Nghiên cứu phương pháp thi công SEMI TOPDOWN sử dụng cừ thép để chống đỡ hố đào tầng hầm

Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG SEMI - TOPDOWN SỬ
DỤNG CỪ THÉP ĐỂ CHỐNG ĐỠ HỐ ĐÀO TẦNG HẦM
TÓM TẮT: Với công trình có từ 1 đến 3 tầng hầm thì việc lựa chọn được một
phương án thi công hợp lý cả về kinh tế và điều kiện kỹ thuật không phải là một
việc đơn giản. Dưới đây đưa ra một phương án thi công phần ngầm 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 nhằm khắc phục những nhược điểm của tường
trong đất, nâng cao chất lượng tường tầng hầm; giảm thiểu tối đa chi phí giá
thành và ô nhiễm môi trường, phục vụ thực tế sản xuất.

Abstract: With buildings that have 1-3 levels of basement, the selection of an
proper construction option (suitable for economy and technical requirement) is
not simple. The article delivers a construction option for underground part using
steel piles to bear the load of excavated pit properly, scientifically,
economically on the base of technical requirement. In order to fix the weakness
of wall in lands, improve the quality of basement’s walls, reduce cost and
environment pollution, supporting production in reality.
1. MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, tại Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và một số thành phố lớn
khác, nhiều công trình có nhiều tầng hầm đã và đang được xây dựng. Việc thi
công tầng hầm có thể làm đất nền bị dịch chuyển và lún, gây hư hỏng cho các
công trình lân cận (nhất là đối với các công trình xây chen, có mặt bằng chật
hẹp ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh hiện nay) nếu không có các giải pháp thích
hợp. Với công trình xây chen có 1 - 3 tầng hầm, có rất nhiều các giải pháp thi
công phong phú, đa dạng có thế áp dụng được như: Tường cừ thép, cọc xi măng
đất, tường vây barrette... kết hợp với 1 - 2 tầng chống bằng thanh chống thép
Trang 1

Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

hoặc neo trong đất. Nên với công trình có từ 1 - 3 tầng hầm thì việc lựa chọn
được một phương án thi công hợp lý cả về kinh tế và điều kiện kỹ thuật không
phải là một việc đơn giản. Với việc sử dụng cừ thép, có thể kể đến một số giải
phải chống đỡ phổ biến như:
Chống ngang nếu kích thước mặt bằng công trình không quá rộng;
Chống vào cọc khoan nhồi, đài cọc hoặc phần đất chưa thi công.
Với công trình có 2 tầng hầm trở lên, phương án Semi - topdown sử dụng tường
trong đất thường được tin dùng nhất với ưu điểm là độ cứng lớn nên chuyển vị
ngang rất nhỏ, rất hữu ích cho việc thi công các hố đào sâu và bảo đảm ổn định
cho các công trình lân cận khi thi công chen trong thành phố. Tuy nhiên,
phương án này vẫn tồn tại một số nhược điểm chưa thể khắc phục, đặc biệt là
liên quan tới chất lượng tường vây, chống thấm bên ngoài tường, chi phí vật
liệu và vấn đề ô nhiễm môi trường. Những nhược điểm trên có thể được khắc
phục hoàn toàn nếu áp dụng thi công với phương án cừ thép.

Hình 1.1: Chống ngang

Hình 1.2: Chống vào cọc khoan nhồi, đài cọc

Trang 2


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.3: Chống cột tầng hầm

Hình 1.4: Thống kê các phương pháp thi công tầng hầm

Hiện nay ở Việt Nam, các công trình nhà có nhiều tầng hầm ngày càng xuất
hiện nhiều và đi kèm với đó là khá nhiều các giải pháp, đặc điểm thi công tầng
hầm.
Bảng 1.1. Các giải pháp lựa chọn thi công chủ yếu tầng hầm ở Việt Nam[4]

Nhận xét: Từ bảng số liệu thống kê cho thấy, ở Việt Nam, với công trình có từ 3
tầng hầm trở lên, giải pháp ưu tiên nên lựa chọn là tường barrette kết hợp
phương án Top - Down, Semi - Topdown; đối với 2 tầng hầm có rất nhiều các
giải pháp thi công phong phú, đa dạng có thế áp dụng được như: Tường cừ thép,
cọc xi măng đất, tường vây barrette... kết hợp với 1 - 2 tầng chống bằng dàn
thép hoặc neo trong đất...
Trang 3


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

2. TRÌNH TỰ CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG TẦNG HẦM THEO
PHƯƠNG PHÁP MỚISEMI - TOPDOWN SỬ DỤNG CỪ THÉP
Với phương pháp Semi - Topdown mới sử dụng cừ thép và hệ dầm sàn tầng
hầm (kết hợp một phần hệ thanh chống thép) làm kết cấu chống đỡ, khi đó,
tường bao tầng hầm sẽ được thi công sau này cùng với cột, vách ngăn tương tự
như phương pháp sử dụng tường vây barette thông thường. Thi công tầng hầm
xong sẽ lấp đất, cát vào khoảng trống giữa cừ thép và tường bao (nếu có), sau
đó rút cừ thép hoặc để cố định vĩnh viễn trong lòng đất. Trên cơ sở đó đề xuất ra
2 phương án sau:
Phương án 1 (PA1): Thi công xong sẽ rút cừ, sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm kết
hợp hệ dầm bo, thanh chống làm kết cấu chống đỡ.
Phương án 2 (PA2): Giữ nguyên cừ trong lòng đất làm kết cấu chắn giữ, tường
bao sau này, sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm làm kết cấu chống đỡ.

Trang 4


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.1:Quy trình thi công áp dụng cho PA1 thi công xong sẽ rút cừ
PA2 tương tự như PA1, chỉ khác là không có giai đoạn lắp đặt hệ văng chống vì
cừ thép tựa trực tiếp lên hệ dầm sàn và không phải lấp đất, rút cừ như PA1 mà
giữ nguyên cừ trong lòng đất kết hợp với chính tường bao làm kết cấu chắn giữ
tầng hầm sau này.

Hình ảnh mô tả quy trình thi công theo PA1 (công trình 2 tầng hầm)

Trang 5


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

Trang 6


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

3. MỘT SỐ ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM, PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA
PHƯƠNG ÁN MỚI

3.1. Ưu điểm
- Thi công theo phương ánSemi - Topdown nên vẫn giải quyết được các vấn đề
về mặt bằng và tiến độ thi công, không cần dùng hệ thống chống tạm (PA2),
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 công 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 toàn khối; bê tông đặc chắc, không bị rỗ, khuyết
tật;
- Chiều sâu và chiều dày tường bao có thể giảm rất nhiều, tiết kiệm vật liệu;
- Dễ dàng trong công tác nghiệm thu, xử lí sự cố và đặc biệt là chống thấm;
- Giảm bớt chi phí lắp đặt hệ thống thông 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).

3.2. Nhược điểm
- Vẫn tồn tại một số nhược điểm của phương án Semi - Topdown;

Trang 7


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

- 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 công trình lân cận;
- Trong cả quá trình thi công xét về nhiều mặt thì phương pháp này thường phát
sinh hiện tượng rò rỉ nước ngầm qua cừ, có thể làm đẩy nổi đất đáy hố đào;
- Quá trình rút cừ, lấp đất gây ảnh hưởng một phần đến công trình lân cận
(PA1).
3.3. Phạm vi áp dụng
- Phương pháp này phù hợp với công trình xây chen có độ sâu hố đào không
quá lớn (thường từ 1 - 3 tầng hầm); khoảng cách với công trình lân cận không

quá gần (cách từ 5m);
- Địa chất công 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.

4. SO SÁNH BIỆN PHÁP THI CÔNG “SEMI - TOPDOWN” SỬ DỤNG
CỪ THÉP VỚI PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG TƯỜNG TRONG ĐẤT
4.1. Đặc điểm công trình
Công trình: Khu dịch vụ văn phòng và nhà ở 130 Nguyễn Đức Cảnh - Hoàng
Mai - Hà Nội. Tổng chiều cao là 71,4m (21 tầng nổi) và 2 tầng hầm.
- Hệ dầm sàn tầng hầm thứ nhất: Cấu tạo bởi các dầm chính, dầm phụ có 800 x
450; 700 x 450, 300 x 450mm; chiều dày sàn 200mm (cao độ -3,80m);
Trang 8


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

- Sàn tầng hầm thứ nhất hai: Chiều dày 400mm (cao độ -6,90m);
- Đáy đài móng: (cao độ -8,85);
- Phía Bắc giáp đường giao thông rộng 10m; phía Tây giáp Nhà máy Điện cơ
Thống Nhất; phía Nam giáp khu dân cư (cách tường tầng hầm 8m); phía Đông
giáp khu dân cư (cách tường tầng hầm 12m).
4.2. Tính toán, thiết kế với phương án tường trong đất
Tính toán cho đoạn tường barrette có chiều dày 0,8m, độ sâu H = 30m; bê tông
B30;
Độ cứng chống uốn của tường EI = 32,5.106.(1.0,83/12) = 138,67. 104kN.m2;
Độ cứng chống kéo, nén của tường là EA = 32,5.106.(1.0,8) = 26.106 kN;
Thanh chống là hệ sàn tầng hầm 1, dày 200mm có độ cứng chống nén là EA =
32,5.106.(1.0,2) = 6,5. 106 kN; Lspacing = 5,1m.

Trang 9


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

Hình 4.1: Mặt bằng kết cấu sàn tầng hầm 1 trong giai đoạn
thi công hố đào

Hình 4.2: Mô hình tính toán không gian khi chạy
bằng chương trình Etab 9.7.4

Trang 10


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

Hình 4.3: Mặt cắt liên kết giữa thanh chống
với tường cừ, dầm tầng hầm 1

4.3. Kết quả phân tích

Hình 4.4: Chuyển vị ngang và mô-men lớn nhất của cừ nằm trong giai đoạn thi
công
Kiểm tra chuyển vị: 42,20.10-3 m = 4,22cm < 0,5%H = 0,4425cm theo tài liệu
[2]. Do đó, với độ sâu H = 30m thì tường vây đảm bảo điều kiện chuyển vị.
Tính thép cho tường vây:Phần mềm Plasix 8.2 ta cho thấy nội lực lớn nhất xuất
hiện trong giai đoạn thi công là Mtường vây = 896,09 kN.m/m = 89,609 T/m để
tính thép.

Trang 11

Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

4.4. So sánh khối lượng và chi phí vật liệu tường bao tầng hầm giữa
phương án sử dụng cừ thép và tường trong đất
Từ kết quả nội lực trên, lực tác dụng vào hệ dầm sàn và quy trình thi công của
hai phương án là tương đối giống nhau. Tính toán cũng chọn được kích thước
tiết diện dầm sàn, king post của hai phương án là như nhau. Vì vậy, để so sánh
khối lượng và chi phí vật liệu giữa hai phương án, bằng cách so sánh tường bao
tầng hầm:
PA1: Sử dụng cừ thép:
- Tường bao dày 0,35m, chiều sâu tường là 8,9m (theo đơn vị thiết kế);
- Thép tường bao: Thép dọc 20a170mm (CIII); thép ngang: 14a200 (CII).
PA2: Sử dụng tường trong đất (barrette):
- Tường vây barrette dày 0,8m, chiều sâu tường là 30m (tính toán);
- Thép tường bao: Thép dọc: 28a170mm (CIII); thép ngang: 16a200 (CII).
Từ kết quả trên, ta bóc tách khối lượng tính toán và lập được bảng so sánh sau:
Bảng 4.1. Bảng tính khối lượng và chi phí vật liệu làm tường bao tầng hầm
4.5. Nhận xét
Ta có thể thấy áp dụng phương án Semi - topdown cho công trình 130 Nguyễn
Đức Cảnh sử dụng cừ thép so với việc sử dụng tường vây barrette thì:
- Khối lượng bê tông tường bao chỉ bằng khoảng 1/7 lần;
- Khối lượng thép tường bao bằng 1/6 lần;
- Tổng chi phí vật liệu thi công tường bao tầng hầm chỉ bằng 1/2 lần.

Trang 12


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

Tuy nhiên, vì độ cứng cừ thép nhỏ nên chuyển vị ngang (8,9cm) lại lớn hơn,
gấp 2 lần so với việc sử dụng tường vây barrette (4,22cm).

5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận về tính khả thi của phương án mới
Công trình xây chen có diện tích tầng hầm vừa phải, công trình lân cận không
quá gần, tải trọng phụ tác dụng lên tường chắn không quá lớn, phương án chống
đỡ tường cừ larssen bằng hệ dầm sàn tầng hầm vẫn có thể đảm bảo các điều
kiện kĩ thuật.
Với một số công trình xây chen có kích thước hố đào rộng và sâu, xung quanh
có công trình lân cận thì phương án chống đỡ tường cừ larssen bằng hệ dàn thép
rất khó đảm bảo kĩ thuật và hiệu quả kinh tế. Phương án tường trong đất tuy
đảm bảo kĩ thuật nhưng chi phí cao, trong khi đó vẫn tồn tại một số nhược điểm
thì việc lựa chọn “phương án thi công Semi - Topdown sử dụng cừ thép làm kết
cấu chắn giữ là một phương án rất thực tế và khả thi, trong khi vẫn đảm bảo các
yêu cầu kĩ thuật, chất lượng tường bao công trình và đặc biệt là tiết kiệm tối đa
vật liệu thi công.
Với phương án tường trong đất thì tại Việt Nam chỉ có một số ít các doanh
nghiệp có đủ hệ thống máy móc thiết bị, năng lực và kinh nghiệm để đảm bảo
chất lượng thi công tường vây tốt. Tuy nhiên, với phương pháp mới này thì hệ
thống máy móc, quy trình thi công đơn giản hơn rất nhiều, hầu hết các đơn vị
thi công đều có thể chủ động đáp ứng được.
Trang 13


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

Phương án thi công tiết kiệm vật liệu, mang lại hiệu quả kinh tế, giảm thiểu ô
nhiễm môi trường là vấn đề được quan tâm hiện nay.

6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Đỗ Đình Đức chủ biên (2004), Kỹ thuật thi công 1, NXB. Xây dựng, Hà
Nội.
[2]. Nguyễn Bá Kế (2002), Thiết kế và thi công hố móng sâu, NXB. Xây dựng,
Hà Nội.
[3]. Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Tráng (8/2008), Những bài học kinh nghiệm
trong việc xây dựng tầng hầm nhà cao tầng ở Việt Nam, TP. Hồ Chí Minh.
[4]. Nguyễn Dư Tiến, Trần Đức Cường (2006), Các giải pháp thiết kế và thi
công tầng hầm nhà cao tầng, Tạp chí Tư vấn Thiết kế, số 3.
[5]. Phạm Khánh Đức (5/2004),Thi công tường chắn tạm cho tầng hầm nhà cao
tầng bằng cừ larsen trên địa bàn thành phố Hà Nội, Luận văn Thạc sỹ.
Trang 14


Chia sẻ thông tin Đồ án tốt nghiệp

[6]. Vũ Mạnh Hùng, Nghiên cứu tính toán lỗ mở sàn trong thi công tầng hầm
nhà cao tầng theo phương pháp thi công từ trên xuống, Luận văn Thạc sỹ.
[7]. Kết cấu thép, Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575-2012.
[8]. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574-2012.

Trang 15