7. Cấu trúc luận văn
2.4. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến thi công tường vây
Khoa học cơng nghệ và trình độ trang bị kỹ thuật là một trong những yếu tố tiên quyết, quan trọng quyết định phương pháp thi tường vây công xây dựng cơng trình.
Trên thế giới thì việc thi cơng tường vây các cơng trình ngầm tầng hầm nhà cao tầng đã trở thành khá phố biến vì thế mà các phương pháp thi cơng, kỹ thuật, máy móc phát triển rất nhanh và đa dạng. Việc phân tích đánh giá các yếu tố để tìm gia phương pháp thi công hợp lý cho ta nhiều sự lựa chọn tối ưu. Tuy nhiên với điều kiện một quốc gia đang hội nhập, ngành xây dựng cơng trình hầm ngầm nhà cao tầng ở nước ta với xu hướng hiện đại hóa và hội nhập sâu thì ngày càng được xã hội quan tâm và chú ý nhiều. Việc lựa chọn phương pháp thi công đào đất phụ thuộc vào loại móng, khối lượng đất đào, thời gian thi công theo kế hoạch, mặt bằng thi cơng, nhân lực, máy móc thiết bị và hiệu quả kinh tế.
Các phương pháp đào đất hố móng trên thực tế có thể chia ra ở dạng đào đất bằng thủ công và đào đất bằng cơ giới. Với cơng trình đất có khối lượng ít thường đào đất bằng thủ cơng hoặc thủ cơng kết hợp với cơ giới. Với cơng trình đất có khối lượng lớn nên áp dụng phương pháp thi công cơ giới.
- Đào và vận chuyển đất bằng phương pháp thủ công: Đối với cơng trình đào hố móng thi cơng tầng hầm nhà cao tầng thì khối lượng cơng tác đất lớn, nên phương pháp này chỉ là phụ trợ tại những vị trí mà máy móc cơ giới bị hạn chế sử dụng. - Đào và vận chuyển đất bằng máy đào: Phương pháp đào đất bằng máy cho năng suất cao, giảm công việc nặng nhọc cho người công nhân. Đào đất bằng máy khi khối lượng đất hố móng nhiều, mặt bằng thi công thuận lợi, máy đổ đất trực tiếp vào ô tô, rút ngắn được thời gian thi công.
Thi công cơ giới công tác đất chỉ được tiến hành trên cơ sở đã có thiết kế thi công (hoăc biện pháp thi công) được duyệt. Công tác thi công được lựa chọn cũng phụ thuộc vào khối lượng, điều kiện thi cơng cơng trình và tiến độ thực hiện. Việc lựa chọn phương án thi công được thực hiện trên cơ sở:
+ Phương án thi công hợp lý nhất;
+ Lựa chọn công nghệ thi công hợp lý cho từng phẫn, từng đoạn, từng cơng trình; + Lựa chọn các loại máy móc, phương tiện vận chuyển theo cơ cấu nhóm máy hợp lý nhất, phù hợp với điều kiện kinh tế, kỹ thuật. Nêu sơ đồ làm việc của máy.
Trước khi thi cơng, phải kiểm tra đối chiếu, hiệu chỉnh chính xác lại địa hình, địa chất thủy văn của cơng trình và của khu vực làm việc để đề ra các biện pháp kỹ thuật phù hợp và an toàn lao động. Phải đề ra các biện pháp phòng chống lún, sạt lở, ngập lụt, lầy thụt v.v. khi mưa bão.
Các máy móc làm việc phải đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật. Máy đào gẩu ngửa dùng để đào tất cả các loại đất. Đối với đá, trước khí đào cần làm tơi trước. Với các máy đào lắp thiết bị gầu dây, gầu sấp, gầu ngoạm dùng để đào những nơi đất yếu, sình lầy, đào các hố có thành đứng, vét bùn, bạt mái dốc, đào đất rời v.v.
Chỗ đứng của máy đào phải bằng phảng, máy phải nằm toàn bộ trên mặt đất. Khi đào đất, phải bảo đảm thoát nước trong khoang đào. Độ dốc nền khoang đào hướng phía ngồi, trị số độ dốc không nhỏ hơn 3%. Khi đào bắt đầu từ chỗ thấp nhất. Chiều cao khoảng thích hợp với máy đào trong thực tế có thể được tham khảo như trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Chiều cao làm việc thích hợp của máy đào
Loại đất Dung tích gầu của máy đào (m3)
0,15 - 0,35 0,5 - 0,8 1,0 -1,25
Đất tơi xốp 1,75 2,0 2,5
Đất trung bình 2,5 3,0 3,5
Đất chắc 4,0 4,5 5,5
Khi chọn ô tô vận chuyển phục vụ máy đào thì năng suất tổng cộng của ơ tơ chuyển đất phải lớn hơn năng suất của máy đào từ 15 đến 20%. Dung tích của thùng ơ tơ tốt nhất là bằng 4 đến 7 lần dung tích của gầu và chứa được một số lần chẵn của gầu máy đào.
Máy đào trang thiết bị gầu sấp và gầu dây để thi công đất tại những nơi thấp hơn mặt phẳng máy đứng..., trước khi đưa máy vào vị trí làm việc, phải san bằng những chỗ gồ ghề và dọn sạch những vật chướng ngại trên mặt bằng máy đứng (gạch, gỗ, đá mồ côi, v.v.).
Để đảm bảo hiệu quả làm việc của máy đào gầu sấp, kích thước nhỏ nhất của khoang đào không được nhỏ hơn các trị số cho phép trong 2.1.
Khi đào đất bằng máy đào gầu Máy đào gầu ngửa thường được dùng để đào đất ở mức cao hơn cao trình máy dứng đào đất cấp I dến cấp IV.
Trong trường hợp đào móng các cơng trình dân dụng và cơng nghiệp thường dùng máy đào gầu ngửa, dẫn động bằng thủy lực có dung tích gầu tới 1,6m3. Loại máy này thường được sử dụng khi khối lượng đất đào lớn, thời hạn thi công ngắn. Đất đào được đổ lên xe vận tải hoặc chỉ một phần nhỏ đổ tại chỗ trên miệng hố đào.
Ưu điểm: Năng suất cao đổ hệ số đẩy gầu lớn; hiêu suất lớn đổ ổn định và có cơ cấu dẩy-tay gầu.
Nhược điểm: Yêu cầu đất đào khô; tốn công làm đường lên, xuống cho máy và phương tiện vận tải.
Có hai kiểu đào: đào dọc và đào ngang. Đào dọc là máy đào và ô tô chạy dọc theo khoang đào; hố móng rộng nên đào dọc đổ bên năng suất cao đổ thời gian chu kỳ nhỏ (Hình 2.1a), hố móng hẹp tiến hành đào dọc đổ sau.
Để nâng cao năng suất làm việc của máy cẩn tiết kiệm tùng giây trong thời gian quay gầu từ vị trí đào đến vị trí đổ. Việc đào dọc đổ bên có thể rút ngắn đến nửa
chu kỳ quay của gầu. Nếu rút ngắn một chu kỳ cổng tác của gầu xúc 1 giãy sẽ tăng nâng suất lao động 5%.
Đào ngang: đuờng vận chuyển của xe tải thẳng góc với trục di chuyển của máy đào. Nếu hố móng sâu hơn chiều cao khoang đào thích hợp thì phải chia ra nhiều tầng để đào. Trong khoang đào, nếu xe tải đứng cao hơn máy đào thì gọi là kiểu đào theo bâc Dung tích gầu 0,25 - đào đượcđất cấp I, II; đung tích gầu 0,65 - 1,6m3đào được đất cấp lũ, IV.
Các máy đào thủy lực được dùng đào hố móng đưới nền máy đứng, hố móng hẹp, khối lượng khơng lớn, khó tổ chức bằng máy xúc gầu thuận. Các loại máy đào này đào được đất ưới, không phải làm đường xuống hố đào. Khi đào hố móng rộng nắng suất thấp hơn 20 - 25% năng suất máy đào gầu ngửa cùng dung tích gầu. Đào hố đào nơng < 5,5m.
Ngồi ra hiện nay cịn sử dụng các kiểu đào có đào dọc và đào ngang.
Máy đào dọc (đào đối đỉnh): Máy đứng ò đỉnh hố đào, khi hố đào có chiều rộng E > 3m (Hình 2.2).
Máy đào ngang (đào bên): Máy đứng ở bên cạnh hố đào, khi hố đào có chiều rộng E < 3m, máy ít ổn định.
Trong thực tế trong trường hợp nếu cần đào hố móng rộng thì phải đào làm nhiều tuyến song song nhau.
Việc chọn lựa máy đào nên dựa vào loại đất, loại cơng trình đất và vị trí cơng trình. Đất tốt, cơng trình đất khơng tập trung, trong thành phố nên dùng máy đào bánh lốp. Trường hợp ngược lại nên dùng máy đào bánh xích.
Bảng 2.2. Số liệu chọn dung tích gầu theo khối lượng đào đất.
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 không quá 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 quá 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 ngôi 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 ngơi 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, khơng 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 ngơi 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 cơng các cơng trình ngầm ảnh hưởng rất lớn đến việc thi công 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.