Nền móng nhà cao tầng - cọc Ba-rét

Bài viết chuyên gia

Những bài học kinh nghiệm trong việc xây dựng tầng hầm nhà cao tầng ở Việt Nam

--------------------------------------------------------------

Ở Việt Nam đã, đang và sẽ xây dựng nhiều nhà cao tầng có tầng hầm. Việc xây dựng tầng hầm trong nền đất yếu tại các đô thị có nhiều khó khăn và rủi ro. Đã có nhiều thành công nhưng cũng đã xảy ra những điều đáng tiếc.

GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng

KS. Nguyễn Tráng
Công ty APAVE Việt Nam & Đông Nam Á

Trong thời gian gần đây, đã để xảy ra những sự cố nhỏ khi sử dụng tường vây cọc ván thép, xây dựng công trình có 1 đến 2 tầng hầm không hợp lý và đặt biệt là tại TPHCM, sự cố khi xây dựng 5 tầng hầm trong công trình Pacific là rất nghiêm trọng do chất lượng tường trong đất ( Diaphragm Wall) thi công không đạt yêu cầu kỹ thuật
Trong bài báo này, chúng tôi muốn trình bày một số bài học kinh nghiệm về thiết kế vài thi công tường cừ bảo vệ hố đào sâu khi sử dụng cọc ván thép và tường trong đất để xây dựng các tấng hầm nền đất yếu tại các đô thị Việt nam để bạn đoc tham khảo .

I. NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM VỀ

“TƯỜNG TRONG ĐẤT”

Tường trong đất (DW - Diaphragm Wall, Paroi Moulée Dans Le Sol), có người gọi là tường Ba-rét vì tường được cấu tạo bởi những Ba-rét nối với nhau, giữa các Ba-rét cần có giooăng chống thấm. Các ba-rét nối với nhau thành bức tường bằng bê-tông cốt thép ở trong đất.

Dùng giải pháp DW khi xây dựng công trình thiết kế có > 2 tầng hầm trên nền đất yếu trong các đô thị là tốt nhất.

Công nghệ tường trong đất đã được Công Ty Bachy Soletanche thực hiện cho công trình

- Nhà cao tầng SaiGon Centre ( 3 tầng hầm ) từ năm 1994 đầu tiên ở Việt Nam. Sau đó là

- Nhà cao tầng Harbour View (2 tầng hầm ), San Woan (2 tầng hầm),

- Vietcombank Hà Nội ( 2 tầng hầm), Số 7 Láng Hạ ( 2 tầng hầm ) ….

Hiện nay nhiều Cty VN đang sử dụng công nghệ DW để xây dựng tầng hầm.Tuy nhiên có nhiều công trình ít khuyết tật, có thể nghiệm thu được, nhưng cũng không ít các dự án có những sai phạm rất đáng tiếc, cần phải rút kinh nghiệm, VD:

· Tài liệu khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn thiếu các dữ liệu để thiết kế và có độ tin cậy rất thấp,

· Thiết kế chưa hợp lý,

· Thi công chưa tốt, còn nhiều khuyết tật

Có lẽ trước tiên, chúng tôi xin nêu một bài học đắt giá nhất trong thời gian vừa qua, đó là sự cố công trình tầng hầm PACIFIC tại TP Hồ chí Minh

II. VỀ SỰ CỐ TẦNG HẦM PACIFIC

Từ tháng 10 năm 2007 đến nay, báo chí cũng đã viết nhiều về sự cố công trình này.

1. Mô tả sự cố công trình

Công trình cao ốc Pacific có 5 tầng hầm, 1 tầng trệt và 18 tầng lầu.

Tường tầng hầm bằng bêtông cốt thép, dày 1m, thi công bằng công nghệ DW.

Khi đào đất để thi công tầng hầm thứ 5 thì phát hiện một lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có kích thước 0,2m x 0,7m, dòng nước rất mạnh kéo theo nhiều đất cát chảy từ ngoài vào qua lỗ thủng của tường tầng hầm. Công nhân đã dùng hết cách, nhưng không thể bịt được lỗ thủng. Nước kéo theo đất cát chảy ào ào vào tầng hầm, công nhân phải thoát khỏi tầng hầm để tránh tai nạn có thể xảy ra.

Sự cố công trình này đã làm sụp đổ hoàn toàn công trình Viện nghiên cứu Khoa học xã hội Nam Bộ ngay bên cạnh, tòa nhà Sở Ngoại Vụ cũng bị lún nứt nghiêm trọng, Cao ốc YOCO 12 tầng và các tuyến đường xung quanh công trình Pacific cũng có nguy cơ bị lún nứt.

2. Nguyên nhân sự cố

^· Chất lượng thi công tường tầng hầm không tốt. Lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có thể là do đổ bê tông không đúng quy trình và dùng Bentonite không đúng yêu cầu gây sạt lỡ đất ở hố đào. Đất cát sạt lỡ lẫn với Bentonite chèn vào bêtông làm cho bêtông bị rời xốp tạo nên lỗ thủng.

→ Kinh nghiệm: Đất bên ngoài tầng hầm là cát pha bão hoà nước, là loại cát chảy, nên phải dùng loại Bentonite đặc biệt có dung trọng d = 1.15g/cm³ chứ không được dùng loại thông thường cho đất loại sét có d = 1.04g/ cm³

• Mặt khác, mực nước dưới đất bên ngoài tầng hầm rất cao (ở cốt – 1.5m), lỗ thủng ở tường tầng hầm ở độ sâu -20m, tức là có cột nước với áp lực lớn chênh nhau đến 18,5 mét. Với một cốt nước, có áp lực 18.5atm như vậy, chứa đầy trong tầng các bồi tích hạt nhỏ và các pha bão hòa nước, thì khi có lỗ thủng ở tầng hầm cho nó thoát, dòng chảy sẽ rất mạnh kéo theo đất cát chảy vào tầng hầm đồng thời làm rỗng xốp, làm xói lỡ và phá hoại đất nền của móng các công trình lân cận, khiến cho các công trình đó bị biến dạng, bị sụt lún, thậm chí bị phá hoại.

III. KIẾN NGHỊ

A. Về mặt kỹ thuật:

• Nâng cao chất lượng công tác khảo sát địa chất công trình và địa chất thuỷ văn. Đảm bảo có đủ số liệu tin cậy về cấu tạo địa tầng, các chỉ tiêu cơ lý, động thái và tính chất hoá học của nước dưới đất cho việc xử lý nền móng và thiết kế cũng như thi công phần hầm ngầm.
• Lưu ý khi dùng cọc ván thép hoặc cọc lắc xen để làm tường cừ chống giữ thành hố đào sâu:

- 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 dùng tường trong đất làm tường tầng hầm thì cần chú ý những điều sau đây:

- Tường trong đất cần thiết và hiệu quả cho công trình có hố đào sâu trên 10m (ví dụ như nhà cao tầng có từ 2 tầng hầm trở lên).

- Chân của DW phải đặt vào tầng đất loại sét tốt (sét, sét pha), 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.

- 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.

- Thực hiện nghiêm túc qui trình thi công bêtông để đảm bảo chất lựơng , tránh khuyết tật và bêtông xấu.

- 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 ) và có biện pháp xử lý kịp thời .

- Ba-rét: 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.

- Nếu mặt bằng hẹp thì có thể dùng phương pháp chống đỡ bằng khung thép hình, bằng phương pháp Tops down toàn phần để đảm bảo ổn định cho tường tầng hầm.

- Khi mặt bằng tầng hầm lớn thì có thể dùng phương pháp Tops down từng phần hoặc dùng neo trong đất để ổn định tường tầng hầm.

Khi dùng phương pháp Tops down , 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 (Kingpods)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 (Kingpods).

- Khi bơm hút hạ mực nước ngầm phải chủ ý đảm bảo ổn định của các công trình lân cận.

B. Về mặt quản lý:

· 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, chỉ định thầu để chọn được các pháp nhân khảo sát, thiết kế và thi công có đủ năng lực về:

- Nhân sự,

- Trang thiết bị,

- Trình độ và kinh nghiệm,

- 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.

KC chịu lực nhà DD 1 - Lưu ý khi chọn ph.án

Các lưu ý khi chọn

phương án KC chịu lực của nhà:

cần kết hợp các y/c về

1. Về phương diện chịu lực:

• Hợp lý: tuỳ từng loại công trình mà ta chọn vật liệu và hình thức KC. Bảo đảm tính chất làm việc của công trình: ổn định, đủ cường độ, bền chắc.
• Dễ dàng thi công: tuỳ theo từng nơi, tình trạng trang thiết bị và đk thi công mà chọn KC chịu lực cho phù hợp, bảo đảm thi công dễ dàng, đúng chất lượng y/c của công trình.
• Giá thành hạ, nhưng phù hợp các chỉ tiêu kinh tế đề ra.

2. Về phương diện kiến trúc:

Khi chọn phương án chịu lực của nhà, cần kết hợp với y/c Ktrúc:

- Y/c sử dụng của ngôi nhà

- Y/c bố cục mặt bằng, dây chuyền

- Y/c của nghệ thuật xử lý mặt đứng.

3. Về phương diện cấu tạo

- Tường và mái phải có khả năng giữ nhiệt và cách nhiệt nhất định;

- Sàn và vách ngăn phải cách âm cao;

- Hình thức cấu tạo giản đơn;

- Các cấu kiện dùng rộng rãi;

- Trọng lượng các cấu kiện không quá lớn, hợp với đk thi công.

HỆ THỐNG CHỊU LỰC CỦA NHÀ DD

• Hệ thống KC tường chịu lực
• Hệ thống KC khung chịu lực
• Hệ thống KC không gian

Nhà DD thông thường có không gian tương đối nhỏ - rộng 3–6m, dài 12–15m, cao 8–9m thường dùng tường chịu lực là chủ yếu. Các loại nhà DD đặc biệt như nhà công cộng có không gian lớn như hội trường, rạp hát… các nhà cao > 5 tầng hay ở những nơi đất yếu: dùng khung bê-tông cốt thép.

Nhà DD - Ph.loại nhà theo vật liệu

PHÂN LOẠI NHÀ THEO VẬT LIỆU

Tuỳ theo vật liệu làm kết cấu chịu lực chính của nhà (dầm, cột, sàn, hệ thống KC mái), phân thành:

1. KC GỖ

• Hệ thống chịu lực chính làm bằng gỗ. Thường chỉ có tác dụng bao che và ngăn cách.
• Tính cứng, tính bền lâu kém, tốn nhiều gỗ → chỉ dùng ở những nơi nhiều gỗ và ở nông thôn.

2. KC BÊ-TÔNG CỐT THÉP

• Hệ thống chịu lực chính làm bằng bê-tông cốt thép. Tường không chịu lực, chỉ có tác dụng bao che.
• Hệ thống KC này tốn nhiều thép và ciment, giá thành cao → chỉ thích dụng đv nhà công cộng, nhà nhiều tầng.

3. KC THÉP

• Hệ thống chịu lực chính là dầm thép, cột thép, vì kèo thép; tường và sàn làm bằng vật liệu khác.
• KC này trọng lượng nhẹ, khả năng chịu lực cao, bền lâu
• Nhưng tốn nhiều thép. Nhà dân dụng nói chung ít dùng KC này.

4. KC HỖN HỢP

1.1 KC gạch – gỗ:

• Vì kèo gỗ, sàn gỗ, tường gạch hoặc gạch chịu lực.
• So với KC GỖ thì loại này cứng và bền hơn; nhưng so với KC khác thì lại kém.

→ → ít hoặc chỉ dùng cho nhà một tầng.

2.2 KC bê-tông – gạch:

• Sàn mái = bê-tông cốt thép, tường = gạch
• Loại này kiên cố, bền chắc, phòng hoả và phòng ẩm tương đối tốt.
• So với KC bê-tông cốt thép thì giá thành rẻ hơn, tiết kiệm được ciment và thép

→ → KC này được sd tương đối nhiều

3.3 KC bê-tông cốt thép và thép:

• Mái dàn = thép, Dầm, cột = bê-tông cốt thép.
• Loại KC này kiên cố, bền chắc, chịu được nhiệt độ cao, thuận tiện cho việc công nghiệp hoá.

→ → dùng nhiều cho các công trình công nghiệp, nhà có nhiều chấn động lớn.

Nhà DD - Các bộ phận của nhà

CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA NHÀ

1. Các cấu kiện thẳng đứng: móng, tường, cột, cửa
2. Các bộ phận nằm ngang: nền, sàn, mái (gồm cả hệ dầm hoặc sàn)
3. Phương tiện giao thông: ngang (hành lang), lên-xuống (cầu thang)
4. Các bộ phận khác: ban công, ô văng, mái hắt, máng nước

1-1 MÓNG

Đặc điểm:

- Là cấu kiện dưới đất,

- Chịu toàn bộ tải trọng ngôi nhà và truyền tải trọng này xuống nền.

Yêu cầu:

- Ổn định, bền chắc,

- Chống thấm, chống ăn mòn.

1-2 TƯỜNG VÀ CỘT

Đặc điểm: tường và cột chịu tác dụng của sàn và gác mái

Công năng:

- Kết cấu bao che và chịu lực của nhà;

- Phân nhà thành các gian

Yêu cầu:

- Bền chắc và ổn định

- Phải có độ cứng lớn, cường độ cao,

- Tường ngoài có khả năng chống được tác hại thiên nhiên: mưa, gió, bão, nhiệt bức xạ mặt trời; có khả năng cách âm, cách nhiệt.

1-3 CỬA SỔ, CỬA ĐI

Công năng:

- Thông gió

- Lấy sáng

- Ngăn cách

- Giao thông (cửa đi)

Yêu cầu:

- Diện tích, hình dáng cửa phải thoả mãn công năng

- Khi thiết kế cấu tạo cửa cần chú ý phòng mưa, gió, thuận tiện vệ sinh

- Cách âm, cách nhiệt, phòng hoả

2- 1 SÀN GÁC

Đặc điểm: được cấu tạo bởi hệ dầm.

Công năng:

- Phải chịu tải trọng của người, dcụ, thiết bị sd

- Sàn gác tựa lên tường hay cột thông qua dầm

Yêu cầu:

- Sàn gác phải có độ cứng lớn, kiên cố bền lâu và cách âm

- Mặt sàn phải có khả năng chống mài mòn không sinh ra bụi; dễ làm vệ sinh; có hệ số hút nhiệt nhỏ

- Một số khu yêu cầu sàn phải chống thấm hay phòng hoả tốt.

2- 2 MÁI

Đặc điểm:

- Là bộ phận nằm ngang hoặc được đặt theo chiều nước chảy,

- Được cấu tạo bởi hệ dầm, sàn và bản hoặc chất lợp.

Công năng: vừa là bộ phận chịu lực, đồng thời là kết cấu bao che gối tựa lên tường hoặc cột thông qua dầm, dàn.

Yêu cầu: đảm bảo bền lâu, không thấm nước, thoát nước nhanh và cách nhiệt cao.

3 - CẦU THANG

Đặc điểm:

- Là bộ phận nằm ngang được đặt nghiêng để tạo phương tiện giao thông theo chiều thẳng đứng

- Có kết cấu chịu bằng bản hoặc bản dầm.

Yêu cầu:

- Cấu tạo phải bền vững và khả năng phòng hoả lớn

- Đi lại dễ dàng, thoải mái và an toàn.

4 - CÁC BỘ PHẬN KHÁC

Ban công, ô văng, máng nước, ống khói, logia… tuỳ theo vị trí đều phải có những yêu cầu và tác dụng thích đáng.

Nhà DD - TK cấu tạo & TK Ktrúc

THIẾT KẾ CẤU TẠO VÀ

THIẾT KẾ KIẾN TRÚC

Thiết kế kiến trúc nếu không nghĩ đến khả năng cấu tạo và sự hợp lý là không thực tế và gây lãng phí.

Biện pháp cấu tạo tốt hay xấu cũng ảnh hưởng tới yêu cầu sử dụng và nghệ thuật tạo hình của ngôi nhà.

Thiết kế cấu tạo nhà – nghc các bộ phận của nhà được làm bằng vật liệu gì, chế tạo ntn. Mục đích:

• Đảm bảo hoạt động của công trình bình thường trong quá trình sử dụng
• Đảm bảo cường độ của từng bộ phận và toàn bộ công trình, phù hợp với nglý chịu lực, kết cấu bền vững.
• Nhưng cũng đảm bảo thời gian xd ngắn nhất, sử dụng vật liệu hợp lý với giá thành hạ, cấu tạo đơn giản và thi công thuận lợi.

Phương châm thiết kế:

Bền vững – Kinh tế

Thích dụng – Mỹ quan

Kỹ thuật – Nghệ thuật

Các nhân tố ảnh hưởng đến

giải pháp cấu tạo kiến trúc

1. Ảnh hưởng thiên nhiên

Mức ảnh hưởng lớn hay nhỏ tuỳ theo đk tự nhiên của từng khu và các bộ phận khác nhau của nhà.

• Bức xạ mặt trời: nhiệt bức xạ mặt trời lớn làm nh.độ phòng thđổi lớn

→ Tường và mái cần cách nhiệt tốt;

→ Vị trí cửa sổ, cửa đi và hình thức của cửa phải đ.bảo ngăn bức xạ, nhưng

→ Cũng phải tổ chức thông gió tốt.

• Sự thay đổi của khí hậu : ở vùng khí hậu thđổi nhiều, sự co giãn của vật liệu làm cho mái, tường hoặc chỗ liên kết giữa mái và tường sinh ra các vết nứt
• Gió : cần chú ý đến tác động của nhân tố này đv tường ngoài và mái dốc
• Nước

→ Mái nhà: cần tổ chức chống dột và thoát nước nhanh.

→ Ở những nơi có mực nước ngầm cao: cần chọn vật liệu làm móng có khả năng chống xâm thực của nước và chống thấm (tầng hầm).

• Động đất
• Côn trùng : đbiệt đv nhà kết cấu gỗ, cần có biện pháp chống mối mọt, mục…

2. Ảnh hưởng trực tiếp của congười

• Trọng lượng các bộ phận của nhà, TL người, dcụ gia đình
• Chấn động do máy móc
• Hoả hoạn: tường trong nhà bếp; sàn, trần, các cấu kiện bằng gỗ gần ống khói cần có biện pháp cấu tạo phòng lửa. Những nơi dễ phát sinh lửa cần làm cửa hay màn phòng hoả.
• Tiếng ồn: giải pháp cấu tạo cách âm