Công tác quan trắc và việc chủ độn đề phòn sự cố trong thi công hố đào cho phần ngầm các công trình xâydựng

CÔNG TÁC QUAN TRẮC VÀ VIỆC CHỦ ĐỘNG ĐỀ PHÒNG SỰ CỐ TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO CHO PHẦN NGẦM CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TS.. Làm thế nào để tăng tính hiệu quả và khả thi của công tác quan trắc

CÔNG TÁC QUAN TRẮC VÀ VIỆC CHỦ ĐỘNG

ĐỀ PHÒNG SỰ CỐ TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO

CHO PHẦN NGẦM CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

TS PHẠM ĐỨC TOÀN,

Bộ môn Công nghệ và Quản lý XD Đại Học xây dựng

Tham luận này chủ yếu đề cập đến các nội dung sau:

1 Các biện pháp chủ yếu bảo đảm an toàn năng suất và chất lượng thi công hố đào

2 Công tác quan trắc trong thi công hố đào đất tầng hầm, các phương pháp cơ bản được sử dụng

3 Sự cần thiết phải tiến hành các công tác này

4 Làm thế nào để tăng tính hiệu quả và khả thi của công tác quan trắc

Phần ngầm trong tham luận này chủ yếu đề cập đến việc thi công hố đào phần tầng hầm của các công trình xây dựng đang khá phổ biến hiện nay

I CÁC BIỆN PHÁP CHỦ YẾU BẢO ĐẢM AN TOÀN, NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG THI CÔNG HỐ ĐÀO

Lý do cơ bản khiến các tầng hầm được chủ đầu tư lựa chọn chủ yếu là để tăng thêm không gian khai thác và sử dụng qua đó nâng cao hiệu quả sử dụng đất cũng như hiệu quả đầu tư, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi đất đai tại các đô thị lớn của chúng ta đặc biệt là thành phố Hồ Chí Minh và Hà nội hiện nay đang rất cao Đôi khi do nền đất yếu giải pháp tầng hầm cũng có thể được đề cập để giảm tải trọng tác dụng lên nền đất dưới công trình, nếu như xét thấy chúng có hiệu quả hơn các giải pháp móng khác khác

Khi thi công tầng hầm ta thường phải làm các hố đào sâu, công nghệ và kỹ thuật của nó phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều so với việc thi công hố đào nông, chi phí kéo theo vì thế cũng khá cao so với việc thi công các hố đào thông thường Đặc biệt khi hầu hết các công trình này lại phải thi công ở các nơi chật hẹp, xung quanh có nhiều công trình đã xây dựng, đường xá tiếp cận hạn chế, nền đất yếu, mực nước ngầm cao, đôi khi lại gặp phải sự cản trở của các công trình ngầm khác như điện, nước v.v…

Điều cơ bản trong việc bảo đảm chât lượng cũng như an toàn trong thi công các hố đào sâu (H>4,5m) [1] là:

 Thành hố phải được văng chống (bảo vệ) vững chắc đủ để chống lại các áp lực ngang, khống chế được chuyển vị

 Mực nước ngầm phải được kiểm soát

Biện pháp bảo vệ thành hố đào thường dùng là tạo ra các tường chắn trước khi đào đất, các tường chắn này có thể được thực hiện độc lập hoặc phối hợp bởi các phương pháp thông dụng sau:

 Tường cừ có thể bằng bê tông đúc sẵn, nhưng phổ biến hiện nay vẫn là cừ thép do tính kinh tế và tiện dụng của nó

 Tường bê tông đổ tại chỗ (barette hoặc diaphragm wall)

 Tường vây làm bằng cọc khoan nhồi kế tiếp nhau (secant piles)

Tăng cường khả năng chịu lực cho tường chắn, hệ thống văng chống hoặc neo thường được thi công đồng thời Việc thi công các hệ thống này có liên quan chặt chẽ tới việc thi công phần bê tông cũng như lắp đặt thiết thiết bị của tầng hầm Các tường chắn này không chỉ có tác dụng là bảo vệ thành hố đào khỏi sạt lở mà còn có tác dụng ngăn nước xung quanh chảy vào hố đào Tuy nhiên ở những nơi có mực nước ngầm cao hơn đáy hố đào, lưu lượng đáng kể người ta còn phải tiến hành công tác hạ mực nước ngầm cho hố đào, đồng thời với việc hạ mực nước ngầm thấp hơn đáy hố đào thì việc tiêu thoát nước mưa cũng như nước rò rỉ qua tường chắn cung được thực hiện thông qua hệ thống rãnh thu nước và hút nước được bố trí hợp lý ở đáy hố

Có rất nhiều phương pháp để hạ mực nước ngầm tuy nhiên cho hố đào sâu của tầng hầm các công trình xây chen người ta thường sử dụng các giếng bơm sâu hoặc hệ thống ống kim lọc Hệ thống ống kim lọc do hoạt đông theo nguyên lý hút chân không nên chiều sâu mực nước ngầm phải hạ khi vượt qúa 6m hiệu suất sẽ rất kém Để giải quyết người ta phải tiến hành hạ theo kiểu bậc thang, điều này là không khả thi với các công trình trong đô thị, vì thế mà người ta hay sử dụng các giếng bơm sâu

II CÁC CÔNG TÁC QUAN TRẮC CẦN TIẾN HÀNH KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO TẦNG HẦM

Chúng ta thấy ở các công trình do nước ngoài thiết kế việc quan trắc công trình nói chung và phần ngầm nói riêng thường được chú trọng khá nhiều

Các thiết bị quan trắc sau thường được sử dụng khi thi công phần ngầm Việc quan trắc tất nhiên là phải được tiến hành thường xuyên, liên tục và chính xác:

1 Inclinometer: Thiết bị này được sử dụng để quan trắc chuyển vị ngang của đất tại

các địa điểm đặc trưng hoăc nhậy cảm xung quanh hố đào, nhiều khi còn được đặt trong thân vách để đo chuyển vị ngang của các vách đó Việc quan trắc ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào tới các công trình lân cận cũng được thực hiên thông

qua việc xác định chuyển vị của nền đất cạnh các công trình này

2 Thiết bị quan trắc mực nước ngầm: Thiết bị này được sử dụng để theo rõi sự thay đổi về cao độ của mực nước ngầm

3 Piezometer: Với thiết bị này thông qua việc xác định áp lực nứơc lỗ rỗng cho phép

ta kiểm soát được sự quá áp (over-presure) trong nền đất thịt và đất sét, ngoài ra cho phép ta xác định cá thông số liên quan đến hệ nước ngầm như mực nước, áp lực, độ thấm, gradien thuỷ lực quanh hố đào

4 Mốc đo lún: Hệ thống này ở các cấp khác nhau, không nhũng chỉ để xác định lún

cho công trình đang thi công mà còn dùng để xác định lún của nền đất và các công trình khác xung quanh hố đào

5 Tiltmeter: Thiết bị này được gắn vào vào các vị trí nhất định của các kết cấu có

khả năng bị nghiêng thể theo dõi sự phát triển của nó theo thời gian

6 Thiết bị theo rõi sự phát triển của vết nứt: Chúng ta thường quen với các

phương pháp dân gian nhiều hơn để theo rõi các vết nứt, nhưng để theo rõi một cách liên tục có hệ thông và mức độ chính xác cao thì việc gắn thiết bị này vào các vết nứt để theo dõi sự phát triển của chúng theo thời gian là thực sự cần thiết

III SỰ CẦN THIẾT PHẢI TIẾN HÀNH CÁC CÔNG TÁC QUAN TRẮC TRÊN

1 Do bản chất đặc thù của ngành địa kỹ thuật: Trong ngành địa chât công trình

mọi thứ chỉ là tương đối, các công thức tính toán, các mô hình các kết quả khảo sát, thí nghiệm không thể nào phản ánh chính xác các đăc tính cơ lý cũng như bản chất của nền đất trong trạng thái nguyên thổ và vẫn luôn biến đổi của chúng Chính

người được gọi là ông tổ của ngành cơ đất Terzaghi cũng đã đề cập đến vấn đề

này khi ông nêu sự cần thiết phải đặt các thiết bị đo ứng suất, biến dạng ở các công trình tunel để đối chiếu với kết quả tính toán [2]

2 Cho phép dự báo trước các sự cố: Trong công tác quản lý chất lượng cũng như an

toàn, người ta lấy tiêu chí phòng ngừa làm đầu, phòng ngừa sẽ giúp ta tránh khỏi các sự cố đáng tiếc, chi phí chi cho khắc phục bắt kỳ sự cố nào nếu để nó xẩy ra thường lớn hơn rất nhiều so với các chi phí dành cho việc lập và trang bị các công cụ thiết bị và hệ thống dự phòng Trong xây dựng đặc biệt là việc thi công phần ngầm nói chung và phần ngầm các công trình cao tầng nói riêng điều đó lại càng đặc biệt có ý nghia, vì sự cố luôn rình rập ta khi thi công phần ngầm do mọi thứ đều nằm sâu dưới lòng đất và chịu các tác động cơ lý, hoá tương hỗ và vận động của vỏ trái đất khó lường Để khắc phục một sự cố liên quan đến phàn ngầm của các công trình này dù ở giai đoạn thi công hay khai thác sử dụng là điều không hề đơn giản, rất tốn kém, nhiều khi là không thể khắc phục đươc Việc chọn đúng phương pháp quan trắc, thiết bị cũng như láp đặt và vân hành theo dõi chính xác sẽ cho ta các thông số cần thiết để đánh giá thực trạng và dự báo được xu thế giúp ta có khả năng lường được trước các tình huống bất lợi có thể xảy ra để qua nó kịp thời tìm các biên pháp khắc phục trước khi sự cố xảy ra

3 Hiệu quả lâu dài toàn diên về các mặt về kinh tế, xã hội: Một trong những lý do

khiến cho các kỹ thuật trên chưa được áp dụng phổ biến tại các công trình có vốn đầu tư trong nước có lẽ là do quan niệm về sự tốn kém không cần thiết của nó Ở đây ta lại trở lại vấn đề đã đề cập ở mục trước Tính hiệu quả ở đây phải được nhìn nhận một cách tổng thể và toàn diên Một khi ta đã nhận thức được sự cần thiết thì

ta phải đầu tư, vấn đề là đầu tư như thế nào? Bao nhiêu? để việc đầu tư đó có hiệu quả và mang lại ý nghĩa thiết thực Chúng ta không nên ngại dành ra một chút vốn đầu tư cho công tác dự phòng để loại bỏ các sự cố nếu khi xẩy ra các chi phí cho việc khắc phục chúng lớn hơn chi phí cho biện pháp dự phòng gấp hàng ngàn hàng

vạn lần thậm trí còn nhiều hơn nữa Vì xắc xuất xảy ra sự cố với các công trình do kém hiểu biết về quản lý, kỹ thuật, an toàn và thiếu biện pháp phòng ngừa chỉ là 1/10-100 Chưa kể một tai nạn ngoài thiệt hai về vật chất còn kéo theo thiệt hại về con người, ảnh hưởng tới cuộc sống về vật chất và tinh thần của những người liên quan và đồng nghiệp, mất đi nguồn lực, ảnh hưởng tới uy tín doanh nghiệp châm khai thác sử dung công trình và tác động tiêu cực tới dư luận xã hội.v.v… Các hệ luỵ kéo theo đó khó có thể tính bằng tiền

4 An toàn cho công trường an toàn cho các công trình lân cận, và an toàn cho môi trường môi trường nói chung: Đồng hành với sự cố là tai nạn Tai nạn cho

công nhân, cán bộ công trường tai nạn cho công đồng xung quanh ảnh hưởng tới môi trường Loại trừ sự cố cũng là nhằm mục đích này

5 Sự cố còn làm kéo dài thời gian: Do phải bỏ thời gian ra để khắc phục mà thời

gian và thời cơ trong kinh doanh còn quí hơn vàng

6 Những bài học và kinh nghiệm rút ra từ sự có thường là rất tốn kém đau lòng:

Vì vây tốt hơn hết, với bất kỳ một công nghệ nào cũng đòi hỏi một sự hiểu biêt toàn diện và có hệ thông trước khi thực hiện Việc kiến nghị đưa công tác quan trắc vao trong thi công phần ngầm cũng nhằm đạt mục đích đó

IV LÀM THẾ NÀO ĐỂ TĂNG TÍNH HIỆU QUẢ VÀ KHẢ THI CỦA CÔNG TÁC QUAN TRẮC

1 Công tác khảo sát địa chất công trình: Đây là khâu đầu tiên đồng thời cũng là

một trong những khâu quan trọng vì nó là cơ sở để đễ suất các phương án liên quan đến giải pháp kết cấu công trình đặc biệt là phần móng cũng như giải pháp thi công phần ngầm Vì vậy công tác khảo sát hỏi phải tuân thủ các qui định của luật xây dựng:

 Công tác khảo sát trước khi tiến hành phải có kế hoạch và phải có khảo sát hiện trường, số lượng các hố khoan, vị trí độ sâu, loại mẫu số lượng mẫu cũng như các thí nghiệm cần thiết phải tiến hành tại hiện trường cũng như trong phòng thí nghiệm sâo cho chúng mang tính đặc trưng, tin cậy, phù hợp với từng lọai cấu tạo địa chất khác nhau cũng như phù hợp với loại công trình mà vẫn bảo đảm tính kinh tế

 Đơn vị làm công tác khảo sát phải có trách nhiệm liên tục và đến cùng với kết quả khảo sát của mình trong vòng đời dự án Phải nêu được trong báo cáo của mình các kiến nghị và các lưu ý cần thiết cho công tác thiết kế cung như thi công

2 Công tác thiết kế: Các kỹ sư kết cấu ngoài việc am hiểu kỹ chuyên môn của mình

phải có kiến thức nhất định khác về các lĩnh có liên quan như thi công, kiến trúc, điều kiện và yếu tố địa phương ,địa điểm và đặc biệt là kiến thức về cơ đất nền móng Ở các công trình quan trọng đòi hỏi phải có sự làm việc, trao đổi và hợp tác giữa các bộ phận này sao cho đề xuất được các phương án khả thi nhất và từ đó chọn ra giải pháp tốt nhất thoả mãn các tiêu chí đã đề ra

3 Công tác thi công đối với nhà thầu: Kỹ thuật thi công phần ngầm có lẽ được đưa

vào ta do các nhà đầu tư nước ngoài và lúc đầu cũng do các hãng thầu nước ngoài thi công Có măt tai Việt Nam thực hiện công việc này sớm nhất có thể kể đến: Bachy Soletanche (Pháp); Rodio (Italy); Kimsun (Thái Lan) Sau đó các nhà thầu của ta mới lần lượt nắm bát công nghệ và bắt tay vào cuộc Họ đi trước các nhà kỹ thuật và mối quan tâm của họ chủ yếu là lợi nhuận cộng chút lòng tự hào của người tiên phong Vì lý do đó, các biện pháp bảo đảm kỹ thuật thường bị đặt xuống khá xa yếu tố lợi nhuận Sự hiểu biết cặn kẽ có hệ thống và bài bản thiếu, ở một số công trình còn mầy mò Sự thiếu đồng bộ xuất hiện ở mọi khâu từ quản lý, nhân sự, qui trình qui phạm, tiêu chuẩn và thiết bị nên sự cố xảy ra liên tục, châm trễ gần như đương nhiên và chất lượng cũng là vấn đề phải xem lại do các công đoạn bị bỏ qua hoặc làm chưa nghiêm túc Để khắc phục tình trạng này ngoài kinh nghiệm mà họ có, nhà thầu cần được trang bị các kiến thức cần thiết và đặc biệt là giác ngộ được ý thức của họ đối với công tác tôn trong qui trình, bảo đảm chất lượng nói chung và biện pháp đề phòng sự cố nói riêng Vì làm tốt công tác này, họ sẽ là người đầu tiên được hưởng lợi do thi công sẽ có năng suất, chất lượng và hiệu quả cao hơn, uy tín của họ sẽ tăng hơn, vì thế mà các hợp đồng sẽ đến với họ dễ ràng hơn

4 Các nhà kỹ thuật: Các nhà kỹ thuật của chúng ta đi sau các nhà thầu trong lĩnh

vực này, điều này có thể làm động chạm đến lòng tự ái của ai đó nhưng theo tôi đó là thực tế, vì các bài thầu quốc tế đầu tiên, nhà thầu Việt Nam tham gia và trên các công trình quốc tế đầu tiên, nhà thầu Viêt Nam trúng thầu, ít thấy xuất hiện chứ đừng nói sự tham gia của các nhà kỹ thuật Khoảng cách này cũng chưa được cải thiện bao nhiêu, do các nhà kỹ thuật ít bám công trường (trừ số ít người làm công tác nén tĩnh hoặc các loại thí nghiệm cọc khác tại hiện trường như PIT, SONIC, PDT…) Điều này dẫn đến tình trạng là các báo cáo khoa học, các luận văn trên đại học sau khi báo cáo hoặc bảo vệ xong ít được các nhà thầu để ý đến, kéo theo là vai trò tiên phong của các nhà kỹ thuật bị lu mờ, vì để làm cố vấn trong lĩnh vực này ngoài lý thuyết rất cần phải có kinh nghiêm thực tê Tìm đựơc sự kết hợp giữa sản xuất và nghiên cứu hợp lý ở cả hai phía đòi hỏi phải có sự nỗ lực nhiều mặt Các nhà kỹ thuật cũng cần đi đầu trong việc tiếp cận một cách có hệ thống các công nghệ tiên tiến để lựa chọn ra các biện pháp tốt nhất phù hợp với thực tế Viêt Nam Đăc biệt tới đây, nếu việc thi công hệ thông tầu điện ngầm được tiến hành thì rất nhiều các công nghệ mới, các phương pháp và thiết bị quan trắc khác sẽ được áp dụng

5 Xu thế đầu tư nhiều về hàm lượng công nghệ của các thiết bị quan trắc: Xu thế

này khiến việc lựa chọn, sử dụng thiết bị trở nên khó khăn hơn nhiều so với 25-30 năm trước đây Với cùng một chức năng có rất nhiều loại thiết bị khác nhau do nhiều hãng khác nhau chế tạo và công nghệ quảng cáo lại càng làm ta khó lựa chọn hơn Chúng ta cần phải có nhiều hơn nữa các đơn vị chuyên môn đầu tư, tham gia sâu rộng vào lĩnh vực này và họ cũng cần hợp tác trao đổi kinh nghiệm chặt chẽ với nhau

6 Thiếu sự hợp tác: Để hoàn thành tốt một công trình xây dựng, sự hợp tác của các

chủ thể liên quan đến công trình này là không thể thiếu Điều này ai cũng hiểu

song việc thực hiện vì rất nhiều lý do diễn ra không được như mong đợi Cụ thể

trong lĩnh vực quan trắc chúng ta cần tạo ra mối liên hệ và hợp tác về chuyên môn giữa đơn vị khảo sát, nhà tư vấn nhà thiết kế, các chủ nhiệm dự án, nhà thầu thi công, đơn vị làm quan trắc sao cho sự hiểu biết và sự hỗ trợ lẫn nhau giữa các đơn

vị này được phát huy tối đa Sự đồng thuận của chính quyền và người dân địa phương cũng cần được lưu ý

7 Các chương trình đào tạo: Sơ bộ nhìn vào giáo trình của các trường xây dựng, ta

thấy nội dung liên quan đến thi công phần ngầm khá khiêm tốn, công tác quan trắc lại càng ít hơn, không biết nó phụ thuộc chuyên ngành nào quản lý: Trắc địa? Thuỷ văn? Địa kỹ thuât? Thi công? Thí nghiệm công trình? Tất nhiên ta không thể đưa tất cả các nội dung thực tế vào giáo trình, song chí ít ở các môn tự chọn, nội dung này cũng cần được đề cập và xây dựng thông qua sự dóng góp của tất cả các bộ môn liên quan cũng như sự đóng góp của các nhà thầu có uy tín Tương tự ở các khoá đào tạo ngắn hạn cấp tín chỉ “Tư vấn giám sát” công tác quan trắc cũng ít được đề cập, trong khi thực tế là phần ngầm không thể thiếu được trong việc thi công bất kỳ công trình xây dựng nào, nó là nền móng quyêt định lớn đến độ ổn định, độ bền và an toàn cho toàn bộ công trình

8 Sự tham gia của cơ quan quản lý: Phần này xin được viết thay cho kết luận

 Việc quan trắc là rất cần thiết và đầu tư vào nó sẽ mang lại hiệu quả lâu dài thiết thực

 Việc quan trắc sẽ giúp chủ động phòng tránh thay vì phải khắc phục sự cố

 Để việc quan trắc có hiệu quả cần có sự hiểu biết lựa chọn và vận hành đúng các thiết bị, có sự phối hợp chặt chẽ gữa các bộ phận và nhận thức đúng tầm quan trọng cũng như sự cần thiết của công tác này Các nhà kỹ thuật cần phải là đội quân tiên phong và phải khẳng định được vị trí của mình

 Các thiết bị đo biến dạng, ứng suất… cũng cần được nghiên cứu để đặt tại công trình sau khi đã xây dựng xong

 Quyết định của các cơ quan quản lý thường đòi hỏi phải có thời gian và các báo cáo, nghiên cứu đúc kết cần thiết cũng như đóng góp của các chuyên gia Theo tôi trong lúc chờ đợi các cơ quan quản lý cũng nên khuyến khích việc áp dụng các phương pháp nêu trên góp phần tích cực vào công tác phòng ngừa sự cô trong xây dựng nói chung và thi công phần ngầm công trình xây dựng nói riêng Xin trân trọng cảm ơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] Code of practice for waterproofing, BS8000, 1989 UK

[2] Field Intrumentation in Geotechnical Engineering, Thomas H Hanna, University of Sheffield England, 1985 Trans Tech Publication

Trong tham luận này không đưa ra các hình ảnh mô tả, đặc trưng kỹ thuât, cách lắp dựng và vân hành Các bạn quan tâm có thể tham khảo ở tài liệu [2] hoặc Construction Technology for Tall Building, (2nd Edition), Chew Yit Lin, Michel, Singapore University

Press 2001 Hay vào trang Web: sisgeo.com