Hiện nay nhà cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều tại các thành phố lớn của nước ta. Chính vì vậy vấn đề quản lý chất lượng xây dựng nhà cao tầng đang là một vấn đề cấp bách đặt ra.
Định nghĩa: (Nhà cao tầng theo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế)
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 thì được gọi là nhà cao tầng.
Căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà, Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế phân nhà cao tầng ra 4 loại như sau:
- Nhà cao tầng loại 1: từ 9 đến 16 tầng (cao nhất 50m) - Nhà cao tầng loại 2: từ 17 đến 25 tầng (cao nhất 75m) - Nhà cao tầng loại 3: từ 26 đến 40 tầng (cao nhất 100m)
- Nhà cao tầng loại 4: từ 40 tầng trở lên (gọi là nhà siêu cao tầng)
Về độ cao khởi đầu của nhà cao tầng, các nước có những qui định khác nhau. Dựa vào yêu cầu phòng cháy, tiêu chuẩn độ cao khởi đầu nhà cao tầng được trình bày ở bảng 2.1.
Bảng 2.1 - Độ cao khởi đầu nhà cao tầng của một số nước
Tên nước Độ cao khởi đầu
Trung Quốc Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác ≥ 28m Liên Xô (cũ) Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác 7 tầng Mỹ 22 ÷25 m hoặc trên 7 tầng Pháp Nhà ở > 50m, kiến trúc khác > 28m Anh 24,3m Nhật Bản 11 tầng, 31m Tây Đức ≥ 22m (từ mặt nền nhà) Bỉ 25m (từ mặt đất ngoài nhà)
2.2 CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NHÀ CAO TẦNG 2.2.1 Lịch sử xây dựng nhà cao tầng 2.2.1 Lịch sử xây dựng nhà cao tầng
Lịch sử phát triển của những ngôi nhà cao tầng có thể chia ra làm ba giai đoạn chính. Giai đoạn đầu tiên là sự phát triển của những toà nhà có kết cấu tường gạch chịu lực, dày và xù xì. Đối với những kết cấu kiểu này, tường gạch hầu như là vị trí duy nhất chịu lực tải ngang và tải bên của các toà nhà. Tường trong các toà nhà này ở phần phía dưới móng chiếm 15% tổng diện tích nền. Cùng với việc giảm diện tích sàn nhà, vấn đề về chiếu sáng và thông gió cũng là những vấn đề đáng quan tâm khi xây dựng theo kiểu cấu trúc tường dày.
Trong thời kỳ tiếp theo cùng với sự phát triển của các kết cấu thép và các phương tiện như thang máy và hệ thống thông gió thì những giới hạn do độ cao của ngôi nhà được xoá bỏ. Bê tông cốt thép tạo riêng cho nó một đặc trưng riêng biệt từ những năm 1950 cho đến thời kỳ phát triển thứ ba - thời kỳ hiện đại trong lịch sử xây dựng. Khác với các thời kỳ trước, khi các điểm nhấn kiến trúc nằm ở phía ngoài tòa nhà với phong cách cổ điển, ở giai đoạn thứ ba các điểm nhấn tập trung vào các lý do xây dựng, chức năng của tòa nhà và công nghệ thực tế.
Thời kỳ phát triển thứ ba của các toà nhà cao tầng là sự chuyển đổi của các cấu trúc khung cứng sang các kết cấu tiện ích hơn.
Tại Việt Nam hiện nay ngày càng có nhiều tòa nhà cao tầng và siêu cao tầng được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở và văn phòng của các đô thị lớn. Các công nghệ xây dựng mới cũng đã được áp dụng rộng rãi trong quá trình thi công xây dựng. Sau đây tác giả xin đề cập đến một vài công nghệ đã đang được áp dụng trong thi công nhà cao tầng.
2.2.2 Công tác nền móng
Hiện nay tại Việt Nam các công trình nhà cao tầng thường được thi công móng sâu. Hệ thống móng sâu phổ biến cho các tòa nhà là móng cọc và móng giếng chìm. Ở Việt Nam chủ yếu thi công là móng cọc cho nhà cao tầng.
Có thể định nghĩa cọc là một kết cấu dạng cột được đưa vào lòng đất để truyền tải trọng công trình lên tầng đất gốc ở dưới sâu.
Cọc được sử dụng như vậy hàng trăm năm nay và tới thế kỉ 20 thì vẫn đang được sử dụng rất phổ biến. Các cọc có thể được phân loại theo cách thức tạo ra chúng, ví dụ cọc đúc tại chỗ và cọc đóng.
2.2.2.1 Cọc khoan nhồi
Cọc khoan nhồi được hình thành bằng việc khoan hoặc chuyển một cột đất và thay thế bằng bê tông cốt thép được đổ thông qua phễu hoặc ống chuyên dụng. Đối với các nền yếu và nơi mức nước ngầm cao, bentonit có thể được sử dụng trong suốt quá trình đào nhằm chống vách hố đào và ngăn nước thấm trước khi đổ bê tông. Các cọc khoan được xem xét sử dụng cho các công trường nơi việc đóng cọc được thực hiện gần với các toà nhà đã có, cần hạn chế sự rung động, bụi và tiếng ồn. Chúng cũng được sử dụng thay thế cho các cọc đóng trong tầng đất có lực ma sát âm. Các cọc khoan có chu vi dao động từ 100mm tới 2,6m được sử dụng phổ biến.
Ở nước ta hiện nay thi công cọc khoan nhồi tuân theo TCXD 197:1997- Nhà cao tầng - Thi công cọc khoan nhồi
TCXD 196:1997- Nhà cao tầng - Công tác thử tĩnh và kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi
TCXD 206:1998 Cọc khoan nhồi - Yêu cầu về chất lượng thi công • Trình tự thi công cọc khoan được thể hiện như sau:
- Dựng và cắm tiêu tại chính xác tại các vị trí đóng cọc
- Sử dụng dàn khoan với mũi khoan chuyên dụng để khoan mồi phục vụ cho việc hạ ống thép xuống
- Hạ ống thép bằng cách sử dụng búa rung và cần trục sao cho miệng trên của ống phải cao hơn mặt đất. Ống thép này có nhiệm vụ định hướng cho quá trình đào và ngăn cản sự sụp miệng hố đào.
- Tiến hành khoan bằng việc sử dụng một mũi khoan kim cương, mũi khoan có thể là dạng Cheshire hoặc dạng xoáy ốc tại điểm cuối. Đất bị cắt bởi mũi khoan được đưa lên mặt đất theo đường xoắn ốc dọc theo mặt bên của hố khoan. Tiếp đó, một thiết bị khoan liên hoàn hoặc thiết bị khoan nhanh có thể được sử dụng để chuyển đất lên trên bề mặt.
- Chân cọc có thể được làm rộng hơn hoặc kéo rộng ra gấp 3 lần so với đường kính thân cọc để tăng khả năng chịu tải của cọc.
- Đối với các hố khoan sâu hơn (trên 20m) một gàu khoan có thể được sử dụng. Gàu khoan được thiết kế với một con thoi khoan vào lòng đất và không bị tung ra trong quá trình khoan sâu xuống. Trên bề mặt con thoi được mở để thu đất vào trong một chiếc thùng chứa đất.
- Bentonit thường được sử dụng để chống sạt vách và ngăn nước ngầm trong quá trình đào. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nếu gặp tầng đá trung gian hoặc đá cuội thì một lưỡi khoan lấy mẫu, một búa phá đá, hoặc chất nổ có thể được sử dụng để phá các tảng đá.
- Đá vụn được thay thế bằng bentonit, sử dụng một gầu xúc để dọn sạch đá vụn và san phẳng bề mặt đáy.
- Tại tầng đá, một máy khoan tuần hoàn ngược (RCD) có thể được sử dụng để khoan vào trong đá. Các cọc được cắm vào trong đá cứng với độ sâu từ 0.8m tới 1,6m.
- Máy khoan tuần hoàn ngược phổ biến đối với các công trình khai thác khoáng sản. Đây là phương pháp ít tốn kém và cho chất lượng tốt tương đương với khoan bằng mũi kim cương. Máy khoan tuần hoàn ngược được trang bị các đầu kim được chế tạo từ cacbua, vonfram. Các ống dẫn khí được đặt gần máy khoan để chuyển các đá vụn đã được khoan trong bùn bentonit, sau đó bentonit được bơm ra để lọc hoặc xử lý.
- Trước khi đặt lồng cốt thép và đổ bê tông, bentonit nhiễm bẩn có mật độ cao cần được thay thế nếu không nó sẽ hòa trộn với bê tông và làm bê tông bị giảm cường độ. Bentonit nhiễm bẩn có mật độ cao trở nên nặng hơn sẽ được hút tại đáy lỗ khoan và bentonit mới nhẹ hơn được bơm vào từ miệng lỗ. Một ống thông khí được đặt cạnh đáy để khuấy và hút bùn.
- Bentonit mới, mật độ thấp sau đó được thí nghiệm kiểm tra độ tinh khiết. Các thí nghiệm phổ biến bao gồm thí nghiệm nồng độ cát, thí nghiệm tính nhớt, thí nghiệm độ pH.
- Đặt lồng cốt thép với các con kê chính xác.
- Đổ bê tông bằng cách sử dụng phễu và ống cao khoảng 1m trên độ sâu yêu cầu. Bê tông thừa bao gồm các tạp chất được thay thế bởi bê tông nặng và sẽ được dồn xuống
- Tháo dỡ cốt pha thép sau khi đổ bê tông
- Đào tới cao trình yêu cầu, đổ bê tông nghèo lên đầu lộ ra của cốt thép sau đó đổ bê tông sạch xung quanh cọc khoan. Lắp đặt ván khuôn cho đầu cọc và bê tông ứng suất.
2.2.2.2 Cọc đúc sẵn
Các cọc đúc sẵn để đóng hoặc ép được dùng khá phổ biến. Phương pháp đóng cọc tiện lợi nhất nhưng lại đang dần ít được sử dụng tại những nơi nhạy cảm với tiếng ồn, bụi bẩn và rung động. Sự có mặt của những tảng đá cũng có thể cần tới các cọc dạng này.
Cọc bê tông ứng suất trước - Có các kích cỡ và độ dài khác nhau. Chúng được đẩy bởi các búa hơi hoặc búa rung với lực ép và lực đóng lớn. Tuy nhiên chúng rất nặng và vì dễ gây vỡ đầu cọc, cần cẩn trọng trong khi vận chuyển và truyền động. Việc cắt đầu cọc yêu cầu sử dụng các búa hơi, đèn cắt ...
• Trình tự thi công cọc bê tông ứng suất trước như sau:
- Tìm ra vị trí của mỗi cọc và để lập các tiêu chuẩn so sánh tạm thời tại công trường để quyết định các tầng kỹ thuật cho cọc
- Kiểm tra thiết bị đóng cọc thiết bị dọi hoặc tầng ống nivô
- Cung cấp các vết dụng cụ dọc tiết diện cọc để lưu thông tin về sự thâm nhập của cọc và để dùng làm chỉ dẫn dự tính thiết bị trong khi dẫn động.
- Lắp đặt mũ sắt êm bảo vệ đầu cọc hoặc bản nối bằng việc gói hoặc lót gỗ dán dày khoảng cách khoảng 25mm giữa đầu ống và mũ đệm.
- Tời lên và đặt cọc vào vị trí
- Thường xuyên kiểm tra độ thẳng đứng
- Thực hiện bằng búa, kiểm soát sự thâm nhập của cọc theo các vết đánh dấu trên cọc. Khi tỉ lệ thâm nhập thấp, kiểm tra sự thâm nhập của cọc với trên 10 lần gõ.
- Ngừng đóng cọc nếu cọc đã được đóng ít hơn 10 lần gõ, tuy nhiên cần tiếp tục với quy trình đóng cọc.
- Kéo dài cọc có thể được thực hiện bằng cách ống ngoài ghép nối thép êm và một cái chốt được đặt vào và được khoan qua trọng tâm cọc. Việc nối được gắn với vữa hoặc cần ôxy nhân tạo. Nó cũng có thể được thực hiện bằng việc hàn đầu cọc hoặc tấm nối đã dược gắn với hai đầu của một cọc trong quy trình chế tạo.
Hình 2.2: Cọc bê tông ứng suất trước được thực hiện bởi búa thả
2.2.3 Thi công tầng hầm
Tầng hầm phổ biến trong các tòa nhà cao tầng như các bãi đỗ xe, khu dịch vụ và trung tâm mua sắm. Mục đích chính của việc xây tầng hầm là tạo thêm không gian, tạo thành một bãi chứa, trong một vài trường hợp phải có tầng hầm để giảm áp lực lên nền bằng việc loại bỏ đất.
Ở Việt Nam hiện nay thì có 3 phương pháp thi công tầng hầm được áp dụng đó là:
- Phương pháp lộ thiên (thi công từ dưới lên)
- Phương pháp thi công từ trên xuống (Top-down)
- Phương pháp đào và lấp kết hợp 2 phương pháp trên (semi Top-down) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dù phương pháp nào được chọn thì việc đào đất cũng là cần thiết và nước ngầm phải được kiểm soát hoàn toàn. Hệ cột chống nên được dùng cho đào đất sâu hơn 1,8m, các biện pháp hỗ trợ việc đào riêng lẻ hoặc kết hợp đất phổ biến nhất là:
- Đào đất được hỗ trợ bằng hàng cọc ván (cọc cừ).
- Đào đất được hỗ trợ bằng tường chắn ngầm bê tông cốt thép được xây trước khi đào móng bắt đầu (tường barret)
- Đào đất được hỗ trợ bằng cọc xoắn vít kề nhau hoặc cọc tuyến được xây trước khi đào móng bắt đầu.
2.2.3.1 Đào đất được hỗ trợ bằng hàng cọc cừ
Phương pháp này phù hợp cho những địa điểm có không gian đào đất không đủ để xây nghiêng các phía. Nếu điều kiện đất cho phép rút cọc để tái sử dụng ở chỗ khác, phương pháp hỗ trợ móng kinh tế hơn so với biện pháp sử dụng tường chắn ngầm thay thế.
Hàng cọc cừ gồm các hàng cọc cài vào nhau để tạo một bức tường liên tục có thể là tạm thời hoặc vĩnh cửu. Cọc này được các hãng khác nhau chế tạo và thường là thép định hình ghép giáp bản. Các rìa ghép này cho phép các cọc cử trượt sang bên cạnh dễ hơn và chúng cùng nhau tạo ra một bức tường thép tấm để giữ đất và một phần nào đó để ngăn nước ngầm. Chiều dài chuẩn của một cọc ván là 12m, các cọc di hơn sẽ được tạo ra bằng cách hàn ghép các phần với nhau.
2.2.3.2 Đào đất hỗ trợ bằng tường barret
Tường chắn ngầm được xây dựng bằng cách đào đất trong một hào được đỡ tạm thời bằng bùn bentonit, để chạm đến móng cốt thép phải được đặt đặt xuống hào sau đó đổ bê tông thay thế bùn bentonit. Phương pháp này thích hợp với công trường có cản trở đối với việc đóng cọc ván trong đất và những nơi có nước ngầm không thể áp dụng các phương pháp chống khác. Phương pháp này cũng thích hợp với những công trình cần lưu ý đến tiếng ồn và rung khi chôn các cọc ván và những nơi mà cần phải tránh chuyển dịch đất, làm nhiễu đất ngay bên dưới móng có sẵn gần khu vực đào đất.
• Trình tự thi công tường barret:
- Thi công tường dẫn bê tông cốt thép để tăng tính ổn định của hào và hướng dẫn đào đất
- Đào hố panel đầu tiên bằng cách dùng cáp với gàu ngoạm treo trên một cần trục di động và một máy đào hào để đào đất ở hào. Việc đào đất được thực hiện trong bùn bentonit hỗ trợ đào đất bằng lực thủy tĩnh trên tường hào hoàn thành panel đầu tiên.
- Đặt gioăng chống thấm vào hố đào sẵn, sau đó hạ lồng thép vào hố móng và đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng.
- Hoàn thành đổ bê tông cho toàn bộ panel thứ nhất, đào hố cho panel tiếp theo và tháo bộ giá lắp gioăng chống thấm. Đào panel cạnh đó sau 12 giờ bắt đầu từ bên ngoài tính từ điểm nối đầu chặn, lớp đất ngay sát điểm đầu chặn phải được đào sau đó 24 giờ.
- Sau khi đào xong panel thứ 2 ta lại hạ lồng thép và đổ bê tông tương tự như panle đầu tiên.
Hình 2.4: Thi công tường barret (1. Thi công tường dẫn; 2. Đào panel đầu tiên; 3. Hạ lồng thép; 4. Đổ bê tông) (Nguồn: Internet) Hạ lồng thép; 4. Đổ bê tông) (Nguồn: Internet)
2.2.3.3 Đào đất được chống bằng tường cọc khoan liên tiếp hoặc tường cọc giao nhau. nhau.
Tường cọc khoan liên tiếp là 1 hàng cọc khoan được đặt cạnh nhau, có thể đặt các cọc phụ với đường kính nhỏ hơn vào giữa các cọc liền kề để rút ngắn khoảng cách giữa các cọc chính. Khoảng trống giữa các cọc phụ và cọc chính đều được trát vữa, có thể bơm vữa vào bằng các ống có lỗ thủng, các ống này được đặt vào các hố đào sẵn giữa các cọc.
Trình tự xây dựng điển hình là cọc tiếp theo được đặt cách cọc trước từ 3m trở lên. Việc đặt cọc liên tiếp có thể bao gồm đổ bê tông theo lưới hay theo giàn bọc bằng vữa hoặc bê tông phun, phương pháp này rất hữu dụng trong:
- Xây dựng các khu vực mà cần phải hạn chế tiếng ồn và các chấn động
- Trong các khu liêp hợp công nghiệp mà các phương pháp khác như đổ cọc thép hay dựng tường mạng lưới không phù hợp do các hạn chế về chấn động