Công nghệ cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ làm tường chắn đất

i

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG
TẦNG HẦM VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIỮ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU 4
1.1. Những vấn đề chung về tầng hầm 4
1.2. Các phương pháp thi công tầng hầm [9] 8
1.3. Các biện pháp giữ ổn định vách hố đào sâu trong thi công đào mở [2],
[4], [10] 12
1.4. Nguyên tắc thiết kế và lựa chọn kết cấu chắn giữ [2], [4], [10] 26
1.5. Vấn đề thi công tầng hầm các công trình xây chen tại các đô thị lớn 28
Kết luận chương 1 31
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CÔNG NGHỆ CỌC KHOAN
NHỒI TIẾT DIỆN NHỎ LÀM TƯỜNG CHẮN ĐẤT 33
2.1. Những vấn đề chung về công nghệ cọc khoan nhồi 33
2.2. Những vấn đề chung về công nghệ cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ 36
2.3. Cơ sở khoa học của công nghệ cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ làm tường
chắn đất trong thi công hố móng 43
(2.1) 44
(2.2) 44
(2.3) 45


ii

(2.4) 45
Sau khi rút gọn ta được phương trình bậc 4 của to: 45
45
(2.5) 45
Trong đó: (2.6) 45
Giải phương trình bậc 4 trên theo phương pháp thử đúng dần hoặc bằng
đồ thị ta tìm được trị số t0- độ sâu cọc ngàm vào đất từ điểm d trở xuống;
46
Để đảm bảo an toàn, độ sâu thực tế ngàm vào trong đất từ mặt đáy hố
móng trở xuống là: 46
(2.7) 46
- Tính mô men uốn lớn nhất của cọc: 46
(2.8) 46
(2.9) 46
(2.10) 47
(2.11) 48
Bảng 2.1. Hệ số tỉ lệ m 49
Bảng 2.2. Hệ số hướng ngang k 50
Bảng 2.3. Hệ số tỉ lệ c 50
Bảng 2.4. Nội lực và chuyển dịch của cọc trong nền đàn hồi 54
Bảng 2.5. Một số thông số kỹ thuật máy Clo Zironi CR18 61
Bảng 2.6. Một số thông số kỹ thuật máy Clo Zironi CR14 61
Bảng 2.7. Một số thông số kỹ thuật máy Casagrande C6 62
Bảng 2.8. Một số thông số kỹ thuật máy Stealth T15000 63
Bảng 2.9. Thông số kỹ thuật của máy khoan cọc nhồi tiết diện nhỏ
sản xuất và sử dụng ở Việt Nam 63


iii

CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CHỦ YẾU CẦN QUAN TÂM
KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI TIẾT DIỆN
NHỎ LÀM TƯỜNG CHẮN ĐẤT 66
3.1. Công tác thiết kế cọc làm tường chắn 66
3.2. Quy trình công nghệ thi công hố móng sử dụng cọc khoan nhồi tiết
diện nhỏ làm tường chắn đất 76
3.3. Các sự cố thường gặp khi thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ
làm tường cọc vây 85
3.4. Một số nội dung quản lý chất lượng khi thi công hố tầng hầm công
trình xây chen sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90
1. Kết luận 90
2. Kiến nghị 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO 92


iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
- Họ và tên học viên: Bùi Khắc Bình
- Lớp: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp

Khóa: 2011

- Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Đức Năng
- Tên đề tài: Công nghệ cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ làm tường chắn đất
- Tóm tắt: Nghiên cứu để hoàn thiện quy trình thiết kế và thi công cọc khoan
nhồi tiết diện nhỏ làm tường chắn đất để áp dụng trong xây dựng dân dụng và
công nghiệp, và nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi tiết
diện nhỏ làm tường chắn đất trong thi công nhà có tầng hầm trong điều kiện

xây chèn tại các khu đô thị Viêt Nam, bao gồm việc lựa chon phương pháp
tính toán cọc và hoàn thiện công nghệ thi công.


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
a: Cự ly đến mặt đất của hợp lực
b1: độ rọng tính toán của thân cọc
Cn: lực chính của tầng đất n
C: Hệ số nền theo chiều ngang
ea3, ep3: áp lực chủ động và bị động ở trước và sau trường
Ea: Hợp lực của đất
Ea1,Ea2: Hợp lực áp lực đất chủ động
Ep: Hợp lực áp lực đất bị động
EI: độ cứng chống uốn của thân cọc
hi: Độ cứng của tầng đất thứ i
Mo: mô men uốn
Mep: cánh tay đòn đối với điểm A của hợp lực áp lực đất bị động
Qo: Tải trọng ngang
qn : Tải trọng thẳng đứng của tải trọng trên mặt đất truyền đến đáy của tầng
đất n
Q: Tải trọng phân bố đất
to: độ sâu cọc ngâm vào đất
Xo: Chuyển vị ngang
u: cự ly đến đáy hố của điểm áp lực đất bằng không
Φo: Góc xoay
∑p: áp lực đất chủ động, hợp lực của áp lực nước
‫ﻻ‬i : Trọng lượng riêng của đất thứ i
Z: Cao trình đỉnh cọc

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Hệ số tỉ lệ m...................................................................................49
Bảng 2.2. Hệ số hướng ngang k....................................................................50
Bảng 2.3. Hệ số tỉ lệ c....................................................................................50
Bảng 2.4. Nội lực và chuyển dịch của cọc trong nền đàn hồi....................54
Bảng 2.5. Một số thông số kỹ thuật máy Clo Zironi CR18........................61
Bảng 2.6. Một số thông số kỹ thuật máy Clo Zironi CR14........................61
Bảng 2.7. Một số thông số kỹ thuật máy Casagrande C6..........................62
Bảng 2.8. Một số thông số kỹ thuật máy Stealth T15000...........................63
Bảng 2.9. Thông số kỹ thuật của máy khoan cọc nhồi tiết diện nhỏ
sản xuất và sử dụng ở Việt Nam..................................................................63


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Gia cố hố đào trước khi đào móng 13
Hình 1.2. Sơ đồ hoạt động của phương pháp đóng băng nhân tạo 14
Hình 1.3. Tường cừ ngàm (không neo, chống) 18
Hình 1.4. Tường cừ neo 18
Hình 1.5. Đinh đất 19
Hình 1.6. Kết cấu chắn giữ có dạng bức tường bằng cọc trộn 21
Hình 1.7. Cách bố trí cọc nhồi làm tường chắn cho thành hố đào 23
Hình 2.1. Tính cọc conson bằng phương pháp cân bằn tĩnh 44
(2.1) 44
(2.2) 44

(2.3) 45
(2.4) 45
Sau khi rút gọn ta được phương trình bậc 4 của to: 45
45
(2.5) 45
Trong đó: (2.6) 45
Giải phương trình bậc 4 trên theo phương pháp thử đúng dần hoặc bằng
đồ thị ta tìm được trị số t0- độ sâu cọc ngàm vào đất từ điểm d trở xuống;
46
Để đảm bảo an toàn, độ sâu thực tế ngàm vào trong đất từ mặt đáy hố
móng trở xuống là: 46
(2.7) 46
- Tính mô men uốn lớn nhất của cọc: 46
(2.8) 46
(2.9) 46


viii

Hình 2.2. Sơ đồ chuyển dịch của cọc bản conson và phân bố áp lực đất 46
Hình 2.3. Sơ đồ tính toán theo Blum 47
(2.10) 47
(2.11) 48
Hình 2.4. Quy luật biến đổi của hệ số nền 49
Hình 2.5. Sơ đồ tính toán coi cọc như dầm trên nền đàn hồi 51
Hình 2.6. Sơ đồ tính toán theo phương pháp “m” 53
Hình 2.7. Chuyển vị và góc xoay của cọc ở đáy hố móng dưới tác động
của lực đơn vị và mô men đơn vị. 54
Hình 2.8. Sơ đồ tính toán cân bằng tĩnh chắn giữ bằng cọc với 1 tầng
chống 55

Hình 2.9. Sơ đồ tính toán theo phương pháp dầm đẳng trị 56
Hình 2.10. Sơ đồ tính toán theo các giai đoạn thi công 57
Hình 3.1. Sơ đồ định vị tim cọc 77


1

MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết phải nghiên cứu đề tài
Ngày nay, ở các thành phố lớn và khu đô thị việc xây dựng các công
trình ngầm phục vụ cho nhu cầu sử dụng hạ tầng (nơi đỗ xe, giao thông đô thị,
hệ thống kỹ thuật phụ trợ...) đang trở nên phổ biến. Đặc biệt, việc xây dựng
tầng hầm để tận dụng quỹ đất không chỉ phát triển đối với những công trình
quy mô lớn và nhà cao tầng mà còn được thực hiện ở các công trình vừa và
nhỏ trong điều kiện xây chen. Thi công hố đào sâu để xây dựng các công trình
ngầm là bài toán phức tạp, trong đó vấn đề chính là phải lựa chọn được công
nghệ thi công phù hợp, đảm bảo chất lượng, an toàn và hiệu quả cho công
trình xây dựng cũng như các công trình lân cận.
Cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ (hay cọc khoan nhồi đường kính nhỏ) đã
được nghiên cứu, ứng dụng từ rất lâu trên thế giới trong xử lý nền móng các
công trình dân dụng hay công trình ngầm. Ở Việt Nam, cọc nhồi đường kính
nhỏ cũng đang được triển khai áp dụng cho các công trình xây dựng dân dụng
trong các đô thị, cụ thể như tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Nó tỏ ra có
nhiều ưu thế bởi thiết bị thi công nhỏ gọn có thể thi công trong điều kiện chật
hẹp, có khả năng chịu tải lớn, độ an toàn cao trong thi công và giá thành khá
cạnh tranh. Đặc biệt, có thể thi công cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ sát công
trình có trước nên rất tiết kiệm diện tích mặt bằng, điều mà các chủ đầu tư tư
nhân tại các khu vực “đất vàng” rất quan tâm.
Mặc dù vậy, trong thực tế việc ứng dụng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ
làm cọc chịu lực cũng như làm tường chắn đất còn mang tính tự phát, căn cứ

theo kinh nghiệm của từng nhà thầu thi công mà chưa xây dựng được tổng
hợp, xây dựng thành quy trình trong tính toán cũng như áp dụng công nghệ.
Tính khả thi và hiệu quả kỹ thuật - kinh tế vẫn chưa được đánh giá đầy đủ và


2

đúng mức. Hiện nay, vẫn chưa có hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm xây dựng
phục vụ cho việc thiết kế và thi công. Điều đó gây không ít khó khăn trong
quá trình ứng dụng và quảng bá công nghệ.
Do đó việc nghiên cứu để hoàn thiện quy trình thiết kế và thi công cọc
khoan nhồi tiết diện nhỏ làm tường chắn đất để áp dụng trong xây dựng dân
dụng và công nghiệp trong phạm vi đô thị Việt Nam là một việc cần thiết,
xuất phát từ yêu cầu thực tiễn của quá trình phát triển xây dựng.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ
làm tường chắn đất trong thi công nhà có tầng hầm trong điều kiện xây chen
tại các đô thị Việt Nam bao gồm việc lựa chọn phương pháp tính toán cọc và
hoàn thiện công nghệ thi công.
3. Phạm vi nghiên cứu
Tập trung nghiên cứu việc ứng dụng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ trong
thi công tầng hầm các công trình xây chen có diện tích nhỏ và trung bình tại
Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh.
4. Phương pháp nghiên cứu
Tổng hợp các nội dung lý thuyết và thực tiễn liên quan đến ứng dụng
công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ làm tường chắn đất, phân tích luận
giải những tồn tại, thiếu sót trong quá trình ứng dụng. Từ đó kiến nghị, đóng
góp cho việc hoàn thiện phương pháp tính toán cọc, quy trình công nghệ thi
công cọc.
5. Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm có: Phần mở đầu, 3 chương, kết luận và kiến nghị, danh
mục tài liệu tham khảo và phụ lục.
Phần Mở đầu nêu lên sự cần thiết phải nghiên cứu đề tài, mục tiêu cần
đạt được và phương pháp nghiên cứu trong luận văn.


3

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp thi công tầng hầm và các
biện pháp giữ vách hố đào sâu.
Chương 2: Cơ sở khoa học của công nghệ cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ
làm tường chắn đất.
Chương 3: Các vấn đề kỹ thuật chủ yếu cần quan tâm khi thiết kế và thi
công cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ làm tường chắn đất.
Phần Kết luận và kiến nghị đưa ra nêu lên một số ý kiến rút ra từ quá
trình nghiên cứu của đề tài.


4

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG
TẦNG HẦM VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIỮ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU
1.1.

Những vấn đề chung về tầng hầm

1.1.1. Khái niệm về tầng hầm
Trong các công trình xây dựng dân dụng nhà nhiều tầng trên thế giới,
người ta quy định phần tầng nhà là từ cao trình mặt đất tự nhiên trở lên. Nhà
nhiều tầng có thể hiểu là từ 4 tầng trở lên, khi số tầng lên đến vài chục tầng

thì người ta gọi đó là nhà cao tầng. Khái niệm cao tầng hiện nay tạm định
lượng như nhà cao dưới 9 tầng gọi là nhà thấp tầng. Nhà từ 10 đến 24 tầng gọi
là nhà cao trung bình. Nhà có từ 25 tầng trở lên được gọi là nhà cao tầng.
Trong khu nhà cao tầng bao gồm tầng trệt (tầng 1) sàn của nó nằm
ngang trên mặt đất, tiếp theo là các tầng 2, 3, 4... có độ cao sàn dương. Còn
những tầng tiếp theo ở thấp hơn so với mặt đất (nằm dưới tầng trệt) đều được
gọi là tầng hầm.
Tầng hầm có thể nửa nổi nửa chìm hoặc nằm hoàn toàn trong lòng đất.
Thường ở những toà nhà cao tầng thì tầng hầm gồm 2 tầng trở lên, tầng hầm
trên cùng có thể là nửa nổi nửa chìm một khi ta muốn tận dụng sự thông gió,
chiếu sáng tự nhiên. Số lượng tầng hầm cho nhà nhiều tầng chủ yếu phụ thuộc
vào ý đồ sử dụng của chủ đầu tư, tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào chiều cao
của công trình và nền đất dưới công trình cũng như kỹ thuật xây dựng tầng
hầm hiện tại.
1.1.2. Sự cần thiết của tầng hầm trong nhà nhiều tầng

a/ Do nhu cầu sử dụng:
Ngay từ lâu ở các nước công nghiệp phát triển, nhu cầu về nhà cửa tăng
nhanh, các phương tiện giao thông cũng tăng đáng kể cộng với mức sống khá
cao đã kéo theo một loạt các hoạt động dịch vụ, trong khi đó diện tích để xây


5

dựng lại hạn hẹp vì thế việc ra đời của nhà nhiều tầng là hiển nhiên. Một khi
nhà nhiều tầng ra đời, nó đòi hỏi xã hội phải đáp ứng những nhu cầu do bản
thân nó sinh ra. Nói một cách khác, đó chính là nhu cầu của cư dân sống trong
các khu nhà đó. Vì thế việc xây dựng tầng hầm đã ra đời và phát triển mạnh
nhằm:
• Làm kho chứa hàng hoá phục vụ sinh hoạt của cư dân trong toà nhà.

• Làm tầng phục vụ sinh hoạt công cộng như bể bơi, cửa hàng, quán
bar...
• Làm gara ô tô, xe máy.
• Làm tầng kỹ thuật để giải quyết các vấn đề điều hoà không khí, xử lý
nước thải, lắp đặt máy móc phục vụ giao thông (thang máy), cấp nhiệt...
• Làm nơi cư trú tạm thời khi có sự cố xảy ra như chiến tranh.
• Ở các ngân hàng, kho bạc nó còn là nơi cất trữ tài liệu mật, tiền bạc,
vàng, đá quý và các tài sản có giá trị cao của quốc gia.
b/ Về mặt nền móng:
Ta thấy nhà nhiều tầng thường có tải trọng rất lớn ở chân cột, nó gây ra
áp lực rất lớn lên nền và móng, vì vậy khi làm tầng hầm ta đã giảm tải cho
móng vì một lượng đất khá lớn trên móng đã được lấy đi, hơn nữa khi có tầng
hầm thì móng được đưa xuống khá sâu, móng có thể đặt vào nền đất tốt,
cường độ của nền tăng lên (khi ta cho đất thời gian chịu lực). Thêm vào đó
tầng hầm sâu nếu nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm sẽ đẩy nổi công
trình lên theo định luật Acsimet như thế nó sẽ giảm tải cho móng công trình
và đồng thời cũng giảm lún cho công trình.
c/ Về mặt kết cấu:
Đối với nhà nhiều tầng không có tầng hầm, độ sâu ngàm vào đất là
nông (từ 2-3m), độ ổn định của công trình không cao do trọng tâm của công
trình ở trên cao. Khi nhà có tầng hầm, trọng tâm của công trình sẽ được hạ


6

thấp làm tăng tính ổn định tổng thể của công trình. Hơn nữa, tường, cột, dầm
sàn của tầng hầm sẽ làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng
chịu lực ngang như gió, bão, lụt động đất...
d/ Về an ninh quốc phòng:
Tại trụ sở các cơ quan, công sở có tầng hầm thì nó sẽ được sử dụng làm

nơi cất giữ tiền bạc kim loại quý.... Còn ở những khu định cư thì tầng hầm sẽ
là nơi tránh bom đạn tốt nhất cho cư dân mỗi khi xảy ra chiến tranh.
1.1.3. Xu hướng phát triển nhà có tầng hầm

1.1.1.1 Tình hình chung
Nhà có tầng hầm đã có từ lâu trên thế giới, nó trở thành phổ biến và
gần như là một thông lệ khi xây dựng nhà nhiều tầng. Ở châu Âu do đặc điểm
nền đất tương đối tốt, mực nước ngầm thấp, kỹ thuật xây dựng tiên tiến và
cũng do nhu cầu sử dụng nên hầu như nhà nhiều tầng nào cũng có tầng hầm,
thậm chí các siêu thị chỉ có 2-3 tầng nhưng có tới 2-3 tầng hầm. Công nghệ
này còn được dùng để thi công các ga ngầm dưới lòng đường, đường cao tốc
ngầm ở Paris.
Ở châu Á nói chung nhà nhiều tầng có tầng hầm chưa phải là nhiều,
nhưng ở một số nước và vùng lãnh thổ như Hồng Kông, Đài Loan, Hàn
Quốc... thì số lượng nhà nhiều tầng có tầng hầm chiếm tỉ lệ khá cao, số lượng
tầng hầm trong các nhà từ 1 đến 4 tầng hầm. Theo kinh nghiệm của các nước
Đông Nam Á, Hồng Công, Đài Loan thì cứ 6 - 7 tầng cao nên làm một tầng
hầm cho nhà cao tầng là thích hợp.
Hướng xây dựng “thành phố theo chiều thẳng đứng” rất ưu việt trong
những thập niên tới. Nhật Bản xem hướng phát triển đô thị bằng cách đi sâu
vào lòng đất là một trong những biện pháp giải tỏa sự đông đúc mật độ dân cư
của họ cùng với 2 giải pháp khác là lên cao và lấn biển (theo Japan
Construction Today, 1995). Ở Tokyo đã có quy định khi xây nhà cao tầng


7

phải có ít nhất 5 đến 8 tầng hầm. Ở Thượng Hải (Trung Quốc) thường thấy có
2 - 3 tầng hầm dưới mặt đất ở các nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng
ngầm, kích thước mặt bằng lớn nhất đã đến 274x187m, diện tích khoảng

51.000m2, hố móng sâu nhất tới 32m.
Việc xây dựng tầng hầm trong nhà nhiều tầng là điều rất bình thường
nó trở nên quá quen thuộc mỗi khi thiết kế và thi công vì nó giải quyết được
các vấn đề phát sinh do nhà nhiều tầng đặt ra.
1.1.1.2 Ở Việt Nam
Ở Việt Nam nhà nhiều tầng phát triển rất muộn, trước thời gian mở cửa
chỉ mới xây dựng được vài ngôi nhà gọi là nhiều tầng chẳng hạn như khách
sạn 11 tầng ở Giảng Võ. Việc xây dựng tầng hầm càng ít được quan tâm.
Gần hai chục năm trở lại đây hàng loạt những công trình nhà nhiều tầng
có tầng hầm, phổ biến là 1 đến 2 tầng hầm, đã và đang được xây dựng ở các
đô thị lớn của đất nước đặc biệt là Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh.
Tại Hà Nội có thể kể đến một loạt công trình có hai tầng hầm: Văn
phòng và chung cư 27 Láng Hạ, Trụ sở kho bạc Nhà nước 32 Cát Linh, Toà
nhà 70-72 Bà Triệu, Văn phòng và chung cư 47 Huỳnh Thúc Kháng, Toà nhà
Vincom 191 Bà Triệu, Chung cư cao tầng 25 Láng Hạ, Trung tâm Viễn thông
VNPT 57 Huỳnh Thúc Kháng, Toà nhà tháp đôi HH4 Mỹ Đình, Trụ sở văn
phòng 59 Quang Trung, Ocean Park số 1 Đào Duy Anh, Khách sạn Sun Way
19 Phạm Đình Hổ, Toà nhà Vietcombank Indochine Group Tower 198 Trần
Quang Khải... Số công trình có từ 3 tầng hầm trở lên cũng khá nhiều: Sky
City 88 Láng Hạ (31 tầng và 3 tầng hầm), Apex Tower - Mễ Trì Hạ (27 tầng
và 3 tầng hầm), Trung tâm thương mại chợ Cửa Nam (13 tầng nổi và 4 tầng
hầm)... Đặc biệt, Pacific Place 83 Lý Thường Kiệt có tới 5 tầng hầm.
Tại thành phố Hồ Chí Minh cũng có hàng loạt nhà nhiều tầng được xây
dựng như Saigon Trade Center tại 37 Tôn Đức Thắng gồm 34 tầng và 1 tầng


8

hầm, Sài Gòn Center tại 65 Lê Lợi có 25 tầng và 3 tầng hầm, khách sạn
Harbour View tại 39 Nguyễn Huệ có 24 tầng nổi và 3 tầng hầm, Bitexco

Financial Tower tại 45 Ngô Đức Kế cao 262,5m (68 tầng) có 3 tầng hầm và
hàng loạt công trình khác như tòa nhà Saigon Times Square (36 tầng, 3 tầng
hầm), Saigon Pearl (gồm 8 khối nhà cao 38 tầng, 2 cao ốc văn phòng và
khách sạn trên 40 tầng), Kumho Asian Plaza, Thuan Kieu Plaza, ... Theo
thống kê sơ bộ, thành phố Hồ Chí Minh hiện có hơn 30 tòa nhà chọc trời cao
trên 150m đã và đang được xây dựng.
Không chỉ các công trình xây dựng có quy mô diện tích lớn mới xây
dựng tầng hầm mà ở các khu vực “đắc địa” tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí
Minh, khi xây dựng nhà nhiều tầng, việc tận dụng đất và không gian để xây
dựng nhà nhiều tầng có tầng hầm được chú trọng tận dụng triệt để. Từ diện
tích hàng nghìn đến một vài trăm mét vuông, trên đất quy hoạch hoặc nhà phố
xây chen... thuộc mọi hình thức sở hữu đều xuất hiện nhu cầu xây dựng nhà
có tầng hầm. Số lượng tầng hầm được yêu cầu thiết kế tùy thuộc vào điều
kiện địa kỹ thuật - môi trường, điều kiện kinh tế - kỹ thuật và quy mô của
công trình.
1.2.

Các phương pháp thi công tầng hầm [9]

1.2.1. Phương pháp thi công từ dưới lên (bottom-up)
Đây là phương pháp cổ điển được áp dụng khi chiều sâu hố đào không
lớn, thiết bị thi công đơn giản. Theo phương pháp này, toàn bộ hố đào được
đào đến độ sâu thiết kế (độ sâu đặt móng), có thể đào thủ công hay đào máy
phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, thời tiết khí hậu, tình hình địa chất thuỷ văn,
vào khối lượng đất cần đào và nó còn phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhân
lực của công trình. Sau khi đào xong, 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 quá trình thi công, sử dụng các biện pháp giữ vách đào

9

theo các phương pháp truyền thống nghĩa là có thể đào theo mái dốc tự nhiên
(theo góc ϕ của đất), hoặc nếu khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở
rộng ta luy mái dốc hố đào thì có thể dùng cừ, tường chắn đất để chống giữ hố
đào. Cách thi công hố đào như vậy còn được gọi là phương pháp đào mở [4].
Ưu điểm của phương pháp là có thể sử dụng máy làm đất và máy thi
công khác nhau với mức cơ giới hóa cao, các công tác thi công đơn giản, cho
phép đẩy nhanh tiến độ thi công, độ chính xác cao. Mặt khác các giải pháp
kiến trúc và kết cấu cho tầng hầm cũng đơn giản vì nó giống phần trên mặt
đất. Việc xử lý chống thấm cho thành tầng hầm và việc lắp đặt hệ thống mạng
lưới kỹ thuật cũng tương đối thuận tiện dễ dàng. Việc làm khô hố móng cũng
đơn giản hơn, ta có thể dùng bơm hút nước từ đáy móng đi theo hố thu nước
đã được tính toán sẵn. Nhìn chung nếu có điều kiện thi công đào mở sẽ làm hạ
giá thành xây dựng, dễ dàng kiểm soát được chất lượng công trình.
Nhược điểm của phương pháp này là: khi công trình xây dựng có mặt
bằng rộng, chiều sâu hố đào lớn sẽ rất khó thực hiện, đặc biệt khi lớp đất bề
mặt yếu. Khi hố đào không dùng hệ cừ thì mặt bằng phải rộng đủ để mở taluy
cho hố đào. Còn xét về chiều sâu hố đào khi quá lớn nếu dùng biện pháp này
ta sẽ phải cừ thành nhiều đợt, nhiều bậc hoặc phải sử dụng đến biện pháp neo
tường trong đất.
1.2.2. Phương pháp thi công từ trên xuống (Top-down)

Công nghệ thi công từ trên xuống, tiếng Anh là Top-down construction
method, là công nghệ thi công phần ngầm của công trình nhà, theo phương
pháp từ trên xuống, khác với phương pháp truyền thống: thi công từ dưới lên.
Trong công nghệ thi công Top-down người ta có thể đồng thời vừa thi công
các tầng ngầm (bên dưới cốt ±0,00) và móng của công trình, vừa thi công một
số hữu hạn các tầng nhà, thuộc phần thân, bên trên cốt ±0,00 (trên mặt đất).
Bản chất của phương pháp này là :

10

Giai đoạn 1: Thi công tường trong đất và cọc khoan nhồi trước. Cột của
tầng hầm (hay cột chống tạm) cũng được thi công cùng cọc nhồi đến cốt mặt
nền.
Giai đoạn 2: Người ta tiến hành đổ sàn tầng trệt ngang trên mặt đất tự
nhiên. Tầng trệt được tỳ lên tường trong đất và cột tầng hầm (hay cột chống
tạm). Người ta lợi dụng luôn các cột đỡ cầu thang máy, thang bộ, giếng trời
làm cửa đào đất và vận chuyển đất lên đồng thời cũng là cửa để thi công tiếp
các tầng dưới. Ngoài ra nó còn là của để tham gia thông gió, chiếu sáng cho
việc thi công đào đất... Khi bê tông đạt cường độ yêu cầu, người ta tiến hành
đào đất qua các lỗ cầu thang giếng trời cho đến cốt của sàn tầng thứ nhất (1C)
thì dừng lại sau đó lại tiếp tục đặt cốt thép đổ bê tông sàn tầng 1C. Cũng trong
lúc đó từ mặt sàn tầng trệt người ta tiến hành thi công phần thân nghĩa là từ
dưới lên. Khi thi công đến sàn tầng dưới cùng người ta tiến hành đổ bê tông
đáy nhà liền với đầu cọc tạo thành sản phẩm dưới cùng, có cũng là phần bản
của móng nhà. Bản này còn đóng vai trò chống thấm và chịu lực đẩy nổi của
lực Accimét.
Có hai phương pháp thi công sàn tầng hầm:
- Dùng hệ cột chống hầm đã thi công (tỳ lên cọc nhồi) để đỡ hệ dầm và
sàn tầng hầm.
- Dùng cột chống tạm (thường dùng trong thực tế là thép hình chữ H)
có gia cường đặt vào cọc nhồi.
Mỗi phương án trên đều bộc lộ những ưu điểm và nhược điểm của nó,
để áp dụng được phải tính toán một cách chặt chẽ vì không những nó liên
quan đến thi công mà cả giải pháp kết cấu nữa.
Ưu điểm của phương pháp Top-down :
• Các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi công: không cần diện tích đào

móng lớn hoặc đỡ tốn chi phí phải làm tường chắn đất độc lập. Đặc biệt đối


11

với công trình giao thông dạng hầm giao thông, phương pháp này giúp sớm
tái lập mặt đường để giao thông. Và có thể thi công kết hợp bottom-up phần
nổi và top-down đối với phần ngầm (thông dụng đối với các công trình dân
dụng có tầng ngầm) do đó đẩy nhanh tiến độ thi công.
• Không phải chi phí cho hệ chống phụ.
• Chống vách đất được giải quyết triệt để vì dùng tường và hệ kết cấu
công trình có độ ổn định cao.
• Không tốn hệ thống giáo chống, copha cho kết cấu dầm sàn vì thi
công trên mặt đất.
• 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 công 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 công
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 công các tầng hầm đã có sẵn tầng trệt có thể giảm một phần
ảnh hưởng xấu của thời tiết.
Nhược điểm của phương pháp Top-down :
• Kết cấu cột tầng hầm phức tạp.
• Liên kết giữa dầm sàn và cột tường khó thi công.
• Thi công đất trong không gian kín khó thực hiện cơ giới hoá, năng
suất lao động thấp. Nếu chỉ thi công phần ngầm không kết hợp thi công phần
nổi thì tiến độ thi công so với đào mở sẽ chậm hơn rất nhiều.
• Thi công trong tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động.
• Phải lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo.

• Chất lượng thi công ở một số công việc: nút, dầm cột khó kiểm soát.


12

1.3.

Các biện pháp giữ ổn định vách hố đào sâu trong thi công đào mở

[2], [4], [10]
Một trong những vấn đề cơ bản khi thi công tầng hầm nhà cao tầng là
giải pháp ổn định thành hố đào trong quá trình thi công. Trong thực tế có
nhiều phương pháp giữ thành hố đào tuỳ thuộc vào độ sâu hố đào, điều kiện
địa chất, mặt bằng thi công giải pháp kết cấu...
Nếu thi công bằng phương pháp top-down, chống vách đất được giải
quyết nhờ hệ kết cấu dầm sàn của các tầng hầm. Tuy nhiên như đã nêu trên,
phương pháp top-down cũng có những nhược điểm và không phải trong trường
hợp nào áp dụng phương pháp top-down cũng có hiệu quả nếu phân tích đầy
đủ hiệu quả tổng hợp (tiến độ, chi phí...). Vì vậy phương pháp thi công truyền
thống (đào mở) vẫn được nghiên cứu áp dụng khá phổ biến và những vấn đề
liên quan đến các phương án giữ vách hố đào trong phương pháp này vẫn
không ngừng được hoàn thiện, cải tiến và bổ sung. Sau đây đưa ra các phương
án giữ ổn định vách hố đào theo phương pháp thi công truyền thống.
1.3.1. Không có kết cấu chống giữ (giữ vách đào bằng mái dốc tự nhiên)

Những hố móng không quá sâu có thể đào được mà không cần chống
đỡ xung quanh nếu như có khoảng không tương đối rộng, đủ để tạo được mái
dốc tự ổn định. Độ dốc của mái phụ thuộc vào loại đất đá và các đặc tính của
chúng, vào điều kiện thời tiết và khí hậu, vào chiều sâu hố móng và khoảng
thời gian để hố móng lộ thiên. Các mái đất đá được đào thường có độ dốc lớn

nhất có thể có với từng loại đất đá và sự xuất hiện một vài chỗ trượt nhỏ nói
chung cũng không nguy hiểm. Giá thành vận chuyển đất đá ở chỗ trượt này có
vẻ ít hơn so với việc bạt mái thoải hơn. Các mái dốc hố đào được thực hiện
bằng một trong các cách sau:
a) Biện pháp đơn giản nhất là đào đất theo độ dốc tự nhiên: phương
pháp này chỉ áp dụng khi hố đào không sâu, với đất dính, góc ma sát trong ϕ


13

ln, mt bng thi cụng rng rói m taluy mỏi dc h o v thit b
thi cụng cng nh cha t c o lờn.
b) Gia c t trc khi thi cụng h o: Khi cụng trỡnh c thi cụng
nhng vựng t cỏt, vic o t s gp khú khn vỡ cỏt s l. Trong trng
hp ny cú th ỏp dng phng phỏp gia c nn h o trc khi o t. Nú
thớch hp cho cụng trỡnh c mt bng thi cụng rng v chiu sõu h o
khụng ln.
Ni dung ca phng phỏp ny l trc khi thi cụng o t ngi ta
dựng khoan v bm cao ỏp pht va xi mng vo nn t xung quanh h o.
Khi va xi mng rn chc s lm cho nn t cú cng tng lờn c th l
tng h s dớnh C v gúc ma sỏt trong ca nn t. Vi bin phỏp gia c ny
h o cú th o thng ng hoc nghiờng theo gúc khỏ ln.
Bơm xi măng cát

Bơm xi măng cát

Vữa xi măng
cát đã được
bơm xuống
Đào

Hỡnh 1.1. Gia c h o trc khi o múng
u im ca phng phỏp ny l thi cụng n gin, giỏ thnh thp, to
mt bng thi cụng thoỏng khụng b vng bi h chng.
Nhc im:
- Khú xỏc nh chớnh xỏc cỏc thụng s ca nn sau khi gia c.


14

- Độ tin tưởng thấp.
- Đòi hỏi phải có mặt bằng xung quanh rộng để gia cố vùng có nguy cơ
trượt.
c) Giải pháp đóng băng nhân tạo:
Là phương pháp tiên tiến có thể áp dụng được trong một số trường hợp
đặc biệt khó khăn. Với phương pháp này không những có tác dụng chống giữ
vách hố đào mà còn là một giải pháp hữu hiệu để xử lý nước ngầm khi thi
công đất. Bằng cách làm lạnh đất nền xuống nhiệt độ dưới 0 0C, người ta có
thể tạo ra tường chắn có cường độ cao trong phần lớn đất bão hoà nước, chiều
dầy của tường dễ dàng thay đổi tuỳ theo yêu cầu bằng cách tăng số trục làm
lạnh.

Hình 1.2. Sơ đồ hoạt động của phương pháp đóng băng nhân tạo


15

Phạm vi ứng dụng có hiệu quả của phương pháp này :
- Khi độ sâu hố đào lớn, vựơt quá giới hạn cho cọc cừ (khoảng 20m)
- Khi khó thi công cọc cừ xuyên qua những lớp đất bão hoà lớn.

- Khi việc hạ mực nước ngầm bằng các giải pháp thông thường quá đắt
hoặc khi tốc độ dòng chảy của nước ngầm quá lớn (Vượt quá 2m/ngày).
1.3.2. Tường chắn bằng kết cấu cừ

Kết cấu cừ, còn gọi là kết cấu chắn đất mềm hay tường chắn mềm, có
đặc trưng là chiều dài tương đối lớn, độ dày mỏng và dễ bị biến dạng do áp
lực đất, áp lực nước, được dùng để chắn đất, ngăn nước cho các hố đào khi
xây dựng.
Tường cừ, tường neo, hố đào có thanh chống đỡ, hố đào có thanh giằng
thường gồm những cấu kiện có độ cứng chịu uốn tương đối nhỏ, chúng được
chống đỡ tại các cao trình khác nhau bởi các neo hay thanh chống đồng thời
cũng được chống đỡ bằng cách chôn vào trong đất phía dưới cao trình đào
thấp nhất. áp lực đất thực tế lên lưng vật chắn thẳng đứng mềm và tải trọng
trong các cấu kiện chống đỡ phụ thuộc đáng kể vào tính chất của đất, độ sâu
hố đào và trình tự thi công.
1.3.2.1 Các loại cừ
Các cừ nối tiếp hay bán nối tiếp để tạo thành một tường liên tục cho các
công trình chắn nước, chắn giữ thành hố móng.
Các loại cừ dùng phổ biến sau đây: tường cừ gỗ, tường cừ bê tông đúc
sẵn, tường cừ thép.
1) Cừ gỗ: Loại này chỉ dùng cho những hố đào loại nhỏ, chiều sâu
không lớn và ở trên mực nước ngầm. Loại phổ biến nhất là các phai gỗ thông
thường và cọc Wakefileld. Các phai gỗ có tiến diện 50mmx300mm được
đóng cạnh tiếp cạnh. Cọc Wakefileld gồm ba phai gỗ được đóng đinh ghép
vào nhau, với phai ở giữa chồi lên khoảng 50-75mm. Các phai gỗ cũng có thể


16

ngàm mộng với nhau. Các xương sống kim loại được đóng vào trong rãnh các

cừ nằm kề để giữ chúng với nhau sau khi chúng được đóng vào đất.
2) Cừ bê tông đúc sẵn: Loại cừ này có trọng lượng nặng, được thiết kế
với cốt thép để chịu các ứng suất lâu dài mà công trình phải chịu sau khi xây
dựng và trong khi thi công. Cừ có chiều rộng 500-800mm; dày 150-250mm.
Hiện nay một số nước đã sử dụng cừ bê tông cốt thép ứng lực trước. Ván cừ
bê tông cốt thép có ưu điểm là không bị ăn mòn. Tuy vậy nó cũng có các
nhược điểm có thể kể ra sau đây:
- Chiều dài hạn chế, không có khả năng nối dài;
- Tính chịu uốn, chống va đập thấp;
- Khả năng sử dụng lại hầu như không có;
- Chống thấm khó khăn, vận chuyển phức tạp;
- Điều kiện thi công nghiêm ngặt.
Vì vậy tường cừ bê tông cốt thép chỉ sử dụng hiệu quả cho các công
trình cảng, kè ven bờ, các đường đào sâu hoặc đắp có chiều cao từ 3-4m.
Tường cừ bê tông cốt thép có thể tích chiếm chỗ lớn, khi thi công (đóng, ép,
rung) dễ ảnh hưởng đến công trình lân cận, không thích hợp cho các công
trình xây chen.
3) Ván cừ thép: Cừ ván thép (thuật ngữ tiếng Anh là steel sheet piles)
hay còn gọi là cọc ván thép cừ thép, cừ Larssen, cọc bản, là một cấu kiện
dạng tấm có các rãnh khoá (me cừ) để hợp thành một tường chắn khép kín.
Nhằm mục đích ngăn nước và chắn đất trong hầu hết các trường hợp ứng
dụng.
Hàng cừ thép có thể tạo thành một tấm tường chống thấm bền chắc bảo
vệ các hố móng. Tường cừ thép ngăn được nước thấm qua là khi nước luồn
qua các khe móc nối chạy dích dắc sẽ để lại những hạt đất nhỏ, và những hạt
đất này sẽ bịt kín khe móc nối.


17

Cừ thép hiện nay được dùng rộng rãi ở nước ta. Nó có ưu điểm là gọn
nhẹ, sẵn có trên thị trường, dễ sử dụng, tiến độ thi công nhanh, có sức kháng
với ứng suất đóng cao khi đóng vào đất cứng, có thể tái sử dụng lại được.
Nhược điểm khi sử dụng ván cừ thép:
- Khi thi công ép, đóng vào đất dễ gây ảnh hưởng đến công trình bên
cạnh;
- Bị ăn mòn trong quá trình sử dụng;
- Chiều sâu hố đào không lớn:
- Công tác thu hồi lại các ván thép đã sử dụng khá khó khăn và tốn
kém, trong nhiều trường hợp gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận.
Việc lựa chọn loại cừ vào công trình cụ thể có một ý nghĩa kinh tế và
kỹ thuật đặc biệt. Sử dụng cọc cừ vào công trình phải đảm bảo các yêu cầu an
toàn cho hố đào nhưng phải hạn chế được giá thành thi công. Các ván cừ rộng
và dài thường kinh tế hơn loại có tiết diện nhỏ vì cùng một sức kháng uốn yêu
cầu thì trọng lượng trên 1m2 nhỏ hơn.
1.3.2.2 Các loại tường cừ
Tường cừ có thể chia thành hai loại chính: tường cừ ngàm (hình 1.3) và
tường cừ neo (hình 1.4).
- Tường cừ ngàm hoạt động như một dầm côngxon rộng ở trên mức
đáy hố đào. Ván cừ có thể đặt một tầng khi chiều sâu đào không lớn. Cũng có
thể dùng ván cừ đặt thành nhiều tầng (không chống). Khi ấy hố đào được đào
thành nhiều bậc, mở rộng phía trên, áp dụng cho trường hợp khi ván cừ không
đủ dài để chống một lần hoặc khi hố đào quá sâu, thi công đào đất bằng
phương pháp thủ công và khi có yêu cầu hố đào phải thông thoáng để thi công
tầng hầm.
- Dùng ván cừ có chống hoặc có neo, hố đào được đào thẳng đứng.
Dùng cừ có chống khi cột chống không ảnh hưởng đến thi công tầng hầm,