc thì số lượng nhà nhiều tầng có tầng hầm chiếm tỉ lệ khá cao, số lượng tầng hầm trong các nhà từ 1÷4 tầng hầm

Tại Việt Nam ta, nhà cao tầng có nhiều tầng hầm cũng chỉ mới xuất hiện gần đây Ta có thể kể đến một số công trình có tầng hầm ở Thành phố Hồ Chí Minh và Thủ đô Hà Nội, nhưng số tầng hầm mới ở mức từ 2÷6 tầng hầm

Hình 1.2 Phối cảnh Vincom B trên đường Lê Thánh Tôn Quận 1

(hình sưu tầm internet)

Hình 1.3 Bốn tầng hầm trong 6 tầng hầm của Vincom B trên đường Lê Thánh Tôn (Quận 1) được khai thác làm trung tâm thương mại

- Tòa nhà công nghệ cao, Thành phố Hồ Chí Minh: Tường Barrette, có một tầng hầm;

- Cao ốc văn phòng Phú Mỹ Hưng, Thành phố Hồ Chí Minh: tường Barrette, có hai tầng hầm;

- Harbour View Tower, 35 Nguyễn Huệ, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh: tường Barrette, có hai tầng hầm;

- Sài Gòn Centre, 65 Lê Lợi, quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh: tường Barrette, có ba tầng hầm;

- Sun Way Tower, Thành phố Hồ Chí Minh: tường Barrette, có hai tầng hầm;

- Trung tâm thương mại Quốc tế, 27 Lê Duẩn, Thành phố Hồ Chí Minh: tường Barrette, có hai tầng hầm

Tầng hầm trong các nhà cao tầng sẽ là vấn đề quen thuộc trong ngành xây dựng trên thế giới kể cả các nước đang phát triển, nó sẽ rất phù hợp cho các thành phố tương lai được thiết kế hiện đại, đảm bảo được yêu cầu về môi sinh, môi trường và đáp ứng sở thích của con người như là nhà có vườn treo, thành phố thông thoáng 3 chiều hay những căn hộ được 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 ưu việt ta phải tận dụng

1.2 Sự cần thiết của tầng hầm trong nhà nhiều tầng

1.2.1 Do nhu cầu sử dụng

Ngay từ lâu tại các nước công nghiệp phát triển, nhu cầu về nhà cửa tăng nhanh, các phương tiện giao thông cũng tăng đáng kể cộng với mức sống khá cao đã 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 xã hội phải đáp ứng những nhu cầu do bàn thân nó sinh ra Nói một cách khác đi, đó chính là nhu cầu của cư dân sống trong các khu nhà đó Vì thế việc xây dựng tầng hầm đã ra đời và phát triển mạnh nhằm:

- Làm kho chứa hàng hoá phục vụ sinh hoạt của cư dân trong toà nhà;

- Làm tầng phục vụ sinh hoạt công cộng như bể bơi, cửa hàng, quán bar;

- Làm gara ô tô, xe máy;

- Làm tầng kỹ thuật để giải quyết các vấn đề điều hoà không khí, xử lý nước thải, lắp đặt máy móc phục vụ giao thông (thang máy), cấp nhiệt;

- Làm nơi cư trú tạm thời khi có sự cố xảy ra như chiến tranh;

- Tại 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

Tại Việt Nam: tình hình cũng không ngoài xu hướng phát triển của thế giới, chỉ có điều là ta luôn đi sau vài thập niên so với các nước tiên tiến Cho mãi tới những năm chín mươi của thế kỷ trước các toà nhà nhiều tầng mới được xây dựng tại Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội, đi kèm theo đó là các tầng hầm được thiết kế, thi công theo các kỹ thuật tiên tiến nhất Ngày nay, nhu cầu và xu thế của tầng hầm đã là quá rõ ràng đối với nhà nhiều tầng Sự ra đời của nó hoàn toàn nhằm đáp ứng nhu cầu vừa nêu trước

1.2.2 Về mặt nền móng

Ta thấy nhà nhiều tầng thường 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 đã giảm tải cho móng vì một lượng đất khá lớn trên móng đã được lấy đi, hơn nữa khi có tầng hầm thì móng được đưa xuống khá sâu, móng có thể đặt vào nền đất tốt, cường độ của nền tăng lên (khi ta cho đất thời gian chịu lực) Thêm vào đó tầng hầm sâu nếu nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm sẽ đẩy nổi công trình lên theo định luật Acsimet như thế nó sẽ giảm tải cho móng công trình và đồng thời cũng giảm lún cho công trình

1.2.3 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 được hạ thấp làm tăng tính ổn định tổng thể của công trình Hơn nữa, tường, cột, dầm sàn của tầng

sẽ làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chịu lực ngang như gió, bão, lụt động đất

1.2.4 Về an ninh quốc phòng

Tại trụ sở các cơ quan, công sở có tầng hầm thì nó sẽ được sử dụng làm nơi cất giữ tiền bạc kim loại quý Còn ở những khu định cư thì tầng hầm sẽ là nơi tránh bom đạn tốt nhất cho cư dân mỗi khi xảy ra chiến tranh

1.3 Đặc điểm công trình tầng hầm nhà cao tầng Thành phố Hồ Chí Minh

Thành phố Hồ Chí Minh là đô thị hạt nhân của vùng kinh tế trọng điểm Phía Nam và là đô thị lớn nhất Việt Nam Trong những năm gần đây việc chuyển đổi cơ cấu kinh tế lao động theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã làm xuất hiện các khu công nghiệp tập trung, các đô thị vệ tinh bao quanh Thành phố

Hồ Chí Minh thu hút hàng vạn lao động

Cùng với sự phát triển không đồng đều giữa các vùng, các địa phương, làn sóng nhập cư vào thành phố càng ngày càng tăng nhanh cộng với sự gia tăng dân

số tự nhiên tạo ra tốc độ đô thị hóa rất nhanh ở Thành phố Hồ Chí Minh, làm quá tải hệ thống cơ sở hạ tầng, gây ách tắc giao thông, ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng

Các công trình xây dựng này có phần kết cấu ngầm sâu trong đất Việc thi công công trình trở nên phức tạp, nhất là khi mặt bằng thi công chật hẹp và trong điều kiện đất yếu, hệ thống cọc dễ bị dịch chuyển và bị nghiêng Tùy theo vị trí của từng công trình, địa chất thủy văn và mặt bằng thi công mà chúng ta cần tính toán so sánh các giải pháp thi công sao cho an toàn với một chi phí hợp lý nhất

1.3.1 Một số vấn đề lưu ý khi tính toán

Khi tính toán tầng hầm nhà cao tầng ngoài các tải trọng thông thường là

áp lực đất đá, tải khai thác, trọng lượng bản thân trong tính toán cần xét đến các tải trọng của các công trình bên trên truyền xuống thông qua đất nền hoặc thông qua cọc của công trình bên trên;

Yêu cầu kỹ thuật về khả năng chịu lực, biến dạng cao hơn so với các khu vực khác ngoài đô thị

1.3.2 Một số vấn đề lưu ý khi đề xuất và thiết lập biện pháp thi công

Khi đề xuất và thiết lập biện pháp thi công cho tầng hầm nhà cao tầng cần lưu ý một số vấn đề sau:

+ Phải có biện pháp thi công phù hợp không làm ảnh hưởng đến các công trình bên trên;

+ Nếu thi công theo phương pháp đào mở thì cũng phải có biện pháp gia

cố hoặc chống đỡ mái dốc nền đào không ảnh hưởng đến các công trình lân cận;

+ Đảm bảo an toàn, vệ sinh, hạn chế không gây ô nhiễm môi trường; + Mặt bằng thi công bị hạn chế

1.3.3 Một số vấn đề lưu ý về kinh tế, xã hội

Khi tiến hành xây dựng các tầng hầm nhà cao tầng sẽ có các tác động sau: + Ảnh hưởng đến môi trường xung quanh;

+ Ảnh hưởng đến đời sống, kinh tế, xã hội của dân cư khu vực lân cận

1.4 Đặc điểm điều kiện địa chất, điều kiện xây dựng tầng hầm nhà cao tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh

Trong khuôn khổ giới hạn thời gian và phạm vi luận văn Thạc sĩ, tác giả thu thập các số liệu địa chất của khu vực Thành phố Hồ Chí Minh thông qua các báo cáo khảo sát địa chất của một công trình nhà cao tầng có số liệu thí nghiệm đầy đủ và có độ tin cậy cao để đưa vào nghiên cứu

Căn cứ vào thống kê số liệu địa chất ở các dự án trên, địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh có thể được chia thành 5 tầng khác nhau, kể đến độ sâu 50÷60 m:

Lớp 1: sét rất mềm đến mềm và bùn (Holocene);

Lớp 2: sét mềm đến dẻo cứng, á sét và á cát (Pleistocene thượng);

Lớp 3: cát trạng thái chảy đến chặt vừa và cát bùn (Pleistocene thượng); Lớp 4: sét cứng đến rất cứng, sét và á sét (Pleistocene trung và thượng); Lớp 5: cát chặt đến rất chặt, cát bùn và cát trộn lẫn bùn (Pleistocene trung

và thượng)

Tại hầu hết các nơi đã khảo sát thì các lớp trầm tích kế tiếp nhau dưới mặt đất của Thành phố Hồ Chí Minh được bao phủ bởi một lớp đất mặt phủ hoặc đất mượn dày từ 0,2÷4 m Lớp 4 và lớp 5 là những lớp có khả năng chịu lực tốt nhưng những lớp này không xuất hiện trong độ sâu từ 27÷45 m dưới mặt đất Chỉ tiêu cụ thể các lớp đất như sau:

Lớp 1: đất sét và á sét từ mềm cho đến rất mềm (Holocene)

Tầng trên của địa tầng địa chất Thành phố Hồ Chí Minh được cấu tạo bởi một lớp sét béo, sét mịn, có hàm lượng hữu cơ cao, á sét đàn hồi và á sét giàu hữu cơ mềm đến rất mềm, màu xám, bên dưới là các thớ hoặc các lớp mỏng á cát, á cát mịn, cát hạt trung cũng như sỏi lẫn cát và á cát xen lẫn trong các lớp trầm tích

Trần của lớp 1 được tìm thấy có độ sâu từ 0,2÷4 m dưới mặt đất Chiều dày lớp thay đổi từ 0,2÷32,4 m Bề dày trung bình của lớp A là 8,6 m

Đặc tính cơ bản nhất của lớp A là độ ẩm tự nhiên của nó rất cao (63.4%)

và độ dẻo lớn (30,2%) và khả năng bị nén N30 giá trị lấy từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) có giá trị từ 0÷8 nhưng phổ biến nhất là 0÷2 Giá trị hệ số thấm

K nhỏ cho thấy lớp A hầu như không thấm

Lớp 2: đất sét dẻo, á sét và á sét từ mềm đến rất cứng (Pleistocene thượng) Bên dưới lớp 1 là lớp 2 có trạng thái từ mềm cho đến rất cứng hình thành

Bên dưới lớp 2 là lớp trầm tích có độ chặt từ thấp đến vừa, màu hơi vàng

Lớp 4: sét gầy từ rất cứng cho đến rắn (Pleistocene trung)

Nằm dưới lớp cát thuộc lớp 3 là lớp sét gầy và béo từ rất cứng cho đến rắn màu vàng đỏ và xám lốm đốm ở một vài tầng sét thấy có laterite, cát hạt mịn và hạt trung, túi cát…

Đỉnh của lớp 4 ở độ sâu 27,5÷44,5 m dưới mặt đất, độ sâu trung bình lớp

là 33,9m Lớp 4 có chiều dày từ 2,6÷18,8 m với độ dày trung bình là 12,6 m

Giá trị N30 thay đổi từ 9 đến trên 50 búa nhưng phổ biến là từ 22÷40 búa cho thấy là đất trạng thái rất cứng đến rắn Giá trị trung bình của N30 là 31,1 búa Kết quả thí nghiệm độ thấm cho thấy lớp này về cơ bản là không thấm

Lớp 5: cát chặt cho đến rất chặt (Pleistocene trung)

Bên dưới lớp 4 là lớp 5 là một lớp cấu trúc bao gồm chủ yếu từ cát sét hạt mịn cho đến hạt trung, cát bùn, cát có thành phần hạt không đồng nhất trạng thái

Các lớp cát của lớp 5 là lớp chứa nước thứ 2 trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh

1.5 Một số biện pháp bảo đảm an toàn khi thi công tầng hầm nhà cao tầng

Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng, một vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến các yếu tố kỹ thuật và môi trường Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển và có thể lún gây hư hỏng công trình lân cận nếu không có giải pháp thích hợp

Hình 1.4 Năm loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng

Từ trái qua phải: 1) Tường bằng thép hình thẳng đứng kết hợp với gỗ ván lát ngang; 2) Tường cọc ván thép; 3) Tường đổ bê tông tại chỗ; 4) Tường bằng cọc đất – Xi măng

trộn sâu; 5) Tường cừ BTCT trong đất [7])

Các giải pháp chống đỡ thành hố đào thường được áp dụng là: tường cừ thép, tường cừ cọc xi măng đất, tường cừ bằng gỗ với thanh chống, tường cừ bằng Bê tông cốt thép (Thi công Top-Down hoặc cọc khoan nhồi), tường cừ Barrette (tường trong đất) Yêu cầu chung của tường cừ là phải đảm bảo về cường độ cũng như độ ổn định dưới tác dụng của áp lực đất và các loại tải trọng

do được cắm sâu vào đất, neo trong đất hoặc được chống đỡ từ trong lòng hố đào theo nhiều cấp khác nhau

Dưới đây tóm tắt các giải pháp thi công chủ yếu đảm bảo an toàn và giữ

ổn định thành hố đào sâu:

- Biện pháp sử dụng cọc đất xi măng;

- Biện pháp sử dụng tường cừ bằng gỗ với thanh chống;

- Biện pháp sử dụng tường cừ bằng Bê tông cốt thép;

- Biện pháp sử dụng tường cừ bằng cọc ván thép và giữ ổn định bằng hệ thanh chống;

- Biện pháp sử dụng kết cấu “tường trong đất”;

- Biện pháp sử dụng sử dụng neo

1.5.1 Biện pháp sử dụng cọc đất xi măng

Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất), được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu Dùng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…) khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế Đất trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính (chất kết dính thông thường là xi măng hoặc vôi, thạch cao… đôi khi có thêm chất phụ gia và cát

Hiện nay ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet-grouting) là công nghệ của Nhật Bản

Hình 1.5 Gia cố hố đào bằng cọc đất ximăng trước khi đào móng [2]

Hình 1.6 Thi công cọt đất xi măng tại Estella Quận 2 [2]

Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia

Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia

Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) có thiết bị giây chuyền thi công kỹ thuật, thi công phun (bơm) trộn khác nhau

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting: đầu tiên là công nghệ S, tiếp theo là công nghệ T, và gần đây là công nghệ D

Công nghệ đơn pha S: Công nghệ đơn pha tạo ra các cọc xi măng đất có đường kính vừa và nhỏ 0,4 - 0,8 m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, cọc

Công nghệ hai pha D: Công nghệ hai pha tạo ra các cọc xi măng đất có đường kính từ 0,8÷1,2 m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, cọc và hào chống thấm

Công nghệ ba pha T: Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất Công nghệ T sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm,

có thể tạo ra cột Soilcrete đường kính đến 3 m

Hiện nay ở Việt Nam, Trung tâm Công nghệ Máy xây dựng và Cơ khí thực nghiệm thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải đã nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bị điều khiển và định lượng xi măng để thi công cọc đất gia cố Qua đó, Trung tâm đã làm chủ được việc chế tạo hệ điều khiển,

hệ định lượng và phun xi măng; tổ hợp thiết bị thi công cọc gia cố đã được ứng dụng thành công và cho hiệu quả cao tại công trường

So với sản phẩm cùng loại của Cộng hoà Liên bang Đức, thiết bị do Trung tâm chế tạo có tính năng kỹ thuật tương đương nhưng giá thành chỉ bằng 30%

So với thiết bị của Trung Quốc, thiết bị có nhiều tính năng ưu việt hơn hẳn: Do

sử dựng máy cơ sở là loại búa đóng cọc di chuyển bằng bánh xích, nên tính cơ động cao, tốc độ làm việc của thiết bị khoan lớn, năng suất gấp 1,5÷2 lần Đặc biệt, tổ hợp thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại, toàn bộ các thao tác thi công cọc gia cố được tự động hóa theo các chương trình, các số liệu về lượng xi măng sử dụng trên từng mét cọc được hiển thị, lưu giữ và in thành bảng kết quả thi công cho từng cọc Đây chính là những chỉ tiêu rất quan trọng đánh giá chất lượng của thiết bị cũng như chất lượng của cọc gia cố được thi công

Trình tự thi công cọc xi măng đất:

- Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc xi măng đất có thể theo các bước sau:

- Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế;

- Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố;

- Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ;

- Đóng tắt thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới

Ưu điểm:

+ Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi

ro cao Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ (Ví dụ tại dự án Sunrise) Tốc độ thi công cọc rất nhanh

+ Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay;

+ Rất thích hợp cho công tác sử lý nền, sử lý móng cho các công trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển;

+ Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước; + Khả năng sử lý sâu (có thể đến 50m);

+ Địa chất nền là cát rất phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin cậy cao

Nhược điểm:

+ Khi hố đào không lớn biện pháp này không hiệu quả

1.5.2 Biện pháp sử dụng tường cừ bằng gỗ với thanh chống

(Áp dụng cho công trình: Số 5 Lê Duẩn, Tp.HCM 1997, số 14 Ngô Quyền, Hà Nội 1992)

Nội dung của phương pháp là đóng cọc cách nhau một khoảng từ 0,8÷1,5

m đào đến đâu thì ghép ván đến đó Cọc đóng thường là cọc thép hình (U hay H), ván thường dùng bằng gỗ Nó được áp dụng khi hố không sâu, áp lực đất nhỏ, không có nước ngầm chảy mạnh Gỗ và cọc sau khi thi công cọ thu hồi để sử dụng lại

Phương pháp này hiện nay ít được sử dụng

Hình 1.7 Thi công tường cừ bằng gỗ kết hợp thanh chống thép [2]

Ưu điểm:

+ Thanh chống bằng cọc thép và ván bằng gỗ dễ chuyên chở, dễ dàng hạ

và nhổ bằng các thiết bị thi công sẵn có như máy ép thuỷ lực, máy ép rung;

+ Khi sử dụng máy ép thuỷ lực không gây tiếng động và rung động lớn nên ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận;

+ Sau khi thi công, ván cừ rất ít khi bị hư hỏng nên có thể sử dụng nhiều lần; + Dễ dàng lắp đặt các cột chống đỡ trong hố đào hoặc thi công neo trong đất; + Giá thành rẻ thi công đơn giản không cần yêu cầu kỹ thuật cao

Nhược điểm:

+ Chỉ sử dụng có hiệu quả khi hố đào có chiều sâu nhỏ < 7 m;

+ Nước ngầm, nước mặt dễ dàng chảy vào hố đào qua khe tiếp giáp hai tấm cừ tại các góc hố đào là ngụyên nhân gây lún sụt đất lân cận hố đào và gây khó khăn cho quá trình thi công tầng hầm;

+ Rút cừ trong điều kiện nền đất dính thường kéo theo một lượng đất đáng

kể ra ngoaì theo bụng cừ, vì vậy có thể gây chuyển dịch nền đất lân cận hố đào;

+ Ván cừ gỗ là loại tường mềm, khi chịu lực của đất nền thường biến dạng võng và là một trong những nguyên nhân cơ bản nhất gây nên sự cố hố đào

1.5.3 Biện pháp sử dụng tường cừ bằng Bê tông cốt thép

Đối với những công trình xây chen như ở Thành phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh với nhũng nhà nhiều tầng có từ 1÷3 tầng hầm trở lên thì việc

áp dụng các phương pháp truyền thống là không khả thi và kém về hiệu quả về kinh tế, chính vì lẽ đó người ta đưa ra một trình tự thi công như sau: Trước khi thi công đào đất người ta tiến hành thi công phần tường bao của tầng hầm trước sau đó tiến hành đào đất trong lòng tường bao này đến đáy tầng hầm (đáy móng) Trường hợp móng của công trình là cọc khoan nhồi thi người ta cũng tiến hành thi công cọc cùng lúc với tường bao Phần kết cấu chính của tầng hầm cũng như của công trình được thi công từ dưới lên trên, từ móng đến mái (Bottom - up) Ta

nó đủ điều kiện để thi công tường bao bằng phương pháp "cọc barret"

Hình 1.8 Thi công móng bằng tường cừ Bê tông cốt thép

Trờn hỡnh 3 trỡnh bày 3 giai đoạn thi cụng theo phương phỏp tường trong đất

từ dưới lờn: giai đoạn đầu (Hỡnh 1.9 a) ta tiến hành thi cụng tường trong đất từ dưới lờn, giai đoạn 2 (Hỡnh 1.9 b) ta tiến hành đào đất trong lũng tường bao và giai đoạn 3 (Hỡnh 1.9 c) ta tiến hành thi cụng tầng hầm tự dưới lờn

Đμo đất

b)a)

- Dựng hệ đào và cột chống văng giữa cỏc tường đối diện (Hỡnh 1.10 a)

Hệ dầm này thường làm bằng thộp hỡnh gồm cỏc xà ngang, dầm văng và cột chống xà ngang tỳ lờn tường, tương chịu ỏp lực đất (chịu uốn) Dầm văng là bộ phận chịu lực chớnh (chịu nộn) làm nhiệm vụ chống giữ cỏc tường đối diện Cột chống cú nhiệm vụ giữ cho dầm văng ổn định (giảm chiều dài tớnh toỏn)

- Để khắc phục nhược điểm của phương pháp trên người ta dùng neo bê tông để giữ tường bao (Hình 1.11) Phương pháp này được 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 Trường hợp neo ngầm, khi đào đến đâu người ta khoan xuyên qua tường bao để chôn neo và cố định neo

vào tường Với phương pháp này tường giữ với ứng lực trước nên hầu như là ổn định hoàn toàn Khi tầng hầm đã được xây dựng xong, tường được giữ bởi hệ kết cấu tầng hầm, lúc này neo sẽ được dỡ đi hoặc để lại tùy theo sự thoả thuận của chủ đầu tư với các công trình bên cạnh Nếu tường bao hở (không liên kết với kết cấu tầng hầm) thì các neo sẽ vẫn được giữ nguyên và làm việc lâu dài, lúc này nó cần được bảo vệ cẩn thận

Hình 1.11 Chống bằng hệ neo ngầm [2]

Ta thấy cả hai trường 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 Phương pháp này tường bao hầu như không chuyển vị áp lực đất tác dụng lên tường là áp lực tĩnh

So sánh giữa hai phương pháp ta có thể kết luận phương 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 phương pháp dùng neo ngầm đảm bảo một mặt bằng thi công rộng rãi, thoáng đãng song nó đòi hỏi phải có thiết kế tính toán neo và phải có đủ thiết bị để thi công neo như bơm bê tông, neo ứng lực trước phương pháp này cho giá thành khá cao chỉ nên áp dụng ở những công trình thực sự cần thiết đến hệ neo này

1.5.4 Biện pháp sử dụng tường cừ bằng cọc ván thép và giữ ổn định bằng hệ thanh chống

Tường cừ thép cho đến nay được sử dụng rộng rãi làm tường chắn tạm trong thi công tầng hầm nhà cao tầng Nó có thể được ép bằng phương pháp búa rung gồm một cần trục bánh xích và cơ cấu rung ép hoặc máy ép êm thuỷ lực dùng chính ván cừ đã ép làm đối trọng Phương pháp này rất thích hợp khi thi công trong thành phố và trong đất dính

Hình 1.12 Các dạng cừ ván thép [2]

Hình 1.13 Thi công tầng hầm bằng cừ ván thép (hình sưu tầm)

Cừ ván thép (thuật ngữ tiếng anh là steel sheet pile) hay còn gọi là cọc ván thép cừ thép, cừ Larssen, cọc bản, là một cấu kiện dạng tấm có các rãnh khoá (me cừ) để hợp thành một tường chắn khép kín Nhằm mục đích ngăn nước và chắn đất trong hầu hết các trường hợp ứng dụng

Ván cừ bao gồm các mặt cắt thu được bằng cách cán, kéo, gấp nếp – dập hoặc được tạo hình dáng trong các máy lặn, hoặc bằng cách lắp ráp các bộ phận đã được cán (ví dụ như bằng sự tán đinh, hàn, hoặc gấp nếp) Những mặt cắt này có thể được gắn với nhau bằng cách được khoá liên động hoặc thậm chí bằng cách mang các cạnh dọc được đặt cạnh nhau Với mục đích này, ít nhất trên các cạnh dọc,

cả hai kiểu đều có các bộ phận nối (ví dụ như rãnh, bích, khoá liên động)

Nhóm này bao gồm:

- Góc ván cừ hoặc các mẩu góc, là những mặt cắt dùng để tạo các góc; với mục đích này thì sử dụng hoặc là các mặt cắt đã được rèn, hoặc những mặt cắt đã được cắt dọc theo chiều dài của chúng, những bộ phận thu được bằng cách đó sau đó được hàn hoặc tán đinh để tạo thành một góc

- Các mặt cắt ván cừ lắp ráp với ba hoặc bốn cạnh để làm các vách ngăn

- Các mặt cắt ván cừ mắc nối mà hình dạng của chúng cho phép chúng sẽ được sử dụng để nối các dạng tấm cừ khác nhau

- Các cột và đường ống ván cừ mà được dẫn tiếp đất theo cách như thế sao cho chúng lắp ráp với nhau mà không được khoá liên động bằng lực Các đường ống ván cừ được làm gợn sóng (tạo nếp) trên hình dạng Các cột ván cừ được làm thành có hai mặt cắt được hàn với nhau

Ván cừ thường được sử dụng để làm tường trên đất có cát, úng nước hoặc

bị chìm ngập cho các nhà máy cơ khí dân dụng như đập, đê hoặc mương

Cừ ván thép đã được sử dụng cho mọi kết cấu công trình tạm (làm xong nhổ lên) cũng như vĩnh cữu (đóng bỏ) Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cừ ván thép được sử dụng ngày càng phổ biến Từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, giếng kín, đê kè chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy,

công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp, ngăn chống cho các hố đào nền móng,

xử lý nước thải, các đường vượt, hầm ngầm Cọc ván thép không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn có thể được xem như một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt, thích dụng với một số bộ phận chịu lực trong các công trình xây dựng

Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi từ 400÷750 mm Sử dụng cọc có bề rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc có

bề rộng bản nhỏ vì cần ít số lượng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ dài tường chắn Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm thời gian và chi phí cho khâu hạ cọc, đồng thời làm giảm lượng nước ngầm chảy qua các rãnh khóa của cọc Chiều dài cọc ván thép có thể được chế tạo lên đến 30m tại xưởng, tuy nhiên chiều dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển (thông thường từ 9÷15 m), riêng cọc dạng hộp gia công ngay tại công trường có thể lên đến 72 m

Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (Ω), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường chắn có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile) hoặc cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn

Hiện nay, hình dạng cọc ván thép được sản xuất ra là hình chữ U hay hình đường thẳng, ngoài ra nó còn có dạng hình chữ H

Ưu điểm:

+ Ván cừ thép dễ chuyên chở, dễ dàng hạ và nhổ bằng các thiết bị thi công sẵn có như máy ép thuỷ lực, máy ép rung;

+ Khi sử dụng máy ép thuỷ lực không gây tiếng động và rung động lớn nên ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận;

+ Sau khi thi công, ván cừ rất ít khi bị hư hỏng nên có thể sử dụng nhiều lần; + Tường cừ được hạ xuống đúng yêu cầu kỹ thuật có khả năng cách nước tốt; + Dễ dàng lắp đặt các cột chống đỡ trong lòng hố đào hoặc thi công neo trong đất

+ Quá trình hạ cừ gây những ảnh hưởng nhất định đến đất nền và công trình lân cận;

+ Rút cừ trong điều kiện nền đất dính thường kéo theo một lượng đất đáng

kể ra ngoaì theo bụng cừ, vì vậy có thể gây chuyển dịch nền đất lân cận hố đào;

+ Ván cừ thép là loại tường mềm, khi chịu lực của đất nền thường biến dạng võng và là một trong những nguyên nhân cơ bản nhất gây nên sự cố hố đào

1.5.5 Biện pháp sử dụng kết cấu “tường trong đất”

Là tường bêtông đổ tại chỗ, thường dày 600÷800 mm để chắn giữ ổn định

hố móng sâu trong quá trình thi công Tường có thể được làm từ các đoạn cọc barette, tiết diện chữ nhật, chiều rộng thay đổi từ 2.6÷5.0 m Các đoạn tường barrette được liên kết chống thấm bằng goăng cao su, thép và làm việc đồng thời thông qua dầm đỉnh tường và dầm bo đặt áp sát tường phía bên trong tầng hầm Trong trường hợp 02 tầng hầm, tường barrette thường được thiết kế có chiều sâu 16÷20 m tuỳ thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công Khi tường barrette chịu tải trọng đứng lớn thì tường được thiết kế dài hơn, có thể dài trên 40m để chịu tải trong như cọc khoan nhồi

Tường barrette được giữ ổn định trong quá trình thi công bằng các giải pháp sau:

1.5.5.1 Giữ ổn định bằng Hệ dàn thép hình

Số lượng tầng thanh chống có thể là 1 tầng chống, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tuỳ theo chiều sâu hố đào, dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất, thuỷ văn trong phạm vi chiều sâu tường vây

Ưu điểm:

+ Trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ thuận tiện, có thể sử dụng nhiều lần; + Căn cứ vào tiến độ đào đất có thể vừa đào, vừa chống, có thể làm cho tăng chặt nếu có hệ thống kích, tăng đơ rất có lợi cho việc hạn chế chuyển dịch ngang của tường

Nhược điểm:

+ Độ cứng tổng thể nhỏ, mắt nối ghép nhiều;

+ Nếu cấu tạo mắt nối không hợp lý và thi công không thoả đáng và không phù hợp với yêu cầu của thiết kế, dễ gây ra chuyển dịch ngang và mất ổn định của hố đào do mắt nối bị biến dạng

Hình 1.14 Máy đào và thi công tường Barrette (hình sưu tầm internet)

1.5.5.2 Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất

Thanh neo trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến và đều là thanh neo dự ứng lực Tại Hà Nội, công trình Toà nhà Tháp Vietcombank và Khách sạn Sun Way đã được thi công theo công nghệ này Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng là Neo phụt

Ưu điểm: thi công hố đào gọn gàng, có thể áp dụng cho thi công những

hố đào rất sâu

Nhược điểm: Số lượng đơn vị thi công xây lắp trong nước có thiết bị này

còn ít Nếu nền đất yếu sâu thì cũng khó áp dụng

1.1.5.3 Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top - down

Phương pháp thi công này thường được dùng phổ biến hiện nay để chống

đỡ sàn tầng hầm trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng cột chống tạm bằng thép hình (l đúc, l tổ hợp hoặc tổ hợp 4L ) Trình tự phương pháp thi công này có thể thay đổi cho phù hợp với đặc điểm công trình, trình độ thi công, máy móc hiện đại có

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

- Công tác thi công đất trong không gian tầng hầm có chiều cao nhỏ khó thực hiện cơ giới;

- Nếu lỗ mở nhỏ thì phải quan tâm đến hệ thống chiếu sáng và thông gió

1.5.6 Biện pháp sử dụng sử dụng neo

Thanh neo trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến và đều là thanh neo dự ứng lực Tại Hà Nội, công trình Toà nhà Tháp Vietcombank và Khách

sạn Sun Way đã được thi công theo công nghệ này Neo trong đất có nhiều loại,

tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng là Neo phụt

Ưu điểm: thi công hố đào gọn gàng, có thể áp dụng cho thi công những

hố đào rất sâu

Nhược điểm: số lượng đơn vị thi công xây lắp trong nước có thiết bị này

còn ít Nếu nền đất yếu sâu thì cũng khó áp dụng

Hình 1.15 Khoan tạo lỗ và luồn bó neo cáp vào lỗ khoan [2]

1.6 Nhận xét chương 1

Qua đây ta có thể khẳng định công nghệ thiết kế, xây dựng các công trình dân dụng đặc biệt là các toà nhà cao tầng có tầng hầm ở Việt Nam là cần thiết Chúng ta đã, đang và sẽ xây dựng nhiều toà nhà có tầng hầm để phục vụ dân sinh Do đó việc nghiên cứu các biện pháp đảm bảo an toàn trong thi công tầng hầm là việc rất cấp bách Điều này chúng ta sẽ hoàn toàn làm được vì chúng ta

có đội ngũ các Kiến trúc sư, Kỹ sư thiết kế, Kỹ sư thi công có đủ năng lực, tiếp cận và cập nhật được các kiến thức thực tế trên thế giới cũng như máy móc thi công và công nghệ thi công tiên tiến

CHƯƠNG 2 CÁC HIỆN TƯỢNG MẤT AN TOÀN THƯỜNG GẶP PHẢI KHI THI CÔNG XÂY DỰNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

Ở VIỆT NAM VÀ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

2.1 Tổng quan

Hiện nay việc xây dựng tầng hầm rất phổ biến khi xây dựng các cao ốc, làm nơi để xe, kho chứa hàng.… Xây dựng tầng hầm là một trong những phần việc hết sức quan trọng, không chỉ có vai trò với công trình mà còn có vai trò đối với các công trình lân cận Hiện nay vấn đề sự cố trong xây dựng đang là một trong những vấn đề cần chú ý đối với ngành xây dựng nói riêng và của đất nước nói chung được phản ánh rất nhiều trên các báo, tạp chí khoa học

Các sự cố gặp phải khi thi công tầng hầm rất phức tạp Dưới đây tôi trình bầy những sự cố theo từng nguyên nhân khác nhau

- Do xem nhẹ điều kiện địa chất không khảo sát kỹ lưỡng;

- Do thiết kế không hợp lý;

- Do thi công kém chất lượng

2.2 Mất an toàn do công tác khảo sát địa chất

Tác động của điều kiện địa chất ở đây chủ yếu là do ảnh hưởng của nước ngầm lên công trình xây dựng

2.2.1 Sự cố tầng hầm cao ốc Residence (Thành phố Hồ Chí Minh)

Công trình có 13 tầng, trong đó có 1 tầng hầm Theo tài liệu khi đào ở độ sâu – 8 m dưới đáy hố móng có phát hiện nước ngầm phun lên rất mạnh kèm theo cát hạt nhỏ Hậu quả dẫn đến ngày 31/10/2007 vỉa hè đường Nguyễn Siêu

có hố sụt rộng 4x4 m và sâu khoảng 3÷4 m; chung cư Casaco trên đường Thi Sách - Q1 bị lún nghiêm trọng