Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thi công hợp lý tầng hầm nhà cao tầng của trụ sở tổng công ty đầu tư và phát triển nhà hà nội

Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu chủ yếu của của đề là: - Thu thập các số liệu về điều kiện thiết kế thi công tầng hầm nhà cao tầng ở thành phố Hà Nội, bao gồm các số liệu về điều

-*** -

Nguyễn huy hoàng

Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thi công hợp lý tầng hầm nhà cao tầng của Trụ sở tổng công ty đầu tư và phát triển nhà Hà Nội

LUậN VĂN THạC Sĩ Kỹ THUậT

Hà NộI – 2014

-*** -

Nguyễn huy hoàng

Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thi công hợp lý tầng hầm nhà cao tầng của Trụ sở Tổng công ty đầu tư và phát triển nhà Hà Nội

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 60580204

LUậN VĂN THạC Sĩ Kỹ THUậT

NGƯờI HƯớNG DẫN KHOA HọC GS.TS NGUYễN QUANG PHíCH

Hà NộI - 2014

LêI CAM §OAN

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch­a tõng ®­îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

Hµ Néi, th¸ng 4 n¨m 2014 T¸c gi¶ luËn v¨n

NguyÔn Huy Hoµng

Mục lục Trang phụ bìa Trang

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ

Mở đầu 1

Chương 1-Tổng quan về các phương pháp, công nghệ thi công tầng hầm nhà cao tầng trên thế giới

5 1.1 Khái quát chung 5

1.1.1 Tổng quan về tầng hầm nhà cao tầng 5

1.1.2 Khái quát về các phương pháp, công nghệ thi công xây dựng công trình ngầm đang áp dụng trên thế giới 7

1.2 Phương pháp thi công lộ thiên 11

1.3 Các giải pháp chống giữ ổn định thành hố đào 16

1.3.1 Tường hào nhồi(tường vây Barrette) 16

1.3.2 Giữ ổn định bằng tường cừ thép 19

1.3.3 Giữ ổn định bằng cọc Xi măng đất 20

1.3.4 Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Down, Semi Top-Down 21

1.3.5 Các dạng tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ 21

1.4 Phương pháp thi công Top-Down 34

1.4.1 Đặc điểm 34

1.4.2 Quy trình thi công 36

1.4.3 Ưu điểm 37

1.4.4 Nhược điểm 38

1.4.5 Kiến nghị áp dụng 39

1.5 Phương pháp thi công Bottom - Up 40

1.5.1 Đặc điểm 40

1.5.2 Quy trình thi công 41

1.5.3 Ưu điểm 43

1.5.4 Nhược điểm 43

1.5.5 Kiến nghị áp dụng 43

1.6 Công nghệ Semi Top-Down 44

1.6.1 Đặc điểm 44

1.6.2 Ưu điểm 44

1.6.3 Nhược điểm 44

1.6.4 Kiến nghị áp dụng 44

Chương 2-Tình hình xây dựng tầng hầm nhà cao tầng khu vực thành phố hà nội

46 2.1 Khái quát hiện trạng xây dựng tầng hầm nhà cao tầng ở Việt Nam 46

2.2 Những điều kiện liên quan với công tác thi công tầng hầm nhà cao tầng khu vực Thành Phố Hà Nội

48 2.2.1 Các điều kiện địa lý, dân cư .48

2.2.2 Điều kiện khí hậu 48

2.2.3 Đặc điểm địa chất 49

2.2.4 Đặc điểm địa chất thủy văn 67

2.3.5 Sự xuất hiện của các công trình hiện hữu lân cận 70

2.3 Kinh nghiệm một số các công trình đã thi công tầng hầm nhà cao tầng khu vực Hà Nội 70

2.3.1 Công trình Nhà làm việc các cơ quan Quốc hội và Văn phòng

Quốc Hội 70

2.3.2 Công trình trung tâm thương mại, siêu thị và văn phòng giao dịch và văn phòng cho thuê - 198B Tây Sơn-Khu 1 73

2.3.3 Công trình Tổ hợp văn phòng thương mại và căn hộ cao cấp GOLDEN PALACE .77

Chương 3-Phân tích lựa chọn phương pháp thi công tầng hầm công trình trụ sở tổng công ty đầu tư và phát triển nhà hà nội

81 3.1 Phân tích lựa chọn phương pháp thi công phù hợp với điều kiện địa chất khu vực Hà Nội 81

3.2 Lựa chọn phương pháp thi công có chú ý đến công trình kiến trúc hiện hữu 84

3.3 Lựa chọn phương pháp thi công liên quan đến quy mô công trình cũng như nước ngầm 84

3.4 Lựa chọn phương pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng công trình Trụ sở tổng công ty đầu tư và phát triển nhà Hà Nội 86

3.4.1 Giới thiệu về công trình 86

3.4.2 Điều kiện địa chất 86

3.4.3 Giải pháp thiết kế móng tầng hầm 87

3.4.4 Điều tra điều kiện không gian,công trình hiện hữu xung quanh 88

3.4.5 Đánh giá điều kiện kỹ thuật của công trình 88

3.4.6 Lựa chọn phương pháp thi công 88

3.4.7 Quy trình thi công hạng mục phần ngầm của dự án theo phương pháp Semi Top - Down 89

Kết luận và kiến nghị 103

Tài liệu tham khảo 105

15

Hình 2-1 Sơ đồ phân khu địa chất công trình lãnh thổ Hà

Nội theo mức độ thuận lợi đối với xây dựng công trình

ngầm

66

16 Hình 2-2 Bản đồ chia khu ĐCCT lãnh thổ Hà Nội theo

Danh môc b¶ng biÓu

Mở ĐầU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Để công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, trong những năm qua chúng ta đã xây dựng được rất nhiều công trình ngầm phục vụ phát triển kinh

tế xã hội Mật độ dân cư tại các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh không ngừng tăng cao, quỹ đất ngày càng bị cạn kiệt, không gian đô thị

và không gian công cộng ngày càng bị thu hẹp Chính vì thế hiện nay nhiều công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm được xây dựng đáp ứng nhiều nhu cầu và mục tiêu sử dụng khác nhau Nói chung các dự án nhà cao tầng với nhiều tầng hầm đã mang lại cho các thành phố những hình ảnh và hiệu quả tốt

về cảnh quan, môi trường, đồng thời tăng quỹ đất cho các công trình kiến trúc trên mặt đất, phát huy được tiềm năng dồi dào của không gian ngầm, góp phần mang lại những hiệu quả kinh tế trước mắt và lâu dài

Bên cạnh đó, số nhà cao tầng có tầng hầm đã được xây dựng ở Việt Nam tuy chưa nhiều nhưng nó cũng đánh dấu một bước 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 được xây dựng, phụ thuộc vào thiết bị, máy móc cũng như trình

độ kỹ thuật, tay nghề của đội ngũ công nhân, cán bộ kỹ thuật Đối với chúng

ta thì phương pháp, công nghệ thi công tầng hầm là khá mới mẻ Vấn đề này hiện nay được rất nhiều nhà thầu và các chuyên gia xây dựng quan tâm đặc biệt vì theo xu thế phát triển của đất nước thì số lượng nhà cao tầng có tầng hầm ở Việt Nam sẽ ngày một tăng nhanh, cũng như chiều sâu của tầng hầm sẽ khá lớn, đòi hỏi phải có được một quy trình công nghệ cho thi công tầng hầm Cho đến nay vẫn chưa có những nghiên cứu cụ thể về sự phù hợp của các giải pháp công nghệ xây dựng với mỗi vùng miền khác nhau, nhất là tại các thành phố lớn như thành phố Hà Nội đã dẫn đến những sự cố đáng tiếc, những lãng phí không đáng có do thiếu những lý luận khoa học trong quá trình thiết kế,

lựa chọn phương pháp, công nghệ thi công làm ảnh hưởng đến chất lượng công trình cũng như mức đầu tư xây dựng Do đó, vấn đề nghiên cứu lựa chọn phương pháp thi công hợp lý cho tầng hầm nhà cao tầng là hết sức cấp thiết

2 Mục đích của đề tài

Tổng hợp, phân tích các phương pháp, công nghệ thi công công trình ngầm dân dụng; đồng thời trên cơ sở nghiên cứu điều kiện liên quan như địa

kỹ thuật, điều kiện thiết kế thi công, kinh nghiệm để đưa ra phương pháp thi công tầng hầm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các tầng hầm nhà cao tầng, các công trình ngầm dân dụng có độ sâu thấp tại các đô thị có mật độ dân cư cao

Phạm vi nghiên cứu: Các tầng hầm nhà cao tầng, công trình ngầm dân dụng xây dựng trong phạm vi thành phố Hà Nội

4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu chủ yếu của của đề là:

- Thu thập các số liệu về điều kiện thiết kế thi công tầng hầm nhà cao tầng ở thành phố Hà Nội, bao gồm các số liệu về điều kiện tự nhiên, điều kiện

địa chất, địa chất thủy văn, phân nhóm các điều kiện đất nền;

- Tổng hợp, phân tích đặc điểm, ưu nhược điểm của các phương pháp thi công với quy trình công nghệ thi công, điều kiện áp dụng;

- Phân tích và đánh giá điều kiện liên quan với công tác thi công tầng hầm nhà cao tầng, để đưa ra những kiến nghị áp dụng phương pháp thi công hợp lý nhất

5 Phương pháp nghiên cứu

Do nội dung yêu cầu của bản Luận văn, tác giả tập trung sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết kết hợp với kết quả thống kê, kinh nghiệm thực tế để hoàn thành bản luận văn

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nói chung, các phương pháp công nghệ thi công công trình ngầm rất phong phú và đa dạng, tên gọi của các phương pháp công nghệ thi công cũng

có nhiều xuất xứ khác nhau Vì vậy người thiết kế và thi công có thể linh hoạt lựa chọn các phương pháp thi công, các giải pháp kỹ thuật xử lý các tình huống có thể xảy ra Do đó, việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng của một dự án không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học

mà còn góp phần đáng kể vào cơ sở lý luận cho các nhà chuyên môn, các công

ty tư vấn, các đơn vị thi công cũng như các nhà đầu tư có cơ sở để phân tích, lựa chọn phương pháp phù hợp

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 03 chương, kết luận - kiến nghị, các bảng biểu và hình vẽ, được trình bày trong 106 trang khổ giấy A4, với 16 bảng biểu,

28 hình vẽ

Chương 1 Tổng quan về các phương pháp, công nghệ thi công tầng hầm nhà cao tầng trên thế giới

Chương 2 Tình hình xây dựng tầng hầm nhà cao tầng khu vực thành phố Hà Nội

Chương 3 Phân tích lựa chọn phương pháp thi công tầng hầm công trình trụ sở Tổng công ty đầu tư và phát triển nhà Hà Nội

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

của các bạn bè đồng nghiệp 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 Nguyễn Quang Phích, 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

Chương i Tổng quan về các phương pháp, công nghệ thi công

tầng hầm nhà cao tầng trên thế giới 1.1 Khái quát chung về các phương pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng

1.1.1 Tổng quan về tầng hầm nhà cao tầng

1.1.1.1 Khái niệm tầng hầm nhà cao tầng

Trong các công trình xây dựng nhà nhiều tầng trên thế giới, người 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 người ta gọi đó là nhà cao tầng Khái niệm nhà cao tầng hiện nay tạm định lượng như nhà cao dưới 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 được 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 dương Còn những tầng tiếp theo ở thấp hơn so với mặt đất (tầng trệt) đều được gọi là tầng hầm Tầng hầm có thể nửa nổi nửa chìm hoặc nằm hoàn toàn trong lòng đất

Số lượng tầng hầm cho nhà nhiều tầng chủ yếu phụ thuộc vào ý đồ sử dụng của chủ đầu tư, tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào chiều cao của công trình nền

đất dưới công trình cũng như kỹ thuật xây dựng tầng hầm hiện tại

 Nhu cầu sử dụng

Ngay từ lâu ở 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 hoạt động dịch vụ, trong khi đó diện tích để xây dựng lại bị 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 bản 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 hóa phục vụ sinh hoạt của cư dân trong tòa nhà;

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

 Về mặt nền móng

Nhà nhiều tầng thường có tải trọng rất lớn ở chân cột, thường gây ra áp lực rất lớn đến nền và móng, vì vậy khi làm tầng hầm thì kết cấu này đã giảm tải cho móng một lượng đất khá lớn trên nền móng 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

 Về mặt kết cấu

Đối với nhà nhiều tầng không có tầng hầm, độ sâu ngàm vào đất là nông (từ 2 đến 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 hầm sẽ làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chịu lực ngang như gió, bão, lụt, động đất

 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 nơi khu định cư thì tầng hầm

sẽ là nơi tránh bom đạn tốt nhất cho nhân dân mỗi khi xảy ra chiến tranh

1.1.2 Khái quát về các phương pháp, công nghệ thi công xây dựng công trình ngầm đang áp dụng trên thế giới

thành phố nói riêng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển, hàng loạt các giải pháp kỹ thuật đã được hình thành và hoàn thiện tùy theo các điều kiện, yêu cầu thi công và theo trình độ phát triển khoa học kỹ thuật Với những tiến bộ khoa học kỹ thuật và trình độ công nghệ hiện nay cho phép có thể thi công xây dựng các công trình ngầm hầu như trong mọi

điều kiện địa chất và môi trường khác nhau Nói chung, các công nghệ thi công công trình ngầm rất phong phú và đa dạng, chúng là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau Tên gọi của các phương pháp công nghệ thi công công trình ngầm cũng có nhiều xuất xứ khác nhau, có thể theo nơi đã phát triển công nghệ hay phương pháp, theo giải pháp

kỹ thuật phổ biến và nhiều khi còn là do thói quen Vì vậy, người thiết kế và thi công có thể linh hoạt lựa chọn các phương pháp thi công, các giải pháp kỹ thuật xử lý các tình huống có thể xảy ra, trên cơ sở hiểu biết rõ ràng, đầy đủ

về các yếu tố, các khâu kỹ thuật quan trọng của công nghệ thi công Dưới đây

là bảng giới thiệu một số công trình nhà cao tầng có tầng hầm trên thế giới đã thi công(Bảng 1-1)

Bảng 1-1 Giới thiệu một số công trình nhà cao tầng có tầng hầm trên thế giới

Trước hết, dựa theo không gian thi công có thể phân ra hai nhóm chính là[8]:

- Các phương pháp thi công lộ thiên;

- Các phương pháp thi công ngầm

Với các phương pháp thi công lộ thiên, toàn bộ hay một bộ phận của kết

cấu Công trình ngầm được thi công lắp dựng lộ trên mặt đất Theo đặc điểm công nghệ phương pháp lộ thiên được phân ra thành ba nhóm: Phương pháp thi công hở, phương pháp hạ dần, phương pháp hạ chìm Còn bằng các

phương pháp thi công ngầm, toàn bộ kết cấu Công trình ngầm được thi công

lắp dựng trong điều kiện kín nóc hoặc lộ nóc nhưng tỷ lệ diện tích phần nóc lộ rất nhỏ so với tổng diện tích khối đất đá xung quanh Công trình ngầm (ví dụ

đào giếng)

Trên thực tế, hầu hết các tầng hầm nhà cao tầng thường được thi công trong thành phố, điều kiện tổ chức xây dựng chật hẹp, khó khăn, công trình thường nằm ở độ sâu không lớn, điều kiện địa chất chủ yếu là các lớp đất đá phủ có mức độ liên kết và ổn định kém nên phương pháp ngầm ít mang lại

hiệu quả cao, nên trong giới hạn Luận văn tác giả tập trung nghiên cứu và phân tích về phương pháp thi công hở

Có thể nói rằng, các phương pháp thi công lộ thiên đã được phát triển mạnh và khá hoàn chỉnh về công nghệ Các phương pháp thi công lộ thiên khác nhau ở phương thức, tiến trình công việc và có thể phân ra các phương thức sau:

có thể nghiêng hoặc thẳng đứng và có thể cần hoặc không cần phải chống giữ

Kết cấu chống giữ thành hào được sử dụng có thể là cọc-ván ép, cọc cừ (tường

cọc cừ - đã được sử dụng rộng rãi ở nước ta), tường khoan nhồi (tường cọc nhồi) hay tường hào nhồi (tường trong đất) bằng bê tông hoặc bê tông cốt

thép, có thể được gia cố thêm bằng neo, khoan phun ép (khoan phụt) kích

chống, giằng Cọc cừ được tháo ra để sử dụng tiếp Còn trong trường hợp sử dụng tường cọc nhồi hay tường hào nhồi, kết cấu đáy của công trình ngầm thường liết kết với tường tạo thành một bộ phận của kết cấu công trình ngầm

(đặc biệt khi gặp nước ngầm) Phương thức này thường được gọi là phương

thức tường - nền

- Phương thức 2: Theo phương thức này, hào thi công không cần đào

hoặc chỉ cần đào đến độ sâu nhất định để tháo dỡ, di chuyển tạm các hệ thống cống rãnh, cáp ngầm (nếu có) Tiếp đó tiến hành thi công tường cọc nhồi hay tường hào nhồi đến độ sâu dự định (thông thường đến tầng đất cách nước) Công đoạn tiếp theo là đổ bê tông nóc công trình ngầm (dạng vòm hay nóc phẳng), hoặc lắp ghép bằng các tấm panen đúc sẵn và phủ lớp ngăn cách, chống thấm Các công việc còn lại được thực hiện ngầm trong

lòng đất bao gồm đào bốc đất, xây dựng nền công trình ngầm, cũng như các công tác kỹ thuật khác Với trình tự đó phương thức này còn được gọi là

phương thức tường - nóc (Hình 1-1b) Phương thức thi công này đã được sử

dụng rất có hiệu quả trên thế giới trong trường hợp thi công dọc theo các

đường phố chật hẹp và yêu cầu giải tỏa giao thông nhanh, không cho phép

để đường phố ở trạng thái bị đào bới kéo dài Sau khi đã lắp dựng xong các tấm panen nóc và hoàn thiện trạng thái đường phố, giao thông trên phố lại

có thể hoạt động bình thường không gây ảnh hưởng đến công tác thi công tiếp theo Bằng cách này có thể xây dựng được các công trình có nhiều tầng trong lòng đất với thời gian thi công dài mà không gây cản trở đến hoạt

động bình thường trên mặt đất

- Phương thức thứ 3: Theo phương thức này toàn bộ hay từng đoạn của

kết cấu công trình ngầm được lắp dựng hoàn toàn trên mặt đất Sau đó các

đoạn kết cấu được hạ dần vào lòng đất song song với việc đào xúc đất dưới

gầm của kết cấu đó (phương thức caisson hay hạ dần: Hình 1-1c) hoặc ở dạng

"hộp nổi" được kéo đẩy ra mặt sông, biển và hạ chìm dần vào hào thi công đã

được đào bốc sẵn (phương thức hạ chìm: Hình 1-1d)

a) Phương thức 1:

b) Phương thức 2:

c) Phương thức 3

Hình 1-1 Các phương thức thi công lộ thiên trong xây dựng công trình ngầm[9]

Trên cơ sở các phương pháp thi công các công trình ngầm đã hình thành các phương pháp thi công các tầng hầm nhà cao tầng Các phương pháp hiện hiện đang được áp dụng trên thế giới thuộc vào nhóm phương pháp thi công

hở và thường được chia ra ba nhóm là:

- Phương pháp top-down, tương ứng với phương pháp tường nóc;

- Phương pháp bottom-up, tương ứng với phương pháp tường nền;

- Phương pháp semitop-down, là sự kết hợp hài hòa giữa hai phương pháp trên

1.2 Phương pháp thi công lộ thiên

Thi công hở (lộ thiên) tức là tiến hành đào hào từ trên mặt đất, sau đó thi công kết cấu công trình ngầm trong lòng hào (hố) đào và cuối cùng lại phủ

đất hay vật liệu phủ lên công trình ngầm Thông thường trong phương pháp hay phương thức thi công hở, kết cấu công trình ngầm được xây dựng từ đáy hào đào hay ít nhất là tường và nóc của công trình ngầm, sau đó các công việc khác cũng như việc hoàn thiện có thể thực hiện 'ngầm' Phương thức sau được

gọi là phương thức 'tường - nóc' So với phương pháp thi công ngầm thì

phương thức thi công hở ít gặp rủi ro hơn và đơn giản hơn

Nói chung trong phương pháp thi công hở có hai yếu tố quan trọng là:

- Hào hay hố đào với các giải pháp và phương tiện bảo vệ;

- Kết cấu của công trình ngầm

Thành hào hay hố đào có thể được bảo vệ bằng các phương tiện và giải pháp khác nhau, tuỳ thuộc vào điều kiện thi công cụ thể Dựa vào phương thức bảo vệ, hay giữ ổn định hào có thể phân ra các nhóm phương thức thi công như trên (Hình 1-2), phân tích khả năng áp dụng của biện pháp bảo vệ thành

hố đào như (Bảng 1-2)[12]:

Hình 1-2 Phương thức đào và bảo vệ hào trong phương pháp hở [9]

Bảng 1-2.Phân tích khả năng áp dụng của biện pháp bảo vệ thành hố

Gia

cố bê tông phun

Tường cọc-ván

Tường

cừ thép

Tường hào nhồi

Tường cọc khoan nhồi sát

nhau

giao cắt Diện tích

tạm thời

Trường hợp thành hào thẳng đứng, dựa vào mặt cắt ngang của sơ đồ công nghệ có thể phân ra hai trường hợp:

- Sơ đồ thi công không có khoảng hở giữa thành hào và kết cấu công trình;

- Sơ đồ thi công có khoảng hở giữa thành hào và kết cấu công trình

Từ trái qua phải: 1) Tường bằng cọc thép hình đứng kết hợp ván gỗ lát ngang; 2) Tường cọc ván ép; 3) Tường đổ bê tông tại chỗ; 4) Tường bằng cọc đất - xi

măng trộn sâu; 5) Tường cừ BTCT trong đất

Hình 1-3 Một số loại tường cừ chống giữ hố đào thông dụng[11]

Khi thi công theo phương thức hở phải đặc biệt chú ý đến điều kiện đất nền và mực nước ngầm vì chúng có ảnh hưởng đến độ ổn định của thành hào như (Bảng 1-3)

Bảng 1-3 Mức độ ổn định của hố đào [9]

Trong hào không có nước ngầm Trong hào có nước ngầm

nếu kém sẽ sụt lở

kém sẽ sụt lở

Thành hào phải thêm chống ngang

Phương thức thi công hở đặc trưng bằng việc cơ giới hoá cao quá trình thi công, cho phép áp dụng các kết cấu kiểu công nghiệp hoá (lắp ghép các cấu kiện đúc sẵn), các máy làm đất và các thiết bị nâng hạ có công suất lớn Tuy nhiên việc đào hố móng trên đoạn dài sẽ gây gián đoạn giao thông trong thời gian thi công Do đó, phải đưa ra được giải pháp thi công đồng bộ, hiệu quả, rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành để tăng tính khả thi của phương pháp

Sơ đồ tổ chức thi công

Tuỳ thuộc vào trình tự thực hiện các công việc, có thể phân ra: Sơ đồ

song song hay nối tiếp

Trong sơ đồ song song, đồng thời thực hiện nhiều công việc trên các

đoạn khác nhau (cắm cọc cừ, đào hào, thi công kết cấu công trình ngầm, v.v.) Sơ đồ như vậy có thể tổ chức khi công trình ngầm có chiều dài lớn hơn

Trong sơ đồ thứ hai, sơ đồ nối tiếp toàn phần, mỗi công đoạn công nghệ

được thực hiện sau khi đã hoàn thành công đoạn trước dọc theo chiều dài công trình ngầm Nó thường được áp dụng khi xây dựng hầm có chiều dài nhỏ hơn

1.3 Các giải pháp chống giữ ổn định thành hố đào

Khi thi công hố đào thường gặp hàng loạt vấn đề khó khăn về kỹ thuật, môi trường, làm dịch chuyển đất nền gây lún, làm hỏng các công trình lân cận, thi công 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 Các giải pháp chống giữ ổn định thành hố

đào thường được áp dụng là: tường cừ thép, tường cừ cọc xi măng đất, tường

cừ barrette(tường hào nhồi), neo trong đất kết hợp với tường barrette, hoặc khi

sử dụng tường barrette kết hợp với áp dụng phương pháp thi công Top-down, Semi Top-Down giúp cho thành hố đào được ổn định trong quá trình thi công 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[10], [12] Trong phạm vi Luận văn tác giả chỉ giới thiệu về các giải pháp chống giữ ổn định thành hố đào sâu

1.3.1 Tường hào nhồi(tường vây Barrette)

Với xu thế xây dựng hiện nay cùng với các điều kiện liên quan, giải pháp đỡ thành hố đào sâu thường áp dụng là tường Barrette, ngoài bảo vệ thanh hố đào thì tường cừ Barrette được sử dụng như là bộ phận chịu áp lực thẳng đứng của các cấu kiện bên trên tương tự như cọc khoan nhồi, Tường Barrette là tường bêtông đổ tại chỗ, thường dày 600-800mm 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 2,6m đến 5,0m 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 16m-20m 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:

1.3.1.1 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 (Hình 1-4)

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 1-4 Mặt bằng giữ ổn định tường Barrette bằng hệ dàn thép hình[14]

1.3.1.2 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 Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng là Neo phụt Hay khi thi công yêu cầu

có không gian đủ rộng thì phương pháp này được sử dụng để khắc phục những

hạn chế đó

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

1.3.2 Giữ ổn định bằng tường cừ thép

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 1-5)

Hình 1-5 Giữ ổn định hố đào bằng cừ thép[14]

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

1.3.3 Giữ ổn định bằng cọc Xi măng đất

Cọc xi măng đất hay cọc vôi đất là phương pháp dùng máy tạo cọc để trộn cưỡng bức xi măng, vôi với đất yếu ở dưới sâu, lợi dụng phản ứng hoá học - vật lý xảy ra giữa xi măng (vôi) với đất, làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính tổng thể, tính ổn định và có cường độ nhất

định(Hình 1-6)

Hình 1-6 Giữ ổn định hố đào bằng cọc xi măng đất[14]

Theo kinh nghiệm kiến nghị khi sử dụng các giải pháp để giữ ổn định thành hố đào như trong (Bảng 1-4)[12]:

Bảng 1-4 Giải pháp giữ ổn định thành hố đào[12]

H ≤ 6m

- Tường cừ thép (không hoặc 1 tầng chống, neo)

- Cọc xi măng đất (không hoặc 1 tầng chống, neo)

H > 10m

- Tường vây barrette (≥ 02 tầng chống, neo)

- Tường cừ thép (≥ 2 tầng chống, neo) nếu điều kiện địa chất và hình học hố đào thuận lợi

1.3.4 Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top-Down, Semi 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

1.3.5 Các dạng tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ

Hiện tại để có được phương pháp thi công hợp thì cũng cần tìm hiểu về các dạng tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ qua đó đưa ra những phương án

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 đã được người thiết kế tính toán đầy đủ Trên thực tế tải trọng tác động vào kết cấu thông thường có thể chia làm 3 loại[5]:

- Tải trọng tĩnh: là tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu không biến

đổi trị số, hoặc biến đổi của chúng so với trị số bình quân có thể bỏ qua không tính Ví dụ như trọng lượng bản thân kết cấu, áp lực của đất v.v

- Tải trọng động: là tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu có biến

đổi trị số mà trị số biến đổi của chúng so với trị số bình quân không thể bỏ qua được Ví dụ tải trọng động mặt sàn, cần trục hoặc tải trọng xếp đống vật liệu v.v

- Tải trọng ngẫu nhiên: là tải trọng mà trong thời gian xây dựng và sử dụng kết cấu không nhất định xuất hiện, nhưng hễ có xuất hiện thì trị số rất lớn và thời gian duy trì tương đối ngắn Ví dụ lực động đất, lực phát nổ, lực va đập Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ chủ yếu có:

Với xu thế xây dựng hiện nay cùng với các điều kiện liên quan, thì giải pháp đỡ thành hố đào sâu thường áp dụng là tường barrette, ngoài bảo vệ thanh hố đào thì tường barrette được sử dụng như là bộ phận chịu áp lực thẳng

đứng của các cấu kiện bên trên tương tự như cọc khoan nhồi Trong phạm vi

Luận văn tác giả chỉ khái quát về các dạng tải trọng tác động vào tường barrette [7]

1.3.5.1 Tải trọng tác động vào tường Barrette khi làm tầng hầm và trong quá trình sử dụng

- Tải trọng gây ra do đất ở hai bên thành vách

- Tải trọng gây ra do áp lực nước ở môi trường quanh hố đào

 áp lực đất lên mặt tường Barrette

- áp lực chủ động của đất

+ Đối với đất rời:

Khi tường chắn đất thẳng đứng, mặt đất sau lưng tường nằm ngang tại

độ sâu h, theo công thức của Coulomb và Rankine [5], đã đơn giản hóa:

Cường độ áp lực đất chủ động là:

a .h K a (1.1)

2 45

Trong đó: c- Lực dính của đất

Giả sử mực nước ngầm tại độ sâu h so với mặt đất Xét điểm M có độ sâu z kể từ mặt đất thì áp lực nước tại M được xác định theo công thức sau:

w w.(zh) (1.9)

w- áp lực nước

w- Trọng lượng riêng của nước

Khi đất sau lưng tường nằm dưới mực nước ngầm thì trong công thức

1.3.5.2 Tính toán tường Barrette chịu tải trọng của tầng hầm và vách nhà cao tầng

a Kiểm tra sức chịu của đất nền dưới chân tường[7]

Tường Barrette khi dùng làm tường tầng hầm cho nhà cao tầng, thì có thể hoặc không chịu tải trọng thẳng đứng

Trong trường hợp tổng quát, thì

phải đảm bảo cho sức chịu của đất nền

dưới chân tường lớn hơn tải trọng của

công trình cộng với tải trọng bản thân của

bức tường gây nên tại chân tường, tức là:

tc tc tc

R b

G N

Ntc- Tải trọng công trình trên mỗi mét dài, T/m

Rtc- Sức chịu của đất nền dưới chân tường, T/m2 và được xác định theo công thức:

DC Bh Ab

Trong đó :

b- Chiều rộng của tường Barrette, m

h- Chiều sâu của tường, m  - Dung trọng lớp đất dưới chân tường, T/m3

'

Ctc- Lực dính tiêu chuẩn của lớp đất dưới chân tường, T/m2

Tường Barrette bằng bê tông cốt thép gồm các Barrette nối liền với nhau qua các gioăng chống thấm, cho nên có thể tính cho mỗi mét dài tường hay tính cho từng Barrette

dưới chân tường, tra theo( Bảng 1-5)

Bảng 1-5 Bảng thông số phụ thuộc góc ma sát trong 0[7]

b Tính toán tường chắn không neo

Trường hợp này chỉ ámp dụng khi nhà có tầng hầm không sâu hơn 4m Sơ đồ tính được trình bày trong (Hình 1-9) dưới đây:

Quan niệm rằng tường bằng bê tông cốt thép là một vật cứng, nên dưới tác dụng của áp lực đất, thì nó sẽ bị quay quanh một điểm C, gọi là điểm ngàm, cách đáy hố đào một khoảng là Z c 0 h, 8 2 (trong đó h2 là chiều sâu tường dưới đáy hố đào)

ở đây phải xác định hai số liệu quan trọng, đó là độ sâu cần thiết của

sau:

- Xác định các hệ số áp lực chủ động và áp lực bị động của đất vào

tường:

2 45

Hình 1-9 Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không neo[7]

a) Sơ đồ tường b)Sơ đồ áp lực đất c) Biểu đồ moment

3)3(.2

)(

2

2 2

2 2 1 1 3

2

2 2 1 2

2

Z h Q h h Q h

Q Q h

- Chiều sâu ngàm của bức tường vào đất cần thiết để cho tường được ổn định khi đảm bào điều kiện:

q max  q gh (1.19)

- Xác định Moment uốn lớn nhất của tường: Moment lớn nhất tác dụng điểm

6

2

h

Z Z

h Q

tường theo phương pháp thông thường của kết cấu bê tông cốt thép

c Tính toán tường chắn có một hàng neo

Sơ đồ tính này thường áp dụng cho nhà cao tầng có 2 tầng hầm (với hố

đào sâu khoảng 8 đến 10m)

Điều kiện ổn định củ tường như sau:

Q1  h1 h2) amQ2h1  h2 a

3

2 (

Q2- áp lực bị động của đất

M- hệ số điều kiện làm việc, m=0,71

Phản lực của neo là:

N=Q1-Q2 (1.23) Sơ đồ tính toán được thể hiện như (Hình 1-10):

Điểm tác dụng của Moment uốn lớn nhất vào trong tường là điểm cách mặt

đất một đoạn Z0

a

N Z

3

0 0

max

6

)

d Tính toán tường chắn có nhiều hàng neo

áp lực đất lên tường cừ được xác định theo phương pháp K.Tersaghi Biểu đồ rút gọn áp lực bên trong của tường đất lên tường có nhiều gối (do các thanh chống khi thi công) hoặc có nhiều neo (tạm thời hay lâu dài) đối với đất rời và đất dính được thể hiện như (Hình 1-11) sau:

Trị số cực đại áp lực ngang của đất tác dụng lên tường chắn đối với đất rời:

đất lên tường chắn có nhiều hàng neo[7]

a) Đất rời b) Đất dính