NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỖ ĐÌNH SÁNH

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG
CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG
KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỖ ĐÌNH SÁNH

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG
CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG
KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 85.80.201

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ KHÁNH TOÀN

Đà Nẵng – Năm 2019


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy
trong Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng chương trình Cao học Xây dựng cơng trình dân
dụng và cơng nghiệp K35, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức chuyên
ngành hữu ích, làm cơ sở cho tơi thực hiện tốt luận văn này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Khánh Tồn, người đã tận tình
hướng dẫn cho tôi thực hiện đề tài này. Mặc dù trong q trình thực hiện luận văn gặp
nhiều khó khăn khi tiếp cận những vấn đề mới, nhưng nhờ sự hướng dẫn và chỉ bảo
tận tình của Thầy đã giúp tơi định hướng vấn đề nghiên cứu và hồn thành đề tài này.
Những tài liệu Thầy cung cấp và giới thiệu có ý nghĩa quan trọng, giúp ích cho tơi rất
nhiều trong việc thực hiện đề tài này.
Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn tạo điều kiện tốt
nhất cho tôi trong suốt quá trình học cũng như thực hiện luận văn. Do thời gian có hạn
và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên luận văn cịn nhiều thiếu sót, rất
mong nhận được ý kiến góp ý của các thầy cơ và các anh chị học viên.


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tác giả luận văn

Đỗ Đình Sánh

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN
HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHƠNG SỬ DỤNG KINGPOST
Học viên: Đỗ Đình Sánh. Chun ngành: Kỹ thuật XD cơng trình DD&CN.
Mã số: 85.80.201. Khóa: K35. Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt - Hiện nay trong thi cơng cơng trình ngầm có rất nhiều giải pháp thi cơng
khác nhau để chống đỡ tường vây hố đào sâu khi thi công kết cấu cơng trình từ
dưới lên đã và đang được sử dụng rộng rãi. Trong luận văn, tác giả đã giới hạn
phạm vi nghiên cứu hố đào sâu tầng hầm công trình có bề rợng hố đào ≤ 20 m trong
điều kiện địa chất ở thành phố Đà Nẵng, sử dụng hệ hệ chống ngang bằng ống thép,
không sử dụng kingpost để chống đỡ tường chắn hố đào.
Nghiên cứu đã đề xuất quy trình thi cơng chống đỡ tường chắn hố đào của cơng
trình có 3 tầng hầm, sử dụng hệ chống ngang bằng các ống thép, không sử dụng
kingpost… Từ quy trình thi cơng đề xuất, tác giả tiến hành tính tốn khả năng chịu
lực của hệ kết cấu chống đỡ này dựa trên một số giả thiết ban đầu về cấu tạo, chi
tiết liên kết... Tác giả cũng đề xuất cấu tạo ống chống và chi tiết liên kết để đảm bảo
thuận tiện cho thi công cũng như đáp ứng yêu cầu chịu lực. Kết quả nghiên cứu cho
thấy việc sử dụng ống thép chống đỡ tường vây hố đào là hồn tồn hồn tồn khả
thi và có thể áp dụng trong thực tế thi cơng.
Từ khóa - Ớng thép, shoring-kingpost, tường vây; thi công chống đỡ tường vây,
ống thép chịu nén uốn đồng thời.

RESEARCHING METHOD TO SUPPORT DIAPHRAGM WALL
WITH HORIZONTAL STRUCTURE NOT USING KINGPOST
Abstract - Nowaday, to construct underground works, there are many different
methods of execution to support retaining wall of deep excavation when
constructing from the bottom up. In the thesis, the author has limited the scope of
study of deep excavation for the basement with the width of pit ≤ 20 m in
geological conditions in Da Nang city, using the horizontal support system from
steel pipes to support the diaphragm wall.
The study has proposed the construction process to support the diaphragm wall of

the pit of a work with 3 basements, using the horizontal support system of steel
pipes, not using kingpost... From the proposed construction process, the author
conducted calculating the bearing capacity of this supporting structure based on
some initial assumptions about structure, connection details, etc. The author also
proposed the structure of the support tube and the connection details to ensure the
convenience for the construction as well as load-bearing requirements of this
structure. The research results show that the using of steel pipes to support the
excavated diaphragm wall can be applied in actual construction.
Key words - steel pipe, shoring-kingpost, diaphragm wall; Construction of
supporting the diapragm wall, steel pipe subjected bending-compression


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 3
5. Bố cục luận văn .......................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN ĐẤT
HỐ ĐÀO SÂU TRONG THI CÔNG ............................................................................. 4
1.1. Các giải pháp chống đỡ tường chắn hố đào sâu khi thi cơng các kết cấu cơng trình
từ dưới lên ....................................................................................................................... 4
1.1.1. Giải pháp sử dụng neo ứng suất trước trong đất .................................................. 5

1.1.2. Giải pháp sử dụng hệ Shoring-kingpost ............................................................... 6
1.2. Chống đỡ tường chắn hố đào sâu bằng hệ kết cấu chống ngang không sử dụng
kingpost .......................................................................................................................... 9
1.3. Kết luận chương 1 ................................................................................................. 16
CHƯƠNG 2: CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ
PHẦN MỀM SỬ DỤNG .............................................................................................. 18
2.1. Lý thuyết tính tốn tường chắn hố đào sâu ........................................................... 18
2.1.1. Ba loại áp lực đất lên tường chắn ....................................................................... 18
2.1.2. Tính áp lực đất theo lý thuyết W.J.W.Rankine .................................................. 19
2.1.4. Tính tốn áp lực đất theo lý luận V.V.Xoclovxki .............................................. 24
2.1.5. Áp lực tác dụng lên tường bê tông cốt thép trong một số trường hợp riêng ...... 26
2.2. Tính tốn cấu kiện chịu nén đúng tâm, chịu nén uốn theo Tiêu ch̉n Việt Nam 29
2.2.1 Tính tốn về bền .................................................................................................. 29
2.2.2 Tính tốn về ổn định ............................................................................................ 29
2.2.3. Tính tốn bền với cấu kiện chịu nén uốn ........................................................... 32


CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ CHỚNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN ĐẤT HỐ
ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST ........................ 36
3.1. Cơng trình và thơng số địa chất ............................................................................. 36
3.1.1. Giới thiệu cơng trình........................................................................................... 36
3.1.2. Thơng số địa chất cơng trình .............................................................................. 36
3.1.3. Mơ hình các phần tử cơng trình và thơng số mơ hình ........................................ 37
3.1.3.1. Thơng số và các đặc trưng vật liệu của tường vây .......................................... 37
3.1.3.2. Thông số, các đặc trưng vật liệu của hệ chống mơ hình trong Plaxis ............. 37
3.1.4. Tải trọng phụ thêm ............................................................................................. 37
3.2. Xây dựng mơ hình tính tốn theo giai đoạn thi công trong Plaxis ........................ 37
3.2.1. Đề xuất các giai đoạn thi công tầng hầm............................................................ 37
3.2.2. Quá trình mơ hình hóa cơng trình và các giai đoạn thi cơng trong plaxis ......... 41
3.3. Tính tốn lựa chọn tiết diện ống chống ................................................................. 43

3.3.1. Kết quả xác định nội lực trong các kết cấu ........................................................ 43
3.3.2. Kiểm tra khả năng chịu tải của ống thép ............................................................ 45
3.3.2.1. Các thơng số vật liệu của ống thép .................................................................. 45
3.3.2.2. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của thanh chống ................................... 46
3.4. Đề xuất cấu tạo ống và các chi tiết liên kết khác .................................................. 53
3.5. Kết luận chương 3 ................................................................................................... 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 56
1. Kết luận ..................................................................................................................... 56
2. Kiến nghị ................................................................................................................... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 57


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Hệ số áp lực đất chủ động theo lời giải của lý thuyết Xoclovxki .................26
Bảng 2.2. Hệ số áp lực đất bị động theo lời giải của lý thuyết Xoclovski ....................26
Bảng 2.3 - Hệ số uốn dọc  của cấu kiện chịu nén đúng tâm .......................................30
Bảng 2.4 - Giá trị của hệ số  .......................................................................................31
Bảng 2.5 - Giá trị của hệ số c ........................................................................................31
Bảng 2.6: Hệ số thấm của các loại đất...........................................................................33
Bảng 2.7. Các đặc trưng cơ học của vật liệu tường vây được mô hình hóa trong Plaxis
.......................................................................................................................................34
Bảng 2.8. Các đặc trưng cơ học của vật liệu thanh chống mơ hình hóa trong Plaxis ...34
Bảng 3.1. Các thông số về đất được sử dụng khi mơ hình trong Plaxis ........................36
Bảng 3.2. Các thơng số của tường vây được khai báo trong phần mềm Plaxis 8.2 ......37
Bảng 3.3: Các thông số của thanh chống được khai báo trong phần mềm Plaxis ........37
Bảng 3.4. Cường độ tiêu ch̉n, fy và cường đợ tính tốn, f .........................................46
Bảng 3.5. Giá trị bán kính quán tính tiết diện ống, i (m) ..............................................47
Bảng 3.6. Giá trị độ mảnh  .......................................................................................... 48
Bảng 3.7. Giá trị độ mảnh quy ước ...............................................................................48
Bảng 3.8. Giá trị tải trọng bản thân của các trường hợp ống (kN/m)............................ 49

Bảng 3.9. Giá trị mô men kháng uốn các trường hợp (cm3) .........................................49
Bảng 3.10. Giá trị mô men uốn trong các trường hợp (kNm) .......................................50
Bảng 3.11. Giá trị ứng suất trong ống chống lớp 3 (daN/cm2), lực dọc N = 1471 kN .50
Bảng 3.12. Giá trị ứng suất trong ống chống lớp 2 (daN/cm2), lực dọc N = 1209 kN .51
Bảng 3.13. Giá trị ứng suất trong ống chống lớp 1 (daN/cm2), lực dọc N = 507.5 kN 52


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1. Chống đỡ tường vây cơng trình ngầm bằng hệ shoring - kingpost ....................1
Hình 2. Sử dụng dầm Bailey chống đỡ tường chắn hố đào sâu ......................................2
Hình 1.1. Đặc điểm cấu tạo neo ứng suất trước trong đất (neo phụt) ............................. 6
Hình 1.2. Chống đỡ tường vây cơng trình ngầm bằng hệ Shoring-kingpost ..................7
Hình 1.3. Các bước thi cơng đào đất cho cơng trình 3 tầng hầm, sử dụng hệ shoring kingpost chống đỡ tường vây - Thi công các kết cấu phần ngầm từ dưới lên ................8
Hình 1.4. Sử dụng dầm Bailey chống đỡ theo mợt phương tường chắn hố đào sâu [1] .9
Hình 1.5. Sử dụng hệ dầm Bailey có nút trực giao chống đỡ tường vây hố đào sâu theo
cả hai phương [2] ...........................................................................................................10
Hình 1.6. Đào đất và thi cơng lớp văng chống thứ nhất bằng dầm Bailey [1] ..............11
Hình 1.7. Đào đất và thi công lớp văng chống thứ hai bằng dầm Bailey [1] ................12
Hình 1.8. Đào đất và thi cơng lớp văng chống thứ ba bằng dầm Bailey [1] .................13
Hình 1.9. Đào đất đến đáy móng, thi cơng móng và sàn tầng hầm đáy [1] ..................13
Hình 1.10. Tháo lớp văng chống thứ 3, thi công cột, vách và sàn tầng hầm hai [1] .....14
Hình 1.11. Tháo lớp chống thứ hai, thi cơng cợt, vách, sàn tầng hầm mợt [1] .............15
Hình 1.12. Tháo lớp chống thứ nhất, thi công cột, vách, sàn tầng hầm mặt đất [1] .....15
Hình 1.13. Chi tiết dầm Bailey chống vào dầm phụ bố trí sát tường vây [1] ...............16
Hình 1.14. Hệ giằng chéo, khung định vị ngang và thanh tăng cứng cấu tạo trên dầm
hệ dầm Bailey song song [1] .........................................................................................16
Hình 2.1. Ba loại áp lực đất lên tường chắn (nét đứt là vị trí ban đầu của tường chắn,
nét liền là vị trí của tường chắn dưới tác dụng của áp lực đất) .....................................18
Hình 2.2. Trạng thái chủ đợng và bị đợng Rankine ......................................................19

Hình 2.3. Tính áp lực đất chủ đợng và bị đợng Rankine ...............................................21
Hình 2.4. Tính áp lực đất chủ đợng Coulomb ............................................................... 22
Hình 2.5. Tính áp lực đất bị đợng Coulomb ..................................................................23
Hình 2.6. Ba trường hợp xảy ra của mặt trượt thứ hai ..................................................24
Hình 2.7. Vị trí chia vùng các điểm và hình dạng mặt trượt .........................................25
Hình 2.8. Tính áp lực chủ đợng và bị đợng của đất gờm nhiều lớp .............................. 28
Hình 2.9. Tính áp lực đất chủ đợng khi trên mặt đất có tải trọng phân bố....................28
Hình 3.1. Đào đất đến cao độ mặt sàn tầng hầm 1, thi công lớp ống chống thứ nhất ...38
Hình 3.2. Đào đất đến cao độ mặt sàn tầng hầm 2, thi công lớp ống chống thứ hai .....39
Hình 3.3. Đào đất đến cao đợ mặt sàn tầng hầm 3, thi công lớp ống chống thứ ba ......39
Hình 3.4. Đào đất đến cote bê tơng lót, thi cơng móng, dầm móng và sàn tầng hầm 3 40
Hình 3.5. Tháo lớp ống chống thứ ba, thi công cột, vách tầng hầm 3, sàn tầng hầm 2 40


Hình 3.6. Tháo lớp ống chống thứ hai, thi cơng cợt, vách tầng hầm 2, sàn tầng hầm 1
.......................................................................................................................................41
Hình 3.7. Tháo lớp ống chống thứ hai, thi công cột, vách tầng hầm 1, sàn mặt đất .....41
Hình 3.8. Tường vây và gán tải phụ thêm trên mơ hình ...............................................41
Hình 3.9. Hạ nước ngầm đến cote -4,0 m, đào đất đợt 1, thi cơng lớp ống chống 1 ....42
Hình 3.10. Hạ nước ngầm đến cote -8,0 m, đào đất đợt 2, thi cơng lớp ống chống 2 ..42
Hình 3.11. Hạ nước ngầm đến cote -11,0 m, đào đất đợt 3, thi cơng lớp ống chống 3 42
Hình 3.12. Hạ nước ngầm đến cote -13,0 m, đào đất đợt 4 đến cote đáy bê tơng lót ...43
Hình 3.13. Mơ men, lực cắt và chuyển vị lớn nhất trên tường vây ............................... 43
Hình 3.14. Lực dọc lớn nhất trong lớp ống chống thứ nhất ..........................................44
Hình 3.15. Lực dọc lớn nhất trong lớp ống chống thứ hai ............................................44
Hình 3.16. Lực dọc lớn nhất trong lớp ống chống thứ ba .............................................45
Hình 3.17. Ứng suất trong các ống chống lớp 3 (daN/cm2), lực dọc N = 1471 kN ......51
Hình 3.18. Ứng suất trong các ống chống lớp 2 (daN/cm2), lực dọc N = 1209 kN ......52
Hình 3.19. Ứng suất trong ống chống lớp 1 (daN/cm2), lực dọc N = 507.5 kN ...........53
Hình 3.20. Cấu tạo hệ ống chống và dầm phụ .............................................................. 54

1

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Giải pháp sử dụng hệ chống ngang và cột chống tạm (hệ shoring - kingpost) để
chống đỡ tường vây hố đào sâu khi thi cơng kết cấu cơng trình từ dưới lên đã và đang
được sử dụng rợng rãi hiện nay (Hình 1).

Hình 1. Chống đỡ tường vây công trình ngầm bằng hệ shoring - kingpost
Theo đó, khi thi cơng cọc khoan nhời của móng cơng trình, các cợt tạm (king post) để đỡ hệ dầm ngang phải được cắm sâu vào cọc khoan nhời. Trong nhiều trường
hợp, vì vị trí các cọc khoan nhời khơng phù hợp với vị trí cợt chống tạm, do đó khơng
đảm bảo u cầu chịu lực thì người ta thi công riêng cọc nhồi bê tông (cọc biện pháp)
để neo giữ cột chống tạm. Hệ cột chống tạm sẽ được thu hồi một phần (phần không
cắm vào cọc nhồi hoặc không trùng với cột của tầng hầm công trình) sau khi đã thi
cơng xong hệ cợt dầm sàn tương ứng và đủ cường độ theo thiết kế.
Giải pháp này có mợt số nhược điểm: khơng thể thu hời đầy đủ hệ cột tạm do
cột tạm cắm vào cọc nhồi hoặc cọc tạm trùng với cột của tầng hầm cơng trình; gây cản
trở đến q trình đào đất, thi công đổ bê tông kết cấu dầm sàn; kéo dài thời gian thi
công...
Hiện nay một số doanh nghiệp, khi thi công hố đào sâu, đã ứng dụng dầm Bailey
chống đỡ tường chắn hố đào sâu với khả năng vượt nhịp khá lớn mà khơng sử dụng
cợt chống tạm (Hình 2). Dầm Bailey thường được dùng làm cầu và sàn đạo trong xây
dựng các cơng trình giao thơng, trong đó chức năng của dầm Bailey chủ yếu là chịu
uốn, đây là loại dầm thép tổ hợp tiết diện lớn (tiết diện chữ nhật 1,5 m × 0,55 m trọng
lượng nhẹ.


2

Hình 2. Sử dụng dầm Bailey chống đỡ tường chắn hố đào sâu
Thực tế khi sử dụng dầm Bailey chống đỡ tường chắn hố đào sâu mà không sử
dụng cột chống tạm có nhiều ưu điểm: đáp ứng các yêu cầu chịu lực, đảm bảo ổn định,
giảm chuyển vị ngang của tường chắn; thuận tiện cho việc thi công đào đất, đặc biệt là
cơ giới hóa thi cơng đào đất, giúp rút ngắn thời gian thi công; thuận tiện cho thi cơng
đổ bê tơng, đảm bảo tính tồn khối hệ kết cấu dầm sàn; không sử dụng hệ cột tạm nên
tiết kiệm thời gian thi cơng, giảm chi phí cợt tạm. Dầm Bailey nhẹ, được chế tạo thành
mô đun ngắn có trọng lượng khơng lớn, dễ dàng lắp đặt, tháo dỡ.
Tuy nhiên, dầm Bailey là dầm đặc thù trong thi cơng cầu, khơng phổ biến. Do
đó cần thiết phải nghiên cứu chế tạo loại dầm có khả năng chịu lực và thuận tiện trong
thi công chống đỡ tường chắn hố đào sâu, có vai trị tương tự dầm Bailey, có thể chế
tạo dễ dàng từ các vật liệu thông thường. Đây là lý do đề tác giả thực hiện nghiên cứu:
“Nghiên cứu biện pháp chống đỡ tường chắn hố đào bằng kết cấu ngang không sử
dụng kingpost ”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tính tốn khả năng chịu lực của hệ chống ngang không sử dụng cột chống
tạm để chống đỡ tường chắn hố đào sâu.
- Đề xuất cấu tạo hệ chống ngang không sử dụng cột chống tạm chống đỡ tường
chắn hố đào sâu.
- Đề xuất quy trình thi cơng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Cấu tạo và khả năng chịu lực của hệ chống ngang bằng
ống thép để chống đỡ tường chắn hố đào sâu.


3

- Phạm vi nghiên cứu: Hố đào sâu tầng hầm cơng trình vượt nhịp ≤ 20 m trong
điều kiện địa chất ở thành phố Đà Nẵng.

4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tính tốn tường chắn.
- Áp dụng bài tốn số cho cơng trình cụ thể tại Đà Nẵng
5. Bố cục luận văn
Mở đầu
1. Lí do chọn đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG
CHẮN ĐẤT HỐ ĐÀO SÂU TRONG THI CƠNG
Tốc đợ phát triển đô thị rất nhanh ở các thành phố lớn của nước ta như Thủ đơ
Hà Nợi, Thành phố Hờ Chí Minh, Thành phố Đà Nẵng trong những năm qua làm cho
diện tích đất xây dựng ngày càng bị thu hẹp đáng kể. Để đáp ứng nhu cầu xây dựng
các công trình phục vụ cho đời sống dân sinh ở các thành phố đã và đang khai thác
không gian ngầm dưới mặt đất như các cơng trình dân dụng từ 1-6 tầng hầm, cơng
trình giao thơng sử dụng tàu điện ngầm sâu dưới mặt đất đến hàng chục mét; để sử
dụng có hiệu quả khơng gian ngầm và đảm bảo an tồn các cơng trình lân cận, việc
nghiên cứu, phân tích đánh giá các giải pháp thiết kế thi công các loại cơng trình này là
hết sức cần thiết.
Việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng là điều rất bình thường, nó trở nên
quen tḥc mỗi khi thiết kế và thi cơng vì nó giải quyết được các nhu cầu thực tế do
nhà cao tầng đặt ra. Ở Việt Nam, nhà cao tầng có tầng hầm xuất hiện nhiều những năm
gần đây. Đà Nẵng cũng khơng ngồi xu thế phát triển các cơng trình với nhiều tầng
hầm. Trong khoảng mợt chục năm gần đây, tại Đà Nẵng đã tiến hành xây dựng và đưa

vào khai thác sử dụng một số cơng trình có nhiều tầng hầm như: Trung tâm Hành
chính thành phố Đà Nẵng (2 tầng hầm); bãi đỗ xe ngầm (2 tầng hầm); tòa nhà BIDV
Đà Nẵng, 65 Hải Phòng (4 tầng hầm); khách sạn Hilton Đà Nẵng (2 tầng hầm)...
Để thi cơng các cơng trình có nhiều tầng hầm có nhiều phương pháp: thi cơng
Topdown, thi cơng các kết cấu tầng hầm từ dưới lên, sử dụng hệ shoring-kingpost hay
sử dụng hệ neo ứng suất trước trong đất để bảo vệ tường vây. Mỗi phương pháp đều có
những ưu nhược điểm khác nhau. Để áp dụng phương pháp cụ thể nào cịn tùy tḥc
vào đặc điểm, số tầng hầm cơng trình, địa chất thủy văn, đặc điểm lân cận...
1.1. Các giải pháp chống đỡ tường chắn hố đào sâu khi thi cơng các kết cấu
cơng trình từ dưới lên
Phương pháp thi công các bộ phận kết cấu công trình từ móng đến mái là
phương pháp cổ điển, rất phổ biến, được áp dụng khi chiều sâu hố đào khơng lớn.
Theo phương pháp này thì tồn bợ hố đào được đào đến đợ sâu đặt móng, có
thể 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
cơng. Q trình đào đất cần sử dụng các biện pháp để bảo vệ tường chắn hố đào. Sau
khi đào tới đáy móng hoặc đáy các cơng trình ngầm, người ta tiến hành thi cơng các
kết cấu theo trình tự thi cơng thơng thường từ dưới lên trên. Thi công theo phương
pháp này cần sử dụng các biện pháp khác nhau để đảm bảo ổn định thành hố đào.
Hiện tượng mất ổn định thành hố đào là do trạng thái cân bằng của nền đất bị


5

phá vỡ. Khi đất nền ổn định, tại một điểm trong lịng đất tờn 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, làm mất đi sự cân bằng ban đầu, lúc này xuất hiện các mặt
trượt đẩy đất vào trong hố đào. Nếu cạnh hố đào cịn có các tải trọng khác, chẳng hạn
như các cơng trình có sẵn, thiết bị máy móc thi cơng... thì giá trị dịch chủn 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 tố, 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...
Khi thi cơng tầng hầm cho các cơng trình nhà cao tầng trong đô thị, một vấn đề
phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến
các yếu tố kỹ thuật và môi trường. Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng
suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực
nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển và có thể lún gây hư hỏng cơng trình lân
cận nếu khơng có giải pháp thích hợp.
Các giải pháp bảo vệ thành hố đào thường được áp dụng là: tường cừ thép,
tường cừ cọc xi măng đất, tường Barrette... Yêu cầu chung của tường chắn là phải đảm
bảo về cường độ cũng như độ ổn định dưới tác dụng của áp lực đất và các loại tải trọng
khác nhau. Do đó, tường chắn được thiết kế cắm sâu vào đất và được chống đỡ bằng
nhiều giải pháp như: neo ứng suất trước trong đất; chống đỡ từ trong lòng hố đào theo
nhiều cách khác nhau theo chiều sâu của hố đào...
1.1.1. Giải pháp sử dụng neo ứng suất trước trong đất
Neo ứng suất trước trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến ở trong
nước cũng như trên thế giới và chứng minh được khả năng chịu lực, kiểm soát chuyển
vị, thuận tiện cho thi công... Phương pháp này được áp dụng khi ta cần không gian để
thi công trong lịng hố đào. Việc đặt neo tuỳ tḥc vào lực căng mà có thể neo trên mặt
đất hay neo ngầm vào trong đất. Trường hợp neo ngầm, khi đào đến đâu người ta
khoan xuyên qua tường bao để chôn neo và cố định neo vào tường. Với phương pháp
này tường được giữ với ứng lực trước nên hầu như là ổn định hoàn toàn. Khi tầng hầm
đã được xây dựng xong, tường được giữ bởi hệ kết cấu tầng hầm, lúc này neo sẽ được
dỡ đi hoặc để lại tùy theo sự thoả thuận của chủ đầu tư với các cơng trình bên cạnh,
cũng như cơng nghệ sử dụng có cho phép thu hồi neo hay không. Nếu tường bao hở
(khơng liên kết với kết cấu tầng hầm) thì các neo sẽ vẫn được giữ nguyên và làm việc
lâu dài, lúc này nó cần được bảo vệ cẩn thận.

Ở Việt Nam, neo ứng suất trước trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ


6

biến. Tại Hà Nợi, tầng hầm các cơng trình Tồ nhà Tháp Vietcombank và Khách sạn
Sun Way đã được thi công theo công nghệ này. Tại Đà Nẵng, neo ứng suất trước trong
đất đã được ứng dụng thi công tầng hầm cơng trình căn hợ khách sạn VinPearl, tổ hợp
cơng trình Soleil Ánh Dương rất có hiệu quả, đáp ứng tốt các yêu cầu thi công cũng
như đảm bảo an tồn cho q trình thi cơng và cơng trình lân cận. Neo trong đất có
nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng là neo phụt.
i

Chi

t

u neo

ng c
p neo
ng vây

y

ng xung quanh
công nh

o

t

n
do
p neo

α

t
i

n

a

un

n

eo

u neo

m p c t
ng không

Hình 1.1. Đặc điểm cấu tạo neo ứng suất trước trong đất (neo phụt)
Ưu điểm
Sử dụng neo ứng suất trước trong đất để chống đỡ tường vây có ưu điểm là thi
cơng hố đào gọn gàng, có thể áp dụng cho thi cơng những hố đào rất sâu; mặt bằng thi

cơng thơng thống, thuận tiện cho thi công; khả năng chịu lực tốt; dễ dàng kiểm sốt
chủn vị ngang của tường vây...
Nhược điểm
Cơng nghệ mới, phức tạp, ít phổ biến; bị ảnh hưởng bởi các cơng trình lân cận;
khơng thi cơng được trong nền đất yếu; giá thành thi công cao.
1.1.2. Giải pháp sử dụng hệ Shoring-kingpost
Sử dụng hệ cột chống tạm và các thanh chống ngang (hệ Shoring-kingpost) để
chống đỡ tường vây. Hệ chống tạm được thi công cắm vào trong cọc nhồi tại thời điểm
thi cơng cọc nhời. Đối với các cơng trình có số tầng hầm ít, hệ chống tạm có thể được
thiết kế cắm trực tiếp trong nền đất hoặc cắm vào cọc nhồi biện pháp do đơn vị thi
công thiết kế cụ thể mà không cần cắm vào cọc nhồi. Dùng hệ dầm và cột chống văng
giữa các tường đối diện. Hệ dầm và cột này thường được gia công từ thép. Các xà
ngang, được đỡ bởi hệ cột tạm, sẽ chống vào các mặt tường vây thông qua hệ dầm
biên, được điều chỉnh bằng hệ kích thủy lực điều khiển bằng hệ bơm dầu trung tâm. Số


7

lượng tầng thanh chống có thể là 1 tầng chống, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tuỳ theo
số tầng hầm, dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất, thuỷ văn trong phạm vi
chiều sâu tường vây.
Thi công hệ Shoring-kingpost và các bộ phận kết cấu tầng hầm được mô tả
ngắn gọn như sau: sau khi tường vây, cọc nhồi, King-post đã thi công xong, tiến hành
đào đất đến cao trình đáy móng (hoặc cao trình các hạng mục phần ngầm khác bố trí
sâu hơn tầng hầm đáy của cơng trình), sau đó tiến hành thi cơng các bộ phận kết cấu
phần ngầm từ dưới lên và thu hời hệ Shoring-kingpost. Q trình đào đất, để bảo vệ
tường vây, ở các mức sàn các tầng hầm (thường cao hơn cao độ thiết kế sàn tầng hầm
một khoảng nhất định để tiện cho thi công) sẽ tiến hành thi cơng lắp đặt hệ Shoringkingpost, trước đó cần thực hiện tiêu thốt nước ngầm cách đáy cao đợ đào đất các đợt
một khoảng nhất định để tiện cho thi công.

Hình 1.2. Chống đỡ tường vây công trình ngầm bằng hệ Shoring-kingpost
Các bước thi công cơ bản đã được sử dụng hệ văng chống (hệ Shoringkingpost) để chống đỡ tường vây cho cơng trình có 3 tầng hầm sau khi đã thi cơng
xong tường vây, cọc khoan nhời, kingpost được trình bày như dưới đây:
- Đào đất đến cao độ sàn tầng hầm 1, thi công hệ văng ngang thứ nhất tại cao độ
cách cao độ sàn tầng hầm 1 một khoảng từ 0,5 m đến 1,0 m. Chú ý các biện pháp tiêu
thốt nước trước khi đào đất. Trình tự đào như đã trình bày phía trên.
- Đào đất đến cao độ sàn tầng hầm 2, thi công hệ văng ngang thứ hai tại cao độ
cách cao độ sàn tầng hầm 2 một khoảng từ 0,5 m đến 1,0 m.
- Đào đất đến cao độ sàn tầng hầm 3, thi công hệ văng ngang thứ ba tại cao độ
cách cao độ sàn tầng hầm 3 một khoảng từ 0,5 m đến 1,0 m.


8

- Đào đất đến cao đợ đáy móng hoặc đáy các bể kỹ thuật (nếu bố trí các bể kỹ
thuật dưới cao trình nền tầng hầm dưới cùng), thi cơng các bể kỹ thuật (nếu có), đài
móng, hệ thống dầm - giằng móng và nền tầng hầm thứ 3 (tầng hầm dưới cùng). Chú ý
các biện pháp chống thấm cho tầng hầm dưới cùng.
- Thu hồi hệ văng chống thứ ba, thi công hệ cột, dầm sàn tầng hầm 3.
- Thu hồi hệ văng chống thứ hai, thi công hệ cột, dầm sàn tầng hầm 2.
- Thu hồi hệ văng chống thứ nhất, thi công hệ cột, dầm sàn tầng hầm 1.
Sau khi thi công xong hệ cột, dầm sàn tầng hầm 1, xem như kết thúc thi công
các kết cấu phần ngầm từ dưới lên. Việc thi công các tầng phía trên diễn ra bình
thường (xem Hình 1.3).
t

nhiên

Thi cơng

500÷ 1000

t

Cao

o

t

Thi cơng

500÷ 1000
500÷ 1000

ng

p2

t

t2

ng

p3

o

t

t3

NG –

N

NG

o

Thi cơng
Cao
M

t1

ng

Cao

NG -

p1

M

Cote

n

ng

m1

Cote

n

ng

m2

Cote

n

ng

m3

Y
Cote

Cao

o

t

y

ng

t4

Hình 1.3. Các bước thi công đào đất cho công trình 3 tầng hầm, sử dụng hệ shoring kingpost chống đỡ tường vây - Thi công các kết cấu phần ngầm từ dưới lên
Ưu điểm
Phương pháp chống giữ bằng hệ văng chống có ưu điểm là: hệ Shoringkingpost có trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ thuận tiện, có thể sử dụng nhiều lần.
Căn cứ vào tiến đợ đào đất có thể vừa đào, vừa chống. Có thể làm cho hệ chống ngang
chủ đợng chống đỡ bằng cách sử dụng hệ thống kích, tăng đơ rất có lợi cho việc hạn
chế chuyển dịch ngang của tường. Dễ dàng giải quyết các vấn đề về thơng gió, chiếu
sáng trong thi cơng hố đào sâu...


9

Nhược điểm
Độ cứng tổng thể của hệ văng chống nhỏ địi hỏi tính tốn kỹ, các mắt nối ghép
nhiều. Nếu cấu tạo nối ghép không hợp lý, biện pháp thi công không thoả đáng và
không phù hợp với yêu cầu của thiết kế, dễ gây ra chuyển dịch ngang và mất ổn định
của tường vây hố đào do độ cứng tổng thể của hệ Shoring-kingpost không bảo đảm, do
các chi tiết nối ghép biến dạng. Ngoài ra, hệ Shoring-kingpost cản trở và hạn chế cơ
giới hóa q trình thi cơng đào đất cũng như thi cơng các kết cấu, khó có khả năng thu
hời 100% hệ kingpost do phụ tḥc nhiều vào thiết kế và bố trí hệ này. Thời gian thi
cơng kéo dài, chi phí thi cơng cao.
1.2. Chống đỡ tường chắn hố đào sâu bằng hệ kết cấu chống ngang không
sử dụng kingpost
Gần đây, những nhược điểm khi sử dụng hệ cợt tạm (Kingpost) như đã trình
bày phía trên đã được các kỹ sư cả trong và ngoài nước khắc phục bằng cách đề xuất

sử dụng hệ chống ngang khơng dùng cợt chống.
Cơng trình Tổ hợp chung cư, văn phòng, thương mại cao cấp Sun Square tại
ngã tư Lê Đức Thọ - Hàm Nghi, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội đã sử dụng dầm Bailey
vượt nhịp 27 m để chống đỡ tường vây bê tông cốt thép mà không sử dụng cột tạm
(kingpost), vừa đảm bảo chống đỡ ổn định tường vây, vừa không sử dụng cột tạm,
giúp thuận tiện cho thi công, tăng nhanh tốc độ thi cơng, giảm chi phí đáng kể.

Hình 1.4. Sử dụng dầm Bailey chống đỡ theo một phương tường chắn hố đào sâu [1]


10

Theo [1], có thể sử dụng dầm Bailey đơn hoặc theo [2] sử dụng hệ dầm Bailey
trực giao để chống đỡ tường vây hố đào sâu mà không phải sử dụng cợt chống tạm.
Trường hợp hố đào có mợt phương đủ dài, theo [1] nhịp 27 m sử dụng các dầm Bailey
đơn lắp song song chống đỡ tường vây hai phía đối diện, theo phương cạnh ngắn sử
dụng các thanh chống chéo góc (Hình 1.4). Theo [2], khi hố đào rợng theo cả 2
phương có thể sử dụng hệ dầm Bailey với các nút trực giao để chống đỡ tường vây
theo cả hai phương (Hình 1.5). Các kết quả nghiên cứu cho thấy cấu tạo các loại dầm
Bailey này đảm bảo yêu cầu chịu lực, đơn giản, thuận tiện thi công, giúp rút ngắn thời
gian thi công, giảm giá thành thi công hơn so với các phương pháp chống đỡ khác.

Nút trực giao của hệ dầm Bailey trực
giao

Mặt cắt ngang nút trực giao
Mặt bằng bố trí hệ dầm Bailey trực giao chống đỡ
tường vây hố đào sâu theo hai phương

Hình 1.5. Sử dụng hệ dầm Bailey có nút trực giao chống đỡ tường vây hố đào sâu theo

cả hai phương [2]
Theo [1, 2], dầm Bailey được quân đội Mỹ mang sang Việt Nam trong chiến
tranh. Sau khi hịa bình lặp lại chúng được thu gom để sử dụng, trong ngành giao
thơng nó được sử dụng để thi cơng cầu tạm và trong ngành xây dựng nó được sử dụng
để văng chống hố móng. Do u cầu thi cơng có thể chế tạo thêm các chi tiết, cấu kiện
bằng vật liệu thép có cường đợ cao tương đương nhập khẩu từ nước ngoài về. Chức


11

năng của dầm Bailey chủ yếu là chịu uốn, chưa bao giờ được dùng để văng chống hố
móng. Dùng dầm Bailey làm hệ văng ngang chống đỡ tường vây, khi đó dầm Bailey
đóng vai trị là cấu kiện chịu nén. Với kích thước tiết diện chữ nhật: rợng × cao tương
ứng là 0,635 m × 1,55 m, được chế tạo thành các đốt có chiều dài là 3,05 m liên kết
với nhau bằng chốt và bu lông nên dễ lắp đặt, tháo dỡ (có thể lắp từng đốt hoặc liên
kết trước các đoạn dầm với nhau thành dầm có đợ dài thích hợp, dùng cần cẩu cẩu vào
vị trí lắp đặt), dầm nhẹ (mỗi đốt dầm không quá 300 kg), chịu nén tốt, có đợ ổn định
cao khi vượt nhịp lớn.
Theo [1], để thi cơng cơng trình với 3 tầng hầm, sau khi tường vây bê tông cốt
thép và cọc khoan nhồi đã thi công xong, người ta đã đề xuất quy trình thi cơng hệ
dầm Bailey chống đỡ mợt phương tường vây bê tông cốt thép hố đào sâu như sau:
Bước 1: Đào đất hố móng sâu 4,0 m, lắp lớp dầm văng chống thứ nhất cách cao
độ mặt sàn tầng hầm mợt đoạn là 0,3 m (Hình 1.6).
27000

4000

-0.9

phÇn đất đà đào

-4.9

t-ờng tầng hầm

t-ờng tầng hầm

Mặt cắt thi công đào đất b-ớc 1
27000

-3.9
-4.9

300 2700

Dầm BAiLEY LớP 1

-0.9

-3.6

SàN TầNG HầM 1

t-ờng tầng hầm

t-ờng tầng hầm

mặt cắt thi công văng chống dÇm bailey b-íc 1

Hình 1.6. Đào đất và thi cơng lớp văng chống thứ nhất bằng dầm Bailey [1]
Bước 2: Đào đất hố móng sâu 7,0 m, lắp lớp dầm văng chống thứ hai cách cao

độ mặt sàn tầng hầm hai là 0,3 m (Hình 1.7).


12

27000

300 2700

Dầm BAiLEY LớP 1

-3.9

-0.9

-3.6

SàN TầNG HầM 1

t-ờng tầng hầm
t-ờng tầng hầm

Mặt cắt thi công đào đất b-ớc 2

27000

2700

Dầm BAiLEY LớP 1

2700

300

-3.9

-3.6
DàN BAiLEY LớP 2

300

-6.9
-7.9

-0.9

SàN TầNG HầM 2
t-ờng tầng hầm

t-ờng tầng hầm

mặt cắt thi công văng chống dầm bailey b-ớc 2

Hình 1.7. Đào đất và thi công lớp văng chống thứ hai bằng dầm Bailey [1]
Bước 3: Đào đất hố móng sâu 11,0 m, lắp lớp dầm văng chống thứ hai cách cao
độ mặt sàn tầng hầm hai là 0,3 m (Hỡnh 1.8).
Dầm BAiLEY LớP 1

2700

-0.9

2700

300

-3.9

Dầm BAiLEY LớP 2

300

-6.9

-3.6

-6.6

SàN TầNG HầM 2

-11.9

t-ờng tầng hầm
t-ờng tầng hầm

Mặt cắt thi công đào ®Êt b-íc 3


13

27000
Dầm BAiLEY LớP 1

2700

-0.9

-3.6

300

-3.9

2700

Dầm BAiLEY LớP 2
-6.6

300

-6.9

2700

Dầm BAiLEY LớP 3
-9.6

300

-6.9

-11.9

SàN TầNG HầM 3
t-ờng tầng hầm

t-ờng tầng hầm

mặt cắt thi công văng chống dầm bailey b-ớc 3

Hinh 1.8. ao t va thi công lớp văng chống thứ ba bằng dầm Bailey [1]
Bước 4: Đào hố móng sâu 14 m, thi cơng móng và sàn tầng hầm ba (Hình 1.9).
DÇm BAiLEY LíP 1

2700

-0.9

-3.6

300

-3.9

2700

Dầm BAiLEY LớP 2
-6.6

300

-6.9

2700

Dầm BAiLEY LớP 3
-9.6

300

-9.9

SàN TầNG HầM 3

t-ờng tầng hầm

-14.9

-14.9

t-ờng tầng hầm

mặt cắt thi công đào đất b-ớc 4

27000

-0.9

-3.9

-6.9

-9.9
-11.5
-12.5

ĐàI CọC

-11.5
-12.5

t-ờng tầng hầm
t-ờng tầng hầm
-14.9

mặt cắt thi công đài cäc b-íc 4

Hình 1.9. Đào đất đến đáy móng, thi công móng và sàn tầng hầm đáy [1]


14

Bước 5: Tháo lớp văng chống thứ 3, thi công cụt, vỏch, sn tng hm hai (Hỡnh
1.10).
27000

-0.9

-3.9

-6.9

-9.9
-11.5
-12.5

ĐàI CọC

-11.5
-12.5

t-ờng tầng hầm
t-ờng tầng hầm
-14.9

mặt cắt tháo văng chống dầm lớp 3

27000

-0.9

-3.9

-6.9

-9.9
-11.5

-11.5
-12.5

-12.5
t-ờng tầng hầm
-14.9

t-ờng tầng hầm

mặt cắt thi công sàn tầng hầm 2

Hinh 1.10. Tháo lớp văng chống thứ 3, thi công cột, vách và sàn tầng hầm hai [1]
Bước 6: Tháo lớp văng chống thứ hai, thi công cột, vách, sàn tầng hm mụt
(Hỡnh 1.11).
27000

-0.9

-3.9

-6.9

-9.9
-11.5

-11.5
-12.5

-12.5
t-ờng tầng hầm
-14.9

Mặt cắt thi công tháo văng chèng dÇm líp 2

t-êng tÇng hÇm


15

27000

-0.9

-3.9

-6.9

-9.9
-11.5

-11.5
-12.5

-12.5
t-ờng tầng hầm

t-ờng tầng hầm
-14.9

mặt cắt thi công sàn tầng hÇm 1

Hình 1.11. Tháo lớp chớng thứ hai, thi cơng cột, vách, sàn tầng hầm một [1]
Bước 7: Tháo lớp văng chống thứ nhất, thi công cột, vách, sàn tầng mt t

(Hỡnh 1.12).
27000

0.0
-0.9

-3.9

-6.9

-9.9
-11.5

-11.5
-12.5

-12.5
t-ờng tầng hầm

t-ờng tầng hầm
-14.9

MặT CắT THI CôNG sàn TầNG 1

Hinh 1.12. Thao lp chụng th nht, thi công cột, vách, sàn tầng hầm mặt đất [1]
Theo [1], các dầm Bailey không chống trực tiếp lên tường vây mà chống vào
dầm phụ bằng thép liên kết sát về phía bên trong tường vây, dọc theo chiều dài cạnh
hố đào để quy lực tập trung thành lực phân bố để cân bằng với áp lực đất từ phía ngồi
(Hình 1.13).