Phân tích giải pháp bảo vệ hố đào hiệu quả cho móng nhà cao tầng có tầng hầm

Một số giải pháp do nhà thầu đề xuất trích dẫn từ công trình đã thi công nhu giải pháp văng chống ngang xiên bằng thép hình, bằng neo trong đất ngoài hố đào hoặc thi công sàn tầng hầm ki

PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP BẢO VỆ HỐ ĐÀO HIỆU QUẢ CHO MÓNG NHÀ CAO TẦNG CÓ TẦNG HẦM

PGS.TS NGUYỄN BẢO HUÂN,

Công ty Tư vấn CDC

TÓM TẮT:

Những giải pháp phòng chống biến dạng đất ngoài hố đào tầng hầm phổ biến là từơng cừ tạm Larssen, cọc xi măng đất hoặc tuong cừ vĩnh cửu bêtông trong đất Vấn đề là chọn giải pháp nào để văng chống biến dạng tường cũ? Một số giải pháp do nhà thầu đề xuất trích dẫn từ công trình đã thi công nhu giải pháp văng chống ngang xiên bằng thép hình, bằng neo trong đất ngoài hố đào hoặc thi công sàn tầng hầm kiểu Top-Down hay dầm vành đai cứng bên ngoài hố đào mà không cần văng chống bên trong đã đem lại hiệu quả nhiều mặt Mời xem băng video quay cảnh thi công văng chống bên trong hố đào cho tuong trong đất của hố móng có diện tích 23,60 x 51,70 cho một tầng hầm sâu 5,4m nhà cao 20 tầng tại 258 Bến Chuơng Dương, Q.1, TP.HCM

MỞ ĐẦU:

Thời gian gần đây tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đã xảy ra không ít sự cố móng tầng hầm do sai sót kỹ thuật dẫn đến nhiều tranh cãi về nguyên nhân sự cố giữa nhà thầu thi công- thiết kế và tư vấn Giám sát Ví dụ nghiêng cọc khoan nhồi móng tầng hầm Saigon Pearl; Sự cố phần ngầm 5 tầng hầm công trình Pacific số 43,45,47 đường Nguyễn Thị Minh Khai Quận 1 do xuất hiện lỗ thủng(0,2x 0,7m) trên tường vây; Sự cố tại 792B Nguyễn Kiệm P.3 Quận Gò Vấp; Sự cố nước bùn cát chảy từ độ sâu -12,5m đáy hố móng

“Tháp Ngân hàng Đầu tư - phát triển Việt Nam” tại 194 Trần Quang Khải Hà Nội

Sự cố hố đào có thể dẫn đến sự phá sản đối với một doanh nghiệp dù đã tích luỹ dày kinh nghiệm cũng có khi gặp vận không may Vấn đề sự cố hố đào móng có tầng ngầm luôn luôn là đề tài thời sự, nó tiềm ẩn trong nghề và nghiệp của mỗi kỹ sư Đến nay chưa có một hội nghị Cơ đất - Nền móng quốc tế nào mà lại vắng bóng Tiểu ban hố đào

Sự cố phần ngầm 5 tầng hầm công trình Pacific số 43,45,47 đường NTMK, Q.1 TP.HCM

Một số giải pháp phòng ngừa sự cố hố đào công trình có phần ngầm đã thi công trong những năm gần đây được trình bày nhằm cùng nhau trao đổi bài học kinh nghiệm, đặc biệt đối với phương án hố đào móng sâu có 1-2 tầng hầm trên vùng đất yếu dây 12-15m có mực nước ngầm cao ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh

Sự cố nước bùn cát chảy từ độ sâu -12,5m đáy hố móng tại 194 Trần Quang Khải Hà Nội

Sự cố công trình 102 Cống Quỳnh P.Phạm Ngũ Lão Q.1

I NHỮNG GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG SỰ CỐ HỐ ĐÀO:

1 Tưòng chắn larssen kết hợp thanh văng chống cho hố đào móng công trình có 1 tầng hầm:

Vào thời kỳ những năm 90 thế kỉ XX Hà Nội bắt đầu xây dựng các nhà cao tầng có tầng hầm như Trụ sở Tổng cục V có 1 tầng hầm và 11 lầu; Tổng công ty Tái Bảo hiểm Quốc gia có 1 tầng hầm và 10 lầu; Toà nhà Nghiên cứu - Đào tạo Thông tấn xã Việt Nam

có 1 tầng hầm và 11 lầu đã sử dụng tường chắn hố đào tầng hầm bằng cừ Larssen

Ví dụ: Larssen dùng cho tường chắn hố đào

móng 1 tầng hầm của Công trình Ngân hàng Công

thương Việt Nam cao 17 tầng tại 108 đường Trần

Hưng Đạo Hà Nội xung quanh là các nhà kết cấu

gạch 4-5 tầng móng nông xây dựng từ đầu thế kỷ

XX, đên nay đã hết niên hạn sử dụng

Công trình có tổng diện tích sàn 7645m2 trên

diện tích xây dựng 1040m2 So với nhà 1 tầng hầm

bình thường khác, công trình này có chiều sâu móng

lớn hơn do phần bêtông đài cọc dầy 2,8m nằm trên

cọc khoan nhồi đường kính lớn 1m,chân cọc ngàm

vào tầng cát hạt trung lẫn sạn sỏi trạng thái chặt vừa

sâu 42m

Thi công hố đào đã chuyển đất đi khoảng

9000 tấn, sẽ gây mất ổn định và biến dạng ngay

trong lòng hố đào và ảnh hưởng đến chuyển dịch đất

xung quanh hố đào Hố đào nằm trong 2 lớp đất,lớp

trên cùng là đất lấp có chiều dày 2,5m, lớp thứ 2 là

sét dẻo mềm có chiều dày trung bình 12m Giá trị xuyên động N=14, cường độ đát nền qui ước Ro= 19t/m2, môđun đàn hồi Eo=1300t/m2

Trong điều kiện móng sâu trên nền đất yếu, với tải trọng công trình trung bình, Nhà thầu thi công đã lập 3 phương án phòng chống sự cố hố đào cho công trình xây chen như sau:

1 Phương án tường cừ Larssen và văng chống bằng thép hình,

2 Phương án tường cừ bằng thép hình tổ hợp U I kết hợp văng chống bằng thép hình

3 Phương án tường bê tông liên tục trong đất và neo trong đất

Phương án đầu tiên sử dụng cừ Larssen có mã hiệu SKSP-Ha cường độ 4000kg/cm2, cừ dài 8m thi công đất đào mở.đem lại hiệu quả kinh tế và an toàn vừa đủ

Chi phí tường cừ văng chống và vật liệu bêtông tầng hầm được tính như sau:

đơn vị 1.000 VNĐ

Vật tư: 972,000 Tiền hạ cừ: 162,500 Văngchống: 476.000,0 1.610.500

Bêtông tường, sàn Hầm 2.340.500 Tổng giá thành móng một tầng hầm 1.040m2 3.951.000

Tường chắn tạm bằng cừ Larssen có văng chống kết hợp cọc biện pháp thi công

Thời điểm xây dựng 1997, đơn giá hạ cử và thuê cừ Larssen là 1.134.500 Đ bao gồm: tiền vật tư 108kg * 9.000Đ = 972.000Đ + tiền công hạ cừ 2,5m*65.000Đ = 162.500Đ + tiền văng chống 476.000.000 Đ = 1.134.500 + 476.000 = 1.610.000 Đ

và tỉ lệ tiền cừ chiếm:1.610.500/3.951.000 = 40%Tổnggiá thành móng tầng hầm

phương án 1 hợp lý về kỹ thuật và kinh tế hơn phương án còn lại

Quá trình thi công, tường cừ đựoc đo biến dạng bằng inclinometer, thanh chống được

đo biến dạng bằng đầu đo cảm biến (sensor) Vấn đề an toàn cho công trình xung quanh được quan tâm triêït để, đến nay sau gần chục năm quan trắc lún liên tục móng và kết cấu công trình và các nhà lân cận kết quả đạt được là không hề xuất hiện sự cố đáng tiếc

Như vậy, khi nhà thầu có kinh nghiệm và năng lực thi công hố đào tầng hầm sẽ

đánh giá đựoc tầm quan phương án hố đào trong vùng xây chen, hiểu tính phức tạp của nền đất yếu và đề xuất được giải pháp phòng chống sự cố hố đào hợp lý và kinh tế

Tường chắn bêtông liên tục trong đất có hệ văng chống ngang và xiên nằm trong hố đào

2 Tường chắn bêtông trong đất kết hợp neo trong đất cho công trình có từ 2-3 tầng hầm:

Tường chắn Barrette hay tường bêtông liên tục trong đất là một dạng tường chắn

đất với mục đích chắn lở đất, chống trượt đất hoặc ngăn nước chảy vào hố đào Đặc trưng giải tường chắn thường có dộ sâu và chiều dài rất lớn Còn độ dầy rất mỏng so với chiều dài,chiều sâu tường nên tường coi là rất mảnh Dưới áp lực nước ngầm và áp lực đất đẩy ngang từ phía ngoài hố móng lên tườmg chắn làm tường chắn dễ bị biến dạng và chuyển dịch lớn tại đỉnh tường Việc thực hiện hố đào tường chắn được thi công bằng gầu ngoạm được treo bằng dây cáp trên xe cẩu tự hành đây là thiết bị chuyên dùng để thi công tường trong đất ở giai doạn 1 Giai đoạn 2 là văng chống chuyển vị của tường bằng một trong các giải pháp sau đây

1 Tường trong đất kết hợp neo trong đất nằm ngoài hố đào

2 Tường trong đất kết hợp hệ văng chống ngang và xiên nằm trong hố đào

3 Tường trong đất kết hợp văng chống bằng sàn bêtông cốt thép thi công kiểu Top - Down

Giải pháp neo trong đất tạo cho thi công thuận lợi vì mặt bằng thi công các sàn tầng hầm thoáng không vướng các thanh chống nằm trong hố đào Việc chống thấm cho tường và sàn tầng hầm rất đơn giản và hiệu quả cao Phương án tường barrette kết hợp neo trong đất là công nghệ thi công tiên tiến và lần đầu tiên được áp dụng ở Viêt Nam

Habour View Tower (TP.HCM)

Ví dụ: Tháp Vietcombank tại198 Trần Quang Khải Quận Hoàn Kiếm Hà Nội năm

1997 Đây là công trình dân dụng đầu tiên thi công năm 1997 có tường tầng hầm bằng

bêtông liên tục trong đất và hệ thống neo trong đất yếu nhiều lớp xen kẹp phức tạp ở vùng đồng bằng Sông Hồng

Tháp cao 108m có 23 lầu và 2 tầng hầm sâu 10,4m hệ kết cấu khung - vách cứng, riêng phần móng tiêu tốn xấp xỉ 7 triệu USD

Mặt bằng kết cấu móng

công trìnhVietcombank

Mặt bằng móng Habour View Tower

Công trình Vietcombank:

Tường bêtông trong đất kết hợp neo trong đất

Diện tích tường tầng hầm 2.500m2 tựa trên 58 cọc Barrette có tiết diện 0.8 * 2.8m vàcọc có độ sâu trung bình 55m.Hạn chể chuyển vị ngang của tường trong đất bằng 101 neo gồm 2 hàng ở 2 cao trình + 8.7 và + 4.2 so với mặt đất tự nhiên trung bình +11.0m Neo có chiều dài 25m nghiêng (xiên) 40 độ áp dụng công nghệ khoan phụt vữa ximăng do tập đoàn Bachy Soletanche thực hiện Phương án bảo vệ hố đào băng tường trong đất kết hợp neo trong đất mặc dầu giá thành cao nhưng nó thích hợp với thi công công trình có từ

2 tầng hầm trở lên Đây là phương án an toàn tuyệt đối và khả thi duy nhất cho xây dựng

nhà cao tầng xây chen trong thành phố có mật độ xây dựng cao, nhà có nhiều tầng ngầm trong vùng đất yếu

3 Tường chắn bêtông kết hợp văng chống kiểu “top-down” cho công trình có nhiều tầng hầm:

Phương pháp thi công kiểu từ trên xuống, kiểu “Top-down” chính là phương pháp thi công đào hố móng nửa mở nửa ngầm cho các sàn tầng hầm: tấm sàn đầu tiên trên mặt đất được thi công theo phương pháp đào mở, tấm sàn phía dưới sàn tầng hầm đầu tiên được thi công theo phương pháp đào ngầm.Công nghệ này có nhiều ưu việt hơn so với phương pháp đào mở thi công tường đổ bê tông toàn khối Phương pháp “Top-Down” thích hợp đặt biệt khi xây dựng nhiều tầng hầm trong vùng có mật độ xây dựng cao, điều kiện bề mặt đất nền tốt có cường độ nén lớn

Tại các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội nhiều công trình có từ 2 đến 5 tầng hầm đã và đang áp dụng giải pháp này như toà nhà 27 Láng Hạ Quận Đống Đa Hà Nội có 2 tầng hầm, Toà nhà Ever Fortune Plaza cao 18 tầng có 5 tầng hầm tại 83B Lý Thường Kiệt Hà Mội Dự án khai thác tầng ngầm làm bãi đậu xe và dịch vụ công cộng tại công viên Lê Văn Tám Quận 1 có 5 tầng hầm sâu hơn 17m

Do công nghệ thi công hiện đại, có khả năng làm móng công trình quy mô lớn, ít ồn và ít chấn động khi thi công nên phát triển không ngừng, ngay cả thiết bị kiểm tra chất lượng thông qua quan trắc thực tế cũng đã đạt độ tin cậy và hiệu quả cao Thi công “Top-Down” hiệu quả là biến dạng ngang của tường hầm khá nhỏ nên chuyển vị đất nền móng các công trình xung quanh hố đào là không đáng kể

Habour View Tower (TP.HCM) HABOUR VIEW TOWER công trình liền kề nhà 2 – 6 lầu về phía Tây Nam và Nam tại 35 Đường Nguyễn Hụê Quận 1 thành phố Hồ Chí Minh, Chủ đầu tư là Công ty

liên doanh Vietcombank – Bonday Công trình cao 65m có19 lầu và 2 tầng hầm có kích thước mặt bằng móng 25 X 27m sâu 9,61m, hoàn thành năm 1994 với giá trị riêng phần móng 850.000 USD Tường tầng hầm dầy 0,6m là cọc Barrette sâu 14m Móng đỡ toàn bộ tải trọng công trình gồm có 6 cọc Barrette 0,6*2,8 sâu từ 44,5 – 46,5m kết hợp thép hình

H làm trụ tạm thời trung gian để thi công sàn các tầng hầm theo kiểu Top – Down

Trên cùng điều kiện đất nền, phương pháp thi công kiểu Top – Down so với phương pháp đào mở của tường cừ Larsen, khối lượng đất đào giảm 30%, nội lực trong tường giảm 40% và tiết kiệm khoảng 90 tấn thép hình làm văng chống (công trình Habour View Tower) Vì kiểu Top – Down tạo được hệ chống đỡ cân đối cho các cạnh tường chắn với sàn có độ cứng lớn Dễ dàng Xử lý nước ngầm chảy vào hố móng vì tường sâu hơn cao trình đá sàn tầng hầm, tiết kiệm thời gian thi công tổng thể vì có thể thi công đồng thời cả kết cấu trên và kết cấu móng dưới mặt đất

Tòa nhà hỗn hợp HH4 (Song Da Twin Tower)-

Tổng Công ty Sông Đà Mặt bằng Tòa nhà hỗn hợp HH4

Phương pháp này còn được áp dụng thi công phần ngầm đồng thời thi công kết cấu phần trên cho công trình Saigon Centre (đầu tiên ở Việt Nam); tổ hợp qui mô lớn “ Trung tâm phát thanh quốc gia” 12 tầng tại 58 Quán Sứ, Hà Nội

Tòa nhà hỗn hợp HH4 – Tổng Công ty Sông Đà tại Mỹ Đình - Mễ Trì, Từ Liêm, Hà Nội cũng đã áp dụng giải pháp tường vây liên tục trong đất (2006) Qui mô kiến trúc công trình cao 99m, 27 lầu nằm trên không gian thông suốt 2 tầng hầm, chỗ sâu nhất 13,8m diện tích tầng hầm 9863m2,chu vi tường tâng hầm khoảng 400m Chiều dầy tường vây thay đổi: trên 5/9 chu vi tường tầng hầm cho khu thấp tầng tường dầy 60cm,phần tường còn lại 4/9 chu vi tường dầy 80cm sâu 35m tiết diện cọc 0,8*2,8mbố trí kiểu cài răng lược khoảng cách tim-tim 18m.Khối lượng đất đào chuyển đi 90 000m3

Có 3 phương án văng chống đươc các nhà thầu đề xuất:

1 Phương án văng chống ngang và xiên bằng thép hình giá thành 3,8tỉ VNĐ

2 Phương án văng chống kiểu Top – down dự toán 2,5 tỉ VNĐ

3 Phương án neo trong đất dài 8m và 12m dự toán tinh cả chi phí quan trắc 3,69 tỉ VNĐ Về độ an toàn thì cả 3 phương án đều đạt như nhau, riêng về giá thành và tiến độ thi công thì phương án 2 vượt trội Nhưng vấn đề quyết phương án nào của chủ đầu tư còn phụ thuộc phần lớn vào mối quan hệ với nhà thầu thi công, năng lực chuyên môn, kinh nghiệm quản lí chất lượng thi công của nhà thầu

Tường vây liên tục trong đất là giải pháp hợp lý, an toàn và tiết kiệm đối với nhà có nhiều tầng hầm, qui mô công trình kiến trúc lớn và quan trọng Ưu điểm của phương pháp này là:

 Tiến độ thi công tổng thể cả công

trình nhanh vì có thể tiến hành song

song cả kết cấu bên trên và dưới

 Không phải chi phí cho hệ thống

chống phụ

 Không tốn hệ thống giáo

chống,coppha cho kết cấu dầm sàn

vì sang tầng hầm được thi công

ngay trên mặt đất

 Có thể giảm 30% khối lượng đào

đất so với phương pháp dùng tường

chắn Larssen

 Dẫn đến có thể giảm 40% nội lực

trong tường do chống cân đối các

cạnh tường chắn

 Thi công ít ồn, ít chấn động

 Biến dạng ngang của tường chắn

khá nhỏ nên chuyển vị đất nền xung

quanh hố đào là không đáng kể

Vấn đề là thi công phải bảo đảm

chất lượng tuyệt đối Bưu chính -viễn thông VNPT Trung tâm điều hành

4 Tường chắn bê tông không văng chống

Trung tâm Điều hành khai thác viễn thông (VNPT) - Tập đoàn Bưu chính Viễn thông

VN

Thiết kế công trình do Kiến trúc sư người Pháp: Claude Cuvellier Nhà cao 25 tầng, tại 57 Huỳnh Thúc Kháng – Hà Nội Tổng diện tích sàn 36 400m2, tổng mức đầu tư

300 tỉ đồng VN thực hiện 2004-2007

Phần móng và tầng hầm: Tường chắn bêtông liên tục trong đất được thiết kế cho công trình này chiều dày 800mm chiều sâu có 2 loại: 17.5m và 55.5m (từ cao trình 0.00m) móng tạo thành chu vi đường tròn đường kính 55m

Nhà thầu chuyên nghiệp đã đề xuất biện pháp thay thế cho biện pháp dùng văng chống bằng thép hình chống lên các cột thép và cột bêtông bằng cách dùng một dầm vành

bo ở trên đỉnh tường vây, để liên kết các tấm tường đồng thời tăng sự ổn định, hạn chế sự biến dạng ở đỉnh tường vây và chống lại sự phân bố tải không đều lên tường Như vậy sẽ bảo đảm cho tường vây làm việc ổn định dưới lực đẩy của đất xung quanh Kích thước dầm 1,5m x 2m, độ cứng vòng 5200T/m3

Mặt bằng thi công không có văng chống bên trong hố đào sẽ rất thận lợi,đơn giản cho thi công đào hố móng và tất nhiên là tốc độ thi công nhanh,giá thành thấp

II KẾT LUẬN:

Những đề xuất phòng ngừa cho sự cố hố đào móng nhà cao tầng có từ 1 đến nhiều tầng hầm đều xuất phát từ qui mô công trình và điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn

Một phương án thiết kế dù hay đến mấy cũng chưa đem lại ngay hiệu quả mà nó còn trông đợi rất nhiều vào khả năng, kinh nghiệm và năng lực quản lí chất lượng của nhà thầu thi công và giám sát thi công Những phương án phòng ngừa sự cố hố đào phải:

1 Hiểu đầy đủ điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn phổ biến các nhà thầu

2 Thấy tầm quan trọng của công trình ngầm trong lòng đất mềm yếu, mực nước ngầm cao

3 Coi trọng đúng mức và kịp thời công tác giám sát thi công và giám sát tác giả thiết kế

Ngoài ra còn nhờ vào việc quản lý chặt chẽ mối quan hệ các bộ phận trong xây dựng