Nghiên cứu hiệu quả sử dụng tường trong đất kết hợp với công nghệ Top-down trong xây dựng nhà cao tầng ở Hà Nội

Lựa chọn giải pháp tường cừ chắn giữ hố đào và biện pháp thi công tầng hầm là một bài toán khó, bao gồm nhiều vấn đề phức tạp như: Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn, đặc đ

Em xin bầy tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Tiến Chương đã tận tình hướng dẫn, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn và nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy Lợi đã tận tình giúp đỡ, góp ý giúp em hoàn thành luận văn này

Tác giả luận văn

Dương Việt Nga

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN CAM KẾT

Kính gửi: Ban Giám hiệu trường Đại học Thuỷ lợi

Phòng Đào tạo ĐH và Sau ĐH trường Đại học Thuỷ lợi

Tên tôi là: Dương Việt Nga

Học viên cao học lớp: 20ĐKT

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã học viên: 128580204031

Theo Quyết định số 116/QĐ-ĐHTL của Hiệu trưởng trường Đại học Thuỷ Lợi

về việc giao đề tài luận văn và cán bộ hướng dẫn cho học viên cao học khoá 20 đợt

2 năm 2012 Ngày 23 tháng 01 năm 2014, tôi đã được nhận đề tài: “ Nghiên cứu

hiệu quả sử dụng tường trong đất kết hợp với công nghệ Top-down trong xây dựng nhà cao tầng ở Hà Nội ” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn

Tiến Chương

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tài liệu và các trang website theo danh mục tài liệu tham khảo của

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU TRONG THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG 4

1.1 Tình hình phát triển về xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm 4

1.1.1 Khái niệm về nhà cao tầng và tầng hầm 4

1.1.2 Xu hướng phát triển nhà cao tầng có tầng hầm 5

1.2 Các phương pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng 7

1.2.1 Các phương pháp thi công đào mở 7

1.2.2 Phương pháp thi công Top-down 14

1.3 Kết cấu tường cừ chắn giữ thành hố đào 20

1.3.1 Tường cọc thép hình kết hợp ván gỗ lát ngang 20

1.3.2 Tường cọc ván thép 22

1.3.3 Tường cọc hàng 24

1.3.4 Tường liên tục trong đất 27

1.4 Đặc điểm địa chất công trình đất nền khu vực Hà Nội 31

1.4.1 Điều kiện địa chất tổng thể 31

1.4.2 Đánh giá các dạng nền tại Hà Nội phục vụ thi công xây dựng công trình ngầm 34

1.5 Tóm tắt chương 1 37

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU 39

2.1 Tải trọng tác dụng lên kết cấu chắn giữ 39

2.2 Áp lực đất 39

2.2.1 Áp lực đất tĩnh 39

2.2.2 Lý thuyết áp lực đất Rankine 40

2.2.3 Lý thuyết áp lực đất Coulomb 41

2.2.4 Nhận xét về các lý thuyết tính áp lực đất 44

2.3 Phương pháp tính toán 45

2.3.1 Tính tường làm việc độc lập với đất nền 45

2.3.2 Tính tường làm việc đồng thời với đất nền 56

2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 59

2.4 Tóm tắt chương 2 65

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG 67

3.1 Giới thiệu phần mềm tính toán 67

3.1.1 Giới thiệu PLAXIS 67

3.1.2 Các mô hình nền trong PLAXIS 67

3.1.3 Các thông số của mô hình Hardening Soil 68

3.2 Các trường hợp tính toán điển hình 69

3.2.1 Dạng nền điển hình 69

3.2.2 Chiều sâu tầng hầm điển hình 69

3.2.3 Tải trọng và tác động 70

3.2.4 Các giai đoạn thi công 71

3.2.5 Vật liệu sử dụng cho tường vây và hệ kết cấu phần ngầm 72

3.2.6 Tính toán điển hình khả năng chịu lực của tường vây theo vật liệu 73

3.3 Dạng nền loại A – Trung tâm công nghệ cao bưu chính viễn thông 76

3.3.1 Giới thiệu công trình 76

3.3.2 Phân tích mô hình bài toán ứng suất 80

3.3.3 Tổng hợp đánh giá hiệu quả sử dụng tường trong đất - Nền loại A 83

3.4 Dạng nền loại B – Mipec Tower 85

3.4.1 Giới thiệu công trình 85

3.4.2 Phân tích mô hình bài toán ứng suất 90

3.4.3 Tổng hợp đánh giá hiệu quả sử dụng tường trong đất – Nền loại B 93

3.5 Dạng nền loại C – Ký túc xá – Khu tổng hợp Vĩnh Tuy 95

3.5.1 Giới thiệu công trình 95

3.5.2 Phân tích mô hình bài toán ứng suất 101 3.5.3 Tổng hợp đánh giá hiệu quả sử dụng tường trong đất – Nền loại C 104 3.6 Nhận xét, đánh giá kết quả 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1: Nhà cao tầng có tầng hầm ở Hà Nội 5

Bảng 1-2: Cấu tạo địa tầng Hà Nội 32

Bảng 1-3: Các dạng nền tự nhiên trong khu vực thành phố Hà Nội 33

Bảng 3-1: Các trường hợp tính toán tường vây 70

Bảng 3-2: Thông số vật liệu dùng cho kết cấu phần ngầm 73

Bảng 3-3: Khả năng chịu lực hiệu quả của tiết diện 75

Bảng 3-4: Các chỉ tiêu cơ lí của đất – Nền loại A 79

Bảng 3-5: Tổng hợp kết quả nội lực, chuyển vị đất nền các trường hợp tính toán cho dạng nền loại A 82

Bảng 3-6: Hiệu quả sử dụng tường trong đất kết hợp với công nghệ Top-down đối với đất nền loại A 83

Bảng 3-7: Khả năng chịu mô men của tường – Nền loại A 84

Bảng 3-8: Khả năng chịu lực cắt của tường – Nền loại A 84

Bảng 3-9: Các chỉ tiêu cơ lí của đất – Nền loại B 89

Bảng 3-10: Tổng hợp kết quả nội lực, chuyển vị đất nền các trường hợp tính toán cho dạng nền loại B 92

Bảng 3-11: Hiệu quả sử dụng tường trong đất kết hợp với công nghệ Top-down 93

Bảng 3-12: Khả năng chịu mô men của tường – Nền loại B 94

Bảng 3-13: Khả năng chịu lực cắt của tường – Nền loại B 94

Bảng 3-14: Các chỉ tiêu cơ lí của đất – Nền loại C 100

Bảng 3-15: Tổng hợp kết quả nội lực, chuyển vị đất nền các trường hợp tính toán cho dạng nền loại C 103

Bảng 3-16: Hiệu quả sử dụng tường trong đất kết hợp với công nghệ Top-down 104

Bảng 3-17: Khả năng chịu mô men của tường – Nền loại C 104

Bảng 3-18: Khả năng chịu lực cắt của tường – Nền loại C 105

Bảng 3-19: Bảng tồng hợp hiệu quả sử dụng tường trong đất 106

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Phương pháp đào hở 7

Hình 1.2: Sơ đồ hệ văng chống tường tầng hầm 8

Hình 1.3: Hình ảnh thi công bằng phương pháp văng chống 9

Hình 1.4: Trình tự thi công neo trong đất 11

Hình 1.5: Hình ảnh thi công bằng phương pháp neo 12

Hình 1.6: Hình ảnh thi công bằng phương pháp đào đảo 13

Hình 1.7: Trình tự thi công Top-down 17

Hình 1.8: Sơ đồ thi công Top-down 17

Hình 1.9: Cột chống tạm trong thi công Top-down 18

Hình 1.10: Hình ảnh thi công bằng phương pháp Top-down 18

Hình 1.11: Các giải pháp tường cừ chống giữ hố đào thông dụng 20

Hình 1.12: Tường cừ bằng cọc thép hình kết hợp ván gỗ lát ngang 21

Hình 1.13: Các mô đun tường cừ thép 22

Hình 1.14: Giải pháp chắn giữ hố đào bằng cọc ván thép 23

Hình 1.15: Trình tự thi công cọc đúc tại chỗ 24

Hình 1.16: Trình tự thi công tường cọc nhồi bê tông cốt thép 25

Hình 1.17: Hình ảnh tường chắn bằng cọc nhồi bê tông cốt thép 25

Hình 1.18: Quy trình thi công cọc xi măng đất trộn sâu 26

Hình 1.19: Hình ảnh thi công tường cọc xi măng đất trộn sâu 27

Hình 1.20: Trình tự thi công tường trong đất 30

Hình 1.21: Hình ảnh thi công tường trong đất 30

Hình 1.22: Kết cấu tường trong đất 31

Hình 1.23: Chia khu địa chất công trình thành phố Hà Nội theo mức độ thuận tiện xây dựng công trình ngầm 35

Hình 2.1: Áp lực đất tĩnh 39

Hình 2.2: Áp lực chủ động và bị động Rankine 41

Hình 2.3: Áp lực chủ động Coulomb 42

Hình 2.4: Áp lực bị động Coulomb 43

Hình 2.5: Tính cọc bản conson bằng phương pháp cân bằng tĩnh 46

Hình 2.6: Sơ đồ tính theo Blum, tải trọng tác động và mômen 48

Hình 2.7: Sơ đồ quan hệ giữa chống với chuyển dịch của thân tường trong quá trình đào đất 49

Hình 2.8: Sơ đồ tính tường chắn theo phương pháp Sachipana 50

Hình 2.9: Phương pháp đường đàn hồi 51

Hình 2.10: Phương pháp đàn hồi 52

Hình 2.11: Phương pháp kể đến lực trục thanh chống và nội lực thân tường biến thiên trong quá trình đào đất 53

Hình 2.12: Quan hệ giữa áp lực đất lên tường với chuyển dịch thân tường 55

Hình 2.13: Sơ đồ tính xem tường là conson khi kết thúc lần đào thứ nhất 55

Hình 2.14: Các bước tính toán khi đào đất giai đoạn n 56

Hình 2.15: Sơ đồ phân tích tường theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi 57

Hình 2.16: Sơ đồ lò xo đất 58

Hình 2.17: Sơ đồ tính của phương pháp số gia 58

Hình 2.18: Các thông số của mô hình trong cơ học đất trạng thái giới hạn 63

Hình 3.1: Thang đánh giá khả năng chịu mô men của tường trong đất 75

Hình 3.2: Thang đánh giá khả năng chịu lực cắt của tường trong đất 75

Hình 3.3: Bản đồ vị trí công trình 76

Hình 3.4: Phối cảnh công trình 77

Hình 3.5: Mặt cắt địa chất điển hình – Nền loại A 78

Hình 3.6: Bản đồ vị trí công trình Mipec Tower 85

Hình 3.7: Phối cảnh công trình Mipec Tower 86

Hình 3.8: Mặt cắt địa chất điển hình – Nền loại B 88

Hình 3.9: Bản đồ vị trí dự án Khu tổng hợp Vĩnh Tuy 95

Hình 3.10: Phối cảnh dự án Khu tổng hợp Vĩnh Tuy 96

Hình 3.11: Mặt cắt địa chất điển hình – Nền loại C 99

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Es Mô đun đàn hồi của đất

E0 Mô đun biến dạng của đất

E50, E25 Mô đun đàn hồi cát tuyến

ef 50

r

E Độ cứng khi gia tải/dỡ tải

Et Mô đun đàn hồi tiếp tuyến

ε Biến dạng dẻo của đất

Ro Cường độ chịu tải quy ước của đất

K0 Hệ số áp lực đất tĩnh

Ka Hệ số áp lực đất chủ động

Kp Hệ số áp lực đất bị động

K0,NC Hệ số áp lực đất ở trạng thái cố kết bình thường

K0,OC Hệ số áp lực đất ở trạng thái quá cố kết

OCR Hệ số quá cố kết của đất

Ea Áp lực đất chủ động

Ep Áp lực đất bị động

Ks Hệ số nền

[ε] Vec tơ biến dạng

t Độ sâu ngàm vào đất của tường cừ kể từ mặt hố đào '

v

σ Ứng suất hữu hiệu theo phương đứng

'

h

σ Ứng suất hữu hiệu theo phương ngang

ux Chuyển vị theo phương x

uy Chuyển vị theo phương y

M, N, V Mô men, lực dọc, lực cắt trong tường

Mu Khả năng chịu Mô men của tường

Vu Khả năng chịu lực cắt của tường

As, 𝜇 Diện tích cốt thép yêu cầu, hàm lượng cốt thép

Và các ký hiệu khác được giải thích trong từng công thức

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của để tài

Ở các thành phố lớn, nhu cầu về nhà ở, về văn phòng làm việc, các hệ thống

hạ tầng cơ sở đô thị ngày càng cao, trong khi diện tích đất xây dựng ngày càng thu hẹp Vấn đề sử dụng đất xây dựng hiệu quả là một bài toán khó Xây dựng nhà cao tầng và sử dụng không gian ngầm đang là một trong những giải pháp hiệu quả Tầng hầm nhà cao tầng được thiết kế phục vụ nhiều chức năng như để xe, trung tâm thương mại, bố trí hệ thống kỹ thuật công trình Về mặt kỹ thuật, tầng hầm làm tăng tính ổn định cho công trình

Trong khoảng 20 năm trở lại đây, ở Việt Nam, thiết kế tầng hầm cho nhà cao tầng đã trở thành xu thế tất yếu, số tầng hầm thông thường trong khoảng từ 1 đến 5 Việc xây dựng các công trình này dẫn đến hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau

mà để thực hiện chúng, người thiết kế và thi công cần có những biện pháp chắn giữ

để bảo vệ thành vách và công nghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật – kinh tế cũng như an toàn về môi trường và không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó [2]

Lựa chọn giải pháp tường cừ chắn giữ hố đào và biện pháp thi công tầng hầm

là một bài toán khó, bao gồm nhiều vấn đề phức tạp như: Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn, đặc điểm, quy mô hố móng, điều kiện các công trình xung quanh hố móng, năng lực, thiết bị thi công, khả năng tài chính …

Công nghệ, biện pháp thi công tầng hầm rất đa dạng, trong đó việc sử dụng tường trong đất làm kết cấu chắn giữ kết hợp với thi công Top-down đang được áp dụng ngày một phổ biến Sử dụng tường trong đất kết hợp với công nghệ Top-down trong thi công tầng hầm là biện pháp an toàn, cho chuyển vị đất nền nhỏ, tính ổn định hố móng cao Tuy nhiên, do giải pháp tường trong đất có giá thành cao, cần cân nhắc sử dụng để đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật tốt nhất cho dự án Hiện nay chưa có một cơ sở ban đầu nào làm căn cứ để có thể lựa chọn giải pháp kết cấu tường cừ phù hợp

Với lí do trên, tác giả chọn đề tài: Nghiên cứu hiệu quả sử dụng tường trong

đất kết hợp với công nghệ Top-down trong xây dựng nhà cao tầng ở Hà Nội

2 Mục tiêu của luận văn

- Phân tích, lựa chọn phương pháp tính toán tường cừ phù hợp

- Tính toán điển hình tường chắn khi thi công hố đào bằng phương pháp down Việc tính toán được thực hiện cho các công trình ởcác dạng đất nền điển hình của Hà Nội Tổng hợp, phân tích và đánh giá kết quả tính toán theocác mức độ hiệu quả sử dụng tường trong đất

Top Trên cơ sở kết quả tính toán, đưa ra đánh giá về mức độ phù hợp và phạm vi

áp dụng đối với giải pháp tường trong đất kết hợp với công nghệ Top-down trong thi công tầng hầm nhà cao tầng trong điều kiện đất nền khu vực Hà Nội

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn là công nghệ thi công tầng hầm nhà cao tầng theo phương pháp Top-down, sử dụng tường trong đất trong điều kiện đất nền Hà Nội

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

5 Nội dung của luận văn

Luận văn bao gồm các nội dung chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về hố đào sâu trong thi công tầng hầm nhà cao tầng Chương 2: Các phương pháp tính toán hố đào sâu

Chương 3: Tính toán ứng dụng

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU TRONG THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

1.1 Tình hình phát triển về xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm

1.1.1 Khái niệm về nhà cao tầng và tầng hầm

Nhà cao tầng:Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế đã đưa ra định nghĩa nhà cao tầng

như sau: Nhà cao tầng là ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường [3]

Căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà, Uỷ ban nhà cao tầng Quốc tế phân nhà cao tầng thành 4 loại như sau[3]:

- Nhà cao tầng loại 1: 9~16 tầng (Chiều cao ≤ 50m)

- Nhà cao tầng loại 2: 17 ~ 25 tầng (Chiều cao ≤ 75m)

- Nhà cao tầng loại 3: 26 ~ 40 tầng (Chiều cao ≤ 100m)

- Nhà cao tầng loại 4: Trên 40 tầng (Nhà siêu cao tầng)

Tầng hầm: Là những tầng nhà nằm thấp hơn so với mặt đất

Tầng hầm có thể nửa nổi nửa chìm (bán hầm), hoặc chìm hoàn toàn trong đất.Tầng hầm có thể được sử dụng đáp ứng nhiều công năng khác nhau:

- Gara đỗ xe;

- Trung tâm thương mại, nhà hàng, bar, vui chơi giải trí;

- Tầng kỹ thuật, bố trí các hệ thống kỹ thuật của tòa nhà: Điều hòa, thông gió, xử lý nước thải, an ninh…

- Nơi trú ẩn, lánh nạn khi có sự cố…

- Đối với các công trình an ninh, quốc phòng, tầng hầm là nơi bố trí các phòng an toàn, nơi trú ẩn, kho lưu trữ các tài liệu mật, cất giữ tài sản quốc gia…

Số lượng tầng hầm nhà cao tầng chủ yếu phụ thuộc vào mục đích sử dụng, điều kiện địa chất, kỹ thuật và công nghệ xây dựng hiện có

1.1.2 Xu hướng phát triển nhà cao tầng có tầng hầm

Ở Việt Nam, nhà cao tầng có tầng hầm đầu tiên sau năm 1954 được xây dựng chính là tầng hầm của nhà 11 tầng (móng cọc đóng 12m), được Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (IBST) thiết kế và Sở Xây dựng Hà Nội thi công vào năm

1981 Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, khoa học kỹ thuật, và xuất phát từ nhu cầu sử dụng, nhà cao tầng được xây dựng ngày càng phổ biến, đặc biệt là tại các đô thị lớn.Việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng đã tỏ ra có hiệu quả tốt về mặt công năng sử dụng.Với sự phát triển hiện nay, khi quỹ đất xây dựng ngày càng bị thu hẹp, việc khai thác không gian dưới mặt đất trong xây dựng công trình là một xu hướng tất yếu Ngày càng có nhiều nhà cao tầng có nhiều tầng hầm được xây dựng,

và chiều sâu tầng hầm cũng ngày một tăng

Hiện nay đã có khá nhiều nhà cao tầng có tầng hầm đã và đang xây dựng trên khắp các tỉnh thành của nước ta, đặc biệt là các đô thị lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng Sau đây là bảng tổng hợp một số công trình cao tầng nhiều tầng hầm đã thi công ở khu vực Hà Nội

- Thi công Top-down

4 Mipec Tower – 229 - 2 tháp 25-27 tầng nổi - Tường trong đất

STT Tên công trình Mô tả Đặc điểm thi công tầng

8 Royal City – 72A

Nguyễn Trãi

- Tổ hợp các công trình chức năng trên một diện tích rộng lớn

- 5 tầng hầm

- Tường trong đất

- Thi công Top-down

9 Lotte Center Hanoi –

Liễu Giai

- 65 tầng nổi

- 5 tầng hầm

- Tường trong đất

- Thi công Top-down

Thi công tầng hầm nhà cao tầng bao hàm rất nhiều vấn đề: kết cấu chắn giữ hố đào, đào đất, hệ chống giữ ngang, thi công móng, thi công dầm, sàn các tầng hầm Việc lựa chọn phương pháp thi công kết hợp với hệ thống chống giữ hố đào phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: quy mô công trình, đặc điểm vị trí xây dựng công trình, tài liệu và kết quả khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn, điều kiện kinh tế, kĩ thuật, năng lực thi công Trên thực tế có rất nhiều giải pháp cho bài toán hố đào Ở đây chỉ giới thiệu một số phương pháp thi công tầng hầm và hệ kết cấu tường chắn đất phổ biến nhất hiện nay trong thi công tầng hầm nhà cao tầng

1.2 Các phương pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng

1.2.1 Các p hương pháp thi công đào mở

1.2.1.1 Phương pháp đào mở, không chống

Đây là phương pháp cổ điển, được áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn, thiết bị thi công đơn giản

a) b)

Hình 1.1 : Phương pháp đào hở a) Đào đất theo mái dốc tự nhiên b) Đào đất có cừ, không chống

Ưu điểm:

- Thi công đơn giản, độ chính xác cao

- Việc xử lí kỹ thuật công trình cho tầng hầm đơn giản vì nó như kết cấu nằm trên mặt đất

- Tính an toàn, ổn định hố móng thấp

1.2.1.2 Phương pháp văng chống

Thi công hệ văng chống ngang để chịu áp lực đất sau lưng tường trước khi đào đất Hệ thống văng chống bao gồm các thanh chống ngang, thanh giằng ngang( tì lên tường), cột chống Hệ thống nay thường được làm bằng thép hình, trong đó các dầm văn chịu lực nén của áp lực đất từ các tường đối diện nhau, các cột chống đỡ dầm, giữ ổn định cho dầm, giảm chiều dài tính toán cho dầm văng

Hình 1.2 : Sơ đồ hệ văng chống tường tầng hầm

Trình tự thi công theo phương pháp văng chống như sau [12]:

1 Thi công các cột chống giữa

2 Đào đất giai đoạn 1

3 Thi công hệ dầm bo phía trên bề mặt đào đất, sau đó lắp đặt hệ văng chống ngang

4 Lặp lại các bước 2 và 3 cho tới chiều sâu thiết kế

5 Thi công hệ kết cấu móng công trình

6 Tháo dỡ hệ văng chống ngay trên móng

7 Thi công hệ sàn tầng hầm

8 Lặp lại các bước 6 và 7 cho tới khi hoàn thành thi công sàn tầng trệt

Hình 1.3: Hình ảnh thi công bằng phương pháp văng chống

Ưu điểm:

- Thi công đơn giản, sơ đồ làm của hệ văng chống rõ ràng, dễ tính toán

- Có thể luân chuyển được vật liệu làm hệ văng chống ngang

- Có thể áp dụng được với nhiều dạng hố đào, đất nền, với các chiều sâu hố đào khác nhau

1.2.1.3 Phương pháp neo trong đất

Để khắc phục những nhược điểm của phương pháp văng chống, người ta dùng các neo bê tông để giữ tường chắn Thanh neo là một loại thanh chịu kéo kiểu mới, một đầu thanh liên kết với kết cấu công trình hoặc tường cọc chắn đất, đầu kia neo chặt vào trong đất hoặc tầng nham của nền đất để chịu lực nâng lên, lực kéo nhổ, lực nghiêng lật hoặc áp lực đất, áp lực nước của tường chắn, nó lợi dụng lực neo giữ của tầng đất để duy trì ổn định của công trình [2]

Trình tự thi công theo phương pháp neo như sau [12]:

1 Đào đất giai đoạn 1

2 Khoan lỗ neo

3 Lắp đặt cáp

4 Bơm vữa

5 Kéo căng dự ứng lực và khóa đầu neo

6 Tiếp tục đào đất giai đoạn 2

7 Lặp lại các bước từ 2 đến 6 cho tới khi đên chiều sâu thiết kế

8 Thi công móng công trình

9 Tuần tự thi công hệ dầm sàn tầng hầm từ móng lên đến sàn tầng trệt

Hình 1.4: Trình tự thi công neo trong đất a) Tạo lỗ neo; b) Lắp đặt dây neo; c) Bơm vữa; d) Căng cáp và khóa đầu neo

Hình 1.5: Hình ảnh thi công bằng phương pháp neo

Ưu điểm:

- Hiệu suất đào đất và thi công tầng hầm cao

- Thời gian thi công ngắn

1.2.1.4 Phương pháp đào đảo

Đối với những hố móng rộng, có thể áp dụng phương pháp này, kết hợp với phân vùng thi công để đẩy nhanh tiến độ thi công phần ngầm

Trình tự thi công theo phương pháp đào đảo như sau:

1 Đào đất ở khu vực giữa hố móng và giữ lại đất khu vực gần tường chắn

2 Thi công kết cấu ở giữa

3 Đào đất theo mái dốc và lắp đặt hệ văng chống giữa tường chắn và phần

kết cấu đã thi công

4 Tiếp tục đào phần đất sát với tường chắn và thi công phần kết cấu còn lại

của tầng hầm

5 Dỡ bỏ hệ văng chống, hoàn thành thi công tầng hầm

Hình 1.6 : Hình ảnh thi công bằng phương pháp đào đảo

Ưu điểm:

- Hiệu suất đào đất và thi công tầng hầm cao

- Thời gian thi công ngắn

- Cần ít thanh chống hơn so với so với phương pháp văng chống, do đó giảm chi phí cho lắp đặt và tháo dỡ thanh chống, hạn chết được những nhơcj điểm do hệ văng chống dày gây ra

- Có thể áp dụng với hố đào có chiều sâu lớn, địa tầng có mực nước ngầm cao (gây khó khăn cho neo trong đất)

1.2.2 Phương pháp thi công Top-down

Những phương pháp thi công vừa trình bày phía trên, nói chung đểu được thực hiện tuần tự từ dưới lên trên: Đào đất, thi công móng, thi công dầm sàn các tầng hầm, dỡ bỏ hệ neo, chống, hoàn thành thi công tầng hầm Tất cả những phương pháp ấy đều được gọi là phương pháp thi công Bottom-up: Thi công từ dưới lên Ngược lại với phương pháp Bottom-up, phương pháp thi công Top-down sẽ thi công hệ dầm sàn tầng hầm ngay sau khi đào đất Hệ dầm sàn này là kết cấu của công trình, sẽ thay thế hệ văng chống tạm bằng thép hình trong phương pháp văng chống ngang để chống lại áp lực đất sau tường chắn.Theo đó, việc thi công phần ngầm sẽ hoàn thành cùng với việc kết thúc thi công đào đất.Việc thi công phần ngầm được thực hiện từ trên xuống dưới và ngược với trình tự thi công móng thông thường.Chính vì vậy mà phương pháp này được gọi là Top-down [12]

Công nghệ thi công Top-down thực ra không phải là một công nghệ mới trên thế giới, tuy nhiên, ở Việt Nam thì nó mới được áp dụng trong khoảng từ 20 năm nay trở lại đây Công trình đầu tiên là ở Việt Nam được thực hiện với công nghệ này là Harbourview – Nguyễn Huệ (1993-1994) do công ty Bachy Solatance (Pháp)

thi công Từ đó tới nay, chúng ta đã học hỏi, tiếp thu và đã có nhiều nhà thầu trong nước có đủ năng lực thi công tầng hầm nhà cao tầng bằng công nghệ Top-down Ở

Hà Nội hiện nay đã có nhiều công trình được thi công bằng công nghệ Top-down Xem bảng 1

Trình tự thi công theo phương pháp Top-down như sau [12]:

1 Thi công tường trong đất

2 Thi công cọc nhồi, thi công luôn những cột chống bằng thép hình cùng với

cọc

3 Đào đất giai đoạn 1

4 Thi công sàn tầng trệt

5 Bắt đầu thi công kết cấu phần thân

6 Đào đất giai đoạn 2, thi công sàn tầng hầm 2

7 Lặp lại quy trình tương tự cho đến khi đạt độ sâu thiết kế

8 Thi công sàn tầng hầm, đài, giằng móng…Hoàn thành thi công tầng hầm

9 Tiếp tục thi công kết cấu phần thân tới khi hoàn thành

Trình tự thi công được tóm tắt theo hình 1.7

Hình 1.7 : Trình tự thi công Top-down

Hình 1.8: Sơ đồ thi công Top-down

Hình 1.9: Cột chống tạm trong thi công Top-down

Hình 1.10 : Hình ảnh thi công bằng phương pháp Top-down

Tùy vào đặc điểm hố đào, điều kiện thi công…, phương pháp thi công down có thể được áp dụng linh hoạt thành bán top-down (semi Top-down):

Top Dạng 1: Lợi dụng độ cứng của tường chắn, đào mở hố móng tới cốt sàn

tầng hầm 1, thi công sàn tầng hầm 1 làm hệ chống ngang, sau đó đào đất

và thi công các tầng hầm bên dưới theo trình tự của thi công top-down

- Dạng 2: Thi công phần dầm sàn bo quanh tường vây làm hệ chống ngang,

ở phần trung tâm, nơi bố trí hệ lõi cứng của tòa nhà vẫn được thi công theo phương pháp truyền thống: Đào đất cục bộ tại khu lõi cứng, thi công đài thang máy trung tâm, hệ lõi cứng từ dưới lên

Ưu điểm:

- Tiến độ thi công nhanh, qua thực tế một số công trình cho thấy để có thể thi công phần thân công trình chỉ mất 30 ngày, trong khi với giải pháp neo, chống truyền thống có thể cần 45 đến 60 ngày Chiều sâu tầng hầm càng tăng thì hệ neo chống càng phức tạp, thời gian thi công càng kéo dài

- Không phải chi phí cho hệ thống neo, chống phụ

- Chống giữ vách đất được giải quyết triệt để, an toàn trong quá trình thi công

và an toàn cho các công trình lân cận

- Tận dụng tường trong đất làm tường tầng hầm, công trình có độ bền và độ ổn định cao, tăng hiệu quả kinh tế, kỹ thuật

- Không tốn hệ thống cốp pha, giàn giáo cho dầm, sàn tầng hầm

Nhược điểm:

- Kết cấu cột tầng hầm phức tạp

- Liên kết giữa dầm, sàn và cột, vách khó thi công

- Thi công đất trong không gian kín khó thực hiện cơ giới hoá, đào đất chậm

- Thi công trong tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động

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

1.3 Kết cấu tường cừ chắn giữ thành hố đào

Các loại kết cấu tường cừ chắn giữ hố đào phổ biến hiện nay được minh hoạ theo hình 1.11

Hình 1.11 : Các giải pháp tường cừ chống giữ hố đào thông dụng

Từ trái qua phải: 1) Tường bằng cọc thép hình đứng kết hợp ván gỗ lát ngang; 2) Tường cọc ván thép; 3) Tường cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ; 4) Tường bằng cọc đất-xi măng trộn sâu; 5) Tường cừ bê tông cốt thép liên tục trong đất

1.3.1 Tường cọc thép hình kết hợp ván gỗ lát ngang

Trình tự thi công tường cừ như sau [12]:

1 Hạ cọc thép hình vào đất

2 Lắp đặt hệ ván lát ngang song song với quá trình đào đất

3 Lắp đặt các thanh chống ngang (nếu cần)

4 Kết thúc đào đất, thi công tường tầng hầm, lần lượt tháo dỡ các thanh

chống ngang sau khi thi công sàn tầng hầm

5 Hoàn thành thi công tầng hầm

- Đất nền ít bị xáo trộn khi nhổ cọc so với giải pháp cừ ván thép

- Có thể gia cường mũi cọc trong trường hợp sử dụng trong cuội sỏi

- Khả năng luân chuyển cao

Nhược điểm:

- Khả năng chống thấm kém, khi thi công trong đất hạt rời với mực nước ngầm cao, cần có biện pháp hạ mực nước ngầm

- Hạ cọc bằng phương pháp đóng gây tiếng ồn và rung động lớn

- Việc hạ cọc làm chặt đất nền bên dưới móng, có thể gây lún không đều cho công trình lân cận

- Nếu hạ cọc bằng khoan tạo lỗ trước thì cần phải lấp đất sau khi hạ cọc Lấp đất không chặt có thể gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận

- Phải lấp đất khoảng trống giữa tường chắn và đất xung quanh

- Việc nhổ cọc sẽ làm xáo trộn đất nền xung quanh cọc

1.3.2 Tường cọc ván thép

Tường cọc ván thép cho đến nay được sử dụng rộng rãi làm tường chắn tạm trong thi công hố móng Nó có thể được ép bằng phương pháp búa rung gồm một cần trục bánh xích và cơ cấu rung ép hoặc máy ép 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

Trình tự thi công tường cừ như sau [12]:

1 Hạ cừ thép vào đất

2 Tiến hành đào đất giai đoạn 1

3 Lắp đặt hệ dầm bo, thanh chống ngang

4 Tiếp tục đào đất giai đoạn tiếp theo

5 Lặp lại bước 3 và bước 4 tới khi đạt độ sâu thiết kế

6 Hoàn thành đào đất, thi công móng công trình

7 Thi công trường tầng hầm, tháo dỡ hệ thanh chống song song với việc thi công sàn tầng hầm

8 Hoàn thành thi công tầng hầm

9 Tháo dỡ cừ thép

Hình 1.13 : Các mô đun tường cừ thép

Hình 1.14 : Giải pháp chắn giữ hố đào bằng cọc ván thép

Ưu điểm:

- Khả năng chống thấm cao

- 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

- Khả năng luân chuyển cao

- Dễ dàng lắp đặt các cột chống đỡ trong lòng hố đào hoặc thi công neo trong đất

- Độ cứng lớn hơn so với giải pháp tường cọc ván ngang

- 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 ngoài theo bụng cừ, vì vậy có thể gây chuyển dịch nền đất lân cận hố đào

1.3.3 Tường cọc hàng

Phương pháp này sẽ tạo ra những hàng cọc làm việc như tường chắn đất, có thể là cọc thi công tại chỗ hoặc cọc bê tông đúc sẵn Phương pháp cọc thi công tại chỗ có thể phân thành 3 loại như sau:

1 Tường cọc đúc tại chỗ: Khoan đào lỗ cọc tới độ sâu thiết kế bằng máy khoan

xoắn ốc, đổ bê tông cọc, hạ lồng thép hoặc thép hình Đường kính cọc trong khoảng

từ 30-60 cm Quy trình thi công được minh họa theo hình 1.15

Hình 1.15 : Trình tự thi công cọc đúc tại chỗ

2 Tường cọc nhồi bê tông cốt thép: Khoan đào lỗ cọc tới độ sâu thiết kế, trong khi

khoan lỗ, giữ thành hố khoan bằng dung dịch bentonite Sau khi khoan tạo lỗ xong,

hạ lồng thép, đổ bê tông cọc qua ống tremi bằng phương pháp vữa dâng, đồng thời thu hồi dung dịch bentonite Nếu khoan tạo lỗ trong ống casing thì không cần phải dùng dung dịch giữ thành hố khoan.Đường kính cọc trong khoảng từ 60-200 cm Trình tự thi công tường cọc nhồi bê tông cốt thép được minh họa theo hình 1.16

Hình 1.16 : Trình tự thi công tường cọc nhồi bê tông cốt thép

Hình 1.17 : Hình ảnh tường chắn bằng cọc nhồi bê tông cốt thép

3 Tường cọc xi măng đất trộn sâu: 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 Khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp Tuy nhiên, chất lượng của kết cấu tường cọc xi măng đất phụ thuộc nhiều vào công nghệ thi công và chất lượng thi công Quy trình thi công cọc xi măng đất trộn sâu được minh họa theo hình 1.18

Hình 1.18 : Quy trình thi công cọc xi măng đất trộn sâu

Hình 1.19: Hình ảnh thi công tường cọc xi măng đất trộn sâu

1.3.4 Tường liên tục trong đất

Khái niệm:Công nghệ thi công tường liên tục trong đất là dùng các máy đào

đặc biệt để đào móng, có sử dụng dung dịch giữ thành hố đào (sét bentonite, dung dịch SuperMud ) thành những đoạn hào với độ dài nhất định; sau đó đem lồng cốt thép đã chế tạo sẵn trên mặt đất đặt vào trong móng Dùng ống dẫn đổ bê tông vào từng đoạn tường, nối các đoạn tường lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (như ống nối tường, hoặc hộp đấu nối ) hình thành một bức tường liên tục trong đất bằng bêtông cốt thép [2]

Hiện nay công nghệ tường trong đất được áp dụng khá rộng rãi, linh hoạt với nhiều loại chiều dày tường: 0.6m, 0.8m, 1.0m, 1.2m… tùy thuộc vào chiều sâu hố đào, điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn…

Ưu điểm:

- Mức rung động, mức ồn khi thi công thấp

- Độ cứng tường lớn, do đó biến dạng tường nhỏ

- Có thể linh hoạt thay đổi chiều dày, chiều sâu tường, thích hợp với nhiều loại đất nền

- Khả năng chống thấm cao

- Bản thân tường cùng với kết cấu sàn móng làm việc đồng thời như một hệ móng cọc, tối ưu sự làm việc của kết cấu móng và phần ngầm

Nhược điểm:

- Chi phí cao, máy móc thiết bị cồng kềnh, thời gian thi công kéo dài

- Những hệ thống thiết bị đi kèm (ví dụ như bể chứa bùn sét) chiếm một diện tích lớn

- Phương pháp này không thể áp dụng cho đất dạng cuội sỏi

- Khó thi công khi gặp cát chảy

- Việc xử lý bùn thải làm tăng chi phí cho công trình

- Vấn đề sụt lở thành hố đào Khi mực nước ngầm dâng lên nhanh mà mặt dung dịch giữ thành giảm mạnh, trong tầng trên có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm yếu, việc quản lý thi công không thoả đáng đều có thể dẫn đến sụt lở thành móng, lún mặt đất xung quanh

Quy trình thi công tường trong đất:

Bước 1: Thi công tường dẫn hướng

Bước 2: Đào đất theo tường dẫn hướng

Bước 3 & 4: Đặt lồng thép và tiến hành đổ bê tông

Bước 5: Lặp lại quá trình từ bước 2 đến bước 4

Hình 1.20 : Trình tự thi công tường trong đất

Hình 1.21 : Hình ảnh thi công tường trong đất