Thi công tầng hầm bằng phương pháp đào đất trước rồi thi công nhà từ dưới lên(phương pháp hầm mở)
Đây là phương pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng cổ điển và rất phổ biến được áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn.
Theo phương pháp này thì toàn bộ hố đào được đào đến độ sâu đặt móng, có thẻ dùng thủ công hay cơ giới tùy thuộc vào độ sâu hố đào, tình hình địa chất thủy văn, khối lượng đất cần đào, khả năng cung cấp máy móc thiết bị và nhân lực của đơn vị thi công. Sau khi đào xong người ta tiến hành làm nhà theo trình tự thông thường từ dưới lên trên, thi công theo phương pháp này thường gây ra mất ổn định thành hố đào.
Hiện tượng mất ổn định thành hố đào là do trạng thái cân bằng của nền đất bị phá vỡ. Khi đất nèn ổn định tại một điểm trong lòng đất tồn tại các giá trị ứng suất theo 3 phương pháp x, y, z. Khi đào đất thành phần ứng suất ở thành hố đào theo phương ngang bị triệt tiêu, do vậy, mất đi sự cân bằng ban đầu và lúc này xuất hiện các mặt trượt đẩy đất vào trong hố đào. Nếu cạnh hố đào còn có các tải trọng khác chẳng hạn như các công trình có sẵn hoặc thiết bị máy móc thi công thì giá trị dịch chuyển này sẽ tăng lên.
Nếu hố đào được bảo vệ bằng tường cừ đất sẽ tác dụng lên tường cừ một áp lực, dưới tác dụng của áp lực này tường cừ sẽ bị dịch chuyển, giá trị dịch chuyển ngang của tường cừ phụ thuộc vào nhiều yếu tó và quan trọng nhất là chiều sâu của hố đào, độ cứng của tường cừ, chất lượng đất nền, thời gian đào đất trong hố, cách bố trí và thời gian lắp đặt hệ chống đỡ.
Chuyển vị ngang của tường cừ gây ra hiện tượng lún sụt vùng chung quanh hố đào, vì vậy việc sử dụng tường cừ để bảo vệ hố đào cần phải được tính toán và thiết kế đầy đủ. Nội dung chính trong việc tính toán và thiết kế tường cừ là xác định độ ổn định ủa tường cừ, thực chất là phải xác định chiều dài của các tấm cừ, chiều sâu của cừ ngàm trong đất, độ cứng của cừ và tính toán các thiết bị chống hoặc neo.
Người ta cũng có thể thay thế tường cừ bằng các cọc bê tông hoặc cọc thép đóng thưa sau đó ghép ván hoặc phun vữa bê tông giữa hai cọc để giữ đất, dùng cọc khoan nhồi khoan liền nhau để tạo thành vách để ổn định thành hố đào, tạo thành móng tầng hầm.
Ưu và nhược điểm của giải pháp thi công tầng hầm bằng cách đào đất trước rồi thi công từ dưới lên:
Ưu điểm:
- Thi công đơn giản
- Độ chính xác cao
- Giải pháp kiến trúc và giải pháp kết cấu không phức tạp vì việc xây dựng phần ngầm cũng tương tự như phần nổi của nhà.
- Xử lý chống thấm và lắp đặt mạng lưới kỹ thuật dễ dàng.
- Làm khô móng để thi công công cũng không có gì phức tạp.
Nhược điểm:
- Khi chiều sâu hố móng lớn đặc biệt nếu lớp đất bề mặt yếu thì rất khó khăn trong thi công.
- Nếu không dùng tường cừ thì yêu cầu mặt bằng phải rất lớn mới đủ để mở rộng taluy cho hố đào, mặt khác xét về thời gian thi công cũng bất lợi vì thi công thường kéo dài bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố thời tiết.
- Nhược điểm quan trọng nhất của phương pháp này là rất dễ gây lún nứt, nguy hiểm cho các công trình lân cận, nhất là trong thành phố đối với các các công trình xây chen.
Phạm vi ứng dụng
- Đào đất theo độ dốc tự nhiên chỉ nên áp dụng khi hố đào không sâu, với đất dính (đất có góc ma sát trong lớn), có mặt bằng thi công rộng rãi.
- Dùng cán cừ không chống hoặc neo:
- Sử dụng một đợt ván cừ, khi hố đào sâu ván cừ không đủ dài, công trình có yêu cầu mở rộng bên trên trên để dễ thi công hoặc thi công đào đất thủ công
- Ván cừ có chống hoặc neo: Trường hợp vách đất thẳng đứng và áp lực đất vào tường lớn.
Dùng chống trong trường hợp hệ thóng ít ảnh hưởng đến việc thi công phầm ngầm.
Dùng neo trong trường hợp chiều sâu hố móng lớn, tường cừ dễ mất ổn định và yêu cầu thủ công đòi hỏi phải có một mặt bằng thoáng ít bị cản trở.
Phương pháp thi công tường tầng hầm nhà làm tường chắn đất(phương pháp hầm mở)
Trước khi thi công đào đát người ta tiến hành thi công phần tường bao của tầng hầm trước sau đó mới đào đất trong lòng tường bao này đến đáy của tầng hầm.
Trường hợp móng của công trình là cọc khoan nhồi thì người ta cũng tiến hành thi công cọc khoan nhồi đồng thời với thi công tường bao.
Phương pháp này không đòi hỏi phải có tường chắn hay các hàng để giữ vách hố đào, tuy nhiên điều kiện để áp dụng phương pháp này công trình phải thiết kế để tường bao tầng hầm chịu được tải trọng áp lực đất và phải áp dụng công nghệ thi công cọc barette.
Vì lực tác dụng của đất lên tường bao rất lớn nên để ổn định cho tường bao người ta thường áp dụng các giải pháp sau đây:
- Dùng hệ dầm và cột chống văn giữa các tường đối diện hệ dầm này thường làm bằng thép hình gồm các xà ngang, dầm văng và cột chống. Áp lực đất truyền lên tường, tường truyền lên dầm văng. Cột có nhiệm vụ giữ cho dầm văng ổn định.
- Phương pháp này đơn giản, tốn vật liệu làm dầm, xà ngang, cột chống tuy nhiên sau khi sử dụng ta có thể thu hồi để tái sử dụng 100%.
- Nhược điểm của phương pháp này là chiếm không gian trong hố đào, đặc biệt là khi chiều ngang công trình lớn thì hệ trống văng trở nên rất phức tạp ảnh hưởng lớn đến thi công.
- Dùng neo giữ tường: Phương pháp này áp dụng đối với công trình có mặt bằng lớn, hố móng sâu và yêu cầu thi công cần một không gian rỗng rãi trong hố đào. Neo có thể ngay trên mặt đất hoặc neo ngầm, có thể một hoặc nhiều lớp neo. Khi đào đất đến đâu người ta khoan qua tường để chôn neo sâu vào lòng đất, khi neo chắc người ta dùng kích để kéo căng các sợi cáp neo và cố định neo vào tường.
- Với phương pháp này tương được giữ bằng các cáp neo ứng lực trước nên hầu như ổn định hoàn toàn, bầu neo và ống tạo neo được bao bọc bởi một lớp vữa bê tông bảo vệ nên sử dụng được lâu dài.
Cả 2 trường hợp neo và chống đều thi công song song với đào đất; đào đến đâu đặt neo và dựng chống đến đó. Với cách làm như vậy tường bao hầm như không chuyển vị; áp lực đất tác dụng lên tường là áp lực tĩnh.
Phương pháp thi công từ trên xuống (phương pháp Topdown)
Để khắc phục tình trạng thi công công trình bị kéo dài; người ta đã đưa ra phương pháp thi công công trình vừa làm tầng hầm theo cách làm từ trên xuống; vừa đồng thời phải làm phần thân nhà từ dưới lên; lấy mặt đất làm mốc khởi hành vừa đi lên trên; vừa tiến xuống dưới đó là bản chấn của phương pháp Topdown.
Trình tự thi công như sau:
Bước 1: Thi công tường trong đất và cọc khoan nhồi trước; như trong phương pháp thi công tường nhà làm tường chắn đất.
Bước 2: Đổ bê tông sàn trệt ngay trên mặt đất tự nhiên; sàn tầng trệt được tỳ lên tường trong đất và cột tầng hầm.
Người ta lợi dụng lỗ cầu thang máy, cầu thang bộ, giếng trời để làm cửa đào đất; và vận chuyển đất lên, đồng thời để thông gió chiếu sáng cho việc đào đất; và thi công các tầng dưới.
Khi bê tông đạt cường độ yêu cầu người ta tiến hành đào đất qua các lỗ sàn; cho đến cốt của sàng tầng hầm 1, dừng lại để đặt cốt thép, đổ bê tông.
Đồng thời với việc thi công các tầng hầm người ta tiến hành thi công phần thân từ dưới lên.
Khi thi công đến sàn tầng dưới cùng người ta tiến hành đổ bê tông đáy tầng hầm liền với đầu cọc khoan nhồi. Đó cũng là phần bản móng của nhà; bản này làm nhiệm vụ chống thấm và chịu lực đẩy nổi Archimet.
Ưu điểm của phương pháp thi công topdown:
- Tiến độ thi công nhanh do tiến hành song song phần thân và phần ngầm.
- Chống vách đất được giải quyết triệt để vì tường trong đất; và các hệ kết cống công trình có độ bền và ổn định cao; không phải chi phí cho các hệ thống chống phụ.
- Không tốn hệ thống giáo chống; cốp pha cho kết cấu dầm sàn tầng hầm vì sàn thi công ngay trên mặt đất.
Nhược điểm phương pháp thi công topdown:
- Kết cấu cột tầng hầm phức tạp
- Khi thi công rất khó khăn trong liên kết giữa dầm sàn với cột tường ở tầng hầm.
- Thi công đào đất trong không gian kín trong tầng hầm rất chật chội và khó cơ giới hóa.
- Điều kiện thi công trong hầm kín ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe; và năng suất của công nhân và đòi hỏi nhất thiết phải có hệ thống thông giớ; và chiếu sáng nhân tạo đảm bảo.
Lưu ý khi thực hiện biện pháp thi công tầng hầm
Về mặt kỹ thuật:
Phải nâng cao chất lượng công tác khảo sát địa chất công trình; và địa chất thủy văn để đảm bảo có đầy đủ số liệu tin cậy về cấu tạo địa tầng; các chỉ tiêu cơ lý; động thái và tính chất hóa học của nước dưới đất cho việc xử lý nền móng; và thiết kế cũng như thi công các phần ngầm trong công trình xây dựng.
Nếu dùng cọc ván thép hoặc cọc lắc xen để làm tường cừ chống giữ thành hố đào sâu thì phải chú ý:
- Chỉ nên dùng cọc lắc xen cho hố đào có chiều sâu nhỏ hơn 10m; ví dụ cho 1 đến 2 tầng hầm
- Phải cắm được chân của tường vây vào tầng đất loại sét (sét hoặc sét pha) tốt (dẻo cứng, nửa cứng) để đảm bảo không cho nước dưới đất xâm nhập vào tầng hầm
- Nên dùng cọc lắc xen tốt, không bị cong vênh để tránh nước thấm vào hố đào qua tường vây. Cần cân nhắc xem khi nào thì dùng cọc ván thép làm tường cừ tạm thời; hay vĩnh viễn để tránh trường hợp khi rút tường cừ lên sẽ làm lún nứt các công trình xung quanh
Nếu áp dụng biện pháp thi công tầng hầm tường trong đất làm tường tầng hầm thì cần chú ý những điều sau đây:
Tường trong đất dùng cho công trình có hố đào sâu trên 10m là cần thiết; và hiệu quả (ví dụ như nhà cao tầng có từ 2 tầng hầm trờ lên).
Chân tường trong đất phải đặt vào tầng đất loại sét (sét, sét pha) tốt; có trạng thái dẻo cứng, nửa cứng và cứng để đảm bảo ổn định cho tầng hầm; và chống thấm tốt cho hố đào sâu và cho tầng hầm
Khi thi công tường trong đất, phải dùng Bentonite thích hợp để tránh sạt lở hố đào. Nếu nền đất loại cát nhỏ và cát pha bão hòa nước thì phải dùng loại Bentonite đặc biệt có dung trọng d = 1.15g/cm3
Phải thực hiện nghiêm túc qui trình thi công bêtông để đảm bảo chất lựơng; tránh khuyết tật và bêtông xấu. Phải có giooăng chống thấm tốt giữa các barét; và chất lượng bêtông tốt; đặc chắc với mác ≥300 của từng barét thì mới đảm bảo chống thấm tốt cho công trình ngầm .
Khi mặt bằng hẹp thì có thể dùng phương pháp chống đở bằng khung thép hình; bằng phương pháp Topdown toàn phần để đảm bảo ổn định cho tường tầng hầm . Khi mặt bằng tầng hầm lớn thì có thể dùng phương pháp Topdown từng phần; hoặc dùng neo trong đất để ổn định tường tầng hầm .
Khi dùng phương pháp Topdown; phải chú ý đặt ống vách tạm thời khi đổ bêtông dưới cốt đáy tầng hầm cuối cùng ( sâu nhất) ít nhất là 2m; và hàn cố định thanh thép hình (Kingpost)vào khung lồng cốt thép của cọc khoan nhồi; hoặc tốt nhất là cọc Barét đến 1/3 chiều dài cọc để đảm bảo bê tông tốt cho cọc; và định vị chính xác cho thép hình (Kingpost).
Khi bơm hút hạ mực nước ngầm phải chủ ý đảm bảo ổn định của các công trình lân cận.
Phải kiểm tra chất lượng bê tông (tốt nhất là dùng phương pháp sonic) ;đầy đủ số lượng theo tiêu chuẩn (≥25 %) để phát hiện được các khuyết tật bêtông (nếu có ); có biện pháp xử lý kịp thời
Về mặt quản lý
Dù sử dụng biện pháp thi công tầng hầm nào cũng cần cân nhắc; khi cấp phép cho việc xây dựng công trình ngầm trên nền đất yếu trong các đô thị;nhất là các công trình ngầm có chiều sâu trên 10m; hoặc nhà cao tầng có 3 tầng hầm trở lên.
Chủ đầu tư phải chịu trách nhiệm trong việc đấu thầu; hoặc chỉ định thầu để chọn được các pháp nhân khảo sát; thiết kế và thi công có đủ năng lực về nhân sự; về trang thiết bị, về trình độ và kinh nghiệm; về thành tích tốt trong quá khứ để đảm bảo chất lượng công trình; tránh những rủi ro đáng tiếc có thể xảy ra.
Phải nghiêm túc thực hiện chỉ thị của Bộ trưởng Bộ Xây dựng số 07/2007/CT.BXD về tăng cường quản lý chất lượng và bảo đảm an toàn; khi xây dựng tầng hầm nhà cao tầng. Có 2 vấn đề phải đặc biệt chú ý:
- Phải có tư vấn độc lập đủ trình độ và kinh nghiệm thẩm định thiết kế; biện pháp thi công phần ngầm của công trình để đảm bảo chất lượng và an toàn. Ví dụ: các chuyên gia đầu ngành về địa kỹ thuật, về kết cấu công trình và về thi công).
- Phải đảm bảo chất lượng và an toàn không những cho bản thân công trình; mà phải đảm bảo an toàn và ổn định cho các công trình lân cận.