nghiên cứu về quy trình các bước sản xuất cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Viện Đào tạo sau Đại học, trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, các bạn cùng lớ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Thanh Sơn Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Các tài liệu tham khảo trong luận văn đều có cơ sở khoa học và có nguồn gốc rõ ràng

Hải Phòng, ngày tháng năm 2015

Tác giả

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Viện Đào tạo sau Đại học, trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, các bạn cùng lớp tôi đã tích lũy cho mình được một số kiến thức nhất định về chuyên môn Xây dựng Công trình thủy và đã được giao đề tài luận văn Thạc sỹ

“Nghiên cứu đề xuất quy trình thi công và đảm bảo chất lượng tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng” Đề tài của tôi đã được hoàn thành với sự nỗ lực, cũng như cố gắng của bản thân mình cùng sự hướng dẫn hết sức tận tình của TS Nguyễn Thanh Sơn Tuy nhiên, do thời gian và trình độ của tôi có hạn, vấn đề nghiên cứu có liên quan đến nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau… nên chắc chắn vẫn còn tồn tại một số thiếu sót nhất định, rất mong được các thầy cô và các bạn đồng nghiệp góp ý để tôi hoàn thiện luận văn tốt hơn Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công trình, Viện Đào tạo sau Đại học trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Thanh Sơn

đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện luận văn Tôi cũng xin gửi lờ i cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo ra mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn thạc sỹ này

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng biểu v

Danh mục hình vẽ vi

Mở đầu 1

Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng 3

1.1 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng 3

1.2 Các dạng tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng 12

1.3 Kết luận 20

Chương 2: Ứng dụng và công nghệ thi công cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng 22

2.1 Các loại cừ bê tông cốt thép dự ứng lực trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng 22

2.2 Trình tự thi công cừ bê tông cốt thép dự ứng lực trong xây dựng tầng hầm nhà cao 26

2.3 Các sự cố hay xảy ra trong thi công cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng 49

2.4 Kết luận 51

Chương 3: Đề xuất quy trình thi công và giám sát chất lượng thi công tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng 52

3.1 Chế tạo sẵn cừ bê tông cốt thép dự ứng lực và vận chuyển ra công trường 52

3.2 Cẩu lắp và hạ ép cừ bê tông cốt thép dự ứng lực 54

3.3 Chống thấm cho tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực 67

3.4 Công tác an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp khi thi công cừ bê

tông cốt thép dự ứng lực 68

3.5 Kết luận 70

Kết luận và kiến nghị ……… … ……… 71

Tài liệu tham khảo 73

DANH MỤC BẢNG BIỂU

1.1 Bảng thông số phụ thuộc góc ma sát trong φ 9

DANH MỤC HÌNH VẼ

1.1 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng 4

1.3 Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không neo 10

1.4 Cọc ván thép kết hợp chống giữ bằng hệ thép hình để thi

công hố đào các tầng hầm ở nước ngoài 13

1.5 Công tác thi công đào đất, lắp đặt cốt thép tường vây của

công trình văn phòng làm việc ở nước ngoài 15

1.7 Gia cố thành hố đào bằng dẫy cột xi măng 17 1.8 Thi công ép cọc cừ bê tông dự ứng lực tại TP.HCM 19

2.1 Cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn chữ T sản xuất

2.7 Cấu tạo ván khuôn của cừ chữ T và chữ H 28 2.8 Cần trục trượt ray để cẩu đổ bê tông trong xưởng 29 2.9 Sơ đồ quản lý sản xuất bê tông tại xưởng 30 2.10 Sơ đồ liên hệ của dây chuyền sản xuất tại nhà máy cừ bê

2.11 Sơ đồ làm việc cừ bê tông khi vận chuyển và cẩu lắp 32 2.12 Sơ đồ quản lý quá trình xuất và vận chuyển cừ 33 2.13 Biện pháp kê, xếp cừ bê tông cốt thép dự ứng lực 34 2.14 Công tác vận chuyển cừ bằng 2 đầu kéo, vừa kéo vừa đẩy 34

2.15 Cừ được cẩu hạ xuống công trình bằng cần cẩu chuyên

2.23 Thổi rửa bề mặt lỗ khoan giữa các cừ chữ H 39 2.24 Đổ bê tông trương nở vào khe giữa của các cừ chữ H 40

2.32 Sơ đồ quản lý quy trình chống thấm cho tường cừ bê tông

MỞ ĐẦU

Hiện nay, nhu cầu sử dụng tầng hầm trong các công trình đặc biệt là nhà cao tầng ngày một nhiều trên các thành phố lớn do mật độ giao thông và số lượng phương tiện giao thông cá nhân, nhất là ô tô ngày một gia tăng nhanh chóng, thì việc thiết kế các công trình có tầng hầm là điều tất yếu Trong thi công tầng hầm, đặc biệt là những công trình có tầng hầm nhiều tầng, giải pháp thi công tường chắn

là một phần hết sức quan trọng trong kết cấu để thi công tầng hầm, vì nếu lựa chọn giải pháp thi công hợp lý thì sẽ tạo ra khả năng thi công thuận tiện và hạn chế được rất nhiều sự cố

Một số phương pháp thi công kết cấu chắn giữ để thi công hiện nay bao gồm:

* Dùng cừ thép làm tường chắn tạm

* Dùng hệ cọc khoan nhồi bê tông cốt thép để thi công kết cấu chắn giữ

* Dùng hệ tường Barret để thi công kết cấu chắn giữ

* Dùng tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn để thi công kết cấu chắn giữ

Các phương pháp trên đều có những biện pháp thi công và những ưu nhược điểm riêng Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam việc sử dụng công nghệ “Tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn” để làm kết cấu chắn giữ tường vây tầng hầm nhà cao tầng ngày một phổ biến rộng rãi hơn với những ưu điểm nổi bật như thi công nhanh và hiệu quả kinh tế cao, vượt được chiều sâu hố đào lớn, dễ dàng kiểm soát được chất lượng sản phẩm vì được sản xuất tại nhà máy

Do đó, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu về quy trình các bước sản xuất tại nhà máy cũng như vận chuyển và lắp đặt tại công trình của “Cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn”

1 Mục đích nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu:

- Quy trình thi công cừ bê tông cốt thép dự ứng lực làm tường vây

- Giải pháp vận chuyển đến công trình

- Quy trình thi công hạ ép cừ tại công trình

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Cừ bê tông cốt thép dự ứng lực làm tường vây trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp phân tích

- Phương pháp thống kê

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Tài liệu quy trình, quy phạm

- Lấy ý kiến chuyên gia

4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

- Góp phần hoàn thiện các quy trình kỹ thuật xây dựng của Việt Nam

- Nâng cao chất lượng, kỹ thuật thi công công trình

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

TẤNG HẦM NHÀ CAO TẦNG 1.1 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng

1.1.1 Sự cần thiết và vai trò của tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng

Nhà cao tầng đã được xây dựng từ lâu trên thế giới bởi các nước phát triển Hiện nay, số lượng nhà cao tầng ngày một được xây dựng nhiều hơn, kể cả ở các quốc gia đang phát triển Ở Châu Âu do đặc điểm là nền đất tương đối tốt, mực nước ngầm thấp, kỹ thuật xây dựng hiện đại và cũng do nhu cầu sử dụng nên gần như nhà cao tầng nào cũng có tầng hầm, thậm chí là các siêu thị thấp tầng nhưng cũng có thể có tới 2-3 tầng hầm Còn ở Châu Á nói chung, số nhà cao tầng có tầng hầm chưa nhiều, nhưng ở một số nước và vùng lãnh thổ như Hồng Kông, Đài Loan, Hàn Quốc thì số lượng nhà cao tầng có tầng hầm chiếm tỉ lệ khá cao [21]

Ở nước ta, nhà cao tầng đang là xu thế xây dựng ở các thành phố lớn, đặc biệt

là Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Các khu nhà này thường được xây dựng trong khuôn viên nội thành để thuận tiện cho mục đích sử dụng chủ yếu của chúng, như là cho thuê căn hộ, làm văn phòng hay các trung tâm mua sắm Khi đó, yêu cầu về bãi đỗ xe phục vụ nhà cao tầng là một bài toán khó, bởi đất trong thành phố khá là hạn hẹp Do đó, việc xây dựng tầng hầm để để xe và lắp đặt các hệ thống kỹ thuật của toà nhà hay nhằm mục đích khác là một nhu cầu tất yếu Trường hợp phổ biến là các công trình cao từ 10 tầng trở lên được thiết kế 1 hay nhiều tầng hầm để đáp ứng yêu cầu sử dụng của chủ đầu tư trong hoàn cảnh công trình bị khống chế chiều cao và khuôn viên đất có hạn

Khi xây dựng tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng, một số vấn đề phức tạp đưa ra là giải pháp thi công khu hố đào sâu trong diện tích đất chật hẹp liên quan đến các yếu tố môi trường và kỹ thuật Xây dựng hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm từ đó làm nền đất bị dịch chuyển và có thể trượt, lún, sập gây hư hỏng cho các công trình lân cận Vì vậy, sự cần thiết của việc thiết kế các

giải pháp và thi công gia cố đất nền xung quanh công trường xây dựng là rất cần thiết Do đó, việc xây dựng hệ tường chắn đất trong thi công khu hố đào sâu để xây dựng tầng hầm nhằm đảm bảo ổn định nền đất xung quanh đóng vai trò rất quan trọng [21]

Hình 1.1 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng

Để thi công phần ngầm của công trình nhà cao tầng thì vấn đề cơ bản là giữ thành hố đào không cho sập trong quá trình thi công Trên thế giới và thực tế tại Việt Nam hiện nay, các phương pháp thi công tường chắn tầng hầm thường được

áp dụng chủ yếu như là tường cừ thép, tường cừ barrette, tường chắn bằng dãy cọc khoan nhồi, cột xi măng - đất, tường cừ BTCT, tùy thuộc vào độ sâu hố đào , điều kiê ̣n đi ̣a chất , mă ̣t bằng thi công và giải phá p kết cấu Yêu cầu chung của tường chắn là phải đảm bảo về ổn định cũng như cường độ dưới tác dụng của áp lực đất

và các tải trọng do được cắm sâu vào đất, neo trong đất hay được chống đỡ từ lòng

hố đào theo nhiều cấp độ khác nhau

1.1.2 Nghiên cứu sự làm việc của tường chắn đất

a, Các loại tải trọng tác dụng lên tường chắn đất [4,5,19]

Ngoài các loại tải trọng chính như tải trọng tĩnh tải, hoạt tải, một số tải trọng đặc biệt như tải trọng động (tải trọng động tại mặt sàn, ôtô, cần trục, tải trọng xếp động vật liệu ), tải trọng ngẫu nhiên (như động đất, lực va đập ) và một số tải trọng khác, thì tải trọng tác động lên kết cấu tường cừ chủ yếu có:

- Áp lực đất

- Áp lực nước

* Áp lực đất tác dụng lên tường chắn đất gồm:

- Áp lực chủ động của đất theo lý thuyết Coulomb:

+ Đối với đất rời: Khi tường cừ thẳng đứng, mặt đất sau lưng tường nằm ngang tại độ sâu h, theo công thức của Coulomb và Rankine đã đơn giản hóa:

h: Độ sâu điểm xác định cường độ áp lực đất

 : lần lượt là góc của tường chắn so với mặt thẳng đứng

Áp lực nước tác dụng lên mặt tường cừ bê tông được xác định theo qui luật

thủy tĩnh

W  W(Zh)

E W

Giả sử mực nước ngầm tại độ sâu h so với mặt đất Xét điểm M có độ sâu z kể

từ mặt đất thì áp lực nước tại M được xác định theo công thức sau:

) (

 : Trọng lượng riêng của nước

- Khi đất sau lưng tường nằm dưới mực nước ngầm thì trong công thức xác

định áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động trọng lượng riêng của đất  được

tính bằng trọng lượng riêng đẩy nổi  '

b, Tính toán tường cừ BT chịu tải trọng của tầng hầm và vách nhà cao tầng:

* Kiểm tra sức chịu tải của đất nền dưới chân tường cừ

- Tường cừ bê tông khi dùng làm tường tầng hầm cho nhà cao tầng, thì có thể

hoặc không chịu tải trọng thẳng đứng Ntc

do công trình bên trên gây nên

Hình 1.2 Sơ đồ phân bố áp lực nước [5]

- Trong trường hợp tổng quát, thì phải đảm bảo cho sức chịu của đất nền dưới chân tường cừ lớn hơn tải trọng của công trình cộng với tải trọng bản thân của bức tường gây nên tại chân tường, tức là:

tc tc

tc tc

R b

G N

Trong đó:

Ptc: Áp lực tiêu chuẩn dưới chân tường, T/m2

Ntc: Tải trọng công trình trên mỗi mét dài, T/m

Gtc: Trọng lượng bản thân của mỗi mét dài tường, T/m

Rtc: Sức chịu của đất nền dưới chân tường, T/m2

và được xác định theo công thức:

'

Trong đó:

b - Chiều rộng của tường cừ, m

H - Chiều sâu của

 - Dung trọng lớp đất dưới chân tường, T/m3

'

 - Dung trọng bình quân của các lớp đất từ chân tường đến mặt đất, T/m3

Ctc - Lực dính tiêu chuẩn của lớp đất dưới chân tường, T/m2

Tường cừ bằng bê tông cốt thép gồm các tấm cừ bê tông hình chữ T hoặc chữ

H nối liền với nhau qua các khớp nối, cho nên có thể tính cho mỗi mét dài tường

hay tính cho từng đốt cừ

A,B,D - Các thông số phụ thuộc góc ma sát trong  0 của lớp đất dưới chân tường, tra theo bảng sau

Bảng 1.1 Bảng thông số phụ thuộc góc ma sát trong  0

* Tính toán tường cừ không neo:

- Với trường hợp này thì áp dụng khi nhà có tầng hầm với chiều sâu nhỏ Quan niệm rằng tường cừ là một vật cứng, nên dưới tác dụng của áp lực đất, nó sẽ bị quay quanh một điểm C, gọi là điểm ngàm, cách đáy hố đào một khoảng là Zc Ở đây, ta phải xác định hai số liệu quan trọng, đó là độ sâu cần thiết của tường và Moment uốn Mmax để tính cốt thép cho tường Trình tự tiến hành như sau:

- Xác định các hệ số áp lực chủ động và áp lực bị động của đất vào tường cừ:

- Hệ số áp lực chủ động:

) 2 45 ( 0

- Hệ số áp lực bị động:

) 2 45 ( 0

Hình 1.3 Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không neo [5]

a) Sơ đồ tường b) Sơ đồ áp lực đất c) Biểu đồ moment

- Áp lực đẩy ngang lớn nhất dưới chân tường vào đất:

.(

3)3(.2

)(

2

2 2

2 2 1 1

3 2

2 2 1

2 2

Z h Q h h Q h

Q Q h

3 0 1

2 0 0

1 1 max

6

.2

h

Z Z

h Q

3

2(

3

2

Trong đó:

6

) (Z a Z N





1.2 Các dạng tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng

Để thi công được những công trình có nhiều tầng hầm thì trên thế giới chủ yếu

áp dụng các phương pháp thi công tường chắn như sau:

1.2.1 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng sử dụng cọc ván thép

Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép được sử dụng ngày càng phổ biến, đặc biệt là khi thi công tường chắn các công trình có từ 1 đến 2 tầng hầm Cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện Cọc ván thép có mặt cắt ngang thông thường dạng chữ U, Z Ngoài ra còn có một số loại khác như dạng tấm

phẳng cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp được cấu thành từ 2 cọc

U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi

từ 400 mm đến 750 mm và chiều dài thông thường từ 9m đến 15m [22]

Quy phạm có liên quan đến cọc ván thép về thi công và nghiệm thu đóng ép cọc thì được đề cập đến trong TCVN 9394 - 2012 Phương pháp cọc ván thép này

có những ưu nhược điểm như sau:

- Rút cừ trong đất dính sẽ kéo theo lượng đất đáng kể theo cừ nên có thể gây chuyển dịch nền đất lân cận hố đào

Hình 1.4 Cọc ván thép kết hợp chống giữ bằng hệ thép hình để thi công hố

đào các tầng hầm ở nước ngoài

* Về ưu điểm:

- Sau thi công, ván cừ ít khi bị hư hỏng nên có thể sử dụng nhiều lần

- 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 dùng máy ép thuỷ lực không gây tiếng và rung động lớn nên ít ảnh hưởng đến các công trình kế cận

- Tường cừ được hạ đúng yêu cầu kỹ thuật có khả năng cách nước tốt

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

- Trong khi thi công và quá trình sử dụng, khả năng chịu ứng suất động khá cao

- Khả năng chịu lực lớn với trọng lượng khá nhỏ

- Cừ thép dễ dàng nối bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài

1.2.2 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng sử dụng tường trong đất (cọc và tường vây Barrette)

Tường trong đất, là tường bê tông đổ tại chỗ, thường dày 600, 800, 1000 mm

để chắn giữ ổn định hố móng sâu trong quá trình thi công Đây là một loại cọc nhồi

bê tông cốt thép nhưng có tiết diện thường là chữ nhật và được tạo lỗ bằng gầu ngoạm Tường có thể được làm từ nhiều đoạn cọc với chiều rộng thay đổi từ 2,6m đến 5,0m Các đoạn tường thì được liên kết chống thấm bằng các gioăng cao su, thép và làm việc với nhau thông qua dầm mũ đỉnh tường và dầm bo đặt sát tường Thường thì tường được thiết kế có chiều sâu 16 - 20m tùy vào địa chất công trình

và phương pháp thi công xây dựng, có khi còn lên tới trên 40m để chịu tải trọng đứng lớn Loại tường này có thể kết hợp làm tường tầng hầm cho các nhà cao tầng hoặc là làm kết cấu chịu lực cho công trình [24]

Phương pháp tường Barrette này có những ưu nhược điểm như sau:

* Về nhược điểm:

- Công nghệ thi công phức tạp, khối lượng vật liệu lớn, đòi hỏi máy móc thiết

bị hiện đại và có công nhân tay nghề cao

- Trong quá trình thi công thường nằm sâu trong lòng đất, các khuyết tật sẽ dễ xảy ra hơn Công trường thi công dễ bị lầy lội, ảnh hưởng đến môi trường

- Các chi phí thí nghiệm cọc Barrette thường tốn kém

- Hiện chưa có quy trình nghiệm thu kỹ thuật riêng cho cọc Barrette

Hình 1.5 Công tác thi công đào đất, lắp đặt cốt thép tường vây của công trình văn

phòng làm việc ở nước ngoài

1.2.3 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm bằng phương pháp dãy cọc khoan nhồi để chắn giữ hố móng

Hình 1.6 Dãy tường cọc khoan nhồi

Công nghệ này sử dụng thiết bị tạo lỗ lấy đất lên, rồi cùng lúc bơm vào đất dung dịch Bentonite tạo màng giữ ổn định cho vách hố đào Sau đó, làm sạch cặn lắng rơi dưới đáy lỗ, để đảm bảo sự tiếp xúc trực tiếp của mũi của cọc bê tông sau này vào vùng đất chịu lực tốt Tiếp theo, tiến hành lắp dựng cốt thép và đổ bê tông một cách liên tục từ dưới đáy lỗ lên Khi mà bê tông cọc đã ninh kết đủ, đóng rắn

và đạt cường độ nhất định thì tiến hành đào hở rồi phá bỏ phần đỉnh cọc

Quy phạm có liên quan đến tường cọc khoan nhồi về thi công và nghiệm thu thì được đề cập đến trong TCVN 9395 - 2012 Những ưu nhược điểm của phương pháp tường chắn đất này là:

* Về nhược điểm:

- Khi thi công cần có thiết bị được đầu tư tốt, giá thành cao

- Khi xuyên qua vùng có các tơ hoặc đá nứt nẻ lớn phải dùng ống chống vách

để lại không rút lên sau khi đổ bê tông, do đó giá thành cao

- Khó kiểm tra chất lượng hố và thân cọc sau khi đổ bê tông

- Do đặc điểm công nghệ là các cọc không liên kết được với nhau nên nước và cát vẫn chẩy vào hố đào

* Về ưu điểm:

- Khi thi công cũng như khi sử dụng, cọc bảo đảm an toàn cho các công trình hiện có xung quanh

- Có thể xuyên qua các tầng đất sét cứng, cát chặt ở giữa nền đất để xuống độ sâu lớn, thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang các tơ

- Khả năng chịu lực cao

1.2.4 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng sử dụng cột xi măng đất

Cột xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng tại nơi gia cố với xi măng được phun xuống đất bởi thiết bị khoan phun [17,21]

Hình 1.7 Gia cố thành hố đào bằng dẫy cột xi măng Cột xi măng đất thường được thi công bằng công nghệ trộn sâu sử dụng máy khoan và nhiều thiết bị chuyên dụng Đất cát trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, liên kết và được các cánh mũi khoan trộn đều, nghiền tơi với chất kết dính là xi măng (đôi khi có thêm cát và phụ gia)

Loại cột nay đôi khi có thể làm móng sâu để thay thế cọc nhồi, làm tường trong đất (khi thi công tầng hầm nhà cao tầng), gia cố đất nền, thành của hố đào sâu Thường thì loại cọc này không có cốt thép Sử dụng xi măng trộn với đất nền nhờ các phản ứng hóa học - vật lý xảy ra làm cho đất nền đóng rắn thành một thể cọc xi măng đất với độ cứng khá cao Khi mà độ sâu hố móng từ 3-6 m, ứng dụng

phương pháp cọc trộn xi măng trong đất làm kết cấu chống giữ sẽ thu được kết quả tốt [17,21]

Quy phạm có liên quan đến cột xi măng đất về khảo sát - thí nghiệm, thiết kế, thi công và nghiệm thu thì được đề cập đến trong TCVN 9403 - 2012 Phương pháp sử dụng cột xi măng đất làm tường chắn đất có những ưu nhược điểm sau:

- Sử dụng vật liệu có sẵn, chủ yếu là đất, cát tại chỗ nên giá thành thấp

- Tốc độ thi công cọc nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, ít có yếu tố rủi

ro Tiết kiệm thời gian thi công do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp

- Đất được lưu trữ tại chỗ gần như nguyên trạng không phải vận chuyển đi

1.2.5 Tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng sử dụng cừ bê tông cốt thép dự ứng lực

Cách đây hơn 50 năm, tập đoàn PS Mitsubishi của Nhật Bản đã phát minh ra

cừ ván BTCT ứng lực trước với các kiểu dáng của mặt cắt tiết diện là hình học dạng sóng và đã được xây dựng, thử nghiệm rất có hiệu quả ở Nhật trong nhiều năm trước [22]

Loại cừ này thường được sử dụng để bảo vệ các công trình ven sông và kết hợp với việc chống lở xói bờ sông Trong Nam đã triển khai nhiều công trình kè sử dụng công nghệ này Từ trước các công trình xây dựng, cầu cảng, giao thông và kè

vẫn thường sử dụng cọc bê tông và tường chắn để bảo vệ và gia cố bờ, nhưng các vật liệu này trong thời gian gần đây không còn đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng, bởi khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công dài [22]

Hình 1.8 Thi công ép cọc cừ bê tông dự ứng lực tại TP Hồ Chí Minh

Loại cọc này bắt đầu được ứng dụng vào Việt Nam những năm 1999-2001 với chi phí cao do phải nhập khẩu từ nước ngoài Hiện nay, các sản phẩm này đã được sản xuất ở trong nước với giá thành rẻ hơn [22]

Quy phạm có liên quan đến cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực về thi công và nghiệm thu thì hiện nay theo tác giả được biết là chưa có Những ưu nhược điểm của phương pháp tường chắn đất này là:

* Về ưu điểm:

- Khả năng chịu tải trọng lớn so với trọng lượng bản thân

- Phương pháp hạ cừ nếu không phải trong nội thành thì có thể dùng búa Diezen, đơn giản hơn, rẻ tiền và nhanh

- Cừ chế tạo trong xưởng nên rất dễ hiện đại hoá, sản xuất được nhiều chủng loại, kiểm soát được chất lượng cọc Cọc chế tạo được dài hơn (có thể đến 24m/cừ) nên hạn chế được việc nối

- Khi thi công thành 1 bức tường bê tông sẽ có khả năng chống xói cao, hạn chế sự nở hông của đất đắp phía trong và đảm bảo độ kín và khít

- Do tiết diện hình học và có cốt thép dự ứng lực làm cừ có độ cứng cao

- Thi công thì dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng lớn, chỉ cần cẩu

và xà lan hay xe chở chuyên dụng là có thể thi công được

- Tuổi thọ của công trình cũng được nâng cao, dễ thay thế

- Cừ cũng là một giải pháp tốt trong một số trường hợp phải để cừ lại

* Về nhược điểm:

- Gần khu vực nhà dân không thể dùng phương pháp đóng Ngoài ra, nếu thi công thì phải tránh chấn động Tại khu vực xây chen phải khoan mồi rồi mới ép cọc được, do đó làm tiến độ thi công tương đối chậm

- Công nghệ chế tạo thì phức tạp hơn cọc đóng thường So với cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện thì giá thành cao hơn

- Thi công cừ đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị hiện đại hơn (búa thuỷ lực, búa rung, máy cắt nước áp lực v.v ) Khó thi công với đường cong có bán kính nhỏ, chi tiết mối nối phức tạp làm hạn chế độ sâu hạ của cừ

Một số công trình đã được sử dụng như: kè Đồng Nai, kè TP Biên Hòa, bãi rác

Củ Chi, kênh Nhiêu Lộc tại Thành phố Hồ Chí Minh…

1.3 Kết luận

Dù còn có một số nhược điểm nhất định, song không thể phủ nhận các ưu điểm của cừ bê tông cốt thép dự ứng lực trong việc xây dựng tường chắn đất như:

- Khả năng chịu tải trọng lớn so với trọng lượng bản thân

- Phương pháp hạ cừ rẻ tiền và nhanh

- Chế tạo cừ rất dễ hiện đại hoá, sản xuất được nhiều chủng loại, kiểm soát được chất lượng cọc

- Khi thi công thành 1 bức tường bê tông sẽ có khả năng chống xói cao, hạn chế sự nở hông của đất đắp phía trong và đảm bảo độ kín và khít

- Cừ có độ cứng cao

- Thi công thì dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng lớn

- Tuổi thọ của công trình cũng được nâng cao, dễ thay thế

- Cừ cũng là một giải pháp tốt trong một số trường hợp phải để cừ lại

Bên cạnh đó, cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đang được ứng dụng ngày càng phổ biến hơn trong các công trình xây dựng nhất là trong thời điểm hiện nay khi

mà các công trình nhà cao tầng với nhiều tầng hầm đang được xây dựng ngày một nhiều Tuy nhiên, so với các biện pháp thi công tường chắn đất đã nêu trước đó thì

cừ bê tông cốt thép dự ứng lực vẫn còn thiếu các quy phạm về thi công và nghiệm thu Điều đó sẽ dẫn đến khó khăn trong việc kiểm tra, giám sát thi công công trình

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỪ BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN TRONG XÂY DỰNG TẦNG HẦM

NHÀ CAO TẦNG 2.1 Các loại cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng

Hiện nay, cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn thường được sản xuất theo 2 dạng là cừ hình chữ T và cừ hình chữ H

2.1.1 Cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn tiết diện chữ T

Cừ chữ T là loại được chế tạo có tiết diện ngang hình chữ T với kích thước là 500x500mm Cốt thép thường và đai có đường kính 5mm, cốt chủ thường là cốt thép dự ứng lực loại tao cáp 12,7mm, ngoài ra còn có cả loại 15,2mm Đỉnh và thân cừ được bố trí các thép chờ sẵn để tiện cho việc cẩu lắp trong khi thi công Bê tông sử dụng là loại có cường độ khá cao từ 42 đến 70 Mpa Chiều dài cừ được sản xuất thường là 15m Cừ tiết diện chữ T có những ưu nhược điểm như sau [20]:

Hình 2.1 Cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn chữ T sản xuất trong nhà

máy

* Ưu điểm:

- Khả năng chịu tải trọng lớn so với trọng lượng bản thân

- Phương pháp hạ cừ rẻ tiền và nhanh

- Chế tạo cừ rất dễ hiện đại hoá, sản xuất được nhiều chủng loại, kiểm soát được chất lượng cọc

- Khi thi công thành 1 bức tường bê tông sẽ có khả năng chống xói cao, hạn chế sự nở hông của đất đắp phía trong và đảm bảo độ kín và khít

- Cừ có độ cứng cao

- Thi công thì dễ dàng, chính xác và không cần mặt bằng rộng lớn

- Tuổi thọ của công trình được nâng cao, dễ thay thế cừ

- Tiết diện đơn giản hơn cừ chữ H nên ván khuôn dễ chế tạo và dễ tháo lắp hơn

- Lượng thép bố trí ít hơn cừ chữ H nên dễ lắp dựng hơn

- Chỉ bố trí được lượng thép và cáp ít nên độ cứng nhỏ hơn so với cừ chữ H

Do đó, chiều dài cừ cũng ngắn hơn

Khi áp dụng làm tường chắn đất trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng, cừ chữ

T hiện nay thường chỉ sử dụng cho các tòa nhà có tối đa 2 tầng hầm do độ cứng

nhỏ hơn cừ chữ H

2.1.2 Cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn tiết diện chữ H

Cừ chữ H là loại được chế tạo có tiết diện ngang hình chữ H với kích thước tương đương cừ chữ T là 500x500mm Cốt chủ cũng sử dụng cốt thép dự ứng lực loại tao cáp 12,7mm hoặc 15,2mm nhưng có số lượng nhiều hơn so với cừ chữ T Cốt thép thường và đai có đường kính 5mm Đỉnh và thân cừ cũng được bố trí các thép chờ sẵn để tiện cho việc cẩu lắp trong khi thi công Bê tông sử dụng cũng là loại có cường độ khá cao từ 42 đến 70 Mpa Chiều dài cừ được sản xuất có thể lên tới 18m hoặc dài hơn tùy vào điều kiện cẩu lắp, vận chuyển

Cừ tiết diện chữ H ưu nhược điểm như sau [20]:

- Khó chế tạo và tháo lắp ván khuôn hơn cừ chữ T

- Lượng thép bố trí nhiều hơn cừ chữ T nên khó khăn trong lắp dựng hơn

Do độ cứng và chiều dài lớn hơn cừ chữ T nên có thể sử dụng làm tường chắn đất trong xây dựng nhà cao tầng có nhiều hơn đa 2 tầng hầm Ngoài ra, với 2 bên

bề mặt cừ phẳng và nhẵn hơn cừ chữ T nên khi ép với độ chính xác cao thì bề mặt tường cừ không cần phải làm thêm bức tường kiến trúc bao che phía ngoài do đó rất thuận tiện cho việc áp dụng thi công xây dựng nhiều tầng hầm

đỉ n h c ừ

mũ i c ừ

Hỡnh 2.3 Bản vẽ chi tiết cấu tạo của cừ hỡnh chữ H [20]

2.1.3 Ứng dụng cừ bờ tụng cốt thộp dự ứng lực trong xõy dựng tầng hầm nhà cao tầng

Hiện nay, trong cụng việc thiết kế cỏc tũa nhà cao tầng ở cỏc thành phố lớn, thường đều cú ớt nhất từ 1 tầng hầm trở lờn Tầng hầm này là nhằm lắp đặt cỏc hệ thống kỹ thuật và để xe của toàn tũa nhà Tuy vậy, một vấn đề khỏ rắc rối phức tạp đặt ra là giải phỏp thi cụng xõy dựng hố đào sõu trong khu đất cú mặt bằng chật liờn quan đến cỏc yếu tố mụi trường và kỹ thuật Khi thi cụng đào hố sõu thỡ thường làm thay đổi cỏc trạng thỏi ứng suất, biến dạng của đất nền chung quanh khu vực hố đào và cũn cú thể làm thay đổi cỏc mực nước ngầm dẫn đến đất nền bị dịch chuyển, cú thể làm hư hỏng, gõy lỳn cỏc cụng trỡnh lõn kế cận nếu khụng cú cỏc giải phỏp phự hợp [20]

Trong một số cụng trỡnh mới được xõy dựng gần đõy tại Hà Nội, Cụng ty Vinaconex Xuõn Mai đó ỏp dụng thành cụng cụng việc thi cụng tường võy tầng hầm nhà cao bằng hệ tường cừ bờ tụng cốt thộp dự ứng lực Vớ dụ điển hỡnh như

công trình xây dựng Trung tâm Thương mại chợ Mơ do Tổng công ty cổ phần Vinaconex làm chủ đầu tư, thì Công ty Vinaconex Xuân Mai đã áp dụng việc kết hợp giữa bê tông đổ tại chỗ và bán lắp ghép theo công nghệ mới các cọc bê tông

dự ứng lực tiền chế theo bản thiết kế trong thi công 3 tầng hầm Theo các giải pháp kết cấu, hệ tường bao quanh hầm là hệ tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực trước, tường có chiều sâu trung bình là 17m, độ dày là 0,55m, và phải đạt cùng lúc cả hai mục tiêu chính là chống thấm và chịu lực Đồng thời với đó, là chống tiếng ồn và không tạo các xung lực mạnh trong quá trình ép cừ gây ảnh hưởng tới các công trình lân cận [20]

Do đó, Công ty Vinaconex Xuân Mai đã đưa ra một giải pháp công nghệ mới

về ép cọc cừ bê tông dự ứng lực, đó là tiền chế các cọc cừ tại nhà máy, nên khi tới công trường không phải đào đất và cũng không phải trộn bê tông mặt đất như các cách làm phổ biến hiện nay trên các công trường thi công xây dựng đang áp dụng Tiếp sau đó, sử dụng máy ép thủy lực có sức ép lớn từ sáu đến tám trăm tấn ép cọc xuống tới độ sâu là gần 20m Bởi vì không tạo tiếng động làm ảnh hưởng đến các khu vực dân cư ở xung quanh cho nên có thể bố trí thi công 3 ca, tiến độ nhanh và

đã tiết kiệm được chi phí từ 10-15% Tuy vậy, cũng giống như khi dùng các biện pháp tường chắn bằng các phương pháp khác ví dụ như cọc cừ Larsen, Barrette hay cột xi măng đất để chắn giữ hố đào thì khi sử dụng tường chắn bằng cừ bê tông cốt thép dự ứng lực trước cũng cần có các biện pháp chống giữ tường chắn khi thi

công xây dựng tầng hầm, do với chiều sâu cừ lớn, chịu áp lực đất và nước cao 2.2 Trình tự thi công cừ bê tông cốt thép dự ứng lực trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng

2.2.2 Sản xuất cừ bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn tại nhà máy

Bước 1: Sản xuất và lắp đặt cốt thép

* Cốt thép dự ứng lực:

- Thép và cáp dự ứng lực được kiểm tra phải đúng chủng loại, sau đó cắt theo chiều dài dây chuyền cần sản xuất

- Thiết bị kéo căng cáp dự ứng lực là máy kéo thuỷ lực Kéo căng cáp theo trình tự đối xứng qua trục đứng, từ dưới lên trên

- Mỗi sợi cáp phải được căng cáp đến một lực căng thiết kế ứng với lực căng cáp của từng loại cừ trên suốt cả chiều dài của sợi cáp

- Cần phải tiến hành kiểm tra lại các sợi cáp, bệ căng, neo cáp, gông giằng v.v trước mỗi một đợt căng

* Cốt thép thường:

- Cốt thép phải được gia công và lắp đặt theo thiết kế, đảm bảo sự chắc chắn cho công tác tạo hình của sản phẩm

- Các cốt thép có đường kính d  10 mm thì được uốn nhờ máy chuyên dụng

- Sau đó, cốt thép được tổ hợp và lắp đặt cho với đúng thiết kế Cốt thép được

kê bằng những viên kê bê tông, được đúc sẵn đảm bảo đủ lớp bê tông bảo vệ cốt thép

* Nối cốt thép thường:

- Việc nối buộc chồng lên nhau đối với các loại thép phải được thực hiện theo quy định của thiết kế Không được nối ở các vị trí chịu lực lớn (tại giữa cừ và quai cừ) và chỗ uốn cong Trong mỗi mặt cắt ngang của tiết diện sản phẩm, không được nối quá 25% tổng cộng diện tích của cốt thép chịu lực đối với cốt thép tròn trơn và không quá 50% đối với cốt thép có gai

Hình 2.4 Mô hình máy căng thép dự ứng lực

m¸ y n¾n c ¾t t hÐp t õ F5  F8

Hình 2.5 Mô hình máy nắn cắt thép

m¸ y uè n t h Ðp t õ F10F25

Hình 2.6 Mô hình máy uốn nắn thép

Bước 2: Sản xuất và lắp đặt ván khuôn

h ×n h d ¹ n g c õ

Hình 2.7 Cấu tạo ván khuôn của cừ chữ T và chữ H [20]

- Chế tạo ván khuôn bằng thép bề mặt phẳng nhẵn theo bản vẽ thiết kế, có độ bền vững và sai số cho phép, có các đệm cao su ở các mặt cạnh khuôn đảm bảo kín khít

- Vệ sinh sạch khuôn trước khi lắp và bôi một lớp mỏng dầu chống dính Rheofish 202 của MBT

Bước 3: Thi công bê tông

* Trộn và đổ bê tông:

- Bê tông trộn bằng máy trộn cố định trong nhà máy, theo đúng tỷ lệ cấp phối

và độ sụt Sau đó, xả vào phễu đã được vệ sinh và tưới ướt bằng nước sạch Cần trục sẽ cẩu phễu đến vị trí đổ bê tông

- Khi rải bê tông mép phễu cách mép trên sản phẩm chừng 0,2 m (tránh bê tông phân tầng) Tốc độ rải từ 40  50 m/ phút, ứng với lớp bê tông dày từ 20 25 cm

- Thời gian tối đa cho việc đầm và đổ bê tông một cừ là 30 phút và một dãy khuôn dài khoảng 100m là 180 phút Không nên kéo dài thời gian đổ và đầm BT

- Đầm bê tông xong lớp trước thì mới đổ bê tông lớp tiếp

- Trong quá trình đầm, đổ bê tông và hoàn thiện lớp mặt

- Bề mặt sản phẩm: khi đổ bê tông xong thì tiến hành phủ kín các sản phẩm bằng vải bạt để dưỡng hộ Nếu các sản phẩm yêu cầu làm nhám bề mặt thì sau khi làm nhám bề mặt mới tiến hành phủ kín vải bạt

* Bảo dưỡng bê tông :

- Sau khi đã đổ, bê tông cần phải được bảo dưỡng trong các điều kiện có nhiệt

độ và độ ẩm cần thiết để ngăn ngừa và đóng rắn các ảnh hưởng có hại trong quá trình đóng rắn của bê tông

Hình 2.9 Sơ đồ quản lý sản xuất bê tông tại xưởng

Bước 4: Tháo dỡ ván khuôn

- Khi bê tông đạt cường độ cho phép thì tiến hành tháo dỡ ván khuôn

- Việc tháo khuôn được tiến hành đồng thời khi cẩu cừ ra khuôn

- Vệ sinh sạch sẽ cả cừ vừa đúc, khuôn và sân, hoàn thiện, vẽ kí hiệu và kê kích theo đúng quy định

Bun ke chứa cốt liệu

Bun ke chứa xi măng

Nước

- Theo sơ đồ mặt bằng công nghệ, khi cắt thép sử dụng mỏ hàn hơi O2 và C2H2 tiến hành cùng lúc tại 3 điểm, 1 điểm nằm giữa dây chuyền và 2 điểm nằm cách đầu dây chuyền 1 sản phẩm

Hình 2.10 Sơ đồ liên hệ của dây chuyền sản xuất tại nhà máy cừ BTCT DƯL

Nghiên cứu thiết kế

Bước 6: Nghiệm thu cừ bê tông cốt thép dự ứng lực

- Công việc nghiệm thu được tiến hành trong nhà máy, phải có đầy đủ các hồ sơ và phải đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng của bê tông, chất lượng của công tác cốt thép, hình dáng, kích thước của sản phẩm so với thiết kế

2.2.3 Xếp dỡ và vận chuyển cấu kiện từ nhà máy sản xuất đến công trường thi công

a, Sơ đồ làm việc của cừ BTCT dự ứng lực khi cẩu lắp

Trong việc cẩu cừ, thì về nguyên lý cũng giống như cẩu cọc bê tông cốt thép, gây ra mômen uốn trong thân cừ Để có thể bố trí cốt thép một cách thuận lợi nhất, người ta chọn hai điểm cẩu cừ để cho mômen uốn cừ là nhỏ nhất Hai điểm cẩu cừ đặt cách hai đầu của cừ một khoảng có chiều dài bằng 0,207 lần chiều dài của cừ Đối với những loại cừ ngắn, nếu có chiều dài dưới 10m thì có thể cẩu cừ lên từ một điểm, điểm cẩu này ở cách đầu cừ một khoảng có chiều dài bằng 0,3 lần chiều dài cừ

Khi phải vận chuyển đi xa, dùng ô tô kéo rơ mooc để chuyên chở cừ Cừ được đặt trên hai khúc gỗ ở vị trí điểm cẩu, để khi xe đi đoạn đường rẽ hoặc đoạn đường không bằng phẳng thì cừ không bị uốn

Hình 2.11 Sơ đồ làm việc cừ bê tông khi vận chuyển và cẩu lắp