Khối lượng đất đào trong một tháng (W) q(m3)
< 20000 0,4 - 0,65
20000 - 60000 1 - 1,6
6 000 - 100000 1,6 - 2,5
> 100 000 > 2,5
Việc đào xúc đất đá ở các hố mống có chiều rộng lớn, có điều kiện hoạt động cho phép có thể sử dụng các máy ủi để khai đào, san gạt. Máy ủi có thể làm việc độc lập hoặc phối hợp với các loại máy làm đất khác như máy cạp.
Máy ủi dùng thích hợp cho đất cấp I, II, IV. Với đất cấp IV cần làm tơi trước. Dùng để đào các hố lớn có bể rộng từ 2 - 4m, sâu khơng q 2m, san lấp mặt bằng và đầm sơ bộ nền đất, bóc lớp đất thực vật, đào kênh mương, dắp nền đường cao không quá 2m, dọn mặt bằng, xới tơi đất rắn, vận chuyển đất 30 - 70m.
Máy ủi còn đùng để kéo nhổ gốc rễ cây, kéo đây cáp khi làm đường dây cáp điện, kéo nâng khi dựng cáp, dựng cột trụ v.v.
Máy ủi vạn năng (Hình 2.2) có thể thay đổi góc đẩy theo phương vng góc với trục máy từ 60 - 900, theo phương nằm ngang từ 5 - 60.
Máy ủi có thể vận hành theo sơ đồ tiến lùi hoặc tiến quay. Hình 2.3 là sơ đồ tiến lùi khi máy ủi đào hố móng. Máy ủi điều khiển theo hộ thống thủy lực có kết cấu gọn, lực ấn lớn, điều khiển chính xác nhẹ nhàng.
Ngồi ra có thể khai đào hố móng các tầng hầm nhà cao tầng bằng máy cạp. Máy cạp dùng để đào đất cấp I - IV với độ ẩm thích hợp w = 8 - 12%, đất cấp III - IV phải làm tơi trước bằng hệ thống rãng xới; bóc lớp đất thực vật, vận chuyển đất đến nơi đổ, đắp (Lvc = 300 - 5000m) hoặc rải đất đắp nền theo từng lớp dày (d = 0,2 - 0,65m); san và đầm sơ bộ nền đất. So với các loại máy đào chuyển đất khác, máy cạp có ưu diếm: năng suất cao (q = l,5 - 40171); vận chuyển đất đi xa, ít rơi vãi.
Tuy nhiên loại máy này cũng có những nhược điểm: năng suất thấp khi đào ở những nơi mấp mô ( > ± 0,5 - 6m); không đào được đất lẫn đá to, cây cối... hoặc đất q dính. Hình 2.3 là sơ đồ hoạt động của máy cạp moóc.
Việc lựa chọn máy móc thi cơng trong hố đào trên thực tế thì phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố khác nhau. Tuy nhiên với các điều kiện thi cơng thực tế ta có thể sơ bộ lựa chọn các máy móc và biện pháp thi cơng các hố móng tầng hầm nhà cao tầng như trong sơ đồ 2.2.
Hình 2.2. Kiến nghị thi cơng đào đất trong hố đào
*Cần chú ý rằng khi đào gần tường chắn, cơng trình lân cận hay trụ chống trung gian phải dùng máy nhỏ, thậm chí dùng thủ cơng để đào nhằm tránh làm hỏng kết cấu chống giữ.
2.5. Ảnh hưởng của các yếu tố mặt bằng thi công và cơng trình lân cận đến thiết kế thi công và lựa chọn phương án tường vây
2.5.1. Ảnh hưởng của mặt bằng thi công
Mặt bằng khu vực thi công không chỉ đơn thuần hoạch định không gian thi cơng các hạng mục cơng trình, các phần việc trong cùng một thời gian mà mặt bằng khu vực thi công xây dựng cịn quyết định đến chất lượng thi cơng, giá thành xây dựng cơng trình và là yếu tố tiên quyết cho việc lựa chọn giải pháp thi công và bảo vệ thành hố đào.
- Mặt bằng khu vực thi công là một trong những yếu tố quyết định đến việc có thể thi cơng cơng trình ngầm bằng phương pháp hở (phương pháp lộ thiên) hay không. Để thi công lộ thiên cần thiết phải có mặt bằng thi cơng rộng rãi đủ để mở taluy mái dốc hố đào,...
- Với phương pháp thi cơng hở thì các tác động xấu đến mơi trường sống, như tiếng ồn, bụi bẩn, ảnh hưởng đến việc đi lại, là khó tránh khỏi. Do vậy cần phải có các giải pháp hợp lý nhằm giảm thiểu các tác động này.
2.5.2. Ảnh hưởng của các cơng trình lân cận
Khi xây dựng cơng trình ngầm bằng bất kỳ cơng nghệ nào thì dù là ít hay nhiều cũng làm thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng tự nhiên của khối đất đá, trong đó có thể xuất hiện sự phá vỡ nền đất, gây dịch chuyển lún trên bề mặt. Những dịch chuyển này, tuỳ thuộc vào mức độ, phạm vi ảnh hưởng, hướng và tốc độ phát triển có thể gây ra tác động xáo trộn trạng thái ổn định các cơng trình lân cận, kết cấu hạ tầng, mạng lưới các cơng trình ngầm.
Lún mặt đất gây ra biến dạng của các ngơi nhà và cơng trình mà rơi vào trong vùng biến dạng. Mức độ ảnh hưởng của chúng phụ thuộc vào độ lún có thể của mặt đất, hình dạng, kích thước và trạng thái kỹ thuật - khai thác của kết cấu cơng trình và vị trí phân bố của ngơi nhà và các cơng trình trong vùng biến dạng của mặt đất.
Các ngôi nhà mà nằm ở phần trung tâm của vùng biến dạng phải chịu ảnh hưởng của độ cong âm (lõm) của mặt đất, và vì vậy biến dạng sẽ phát triển nói chung ở các tầng thấp và móng cơng trình. Ở các vùng xây dựng liền kề nhau do sự nghiêng của các ngôi nhà bên cạnh, các ngơi nhà nằm gần đó có thể chịu biến dạng phụ thêm ở dạng đè hay ép của các bức tường, điều đó kèm theo sự phá vỡ các bức tường ở các đoạn riêng biệt. Các ngôi nhà mà rơi vào khoảng biên của vùng biến dạng chịu tác động của độ cong dương (lồi) của mặt đất, mà gây ra biến dạng, trước
tiên ở các tầng phía trên. Bất lợi nhất cho các ngôi nhà mà nằm ở đoạn uốn của vùng biến dạng chịu tác động kép của độ cong âm và dương của vùng biến dạng.
Ảnh hưởng lớn nhất đến các ngôi nhà gây ra bởi biến dạng thẳng đứng của mặt đất là độ nghiêng và độ cong. Độ nghiêng của móng dẫn đến sự nghiêng của các ngơi nhà, cịn độ cong gây ra sự uốn trong chúng. Biến dạng ngang kéo và nén tác động lên kết cấu của các ngôi nhà ở dạng lực ma sát ở đáy và các mặt bên của móng. Ảnh hưởng của các biến dạng ngang, nói chung nhỏ hơn nhiều ảnh hưởng của các biến dạng đứng, bởi vì rằng chúng tác động trên các đoạn ngắn, không xâm chiếm tồn bộ ngơi nhà.
Để đánh giá ảnh hưởng biến dạng lún mặt đất đến ngôi nhà tồn tại nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có thể kể đến các phương pháp của giáo sư Wahls (1981), Borcardin và Cording (1987), Attewwll (1986) và nêu trong quy trình CHиΠ 2.01.09-91.
Trong CHиΠ 2.01.09-91 phụ thuộc vào các thông số của đường cong biến dạng của vùng biến dạng có thể của mặt đất, người ta chia ra làm 4 nhóm (bảng 2.3). Khi đó việc sử dụng các biện pháp để bảo vệ các ngơi nhà và cơng trình trên các đoạn của bề mặt, nơi mà độ nghiêng nhỏ hơn 3mm/m và bán kính đường cong lớn hơn 20km.
Bảng 2.3. Phân nhóm hư hỏng của các cơng trình trên mặt đất
Nhóm Bán kính cong R(km) Độ nghiêng J(mm/m) I 1 ÷ 3 20 ÷ 10 II 3 ÷ 7 10 ÷ 7 III 7 ÷ 12 7 ÷ 5 IV 12 ÷ 20 5 ÷ 0
Trong nghiên cứu của Attewell và các nhà khoa học khác sự hư hỏng của các ngơi nhà và cơng trình trên mặt đất được chia ra 4 nhóm phụ thuộc vào độ nghiêng và độ lún lớn nhất mặt đất (bảng 2.3).
Tóm lại, biến dạng lún mặt đất ảnh hưởng bất lợi đến các ngôi nhà và cơng trình gần kề. Mức độ phá huỷ của các ngôi nhà trên mặt đất về cơ bản phụ thuộc vào trạng thái kết cấu của các ngôi nhà và giá trị các thông số của vùng biến dạng mặt đất. Khi đó trong một số trường hợp yêu cầu có các biện pháp bảo vệ chúng.
Bảng 2.4. Phân nhóm hư hỏng của các cơng trình trên mặt đất Nhóm hư hỏng Biến dạng lún mặt đất Độ lún lớn nhất ηm (mm) Độ nghiêng J (mm/m) Bỏ qua < 10 < 2 Không đáng kể 10 ÷ 50 2 ÷ 5 Trung bình 50 ÷ 75 5÷20 Đáng kể > 75 > 20
2.5.3. Lựa chọn phương án tường vây
Các biện pháp thi công các cơng trình ngầm ảnh hưởng rất lớn đến việc thi cơng hố đào sâu. Việc thi cơng cơng trình ngầm ở Việt Nam đang được sử dụng chủ yếu 3 phương pháp thi công là: Phương pháp thi công đào mở,phương pháp Topdown, và phương pháp Semi Top - Down.
2.5.3.1. Biện pháp thi công đào mở a. Đặc điểm
Để xây dựng cơng trình ngầm có thể thực hiện theo phương pháp đào mở, đào ngầm. Trong phương pháp đào mở, đất được đào lên theo cách lộ thiên từ mặt đất, tạo không gian cho cơng trình ngầm, sau đó đất được đắp lại (Cut - And - Cover Construction).
Theo phương pháp này, toàn bộ hố đào được đào đên độ sâu thiết kế( Độ sâu đặt móng), có thể dùng phương pháp đào thủ công hay đào máy phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thủy văn, vào khối lượng cần đào và nó cịn phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhân lực của cơng trình. Sau khi đào xong, người ta cho tiến hành xây nhà theo thứ tự bình thường từ dưới lên trên, nghĩa là từ móng lên mái. Để đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở trong q trình thi cơng người ta dùng các biện pháp giữ vách đào theo các phương pháp truyền thống nghĩa là ta có thể đào theo mái dốc tự nhiên (theo góc j của đất). Hoặc nếu khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở rộng taluy mái dốc hố đào thì ta có thể dùng cừ để giữ tường hố đào
Hình 2.3. Cơng trường thi cơng tầng hầm theo phương pháp đào mở
b. Phạm vi ứng dụng
Phương pháp này thường được dùng để thi công những loại cơng trình ngầm đặt nơng (giới hạn trong phạm vi 5 - 15m, có khi đến 20m từ cốt mặt đất). Thông thường, các đường vượt ngầm ngắn, hệ thống côlectơ để đặt mạng lưới kỹ thuật đô thị (cáp điện, động lực, cáp thơng tin, ống dẫn khí đốt, ống cấp và thoát nước…) gara ôtô 1-2 tầng ngầm, đường và ga tàu điện nơng, các cơng trình văn hố giải trí, kho thực phẩm hoặc các mương - ống công nghệ trong công nghiệp… thường thi công trong các hố/hào lộ thiên - đào mở, và tại những nơi có mật độ xây dựng thấp.
c. Một số ưu điểm
- Có thể sử dụng máy làm đất và máy thi cơng khác nhau với mức cơ giới hố cao. - Có thể thi cơng hố đào sát tới tường ngồi của cơng trình ngầm hiện hữu;
- Thi cơng chống thấm cho cơng trình đơn giản và có chất lượng; - Tiến độ thi công nhanh.
d. Một số nhược điểm
- Chiếm đất nhiều, ồn và dễ gây ách tắc giao thông;
- Trong đất sét yếu và đất bụi, việc đào hào sẽ bị hạn chế do phải duy trì ổn định vách hố và đáy hố, nên địi hỏi phải thi cơng nhanh gấp;
- Sự gị bó trong vạch tuyến khi phải bám theo đường phố hiện hữu, đặc biệt là bán kính cong nhỏ khi mở tuyến tầu điện ngầm. Một số nơi hào đào lấn vào móng cơng trình hiện hữu làm cho nó kém đi về chịu lực hoặc biến dạng, nên phải gia cường chống đỡ thêm, gây tốn kém.
- Tiến độ thi công và giá thành của phương pháp đào – lấp bởi có nhiều việc phải làm thêm do sai sót khi khảo sát điều tra hoặc đánh dấu vì chúng chỉ được phát hiện lúc đào, di dời hoặc phải đặt lại hệ thống kỹ thuật đô thị hiện đang khai thác ( cáp điện, thơng tin, ống cấp thốt nước…) là vấn đề khá phức tạp, kéo đài tiến độ thi công.
- Chuyển vị của đất và lún các cơng trình hiện hữu. Các phương pháp làm giảm sự trồi đáy hay giảm đào lên cũng như sự thay đổi dòng chảy và mực nước ngầm… đều dẫn đến những trở ngại trong tiến độ thi công và thay đổi giá thành.
- Phương án này thường sử dụng thép hình để chống giữ thành hố đào. Độ ổn định của thanh chống bằng thép hình thường khơng cao so với cả việc chống giữ thành hố đào bằng sàn bê tông cốt thép. Điều này gây chuyển vị rất lớn với kết cấu giữ thành hố đào như: Tường cừ Larsen, tường vây, cừ bê tông cốt thép dự ứng lực,.... Những chuyển vị này thường tương đối lớn, độ ổn định không cao, gây ảnh hưởng xấu đến các cơng trình lân cận. Việc sử dụng thép hình để chống đỡ có giá thành tương đối cao, nên các đơn vị thi công thường tiết kiệm, chống không đủ độ dày, không đủ độ cứng của hệ thanh chống, điều này gây ra chuyển vị nhanh và lớn của nền đất xung quanh hố đào, có thể gây sự cố cho cơng trình lân cận.
e. Giải pháp kết cấu.
Theo phương pháp này, sau khi thi công xong cọc và tường vây, cọc vây hoặc hệ thống cừ bao xung quanh cơng trình, nhà thầu sẽ tiến hành đào đất tới những độ sâu nhất định sau đó tiến hành:
- Lắp đặt hệ thống chống bằng thép hình (Bracsing System) để chống đỡ vách tường tầng hầm trong q trình đào đất và thi cơng các tầng hầm. Tùy theo độ sâu đáy đài mà thiết kế có thể yêu cầu một hay nhiều hệ tầng chống khác nhau nhằm đảm bảo đủ khả năng chống lại áp lực đất, nước ngầm phía ngồi cơng trình tác động lên vách tường tầng hầm.
- Sau khi lắp dựng xong hệ chống đỡ và đất được đào đến đáy móng, nhà thầu sẽ thi cơng hệ móng và các tầng hầm, tầng thân của cơng trình từ phía dưới lên theo đúng trình tự thi cơng thơng thường.
Hệ thống chống có thể được sử dụng như là lõi cứng cho các cấu kiện dầm/sàn của tầng hầm hoặc sẽ được dỡ bỏ sau khi các sàn tầng hầm đủ khả năng chịu lại các áp lực tác dụng lên vách tầng hầm.
2.5.3.2. Biện pháp thi công Top - Down. a. Đặc điểm
Công nghệ thi công Top - Down (từ trên xuống) là công nghệ thi cơng phần ngầm của cơng trình nhà, theo phương pháp khác với phương pháp truyền thống là thi công từ dưới lên. Trong công nghệ thi cơng Top - Down người ta có thể đồng thời vừa thi công các tầng ngầm (bên dưới cốt ± 0,00 (cốt ± 0,00 tức là cao độ mặt nền hồn thiện của tầng trệt cơng trình nhà, đọc là cốt khơng)) và móng của cơng trình, vừa thi công một số hữu hạn các tầng nhà, thuộc phần thân, bên trên cốt không (trên mặt đất). Biện pháp thi công Top - Down, thi công theo phương án Top - Down thường được sử dụng rộng rãi trong cơng trình dân dụng, đặc biệt là nhà cao tầng nhiều tầng hầm.
Hình 2.4. Cơng nghệ thi cơng Top - Down
b. Phạm vi ứng dụng
Nhà cao tầng thường có một vài tầng hầm để làm tầng kĩ thuật, chứa đựng máy móc thiết bị, hệ thống kĩ thuật và xử lý như: Bể nước thô, hệ thống bơm nước, thiết bị lọc, bể nước sạch hệ thống bể chứa phế thải và xử lý, hệ thống biến áp và tủ điều khiển, tủ phân phối điện. Ngồi ra, cịn làm kho chứa hàng hóa, vật liệu và gara ơ tơ. Về góc độ chịu lực tầng hầm giúp cơng trình giảm bớt tải nền đất phía trên đưa
trọng tâm cơng trình thấp xuống, giúp cơng trình chịu lực ngang của gió, bão, động đất tốt hơn. Tuy nhiên việc thi công tầng hầm nói riêng và phần ngầm nói chung thường rất khó khăn và là thách thức đối với nhiều nhà thầu. Mỗi cơng trình đều có những đặc diềm riêng về cấu tạo nền đất, mặt cắt địa chất, chiều cao mực nước ngầm... nên không thể chỉ sử dụng kinh nghiệm mà địi hịi cần có hiểu biết đầy đủ về khoa học và công nghệ mới đáp ứng được yêu cầu xây dựng của cơng trình.
Các phương pháp thi cơng phần ngầm truyền thống thường dùng tường chắn và hệ thanh chống để đào đất và thi cơng phần ngầm cơng trình từ dưới lên mà đại diện của các phương pháp này là: Phương pháp sử dụng tường chắn bằng cừ ván thép (Sheel piles) và hệ thống thanh chống; Phương pháp sử dụng tường chắn