NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ DẦM ĐỠ DI CHUYỂN XUỐNG DƯỚI (BRD) TRONG THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG RESEARCH TO APPLY BRACKET SUPPORTED RC DOWNWARD (BRD) IN THE CONSTRUCTION OF HIGH-RISE BUILDING’S BASEMENTS

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Kinh Doanh - Business 1 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ DẦM ĐỠ DI CHUYỂN XUỐNG DƯỚI (BRD) TRONG THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG RESEARCH TO APPLY BRACKET SUPPORTED RC DOWNWARD (BRD) IN THE CONSTRUCTION OF HIGH-RISE BUILDING’S BASEMENTS TS. Trần Hồng Hải, Khoa Xây dựng, ĐHXD Hà Nội TS. Hồ Ngọc Khoa, Khoa Xây dựng, ĐHXD Hà Nội Ks. Lê Minh, Viện Khoa học công nghệ xây dựng Tóm tắt: Trên đà phát triển của ngành xây dựng hiện nay, tại các thành phố lớn trên cả nước đang có nhiều công trình dân dụng được thiết kế và xây dựng với nhiều tầng hầm. Một vấn đề đang được quan tâm là lựa chọn phương pháp thi công tầng hầm đảm bảo an toàn, chất lượng, tiến độ và hiệu quả kinh tế. Mỗi công trình đều có những đặc điểm riêng về cấu tạo nền đất, mặt cắt địa chất, cao độ mực nước ngầm, nên việc lựa chọn biện pháp thi công cho phần hầm cũng rất đa dạng. Bài báo thể hiện kết quả nghiên cứu quá trình thực tế thi công phần tầng hầm công trình Lotte Center Hanoi, sử dụng hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới (Bracket Supported RC Downward - BRD), từ đó đề xuất qui trình công nghệ thi công. Kết quả nghiên cứu làm tiền đề cho các nghiên cứu qui mô hơn để có thể xem xét ứng dụng trong điều kiện xây dựng Việt Nam. Abstract: In the development of the construction industry in big cities in Vietnam nowadays, many buildings have been designed and constructed with multiple basements. One of the issues that addresses attention from scientists and practitioners the most is the selection of the construction method for constructing basements in order to maintain project’s requirements of safety, quality, time, and cost effectiveness. Every building has its own features of soil profiles and water tables. As a result, the selection of the construction method used in the construction of basements will vary. This report will explore the construction method used in the construction of basements in the Lotte Center Hanoi project utilizing the Bracket Supported RC Downward technique. The report will also propose a construction procedure for this technique. The results obtained will be used as the basic for further studies to apply to the construction conditions of Vietnam. Mở đầu Thời gian qua, trong xu thế hội nhập và toàn cầu hóa, kinh tế - xã hội của đất nước đã có những bước phát triển mạnh mẽ về mọi mặt, đặc biệt trong các lĩnh vực thương mại, đầu tư sản xuất và phục vụ dân sinh. Sự phát triển trong lĩnh vực đầu tư xây dựng cơ bản cũng không nằm ngoài dòng chảy đó và tất yếu là nhu cầu về diện tích xây dựng cho mục đích ở, cho thuê, văn phòng, thương mại và dịch vụ ngày càng tăng cả về số lượng lẫn chất lượng. Kinh nghiệm xây dựng của các quốc gia trên thế giới đã chứng tỏ rằng với việc gia tăng nhanh chóng của giá trị đất xây dựng thì phương án hiệu quả nhất dưới góc độ kinh tế của đầu tư là gia tăng số tầng cao và phát triển các tầng hầm xuống lòng đất. Một đặc trưng cơ bản của các công trình cao tầng ở các thành phố lớn của Việt Nam là thi công trong điều kiện chật hẹp, xung quanh đều có các công trình kiến trúc và hệ thống hạ tầng kỹ thuật đang sử dụng, gây khó khăn cho việc lựa chọn giải pháp thi công hố đào sâu khi thi công xây dựng tầng hầm các công trình này. Ngoài những khó khăn về tổ chức thi công, vận chuyển đất, khi thi công hố đào phải giải quyết các vấn đề ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất biến dạng của đất nền xung quanh, có thể làm chuyển dịch và lún, gây hư hỏng cho công trình đang thi công và công trình lân cận 1. Ngoài ra, mỗi công trình đều có những đặc điểm riêng về cấu tạo nền đất, mặt cắt địa chất, cao độ mực nước ngầm, đặc điểm vị trí nên việc lựa chọn biện pháp thi công cho phần hầm cũng rất đa dạng. Vấn đề được các chủ đầu tư và nhà thầu quan tâm là lựa chọn phương pháp thi công tầng hầm đảm bảo an toàn, chất lượng, tiến độ và hiệu quả kinh tế. 2 Theo các số liệu của nhiều nghiên cứu 1, 2, 6, phương pháp thi công tầng hầm từ trên xuống (TOPDOWN) sẽ giữ ổn định được hố đào trong suốt quá trình thi công, hạn chế được biến dạng và lún nứt đáng kể cho đất nền và công trình lân cận. Trong phương pháp TOPDOWN xây dựng tầng hầm có nhiều giải pháp thi công ván khuôn và cột chống cho sàn bê tông cốt thép. Sử dụng hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới BRD (Bracket Supported RC Downward) làm hệ chống đỡ ván khuôn là một phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội về độ an toàn, tiến độ và chất lượng, đặc biệt trong các công trình nhiều tầng hầm. Phương pháp này đã được sử dụng để thi công 5 tầng hầm công trình Lotte Center Hanoi. Đây là công nghệ mới, lần đầu tiên được sử dụng trong thực tế thi công ở Việt Nam. Do đó, việc nghiên cứu số liệu thực tế, phân tích, tổng hợp để đề xuất qui trình công nghệ và chỉ dẫn kỹ thuật thi công ở mức độ cơ bản làm cơ sở áp dụng cho các công trình tương tự là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. 1. Khái quát cơ bản công nghệ BRD (Bracket Supported RC Downward) thi công sàn bê tông tầng hầm trong phương pháp TOPDOWN 1.1. Thi công tầng hầm theo phương pháp TOPDOWN Theo phương pháp TOPDOWN, sàn các tầng hầm được thi công từ trên xuống. Trình tự thi công của phương pháp này như sau: thi công cọc khoan nhồi và đặt cột chống tạm; thi công tường trong đất; thi công dầm sàn tầng hầm một (trên cùng); chờ bê tông sàn đạt cường độ, tháo ván khuôn và hệ cột chống; đào đất tầng hầm một; thi công dầm sàn tầng hầm hai. Sau đó, các quá trình công tác được lặp lại đến tầng hầm cuối cùng. Sau khi thi công xong dầm sàn tầng hầm thứ nhất, có thể tiến hành thi công song song các tầng hầm và các tầng nổi ở phía trên để đẩy nhanh tiến độ xây dựng 5, 8. Ngoài việc hạn chế ảnh hưởng gây nứt, biến dạng cho các công trình lân cận, phương pháp này có khả năng giảm bớt dịch chuyển của đất xung quanh hố đào bằng việc tạo ra hệ chống cấn đối cho tường chắn tại từng cao trình mỗi tầng sàn với độ cứng đàn hồi lớn. Mặt khác không phải thi công hệ neo trong đất hoặc hệ chống đỡ trong lòng hố đào như trong phương pháp đào mở, thi công từ dưới lên 1. Trong quá trình thi công, đất được đào bằng các máy đào kích thước nhỏ, vận chuyển lên bằng gầu thùng thông qua các lỗ mở. Đối với các công trình lớn có nhiều tầng hầm, khối lượng đất đào lớn, ngoài các lỗ mở, người ta thường để một ô mở có kích thước lớn giữa sàn, đủ thuận lợi cho việc thi công đào đất, đưa đất lên, cũng như việc đưa vật liệu, thiết bị xuống để thi công tầng hầm. 1.2. Thi công ván hệ ván khuôn cột chống dầm sàn tầng hầm Thi công dầm sàn bê tông toàn khối của các tầng hầm, kể cả tầng hầm trên cùng, bao gồm các công tác sau: thi công ván khuôn, cột chống; thi công cốt thép; đổ bê tông dầm sàn. Cần phải nhận thấy rằng, công tác thi công ván khuôn, cột chống có những vấn đề khó khăn, gây ảnh hưởng đến chất lượng, tiến độ và an toàn trong thi công, như sau: - Cột chống được đặt trên nền đất, vì vậy cần phải có biện pháp chống lún cho hệ cột chống. Thực tế thi công cho thấy do sự phức tạp về nền đất trong các khu đô thị và mực nước ngầm cao gây khó khăn và tốn kém cho công tác gia cố nền đất. Trong nhiều trường hợp với nền đất yếu, phải áp dụng các phương phương pháp đóng cọc tre, đệm đá dăm, đá hộc. Trong mọi trường hợp, nguy cơ mất ổn định hệ chống, ảnh hưởng đến chất lượng cấu kiện và an toàn thi công là rất cao. - Chỉ có thể đặt ván khuôn dầm sàn trực tiếp lên nền đất với điều kiện: nền đất tốt, khô ráo. Trong trường hợp này việc gia cố nền và phương án thi công cũng phải được tính toán, thiết kế chặt chẽ, được phê duyệt theo qui định. Nền đất phải được gia cố ổn định, đảm bảo độ cứng, không lún, phải được đầm chặt, đổ bê tông hoặc lát gạch. Càng xuống các tầng hầm sâu hơn, biện pháp gia cố nền đất càng khó khăn hơn. Trên thực tế rất ít công trình áp dụng được biện pháp này. - Công tác đào đất tầng hầm chỉ có thể bắt đầu sau khi bê tông dầm sàn đủ cường độ cho phép tháo hệ cột chống. Thời gian chờ đợi bê tông đạt cường độ cộng với thời gian tháo dỡ, vận chuyển ván khuôn, cột chống làm chậm thời điểm bắt đầu thi công đào đất, ảnh hưởng đến tiến độ chung của công trình. Áp dụng công nghệ BRD (Bracket Supported RC Downward) dầm sàn bê tông cốt thép các tầng hầm công trình sẽ khắc phục được những vấn đề nêu trên, rút ngắn được tiến độ thi công, đảm bảo an toàn, chất lượng công trình và có khả năng áp dụng rộng rãi đối với mọi điều kiện nền đất. 3 1.3. Khái quát cơ bản công nghệ BRD (Bracket Supported RC Downward) Công nghệ BRD (Bracket Supported Reinforcement Concret Downward), được hiểu là “dầm đỡ di chuyển xuống dưới” thi công bê tông dầm sàn tầng hầm trong phương pháp thi công từ trên xuống (TOPDOWN). Bản chất của công nghệ này là sự thay thế hệ cột chống ván khuôn dầm sàn tầng hầm bằng hệ dầm đỡ liên kết qua các gối tựa trên các cột chống tạm. Sau khi bê tông dầm đủ cường độ, hệ dầm đỡ sẽ được di chuyển xuống dưới đến cao độ thiết kế để phục vụ cho việc đổ bê tông dầm sàn tầng hầm tiếp theo. Cột chống chống tạm bằng thép hình thiết diện chữ H thi công cùng với cọc khoan nhồi. Số lượng và kích thước thiết diện cọc chống được tính toán đảm bảo ổn định của tầng hầm trong suốt quá trình thi công. Kết thúc quá trình thi công cọc nhồi và tường vây, đất tầng hầm thứ nhất được đào đến cao độ thiết kế phù hợp cho việc lắp dựng hệ dầm đỡ. Đầu tiên các bản mã đỡ toàn bộ tải trọng của bê tông dầm sàn, bản thân hệ dầm và các loại tải trọng khác, bao gồm tải trọng thi công được lắp dựng với cột chống tạm qua liên kết bulông. Gối đỡ cấu tạo từ hai bộ phận: 2 chân gối đỡ tựa vào bản mã, liên kết vuông góc với 2 dầm gối đỡ bằng thép hình thiết diện chữ I. Toàn bộ gối đỡ có thể trượt dịch chuyển theo thân cột tạm (hình 1). Dầm đỡ BRD cấu tạo từ hai dầm thép hình thiết diện chữ I có gia cố bản bụng và liên kết cứng với nhau bởi các giằng ngang. Hệ dầm đỡ tựa trên các gối đỡ thay thế hệ cột chống, chịu toàn bộ tải trọng dầm sàn bê tông tầng hầm và tải trọng thi công. Trên hệ dầm đỡ lắp dựng xà gồ đỡ ván khuôn dầm. Sau khi lắp dựng ván khuôn đáy và thành dầm, ván khuôn sàn sẽ liên kết với ván khuôn thành dầm và các gối tựa bổ sung chạy dọc ván thành dầm trên hệ xà gồ đã thi công (hình 2). Ván đáy dầm thường là ván gỗ ép, dễ tách rời khỏi bề mặt bê tông sau khi bê tông đóng rắn. Tấm ván khuôn sàn là loại tấm chuyên dụng bằng hợp kim có gia cường cốt thép để tăng độ cứng. Hệ tấm khuôn này sau khi chế tạo, lắp đặt phải đảm bảo ổn định, không biến dạng dưới tải trọng của sàn bê tông, bản thân và tải trọng thi công mà không cần hệ cột chống đỡ. Sau khi bê tông đóng rắn, tấm sẽ liên kết với bê tông, làm việc cùng bê tông, không tháo dỡ ra. Hình 2. Cấu tạo dầm đỡ và ván khuôn dầm hệ BRD Sau khi lắp dựng xong ván khuôn dầm sàn, cốt thép được thi công theo thiết kế. Với mục đích làm tăng sự liên kết giữa cột chống tạm và bê tông dầm, các neo bằng đinh thép được hàn gia cố xung quanh cột ở vị trí tiếp xúc với dầm bê tông. Công tác đổ bê tông được thực hiện bởi máy Hình 1. Cấu tạo bản mã liên kết và gối đỡ của hệ BRD 4 bơm bê tông qua các lỗ mở thi công. Để quá trình bơm bê tông được thuận lợi, người ta sử dụng phụ gia bơm và phụ gia hóa dẻo để tăng độ lưu động của vữa. Hệ dầm sàn có thể ở dạng sàn bốn cạnh dầm hoặc sàn 2 cạnh dầm (hình 3). Hình 3. Bê tông dầm sàn tầng hầm sau thi thi công bằng hệ BRD Sau khi công tác đổ bê tông kết thúc, tiếp tục công tác đào đất dưới tầng hầm thứ nhất. Cao độ đào đất thấp hơn cao độ sàn của tầng hầm thứ hai, đảm bảo việc thi công lắp đặt các bản mã liên kết, công tác hạ hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới và các công tác thi công khác sau đó được thuận lợi. Để phục vụ việc di chuyển hệ dầm đỡ xuống dưới, các tời xích được lắp đặt ở trong cột chống tạm và trên các hệ khung neo, dọc theo chiều dài của dầm đỡ, phía trên sàn tầng hầm đã thi công. Số lượng tời xích xác định trên tổng tải trọng trong quá trình di chuyển hệ dầm đỡ và tải trọng nâng của một tời xích. Sau khi bê tông dầm đạt cường độ thiết kế cho phép, hệ dầm đỡ (bao gồm cả xà gồ) sẽ tách khỏi ván đáy của dầm và di chuyển nhịp nhàng xuống dưới dọc theo thân cột chống tạm bởi các tời xích, đến cao độ các bản mã liên kết đã lắp dựng. Các công tác tiếp theo lại được lặp lại theo qui trình tương tự để thi công bê tông dầm sàn tầng hầm thứ hai và tiếp tục đến sàn tầng hầm cuối cùng. 2. Nghiên cứu thực tế thi công phần tầng hầm công trình Lotte Center Hanoi ứng dụng công nghệ BRD 2.1. Giới thiệu công trình Công trình Lotte Center Hanoi do Công ty TNHH Coralis Việt Nam làm chủ đầu tư. Tư vấn quản lý dự án: Công ty Lotte CM. Tư vấn thiết kế (3 công ty): Doul International., LTD; Hankook Consulting structural Engineers., LTD và Saegil EC Co., LTD. Hanil Mech Elec, Consultants. Tư vấn giám sát: Viện KHCN xây dựng (IBST). Qui mô công trình: diện tích đất dự án - 14.094m2, diện tích sàn xây dựng - 8.827m2, 65 tầng nổi với chiều cao 267,05m và 5 tầng hầm (hình 4). Phần tầng hầm của công trình được thi công theo công nghệ BRD. 2.2. Biện pháp thi công phần tầng hầm ứng dụng công nghệ BRD 2.2.1. Công tác đào đất. Hình 4. Mặt bằng thi công CT Lotte Center Hanoi 5 Công tác đào đất tầng hầm chia làm 6 giai đoạn, phối hợp chặt chẽ với quá trình thi công bê tông dầm sàn và chu trình di chuyển hệ dầm đỡ xuống dưới. Đất được vận chuyển lên bằng gầu – cần trục qua 4 lỗ mở và một khoảng mở lớn ở trung tâm công trình. Tổng khối lượng đất đào đạt khoảng 270.000m3. Đợt đầu tiên, đào đất tầng hầm đến cốt -2,000mm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển vật liệu, máy, thiết bị thi công và lắp dựng dầm đỡ (hình 5). Các đợt tiếp theo chiều sâu đào đất tương đương chiều cao tầng hầm tương ứng. Cốt đào sâu nhất ở...

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ DẦM ĐỠ DI CHUYỂN XUỐNG DƯỚI (BRD) TRONG THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

RESEARCH TO APPLY BRACKET SUPPORTED RC DOWNWARD (BRD) IN THE CONSTRUCTION OF HIGH-RISE BUILDING’S

BASEMENTS

TS Trần Hồng Hải, Khoa Xây dựng, ĐHXD Hà Nội TS Hồ Ngọc Khoa, Khoa Xây dựng, ĐHXD Hà Nội Ks Lê Minh, Viện Khoa học công nghệ xây dựng

Tóm tắt: Trên đà phát triển của ngành xây dựng hiện nay, tại các thành phố lớn trên cả nước đang

có nhiều công trình dân dụng được thiết kế và xây dựng với nhiều tầng hầm Một vấn đề đang được quan tâm là lựa chọn phương pháp thi công tầng hầm đảm bảo an toàn, chất lượng, tiến độ và hiệu quả kinh tế Mỗi công trình đều có những đặc điểm riêng về cấu tạo nền đất, mặt cắt địa chất, cao độ mực nước ngầm, nên việc lựa chọn biện pháp thi công cho phần hầm cũng rất đa dạng Bài báo thể hiện kết quả nghiên cứu quá trình thực tế thi công phần tầng hầm công trình Lotte Center Hanoi, sử dụng hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới (Bracket Supported RC Downward - BRD), từ đó đề xuất qui trình công nghệ thi công Kết quả nghiên cứu làm tiền đề cho các nghiên cứu qui mô hơn để có thể xem xét ứng dụng trong điều kiện xây dựng Việt Nam

Abstract: In the development of the construction industry in big cities in Vietnam nowadays,

many buildings have been designed and constructed with multiple basements One of the issues that addresses attention from scientists and practitioners the most is the selection of the construction method for constructing basements in order to maintain project’s requirements of safety, quality, time, and cost effectiveness Every building has its own features of soil profiles and water tables As a result, the selection of the construction method used in the construction of basements will vary This report will explore the construction method used in the construction of basements in the Lotte Center Hanoi project utilizing the Bracket Supported RC Downward technique The report will also propose a construction procedure for this technique The results obtained will be used as the basic for further studies to apply to the construction conditions of Vietnam

Mở đầu

Thời gian qua, trong xu thế hội nhập và toàn cầu hóa, kinh tế - xã hội của đất nước đã có những bước phát triển mạnh mẽ về mọi mặt, đặc biệt trong các lĩnh vực thương mại, đầu tư sản xuất và phục vụ dân sinh Sự phát triển trong lĩnh vực đầu tư xây dựng cơ bản cũng không nằm ngoài dòng chảy đó và tất yếu là nhu cầu về diện tích xây dựng cho mục đích ở, cho thuê, văn phòng, thương mại và dịch vụ ngày càng tăng cả về số lượng lẫn chất lượng Kinh nghiệm xây dựng của các quốc gia trên thế giới đã chứng tỏ rằng với việc gia tăng nhanh chóng của giá trị đất xây dựng thì phương án hiệu quả nhất dưới góc độ kinh tế của đầu tư là gia tăng số tầng cao và phát triển các tầng hầm xuống lòng đất

Một đặc trưng cơ bản của các công trình cao tầng ở các thành phố lớn của Việt Nam là thi công trong điều kiện chật hẹp, xung quanh đều có các công trình kiến trúc và hệ thống hạ tầng kỹ thuật đang sử dụng, gây khó khăn cho việc lựa chọn giải pháp thi công hố đào sâu khi thi công xây dựng tầng hầm các công trình này Ngoài những khó khăn về tổ chức thi công, vận chuyển đất, khi thi công hố đào phải giải quyết các vấn đề ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất biến dạng của đất nền xung quanh, có thể làm chuyển dịch và lún, gây hư hỏng cho công trình đang thi công và công trình lân cận [1]

Ngoài ra, mỗi công trình đều có những đặc điểm riêng về cấu tạo nền đất, mặt cắt địa chất, cao độ mực nước ngầm, đặc điểm vị trí nên việc lựa chọn biện pháp thi công cho phần hầm cũng rất đa dạng Vấn đề được các chủ đầu tư và nhà thầu quan tâm là lựa chọn phương pháp thi công tầng hầm đảm bảo an toàn, chất lượng, tiến độ và hiệu quả kinh tế

2

Theo các số liệu của nhiều nghiên cứu [1, 2, 6], phương pháp thi công tầng hầm từ trên xuống (TOPDOWN) sẽ giữ ổn định được hố đào trong suốt quá trình thi công, hạn chế được biến dạng và lún nứt đáng kể cho đất nền và công trình lân cận Trong phương pháp TOPDOWN xây dựng tầng hầm có nhiều giải pháp thi công ván khuôn và cột chống cho sàn bê tông cốt thép Sử dụng hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới BRD (Bracket Supported RC Downward) làm hệ chống đỡ ván khuôn là một phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội về độ an toàn, tiến độ và chất lượng, đặc biệt trong các công trình nhiều tầng hầm Phương pháp này đã được sử dụng để thi công 5 tầng hầm công trình Lotte Center Hanoi Đây là công nghệ mới, lần đầu tiên được sử dụng trong thực tế thi công ở Việt Nam Do đó, việc nghiên cứu số liệu thực tế, phân tích, tổng hợp để đề xuất qui trình công nghệ và chỉ dẫn kỹ thuật thi công ở mức độ cơ bản làm cơ sở áp dụng cho các công trình tương tự là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao

1 Khái quát cơ bản công nghệ BRD (Bracket Supported RC Downward) thi công sàn bê tông tầng hầm trong phương pháp TOPDOWN

1.1 Thi công tầng hầm theo phương pháp TOPDOWN

Theo phương pháp TOPDOWN, sàn các tầng hầm được thi công từ trên xuống Trình tự thi công của phương pháp này như sau: thi công cọc khoan nhồi và đặt cột chống tạm; thi công tường trong đất; thi công dầm sàn tầng hầm một (trên cùng); chờ bê tông sàn đạt cường độ, tháo ván khuôn và hệ cột chống; đào đất tầng hầm một; thi công dầm sàn tầng hầm hai Sau đó, các quá trình công tác được lặp lại đến tầng hầm cuối cùng Sau khi thi công xong dầm sàn tầng hầm thứ nhất, có thể tiến hành thi công song song các tầng hầm và các tầng nổi ở phía trên để đẩy nhanh tiến độ xây dựng [5, 8] Ngoài việc hạn chế ảnh hưởng gây nứt, biến dạng cho các công trình lân cận, phương pháp này có khả năng giảm bớt dịch chuyển của đất xung quanh hố đào bằng việc tạo ra hệ chống cấn đối cho tường chắn tại từng cao trình mỗi tầng sàn với độ cứng đàn hồi lớn Mặt khác không phải thi công hệ neo trong đất hoặc hệ chống đỡ trong lòng hố đào như trong phương pháp đào mở, thi công từ dưới lên [1]

Trong quá trình thi công, đất được đào bằng các máy đào kích thước nhỏ, vận chuyển lên bằng gầu thùng thông qua các lỗ mở Đối với các công trình lớn có nhiều tầng hầm, khối lượng đất đào lớn, ngoài các lỗ mở, người ta thường để một ô mở có kích thước lớn giữa sàn, đủ thuận lợi cho việc thi công đào đất, đưa đất lên, cũng như việc đưa vật liệu, thiết bị xuống để thi công tầng hầm

1.2 Thi công ván hệ ván khuôn cột chống dầm sàn tầng hầm

Thi công dầm sàn bê tông toàn khối của các tầng hầm, kể cả tầng hầm trên cùng, bao gồm các công tác sau: thi công ván khuôn, cột chống; thi công cốt thép; đổ bê tông dầm sàn Cần phải nhận thấy rằng, công tác thi công ván khuôn, cột chống có những vấn đề khó khăn, gây ảnh hưởng đến chất lượng, tiến độ và an toàn trong thi công, như sau:

- Cột chống được đặt trên nền đất, vì vậy cần phải có biện pháp chống lún cho hệ cột chống Thực tế thi công cho thấy do sự phức tạp về nền đất trong các khu đô thị và mực nước ngầm cao gây khó khăn và tốn kém cho công tác gia cố nền đất Trong nhiều trường hợp với nền đất yếu, phải áp dụng các phương phương pháp đóng cọc tre, đệm đá dăm, đá hộc Trong mọi trường hợp, nguy cơ mất ổn định hệ chống, ảnh hưởng đến chất lượng cấu kiện và an toàn thi công là rất cao

- Chỉ có thể đặt ván khuôn dầm sàn trực tiếp lên nền đất với điều kiện: nền đất tốt, khô ráo Trong trường hợp này việc gia cố nền và phương án thi công cũng phải được tính toán, thiết kế chặt chẽ, được phê duyệt theo qui định Nền đất phải được gia cố ổn định, đảm bảo độ cứng, không lún, phải được đầm chặt, đổ bê tông hoặc lát gạch Càng xuống các tầng hầm sâu hơn, biện pháp gia cố nền đất càng khó khăn hơn Trên thực tế rất ít công trình áp dụng được biện pháp này

- Công tác đào đất tầng hầm chỉ có thể bắt đầu sau khi bê tông dầm sàn đủ cường độ cho phép tháo hệ cột chống Thời gian chờ đợi bê tông đạt cường độ cộng với thời gian tháo dỡ, vận chuyển ván khuôn, cột chống làm chậm thời điểm bắt đầu thi công đào đất, ảnh hưởng đến tiến độ chung của công trình

Áp dụng công nghệ BRD (Bracket Supported RC Downward) dầm sàn bê tông cốt thép các tầng hầm công trình sẽ khắc phục được những vấn đề nêu trên, rút ngắn được tiến độ thi công, đảm bảo an toàn, chất lượng công trình và có khả năng áp dụng rộng rãi đối với mọi điều kiện nền đất

1.3 Khái quát cơ bản công nghệ BRD (Bracket Supported RC Downward)

Công nghệ BRD (Bracket Supported Reinforcement Concret Downward), được hiểu là “dầm đỡ di chuyển xuống dưới” thi công bê tông dầm sàn tầng hầm trong phương pháp thi công từ trên xuống (TOPDOWN) Bản chất của công nghệ này là sự thay thế hệ cột chống ván khuôn dầm sàn tầng hầm bằng hệ dầm đỡ liên kết qua các gối tựa trên các cột chống tạm Sau khi bê tông dầm đủ cường độ, hệ dầm đỡ sẽ được di chuyển

xuống dưới đến cao độ thiết kế để phục vụ cho việc đổ bê tông dầm sàn tầng hầm tiếp theo

Cột chống chống tạm bằng thép hình thiết diện chữ H thi công cùng với cọc khoan nhồi Số lượng và kích thước thiết diện cọc chống được tính toán đảm bảo ổn định của tầng hầm trong suốt quá trình thi công Kết thúc quá trình thi công cọc nhồi và tường vây, đất tầng hầm thứ nhất được đào đến cao độ thiết kế phù hợp cho việc lắp dựng hệ dầm đỡ Đầu tiên các bản mã đỡ toàn bộ tải trọng của bê tông dầm sàn, bản thân hệ dầm và các loại tải trọng khác, bao gồm tải trọng thi công được lắp dựng với cột chống tạm qua liên kết bulông Gối đỡ cấu tạo từ hai bộ phận: 2 chân gối đỡ tựa vào bản mã, liên kết vuông góc với 2 dầm gối đỡ bằng thép hình thiết diện chữ I Toàn bộ gối đỡ có thể trượt dịch chuyển theo thân cột tạm (hình 1)

Dầm đỡ BRD cấu tạo từ hai dầm thép hình thiết diện chữ I có gia cố bản bụng và liên kết cứng với nhau bởi các giằng ngang Hệ dầm đỡ tựa trên các gối đỡ thay thế hệ cột chống, chịu toàn bộ tải trọng dầm sàn bê tông tầng hầm và tải trọng thi công Trên hệ dầm đỡ lắp dựng xà gồ đỡ ván khuôn dầm Sau khi lắp dựng ván khuôn đáy và thành dầm, ván khuôn sàn sẽ liên kết với ván khuôn thành dầm và các gối tựa bổ sung chạy dọc ván thành dầm trên hệ xà gồ đã thi công (hình 2) Ván đáy dầm thường là ván gỗ ép, dễ tách rời khỏi bề mặt bê tông sau khi bê tông đóng rắn Tấm ván khuôn sàn là loại tấm chuyên dụng bằng hợp kim có gia cường cốt thép để tăng độ cứng Hệ tấm khuôn này sau khi chế tạo, lắp đặt phải đảm bảo ổn định, không biến dạng dưới tải trọng của sàn bê tông, bản thân và tải trọng thi công mà không cần hệ cột chống đỡ Sau khi bê tông đóng rắn, tấm sẽ liên kết với bê tông, làm việc cùng bê tông, không tháo dỡ ra

Hình 2 Cấu tạo dầm đỡ và ván khuôn dầm hệ BRD

Sau khi lắp dựng xong ván khuôn dầm sàn, cốt thép được thi công theo thiết kế Với mục đích làm tăng sự liên kết giữa cột chống tạm và bê tông dầm, các neo bằng đinh thép được hàn gia cố xung quanh cột ở vị trí tiếp xúc với dầm bê tông Công tác đổ bê tông được thực hiện bởi máy

Hình 1 Cấu tạo bản mã liên kết và gối đỡ của hệ BRD

4

bơm bê tông qua các lỗ mở thi công Để quá trình bơm bê tông được thuận lợi, người ta sử dụng phụ gia bơm và phụ gia hóa dẻo để tăng độ lưu động của vữa Hệ dầm sàn có thể ở dạng sàn bốn cạnh dầm hoặc sàn 2 cạnh dầm (hình 3)

Hình 3 Bê tông dầm sàn tầng hầm sau thi thi công bằng hệ BRD

Sau khi công tác đổ bê tông kết thúc, tiếp tục công tác đào đất dưới tầng hầm thứ nhất Cao độ đào đất thấp hơn cao độ sàn của tầng hầm thứ hai, đảm bảo việc thi công lắp đặt các bản mã liên kết, công tác hạ hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới và các công tác thi công khác sau đó được thuận lợi

Để phục vụ việc di chuyển hệ dầm đỡ xuống dưới, các tời xích được lắp đặt ở trong cột chống tạm và trên các hệ khung neo, dọc theo chiều dài của dầm đỡ, phía trên sàn tầng hầm đã thi công Số lượng tời xích xác định trên tổng tải trọng trong quá trình di chuyển hệ dầm đỡ và tải trọng nâng của một tời xích Sau khi bê tông dầm đạt cường độ thiết kế cho phép, hệ dầm đỡ (bao gồm cả xà gồ) sẽ tách khỏi ván đáy của dầm và di chuyển nhịp nhàng xuống dưới dọc theo thân cột chống tạm bởi các tời xích, đến cao độ các bản mã liên kết đã lắp dựng Các công tác tiếp theo lại được lặp lại theo qui trình tương tự để thi công bê tông dầm sàn tầng hầm thứ hai và tiếp tục đến sàn tầng hầm cuối cùng

2 Nghiên cứu thực tế thi công phần tầng hầm công trình Lotte Center Hanoi ứng dụng công nghệ BRD

2.1 Giới thiệu công trình

Công trình Lotte Center Hanoi do Công ty TNHH Coralis Việt Nam làm chủ đầu tư Tư vấn quản lý dự án: Công ty Lotte CM Tư vấn thiết kế (3 công ty): Doul International., LTD; Hankook Consulting structural Engineers., LTD và Saegil E&C Co., LTD Hanil Mech Elec, Consultants Tư vấn giám sát: Viện KHCN xây dựng (IBST) Qui mô công trình:

Công tác đào đất tầng hầm chia làm 6 giai đoạn, phối hợp chặt chẽ với quá trình thi công bê tông dầm sàn và chu trình di chuyển hệ dầm đỡ xuống dưới Đất được vận chuyển lên bằng gầu – cần trục qua 4 lỗ mở và một khoảng mở lớn ở trung tâm công trình Tổng khối lượng đất đào đạt khoảng 270.000m3

Đợt đầu tiên, đào đất tầng hầm đến cốt -2,000mm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển vật liệu, máy, thiết bị thi công và lắp dựng dầm đỡ (hình 5) Các đợt tiếp theo chiều sâu đào đất tương đương chiều cao tầng hầm tương ứng Cốt đào sâu nhất ở khu vực đài móng trung tâm là -21,900mm

2.2.2 Công tác lắp dựng hệ dầm đỡ

Trước khi lắp dựng hệ dầm đỡ, tất cả các công tác chuẩn bị về mặt bằng, máy thiết bị, hệ thống kỹ thuật phục vụ thi công phải được hoàn tất Thứ tự và qui trình lắp dựng tuân thủ theo bản vẽ phương án thi công được thông qua

Đầu tiên các bản mã thép dầy 21mm được lắp dựng vào các cột chống tạm bằng liên kết bu long kết hợp hàn Gối đỡ và dầm đỡ chế tạo từ thép hình thiết diện chữ I, nhập khẩu từ Hàn Quốc Kích thước thiết diện gối đỡ: 400x200x9x14mm và 600x200x11x17mm; dầm đỡ: 600x200x11x17mm Dầm đỡ ngang, dọc đều được lắp ghép lên gối tựa Việc đào đất thấp hơn cốt sàn khoảng 2m tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển cấu kiện đến vị trí lắp ghép và cẩu lắp cấu kiện vào vị trí lắp ghép trực tiếp từ xe vận chuyển (hình 6, 7) Hệ dầm đỡ liên kết với tường vây ở những vị trí được xác định trước theo thiết kế bằng bu lông qua một bản mã hàn với bản thép được cấu tạo và đặt sẵn khi thi công tường

Hình 6 Lắp dựng gối tựa lên bản mã liên kết Hình 7 Lắp dựng hệ dầm đỡ lên gối tựa

2.2.3 Công tác lắp dựng ván khuôn dầm sàn

Xà gồ đỡ ván khuôn dầm dạng hộp từ hợp kim nhôm, kich thước thiết diện 150x150mm, bước xà gồ 200mm Ván khuôn dầm sử dụng ván gỗ ép, ván thành được gia cường khung thép đảm bảo ổn định trong quá trình đổ và đóng rắn bê tông (hình 8)

Ván sàn là tấm NT Deck bằng tôn mạ phẳng chiều rộng 600mm, chiều dài theo nhịp sàn (6÷8m), được tăng cứng bằng khung sườn cốt thép chạy dọc theo chiều dài tấm tôn Ván sàn được kê, liên kết lên ván thành và các gối tựa bổ sung chạy trên hệ xà gồ và song song với thành dầm Độ cứng của tấm ván sàn phải được tính toán đảm bảo chịu được tải trọng của sàn bê tông, tải trọng

Hình 5 Đào đất thi công sàn tầng hầm thứ nhất

6

bản thân và các tải trọng khác trong quá trình lắp dựng và đổ bê tông đến khi bê tông phát triển đủ cường độ chịu lực (hình 9)

Hình 8 Lắp đặt ván khuôn dầm Hình 9 Lắp đặt tấm khuôn sàn (tấm NT Deck)

Sau khi lắp dựng xong hệ ván khuôn dầm sàn, công tác lắp đặt cốt thép, đổ bê tông và bảo dưỡng bê tông thực hiện theo đúng thiết kế và qui trình kỹ thuật Bê tông sử dụng cho dầm sàn là bê tông có cấp độ bền 30MPa, sử dụng phụ gia hóa dẻo và phụ gia đóng rắn nhanh, độ lưu động (hay độ xòe côn) là 400÷600mm Sau 07 ngày, theo kiểm tra thực tế thi công, cường độ bê tông dầm sàn đạt 95% cường độ thiết kế, công tác hạ hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới được tiến hành

2.2.4 Công tác hạ hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới

Sau khi đổ bê tông dầm sàn, tiếp tục công tác đào đất tầng hầm thứ nhất và thứ hai, dưới tấm sàn vừa đổ bê tông xong Cao độ đào đất đến dưới cốt sàn tầng hầm thứ hai khoảng 2m, đảm bảo không gian thuận lợi cho việc thi công hạ hệ dầm đỡ Sau đó lắp dựng các bản mã liên kết cho gối đỡ theo đúng vị trí và cao độ thiết kế

Hình 10 Tời xích treo hệ dầm đỡ tại vị trí cột chống tạm

Hình 11 Hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới đến vị trí bản mã đỡ chờ sẵn

Mỗi một dầm giữa hai cột chống tạm được hạ xuống bởi 2 tời xích tải trọng 10 tấn, được lắp đặt trong cột (hình 10) và ở đầu dầm, gần vị trí liên kết với tường vây Đối với các dầm đỡ có nhịp lớn, bổ sung thêm một tời xích treo buộc với dầm qua lỗ đặt sẵn ở khoảng giữa dầm Tời xích được

lắp đặt trên khung giá liên kết với sàn bê tông Tời xích ở cột chống tạm treo buộc với hệ dầm đỡ tại gối đỡ, tời xích đặt trên sàn bê tông theo buộc tại vị trí bản trên của dầm

Sau khi treo buộc hệ dầm với tời xích, kiểm tra độ ổn định, chắc chắn, an toàn của toàn bộ hệ thống, các bản mã liên kết bị cắt bỏ, các gối đỡ được giải phóng, các tời xích hạ dần, nhịp nhàng từng hệ dầm đỡ, bao gồm gối đỡ, dầm đỡ, xà gồ đỡ ván khuôn dầm xuống vị trí của bản mã mới, có thể hạ cùng lúc hệ dầm đỡ của một ô sàn Chu trình được tiến hành đến khi toàn bộ hệ dầm đỡ bê tông dầm sàn của tầng hầm thứ nhất được di chuyển xuống dưới và lắp đặt tại vị trí thi công mới, cứ như vậy đến khi thi công đến sàn tầng hầm cuối cùng - tầng hầm thứ 5 (hình 11)

Trên thực tế, tiến độ thi công bê tông dầm sàn tầng hầm thứ nhất (không tính công tác đào đất) là 42 ngày, các tầng hầm còn lại là 32 ngày

3 Qui trình công nhệ và chỉ dẫn thi công bê tông dầm sàn tầng hầm theo phương pháp BRD

Trên kết quả nghiên cứu tài liệu và số liệu thực tế thi công, qui trình công nghệ cơ bản thi công tầng hầm công trình theo phương pháp BRD (Bracket Supported RC Downward) được tổng hợp và đề xuất ở dạng sơ đồ khối ở hình 12 Chỉ dẫn biện pháp, kỹ thuật thi công thể hiện ở nội dung bảng 1

Hình 12 Qui trình công nghệ thi công tầng hầm theo phương pháp BRD Bảng 1 Chỉ dẫn biện pháp, kỹ thuật thi công tầng hầm theo phương pháp BRD

Stt Công tác Nội dung Chỉ dẫn biện pháp, kỹ thuật thi công vào cọc nhồi trong quá trình đổ bê tông cọc

- Phê duyệt phương án thi công

- Công tác thi công cọc nhồi thực hiện theo TCVN 326:2004 Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu [3] và các tiêu chuẩn khác phù hợp

- Thi công cột chống tạm đảm bảo tim cốt, cao độ và chiều sâu ngàm vào cọc nhồi

- Phê duyệt phương án thi công

- Công tác thi công tường vây thực hiện theo chỉ dẫn kỹ thuật thi công [7] và các tiêu chuẩn khác phù hợp

- Các chi tiết, bản mã đảm bảo đúng vị trí, cao độ và cấu tạo theo thiết kế

- Cao độ đào từng đợt theo PA thi công, đảm bảo thuận lợi cho công tác thi công hạ hệ dầm đỡ và an toàn cho tường vây

- Đào đất bằng máy đào loại nhỏ, vận chuyển đất bằng gầu nâng và các thiết bị v/c khác phù hợp - Phải có biện pháp thoát nước hố đào và gia cố nền

đất nếu cần thiết (rãnh thu + bơm, hạ mực nước

- Xác nhận xuất xứ, chủng loại vật liệu, phương thức chế tạo, kế hoạch và biện pháp vận chuyển - Phê duyệt phương án thi công

- Lắp đặt bản mã vào cột chống tạm (liên kết bu lông, hàn) và hàn bản mã vào chi tiết trong tường vây đúng cao độ thiết kế

- Kiểm tra cao độ, độ nghiêng, mối hàn bản mã - Lắp đặt gối, dầm đỡ bằng cần trục Dầm đỡ liên

kết với bản mã tường vây bằng bu lông

- Kiểm tra chất lượng liên kết, cao độ, độ nghiêng

- Phê duyệt phương án thi công

- Thi công lắp dựng ván khuôn dầm theo TCVN 4453:1995 Kết cấu BT và BTCT toàn khối Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu [4] và các tiêu

- Xác nhận bản vẽ kết cấu và cấu tạo ván sàn - Xác nhận xuất xứ, chủng loại vật liệu, nghiệm gối đỡ (liên kết khoan ốc vít)

- Thi công ván khuôn sàn theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất tấm sàn và các tiêu chuẩn khác phù hợp - Kiểm tra chất lượng, cao độ, độ ổn định ván

khuôn sàn

trí liên kết với dầm sàn bê tông theo thiết kế - Thi công cốt thép theo [4] và các tiêu chuẩn khác 5- Bảo dưỡng bê tông 6- Kiểm tra, nghiệm

thu

- Phê duyệt phương án thi công - Hoàn thành công tác chuẩn bị

- Vữa bê tông chế tạo theo thiết kế cấp phối - V/c vữa bằng cần trục, máy bơm bê tông

- Thi công đổ bê tông theo [4] và các tiêu chuẩn khác phù hợp

- Bão dưỡng bê tông đúng qui trình kỹ thuật - Thực hiện công tác kiểm tra chất lượng trong suốt

quá trình đổ bê tông

- Hàn chi tiết ở cột chống tạm, thi công giá chống trên sàn để treo tời xích

- Lắp đặt tời xích vào vị trí

- Treo buộc hệ dầm đỡ vào tời xích đúng vị trí - Kiểm tra chất lượng tời xích, an toàn treo buộc

- Kiểm tra chất lượng bản mã đỡ tại vị trí mới - Kiểm tra các vị trí neo buộc, độ an toàn của toàn

bộ hệ thống, mặt bằng thi công

- Kiểm tra, xác nhận cường độ bê tông cho phép di chuyển hệ dầm đỡ theo thiết kế

- Kiểm tra sự sẵn sàng làm việc của các tời xích - Chỉ huy việc hạ hệ dầm đỡ bằng hiệu lệnh thống

nhất

- Việc hạ dầm đỡ đảm bảo nhịp nhàng, chậm, đều - Kiểm tra độ ổn định, cân bằng của hệ dầm đỡ sau

khi hạ xuống bản mã ở vị trí mới

Kết luận, kiến nghị

Công nghệ hệ dầm đỡ di chuyển xuống dưới BRD (Bracket Supported RC Downward) thi công bê tông cốt thép dầm sàn tầng hầm trong phương pháp TOPDOWN là một công nghệ mới, ưu điểm nổi trội của nó thể hiện ở những điểm sau: an toàn cho tường vây và các công trình lân cận vì giảm được sự chuyển vị; an toàn cho công trình và người thi công vì sự chắc chắn của hệ dầm đỡ so với hệ ván khuôn cột chống truyền thống; đẩy nhanh được tiến độ thi công do chủ động trong công tác đào đất, không phải chờ đợi tháo cột chống; đảm bảo chất lượng cấu kiện thi công (chất lượng bê tông, độ thẳng, phẳng của dầm sàn…)

Tuy nhiên, công nghệ BRD chỉ hiệu quả khi áp dụng đối với công trình có nhiều tầng hầm (3 tầng trở lên) Biện pháp thi công đòi hỏi phải tính toán thiết kế chi tiết Trong quá trình thi công phải thực hiện công tác kiểm tra, kiểm soát liên tục về độ an toàn, ổn định của toàn hệ thống, độ ngiêng của bản mã, gối đỡ, dầm đỡ, chất lượng các mối liên kết Chỉ một sai sót nhỏ có thể dẫn đến mất an toàn nghiêm trọng cho công trình và người thi công

10

Ngoài ra, giá thành của phương pháp còn cao do cấu kiện gối, dầm, tấm khuôn sàn chưa sản xuất được trong nước, phải nhập khẩu Công nghệ mới nên kinh nghiệm thi công, quản lý chưa có, do đó còn phải phụ thuộc vào nhà thầu nước ngoài

Để có thể làm chủ và ứng dụng hiệu quả công nghệ BRD vào thi công tầng hầm các công trình ở Việt Nam, các viện, trường, cơ sở nghiên cứu cần đầu tư nghiên cứu công nghệ ở mức độ qui mô hơn, đặc biệt là các phương pháp tính toán, thiết kế thi công Có thể hợp tác với các đơn vị nước ngoài có kinh nghiệm về thi công BRD để nghiên cứu và chuyển giao công nghệ thi công Các đơn vị sản xuất cấu kiện xây dựng cần nghiên cứu chế tạo hệ dầm đỡ và tấm ván khuôn sàn không tháo dỡ tại Việt Nam, tiết kiệm được chi phí so với nhập khẩu và chủ động về thời gian thi công Vấn đề sử dụng công nghệ BRD thi công tầng hầm phải được xem xét ngay trong giai đoạn lập dự án và thiết kế kỹ thuật của công trình

Tài liệu tham khảo

1 Đỗ Đình Đức, Lê Kiều (2004), Kỹ thuật thi công Nxb Xây dựng, Hà Nội

2 Đỗ Đình Đức (2002), Thi công hố đào cho tầng hầm nhà cao tầng trong đô thị Việt Nam Luận

án tiến sỹ kỹ thuật, Hà Nội

3 TCVN 326:2004 Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu Nxb Xây dựng, Hà

Nội

4 TCVN 4453:1995 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối Tiêu chuẩn thi công và

nghiệm thu Nxb Xây dựng, Hà Nội

5 Trịnh Quốc Thắng (2005), Khoa học công nghệ và tổ chức xây dựng Nxb Xây dựng, Hà Nội 6 Nguyễn Khắc Tuấn (1994), Tổng kết công nghệ thi công phần ngầm các công trình nhà cao

tầng tại Tp Hồ Chí Minh Đề tài khoa học công nghệ, Hà Nội

7 Nguyễn Văn Quảng (2003), Chỉ dẫn thiết kế và thi công cọc barét, tường trong đất và neo

trong đất Nxb Xây dựng, Hà Nội

8 Кочерженко В.В (2009), Технология возведения подземных сооружений Издательство

АСВ, Москва