7. Cấu trúc luận văn
2.5. Ảnh hưởng của các yếu tố mặt bằng thi cơng và cơng trình lân cận đến thiết kế
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 barrette và hệ thống neo trong đất (Anchors). Các phương pháp này bên cạnh một số ưu điểm thì bộc lộ nhiều nhược điểm cơ bản là tốn kém về kinh tế tiến độ thi cơng chậm và độ chính xác kém.
Đối với những nhà sử dụng tường barrette quanh chu vi nhà đồng thời làm tường cho tầng hầm nhà nên thi công tầng hầm theo kiểu Top - Down. Công nghệ thi công tầng hầm Top - Down là công nghệ tiên tiến hiện nay.
c. Một số ưu điểm
- Các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi cơng: Khơng cần diện tích đào móng lớn hoặc đỡ tốn chi phí phải làm tường chắn đất độc lập. Đặc biệt đối với cơng trình giao thơng dạng hầm giao thông, phương pháp này giúp sớm tái lập mặt đường để giao thông, đẩy nhanh tiến độ thi công.
- Tiến độ thi cơng nhanh: khi đang làm móng và tầng hầm vẫn có thể đồng thời làm phần trên được để tiết kiệm thời gian.
- Không cần dùng hệ thống chống tạm để chống đỡ vách tường tầng hầm trong quá trình đào đất và thi công các tầng hầm, khơng phải chi phí cho hệ chống phụ. Hệ thanh chống tạm này thường rất phức tạp vướng không gian thi công và rất tốn kém. - Chống vách đất được giải quyết triệt để vì dùng tường và hệ kết cấu cơng trình có độ ổn định cao.
- Không tốn hệ thống giáo chống, copha cho kết cấu dầm sàn vì thi cơng trên mặt đất. Đối với phương pháp đào truyền thống thì chi phí cho cơng tác chống đỡ và neo khá cao, kéo dài thi cơng và địi hỏi các thiết bị tiên tiến.
- Các vấn đề về móng (hiện tượng bùn nền, nước ngầm...), có một điểm lưu ý ở đây là trong đô thị thường có nhiều cơng trình cao tầng, nếu thi công đào mở (Open
Cut) có tường vây, móng sâu và phải hạ mực nước ngầm để thi công phần ngầm, điều này dẫn đến việc thường không đảm bảo cho các cơng trình cao tầng kề bên (dễ xảy ra hiện tượng trượt mái đào, lún nứt...), phương án thi công Top - Down giải quyết được vấn đề này.
- Khi thi cơng các tầng hầm đã có sẵn tầng trệt, nên giảm ảnh hưởng xấu của thời tiết..
d. Một số nhược điểm
- Kết cấu cột tầng hầm phức tạp.
- Liên kết giữa dầm sàn và cột tường khó thi cơng. - Thi cơng cần phải có nhiều kinh nghiệm
- Thi cơng đất trong khơng gian kín khó thực hiện cơ giới hố.
- Thi cơng trong tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động. - Phải lắp đặt hệ thống thơng gió và chiếu sáng nhân tạo
e. Giải pháp kết cấu
Trong công nghệ Top - Down, các tầng hầm được thi công bằng cách thi công phần tường vây bằng hệ cọc barrette xung quanh nhà (sau này phần trên đỉnh của tường vây dùng làm tường bao của toàn bộ các tầng hầm) và hệ cọc khoan nhồi (nằm dưới chân các móng cột) bên trong mặt bằng nhà. Tường vây thi công theo công nghệ cọc nhồi bê tông tới cốt không (cốt nền ngay trên mặt đất) (khơng tính phần bê tơng chất lượng kém trên đỉnh vào trong thành phần tường). Riêng các cọc khoan nhồi bê tông nằm dưới móng cột ở phía trong mặt bằng nhà thì khơng thi công tới mặt đất mà chỉ tới ngang cốt móng (khơng tính phần bê tơng đầu cọc nhồi, phải tẩy bỏ đi sau này). Phần trên chịu lực tốt, ngay bên dưới móng của các cọc nhồi này được đặt sẵn các cốt thép bằng thép hình, chờ dài lên trên tới cốt không (cốt nền ngay tại mặt đất). Các cốt thép hình này, là trụ đỡ các tầng nhà hình thành trong khi thi cơng Top - Down, nên nó phải được tính tốn để chịu được tất cả các tầng nhà, mà được hồn thành trước khi thi cơng xong phần ngầm (gồm tất cả các tầng hầm cộng thêm một số hữu hạn các tầng thuộc phân thân đã định trước). Tiếp theo đào rãnh trên mặt đất (làm khuôn dầm), dùng ngay mặt đất để làm khuôn hoặc một phần của khuôn đúc dầm và sàn bê tông cốt thép tại cốt không. Khi đổ bê tông sàn cốt không phải chừa lại phần sàn khu thang bộ lên xuống tầng ngầm, để (cùng kết hợp với ô thang máy) lấy lối đào đất và đưa đất lên khi thi công tầng hầm. Sàn này phải được liên kết chắc với các cốt thép hình làm trụ đỡ chờ sẵn nêu trên, và
liên kết chắc với hệ tường vây (tường vây là gối đỡ chịu lực vĩnh viễn của sàn bê tông này). Sau khi bê tông dầm, sàn tại cốt không đã đạt cường độ tháo dỡ khuôn đúc, người ta tiến hành cho máy đào chui qua các lỗ thang chờ sẵn nêu ở trên, xuống đào đất tầng hầm ngay bên dưới sàn cốt không. Sau đó lại tiến hành đổ bê tông sàn tầng hầm này, ngay trên mặt đất vừa đào, tương tự thi công như sàn tại cốt không, rồi tiến hành lắp ghép cốt thép cột tầng hầm, lắp khuôn cột tầng hầm và đổ bê tông chúng.
Cứ làm như cách thi công tầng hầm đầu tiên này, với các tầng hầm bên dưới. Riêng tầng hầm cuối cùng thay vì đổ bê tơng sàn thì tiến hành thi công kết cấu móng và đài móng.
Đồng thời với việc thi cơng mỗi tầng hầm thì trên mặt đất người ta vẫn có thể thi cơng một hay vài tầng nhà thuộc phần thân như bình thường. Sau khi thi công xong hết các kết cấu của tầng hầm người ta mới thi công hệ thống thang bộ và thang máy lên xuống tầng hầm.
2.5.3.3. Biện pháp thi công Semi Top - Down. a. Đặc điểm
Biện pháp Semi Top - Down là một biện pháp thi công phần ngầm kết hợp của 2 biện pháp top down và biện pháp đào mở. Đây là 1 biện pháp mới có sử dụng cừ thép để chống đỡ hố đào hợp lý, có tính khoa học, kinh tế trên cơ sở đảm bảo các điều kiện kỹ thuật, nâng cao chất lượng tường tầng hầm; giảm thiểu tối đa chi phí giá thành và ơ nhiễm mơi trường, phục vụ thực tế sản xuất.
b. Phạm vi ứng dụng
- Phương pháp này phù hợp với cơng trình xây chen có độ sâu hố đào không quá lớn (thường từ 1 - 3 tầng hầm); khoảng cách với cơng trình lân cận khơng q gần (cách từ 5m);
- Địa chất cơng trình tương tối tốt hoặc địa chất yếu nhưng tường cừ vẫn đảm bảo khả năng chịu lực và chuyển vị cho phép;
- Mực nước ngầm không quá cao để hạn chế sự rò rỉ, đẩy nổi đất đáy hố đào.
c. Ưu điểm
- Thi công theo phương án Semi - Top Down nên vẫn giải quyết được các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi công, giảm thiểu việc sử dụng hệ thống chống tạm, giải quyết được các vấn đề về móng, giảm một phần ảnh hưởng xấu của thời tiết tới công tác thi công; chống đỡ được vách đất với độ ổn định và an toàn cao nhất, hơn bất cứ phương án sử dụng hệ chống đỡ thanh chống thép nào;
- Máy móc, thiết bị thi cơng tầng hầm đơn giản và tiến độ thi công nhanh
- Độ cứng, sự liên kết và làm việc tổng thể, chất lượng của tường bao tốt vì tường bao tầng hầm được đổ tồn khối; bê tơng đặc chắc, khơng bị rỗ, khuyết tật;
- Chiều sâu và chiều dày tường bao có thể giảm rất nhiều, tiết kiệm vật liệu; - Dễ dàng trong cơng tác nghiệm thu, xử lí sự cố và đặc biệt là chống thấm; - Giảm bớt chi phí lắp đặt hệ thống thơng gió và chiếu sáng nhân tạo;
- Giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do không phải sử dụng dung dịch Bentonite giữ thành hố đào tường vây (chỉ dùng khi thi công cọc khoan nhồi).
d. Nhược điểm
- Cừ larssen có độ cứng tương đối thấp, nếu biện pháp chống đỡ không hợp lý, cừ sẽ bị biến dạng và chuyển vị ngang lớn làm gia tăng dịch chuyển đất quanh hố đào, gây ra lún đất nền và ảnh hưởng đến cơng trình lân cận;
- Phương pháp này thường phát sinh hiện tượng rị rỉ nước ngầm qua cừ, có thể làm đẩy nổi đất đáy hố đào;
- Quá trình rút cừ, lấp đất trong khi thi công thường gây ảnh hưởng một phần đến