CN thi công phần ngầm

CƠNG NGHỆ THI CƠNG PHẦN NGẦM CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG 1.1 Cọc xi măng đất (cột xi măng đất, trụ xi măng đất), tên tiếng Anh : Deep Soil Mixing Collums ; Soil Mixing Pile; Cement Deep Mixing Method (CDM), hỗn hợp đất nguyên trạng nơi gia cố xi măng phun xuống đất thiết bị khoan phun Mũi khoan khoan xuống làm tơi đất đạt độ sâu lớp đất cần gia cố quay ngược lại dịch chuyển lên Trong trình dịch chuyển lên, xi măng phun vào đất (bằng áp lực khí nén hỗn hợp chất kết dính khơ “xi măng” bơm vữa xi măng hỗn hợp dạng vữa ướt) Hình Công nghệ thi công cọc xi măng đất Việc hình thành cường độ xảy trình ninh kết hỗn hợp Đất-Xi măng Phản ứng xi măng với nước tạo Ca(OH)2 kết hợp với đất tạo keo ninh kết CHS Phản ứng xảy nhanh mạnh, tỏa nhiệt lượng lớn giảm đáng kể lượng nước có đất Hợp chất Hydrat CHS tạo hỗn hợp liên kết thành phần hạt đất hình thành khống chất bền vững, cứng Nền đất lúc gia cố a Sơ lược lịch sử nghiên cứu ứng dụng cọc xi măng đất Tại Châu Âu, Công nghệ cọc XMĐ bắt đầu Thụy Điển Phần Lan từ năm 1967 Nhật Bản nước ứng dụng công nghệ cọc XMĐ nhiều nhất, đặc biệt dự án ngồi biển Bên cạnh đó, nước vùng Scandinaver ứng dụng công nghệ phổ biến Tại Trung Quốc, ứng dụng công nghệ cọc XMĐ năm 1970, theo thống kê, đến năm 2009, tổng khối lượng xử lí cọc XMĐ khoảng triệu m3/năm Tại Việt Nam, công nghệ cọc XMĐ triển khai ứng dụng từ cuối năm 90 kỷ trước Tuy nhiên việc ứng dụng đại trà để gia cố đất yếu với công nghệ khô trộn sâu áp dựng từ năm đầu kỷ 21 Năm 2004, Viện khoa học Thủy lợi tiếp nhận chuyển giao công nghệ cao áp (Jet-Grouting) từ Nhật Bản b Ứng dụng cọc xi măng đất - Xử lí đất yếu, làm giảm độ lún tăng tính ổn định đất đắp - Tăng ổn định mái dốc hố đào, gia cố thành hố đào - Làm móng cho cơng trình - Giảm áp lực chủ động, tăng áp lực bị động lên tường cừ hố đào sâu - Làm tường chắn Cọc XMĐ ứng dụng rộng rãi cho cơng trình giao thơng, thủy lợi, sân bay, bến cảng…, giải pháp móng xử lí đất yếu móng cơng trình dân dụng cơng nghiệp c Một số ưu điểm bật cọc XMĐ - Tốc độ thi công cọc nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp Tiết kiệm thời gian thi công đến 50% chờ đúc cọc chờ cọc đạt đủ cường độ - Hiệu kinh tế Giá thành hạ nhiều so với phương án xử lý khác - Rất thích hợp cho cơng tác xử lý nền, xử lý móng cho cơng trình khu vực đất yếu như: bãi bồi, ven sông, ven biển - Thi công điều kiện mặt chật hẹp, mặt ngập nước - Khả xử lý sâu (có thể đến 50m) - Địa chất đất pha cát phù hợp với công nghệ này, độ tin cậy cao - Công nghệ thi cơng ảnh hưởng đến cơng trình lân cận d Các công nghệ thi công cọc xi măng đất Công nghệ chế tạo cọc xi măng đất (XMĐ) áp dụng hai công nghệ Châu Âu Nhật Bản trộn khô trộn ướt: - Trộn khơ (Dry Jet Mixing) q trình gồm xáo tơi đất học trường trộn bột xi măng khơ với đất có khơng có phụ gia - Trộn ướt (Wet Jet Mixing hay gọi Jet-Grouting) trình áp lực cao vào mơi trường hạt rời với vữa xi măng có khơng có phụ gia Hiện Việt Nam cơng nghệ trộn ướt nghiên cứu ứng dụng phổ biến có ưu điểm tốc độ thi cơng nhanh, chất lượng cọc kiểm sốt tốt, thi công nước, phù hợp với địa chất không đồng lẫn san hô, cuội, đá, nhiên nhược điểm sử dụng nhiều xi măng phương pháp trộn khô, thiết bị phức tạp địi hỏi quy trình thi cơng đồng công đoạn e Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) Với công nghệ này, người sử dụng không khí để dẫn xi măng vào đất ; Yêu cầu đất phải có độ ẩm 20% Trộn khơ chủ yếu để cải thiện tính chất ban đầu đất Nguyên tắc chung công nghệ trộn khô thể hình 2.2 Khí nén qua xử lí đưa xi măng vào đất Quy trình tạo cọc XMĐ công nghệ trộn khô gồm : - Định vị bố trí thiết bị trộn - Khoan xuống độ sâu thiết kế đánh tơi đất - Rút cần khoan, phun xi măng vào đất - Đầu trộn quay để trộn xi măng với đất - Kết thúc thi cơng Hình Sơ đồ thi công trộn khô f Công nghệ trộn ướt (Jet Mixing) Trộn ướt dùng vữa XM, cho thêm chất độn (cát, phụ gia…) cần thiết Có thể kiểm sốt điều chỉnh lượng vữa xi măng theo độ sâu trộn Sử dụng mũi khoan guồng xoắn liên tục có cánh trộn cánh cắt riêng biệt Ngun lí trộn ướt mơ tả hình 2.3 Nước Xi măng Phụ gia Thiết bị trộn Bồn chứa Bơm cao áp + Kiểm soát lưu lượng + Trộn Cọc XMĐ Hình Sơ đồ thi công trộn ướt Khoan bơm vữa xi măng quy trình kỹ thuật đặc biệt tạo hỗn hợp vữa xi măng đất vị trí thi cơng Sau khoan tới độ sâu theo yêu cầu, cần khoan vừa quay rút dần lên bề mặt với vận tốc định, tiến hành bơm vữa xi măng với áp suất cao, tạo thành cột đất – vữa xi măng Với hình dạng thiết kế, cột chống đỡ hiệu khối đất lớn Cột vữa bơm trám tạo ổn định cho đất chống đỡ cho trụ cột, chịu tải trọng lớn Phương pháp bơm vữa xi măng đem lại hiệu kinh tế mong muốn 1.2 ố sâu 1.2.1 o ố Thi công đào mở giải pháp bảo vệ thành hố đào gọi thi công theo phương pháp Bottom Up Theo phương pháp này, toàn hố đào đào đến độ sâu thiết kế (Độ sâu đặt móng), dùng phương pháp đào thủ cơng hay đào máy phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thuỷ văn, vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thuỷ văn, vào khối lượng đất cần đào cịn phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhân lực cơng trình Sau đào xong, người ta cho tiến hành xây nhà theo thứ tụ bình thường từ lên trên, nghĩa từ móng lên mái Để đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở q trình thi cơng người ta dùng biện pháp giữ vách đào theo phương pháp truyền thống nghĩa ta đào theo mái dốc tự nhiên (Theo góc φ đất) Hoặc mặt chật hẹp không cho phép mở rộng ta luy mái dốc hố đào ta dùng cừ để giữ tường hố đào  Ưu ểm: - Kết cấu cho tầng hầm đơn giản giống phần mặt đất Việc xử lý chống thấm cho thành tầng hầm việc lắp đặt hệ thống mạng lưới kỹ thuật tương đối thuận tiện dễ dàng - Việc làm khơ hố móng đơn giản hơn, ta dùng bơm hút nước từ đáy móng theo hố thu nước tính tốn sẵn  N ượ ểm: - Khi thi công hố đào sâu dẩn tới chiều sâu hố đào lớn nên tốn hệ thống kết cấu chống đỡ tường chắn - Thời gian thi cơng kéo dài Hình 1: Công trường thi công tầng hầm theo phương pháp Bottom Up a Phương pháp đào đất trước, sau thi công nhà từ lên Đây phương pháp cổ điển áp dụng chiều sâu hố đào không lớn, thiết bị thi công đơn giản, mặt rộng rãi Toàn hố đào đào đến độ sâu thiết kế (Độ sâu đặt móng), dùng phương pháp đào thủ công hay đào máy phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thuỷ văn, vào chiều sâu hố đào, khối lượng đất cần đào, thiết bị máy móc nhân lực cơng trình Sau đào hố móng xong, người ta tiến hành xây nhà theo thứ tự từ lên trên, nghĩa từ móng lên mái Để đảm bảo cho hệ thống hố đào khơng bị sụt lở q trình thi công người ta dùng biện pháp giữ vách đào theo phương pháp truyền thống nghĩa ta đào theo mái dốc tự nhiên (Theo góc φ đất) Hoặc mặt chật hẹp không cho phép mở rộng ta luy mái dốc hố đào ta dùng cừ để giữ tường hố đào  Ưu ểm: - Thi công đơn giản, độ xác cao, giải pháp kiến trúc kết cấu cho tầng hầm đơn giản giống phần mặt đất - Việc xử lý chống thấm cho thành tầng hầm việc lắp đặt hệ thống mạng lưới kỹ thuật tương đối thuận tiện dễ dàng - Việc làm khô hố móng đơn giản hơn, ta dùng bơm hút nước từ đáy móng theo hố thu nước tính tốn sẵn  N ượ ểm: - Khi chiều sâu hố đào lớn khó thực hiện, đặc biệt lớp đất bề mặt yếu - Khi hố đào khơng dùng hệ cừ mặt phải rộng đủ để mở taluy cho hố đào - Xét mặt an tồn cho cơng trình lân cận hay cho cơng trình xây chen biện pháp khơng khả thi, cịn xét chiều sâu hố đào lớn dùng biện pháp ta phải đào thành nhiều đợt, nhiều bậc lưu ý đến độ ổn định mái đào Hình b Thi công tường nhà làm tường chắn đất Theo phương pháp này, sau thi công xong cọc tường vây, cọc vây hệ thống cừ bao xung quanh cơng trình, nhà thầu tiến hành đào đất tới độ sâu định tiến hành: - Lắp đặt hệ thống chống thép hình (Bracsing System) hệ thống neo để chống đỡ vách tường tầng hầm q trình đào đất thi cơng tầng hầm Tùy theo độ sâu đáy đài mà thiết kế yêu cầu hay nhiều hệ tầng chống khác nhằm đảm bảo đủ khả chống lại áp lực đất nước ngầm phía ngồi cơng trình tác động lên vách tường tầng hầm - Sau lắp dựng xong hệ chống đỡ đất đào đến đáy móng, nhà thầu thi cơng hệ móng tầng hầm , tầng thân cơng trình từ phía lên theo trình tự thi cơng thơng thường Hệ thống chống sử dụng lõi cứng cho cấu kiện dầm/sàn tầng hầm dỡ bỏ sau sàn tầng hầm đủ khả chịu lại áp lực tác dụng lên vách tầng hầm  Ưu ểm: - Không cần dùng ván cừ để giữ vách hố đào - Trình tự thi cơng cơng trình theo thứ tự xây từ xây lên - Để áp dụng phương pháp tường bao cơng trình phải thiết kế bảo đảm chịu tải trọng áp lực đất gây với đồng thời có đủ điều kiện để thi cơng tường bao phương pháp "cọc barret"  N ượ ểm: - Thời gian thi công dài phải thi cơng xong tường bao, cọc (nếu có) đến đào đất xây cơng trình - Nếu trường hợp tường bao khơng tự chịu áp lực ta phải có biện pháp chống tường hệ chống đỡ neo bê tơng Hình 3: Ba giai đoạn thi công tầng hầm tường vây c Thi công cọc tường chắn Q trình thi cơng cọc tường chắn thực lúc mặt đất tự nhiên Phương pháp hầu hết móng cọc dùng móng cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi thi công mặt đất đến cao độ tầng hầm dừng lại Sau dùng cát lấp phần lại để tiện cho việt thi công công tác khác Tường chắn thi công quanh mặt hố móng cơng trình có tác dụng giữ đất thành hố đào giữ mực nước ngầm ngồi mặt thi cơng tầng hầm c.1 Các giải pháp chống vách đất Hình 4a: Một số phương án chống vách đất Hình 4b: Một số phương án chống vách đất c.2 Các giải pháp kết cấu tường đất Các tường đất tiếp nhận tải ngang tải thẳng đứng, cấu tạo chung cần thiết phải xét đến tất lực tác dụng lên tường đất để đảm bảo độ bền ổn định trình xây dựng khai thác cơng trình  Tường đất bê tơng tồn khối Bê tơng tồn khối có chiều dày từ 0,6-1,0m, tường thường cắt thành đoạn từ 4-6m nối với Các mối nối theo thứ tự hay cách đốt phụ thuộc vào thiết bị sử dụng điều kiện thi công Để tăng độ cứng tường ta làm sườn với chiều cao xác định từ điều kiện đào gầu xúc Tuy nhiên việc dùng sườn gây khó khăn cho việc xây tường hình dạng phức tạp Hình 5: Tường đất bê tơng tồn khối  Tường đất bê tông đúc sẵn Việc thi công tường đất bê tông đổ chỗ phức tạp, chất lượng bê tông lúc theo ý muốn, thời gian thi công lại kéo dài Để khắc phục người ta đưa cấu kiện bê tông đúc sẵn vào với ý đồ thay bê tông đúc chỗ Hiện nay, nhiều nước giới giải vấn đề cách kết tốt Việc sử dụng bê tông đúc sẵn lắp ghép hạn chế chủ yếu bê tông lớn, nặng từ 10~30T Do địi hỏi phải có thiết bị nâng để lắp ráp nên giá thành cao Những năm gần người ta dùng kết cấu hỗn hợp tức phần tường tầng hầm cơng trình có chiều cao < 10m cấu kiện lắp ghép, phần lại để chắn nước ngầm vào đáy hố móng bê tơng tồn khối Hình 6: Kết cấu hỗn hợp tường đất c.3 Công nghệ xây dựng tường Barret đất 10 c.4 Thi công đào đất tầng hầm hố móng  Thi cơng đào đất Việc đào đất kết thúc đạt chiều sâu thiết kế,tạo mặt cho việc thi cơng đài móng sàn tầng hầm Hình 7: Cơng tác thi cơng đào đất tầng hầm  Các phương pháp chống tường bao thi cơng đào đất Tường bao có chiều sâu lớn, chịu áp lực đất lớn Vì ta phải dùng biện pháp chống tường bao sau: Hình 8: Hai giải pháp chống đỡ tường bao + Chống đỡ tường bao hệ dầm sản xuất chỗ 11 Dùng hệ dầm cột chống văng tường đối diện (Hình 9a) Hệ dầm thường làm bê tông cốt thép hệ dầm gia cơng từ thép hình gồm xà ngang, dầm văng cột chống xà ngang tỳ lên tường, tương chịu áp lực đất (chịu uốn) Dầm văng phận chịu lực (chịu nén) làm nhiệm vụ chống giữ tường đối diện Hình Hình 10: Hệ dầm thép cột chống giữ ổn định tường bao 12  Ưu ểm: Đơn giản, dễ tính toán  N ượ ểm: - Rất tốn vật liệu làm xà, dầm, cột (có thể thu hồi 100%) - Hầu hết công tác thi công thực công trường nên suất thấp - Do vướng hệ chống đỡ nên công tác đào đất thực chủ yếu phương pháp thủ công giới nhỏ nên suất thấp, tiến độ chậm - Sau giải phóng, hệ chống đỡ khơng sử dụng lại nên gây lãng phí đẩy giá thành lên cao - Không thực gia tải trước cho hệ chống, hệ chống làm việc thụ động - Khi tầng hầm thi cơng xong hệ chống đỡ dỡ áp lực ngang chuyển vào khung nhà (tầng hầm chịu) - Khi chiều ngang cơng trình lớn hệ chống đỡ trở nên phức tạp khoảng cách tường đối diện lớn + Chống đỡ tường cừ phương pháp neo đất Hình 11: Hệ neo ngầm Hình 12: Các phần neo 13 Hình 13: Hình ảnh neo  Ưu ểm: - Thi công hố đào gọn gàng, áp dụng cho thi cơng hố đào sâu - Khơng có hệ chống đỡ nên khơng cản trở việc thi công công tác khác mặt tầng hầm Thi công mặt tầng hầm thuận lơi  N ượ ểm: - Số lượng đơn vị thi cơng xây lắp nước có thiết bị cịn - Nếu đất yếu sâu khó áp dụng 1.2.2 Thi cơng Top-down Phương pháp thi công thường dùng phổ biến Để chống đỡ sàn tầng hầm trình thi cơng, người ta thường sử dụng cột chống tạm thép hình (l đúc, l tổ hợp tổ hợp 4L ) Trình tự phương pháp thi cơng thay đổi cho phù hợp với đặc điểm cơng trình, trình độ thi cơng, máy móc đại có Cơng nghệ thi cơng Top-down (từ xuống) cơng nghệ thi cơng phần ngầm cơng trình nhà, theo phương pháp khác với phương pháp truyền thống: thi công từ lên Trong công nghệ thi công Top-down người ta đồng thời vừa thi cơng tầng ngầm bên cốt ± 0,00 (cốt ± 0,00 tức cao độ mặt hoàn thiện tầng cơng trình nhà, đọc cốt khơng) móng cơng trình, vừa thi cơng số hữu hạn tầng nhà, thuộc phần thân, bên cốt không (trên mặt đất)  Bản chất phương pháp là: + Bước 1: Thi công tường đất cọc khoan nhồi trước Cột tầng hầm thi công cọc nhồi đến cốt mặt + Bước 2: Người ta tiến hành đổ sàn tầng ngang mặt đất tự nhiên Tầng tỳ lên tường đất cột tầng hầm Người ta lợi dụng cột đỡ cầu thang máy, thang bộ, giếng trời làm cửa đào đất vận chuyển đất lên đồng thời cửa để thi cơng tiếp tầng Ngồi cịn để tham gia thơng gió, chiếu sáng cho việc thi công đào đất Khi bê tông đạt cường độ yêu cầu, người ta tiến hành đào đất qua lỗ cầu thang giếng trời cốt sàn tầng thứ (1C) dừng lại sau lại tiếp tục đặt cốt thép đổ bê tông sàn tầng 1C Cũng lúc từ 14 mặt sàn tầng người ta tiến hành thi công phần thân nghĩa từ lên Khi thi công đến sàn tầng người ta tiến hành đổ bê tông đáy nhà liền với đầu cọc tạo thành sản phẩm cùng, có phần móng nhà Bản cịn đóng vai trị chống thấm chịu lực đẩy lực ácimét Hình 1: Thi cơng tầng hầm theo phương pháp Top – Down  Có hai phương pháp thi công sàn tầng hầm: - Dùng hệ cột chống hầm thi công (tỳ lên cọc nhồi) để đỡ hệ dầm sàn tầng hầm - Dùng cột chống tạm (thường dùng thực tế thép hình chữ I có gia cường đặt vào cọc nhồi, sau thi cơng cột xong dỡ bỏ Mỗi phương án bộc lộ ưu điểm nhược điểm nó, để áp dụng phải tính tốn cách chặt chẽ khơng liên quan đến thi công mà giải pháp kết cấu  Ưu ểm: - Tiến độ thi công nhanh, qua thực tế số cơng trình cho thấy để thi cơng phần thân cơng trình 30 ngày, với giải pháp chống quen thuộc tầng hầm (kể đào đất, chống hệ dầm tạm, thi công phần bê tông) khoảng 45 đến 60 ngày, với nhà có tầng hầm thời gian thi công từ  tháng - Khơng phí cho hệ thống chống phụ - Chống vách đất giải triệt để dùng tường hệ kết cấu cơng trình có độ bền ổn định an tồn cao - Khơng tốn hệ thống giáo chống, cốppha cho kết cấu dầm sàn sàn thi cơng mặt đất - Chống vách đất với độ ổn định - Rất kinh tế  N ượ ểm: - Kết cấu cột tầng hầm phức tạp - Liên kết dầm sàn cột tường khó thi cơng 15 - Thi cơng tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động Công tác thi công đất không gian tầng hầm có chiều cao nhỏ khó thực giới.Nếu lỗ mở nhỏ phải quan tâm đến hệ thống chiếu sáng thơng gió 16 Hình 2: Trình tự thi công Top - Down 1.2.3 Thi o ợ Thi công theo phương pháp hỗn hợp gọi là: Phương pháp Semi Top – Down Phương pháp thi công đào hở đến cốt tầng hầm thứ sử dụng hệ thống chống giữ hố đào thi công tầng tầng theo PP truyền thống từ lên Còn tầng tầng thi cơng theo phương pháp Top - Down từ xuống tầng đến tầng Nói đến phương pháp Semi top down nói đời để khắc phục số khuyển điểm phương pháp Top Down thời gian thi cơng giảm bớt phương pháp Top Down Hình 3: Thi cơng tầng hầm theo phương pháp Semi Top – Down 17  So s ưu, PP Bo o Ưu ể N ượ ể ượ ểm U o Dow S o Dow - Kết cấu cho tầng hầm đơn giản giống phần mặt đất - Xử lý chống thấm cho thành tầng hầm việc lắp đặt hệ thống mạng lưới kỹ thuật tương đối thuận tiện dễ dàng - Việc làm khơ hố móng đơn giản - Tiến độ thi công nhanh - Khơng phí cho hệ thống chống phụ - Chống vách đất giải triệt để dùng tường hệ kết cấu cơng trình có độ bền ổn định an tồn cao - Khơng tốn hệ thống giáo chống, cốppha cho kết cấu dầm sàn sàn thi cơng mặt đất - Rất kinh tế - Khắc phục nhược điểm phương pháp Top Down - Khi thi công hố đào sâu dẫn tới chiều sâu hố đào lớn nên tốn hệ thống kết cấu chống đỡ tường chắn - Thời gian thi công kéo dài - Kết cấu cột tầng hầm phức tạp - Liên kết dầm sàn cột tường khó thi cơng - Thi cơng tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động - Công tác thi cơng đất khơng gian tầng hầm có chiều cao nhỏ khó thực giới - Rút ngắn thời gian thi công so với phương pháp Top Down 18 ... đại có Cơng nghệ thi cơng Top-down (từ xuống) công nghệ thi công phần ngầm cơng trình nhà, theo phương pháp khác với phương pháp truyền thống: thi công từ lên Trong công nghệ thi cơng Top-down... mặt tầng hầm Thi công mặt tầng hầm thuận lơi  N ượ ểm: - Số lượng đơn vị thi công xây lắp nước có thi? ??t bị cịn - Nếu đất yếu sâu khó áp dụng 1.2.2 Thi công Top-down Phương pháp thi công thường... Hệ neo ngầm Hình 12: Các phần neo 13 Hình 13: Hình ảnh neo  Ưu ểm: - Thi công hố đào gọn gàng, áp dụng cho thi cơng hố đào sâu - Khơng có hệ chống đỡ nên không cản trở việc thi công công tác