CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG MÓNG - TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

Chuyªn ®Ò thi c«ng mãng, tÇng hÇm nhaø cao taàng

MỤC LỤC

I. KHÁI NIỆM VỀ TẦNG HẦM...........................................................................................2

I.1. Khái niệm........................................................................................................................2

I.2 Xu hướng phát triển nhà có tầng hầm............................................................................2

II. THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG.....................................................................2

II.1. Lựa chọn móng..............................................................................................................2

1. Phương án móng cọc ép, cọc đóng (cọc ma sát)..........................................................4

2. Phương án móng cọc khoan nhồi..................................................................................5

II.2. Móng cọc chế tạo sẵn....................................................................................................5

1. Tư liệu khảo sát địa chất...............................................................................................5

2. Chế tạo, cẩu lắp và xếp chồng cọc bê tông thép đúc sẵn.............................................5

3. Thi công cọc..................................................................................................................7

4. Thi công theo phương búa đóng...................................................................................8

II.3. Móng cọc khoan nhồi...................................................................................................10

1. Giới thiệu chung..........................................................................................................10

2. Các dạng cọc khoan nhồi phổ biến và các phương pháp thi công cọc khoan nhồi...10

3. Qui trình thi công cọc khoan nhồi..............................................................................11

II.4. Thi công cọc Barrette...................................................................................................31

II.5. Thi công tường vây trong đất.......................................................................................40

II.6. Thi công Top- down để thi công phần hầm nhà..........................................................45

1. Thiết bị phục vụ thi công............................................................................................45

2. Vật liệu........................................................................................................................45

3. Qui trình công nghệ.....................................................................................................46

III. MỘT SỐ SỰ CỐ TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI................51

III.1. Không rút được đầu khoan lên...................................................................................51

III.2. Không rút được ống vách lên.................................................................................... 51

III.3. Sập vách hố khoan.....................................................................................................52

III.4. Trồi cốt thép khi đổ bê tông.......................................................................................52

III.5. Hư hỏng về bê tông cọc ............................................................................................53

IV. KẾT LUẬN.......................................................................................................................54

1

Chuyªn ®Ò thi c«ng mãng, tÇng hÇm nhaø cao taàng

THI CÔNG MÓNG,TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

I. Khái niệm về tầng hầm :

I.1 Khái niệm: 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. 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.

I.2 Xu hướng phát triển nhà có tầng hầm :

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.

Việc xây dựng tầng hầm trong nhà nhiều tầng là điều rất bình thường nó trở nên qua

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.

II. Thi công tầng hầm nhà cao tầng

II.1 Lựa chọn móng

Có thể nói nền móng là yếu tố quan trọng hàng đầu vì nó quyết định nhiều đến tính ổn

định và bền vững cho toàn công trình. Nhận thức được tầm quan trọng đó nhiều chủ đầu tư

đã để ý và tìm hiểu về việc lựa chọn các phương án móng phù hợp cho ngôi nhà của mình.

Có nhiều chủ nhà do không thuê đơn vị tư vấn thiết kế hoặc có hồ sơ thiết kế đầy đủ nhưng

chọn đơn vị tư vấn thiết kế không có đầy đủ chuyên môn , năng lực dẫn đến nhiều sự cố

nền móng đáng tiếc xảy ra cho công trình của họ. Việc lựa chọn phương án trên cơ sở đã so

sánh đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật là thể hiện trình độ hiểu biết về nền móng của

người kỹ sư thiết kế kết cấu và là căn cứ để đánh giá chất lượng của hồ sơ thiết kế .

Trước tình hình đó, tôi đã phân tích và đưa ra một số ý kiến về quy trình nghiên cứu và lựa

chọn phương án móng như sau :

Bước 1: Khảo sát địa chất công trình .

Công tác khảo sát Địa chất công trình giúp ích cho người kỹ sư thiết kế kết cấu chọn lựa

giải pháp móng cùng các hạng mục khác hợp lý về mặt kinh tế và đảm bảo yêu cầu kỹ

thuật. Công tác khảo sát địa chất sẽ cung cấp số liệu cho thiết kế, tính toán nền móng, biện

pháp thi công... cho công trình đảm bảo kỹ thuật và hợp lý về mặt kinh tế. Ngoài ra, dựa

2

Chuyªn ®Ò thi c«ng mãng, tÇng hÇm nhaø cao taàng

vào kết quả của công tác khảo sát địa chất công trình , người kỹ sư có thể dự báo vấn đề địa

chất cũng như sự biến đổi môi trường địa chất có thể xảy ra và đề ra các giải pháp phòng

chống.

Công tác khảo sát địa chất công trình thực sự rất quan trọng. Tuy nhiên, đối với công trình

nhà ở gia đình quy mô nhỏ thì có tới 95% chủ đầu tư và đơn vị thiết kế bỏ qua bước này mà

thay vào đó là tham khảo từ các công trình liền kề để thiết kế nền móng theo quan điểm “

nhà bên cạnh không nứt thì nhà mình cũng không sao”. Với quan điểm này phần lớn các

công trình không có vấn đề gì do công trình nhà ở gia đình tải trọng không nhiều và địa chất

trong một khu vực nhỏ ít biến động. Tuy nhiên, cũng nhiều sự cố công trình liên tiếp xảy ra

mà nguyên nhân xuất phát từ việc không có hồ sơ khảo sát địa chất tại vị trí xây dựng công

trình .

Bởi vậy, trước khi làm việc với đơn vị tư vấn thiết kế thì chủ nhà cũng nên thuê các đơn vị

khảo sát địa chất tới khảo sát và cung cấp đầy đủ hồ sơ khảo sát địa chất công trình cho đơn

vị tư vấn thiết kế.

Bước 2: Dự kiến 2-3 phương án móng để tính toán và so sánh về khả năng chịu lực.

(Đây là công việc của người kỹ sư thiết kế kết cấu )

Dựa vào tính chất của kết cấu công trình và số liệu khảo sát địa chất do chủ đầu tư cung cấp

người kỹ sư thiết kế nền móng phải lựa chọn từ 2-3 phương án móng cho công trình.

Ban đầu, chúng ta nên bắt đầu từ phương án đặt móng trên nền thiên nhiên, chọn các kiểu

móng như móng đơn , móng băng… để kiểm tra điều kiện biến dạng. Trường hợp trong nền

đất có tầng đất yếu thì nhất thiết phải kiểm tra điều kiện ổn định của nền và tính lún của

móng.

Trường hợp móng trên nền thiên nhiên không đảm bảo thì chúng ta sẽ chuyển qua nghiên

cứu các phương án móng cọc.

Bước 3: So sánh về tính kinh tế và kỹ thuật thi công.

Trường hợp có từ 2 phương án móng đảm bảo về điều kiện ổn định thì chúng ta bắt đầu so

sánh về chỉ tiêu kinh tế và điều kiện kỹ thuật thi công.

So sánh về mặt kinh tế phải dựa vào khối lượng cụ thể được bóc tách cho từng phương án

móng với đơn giá tại thời điểm hiện tại, dựa trên những khối lượng đó, người kỹ sư sẽ tiến

hành lập dự toán thi công phần móng cho mỗi phương án để lựa chọn phương án có dự toán

thấp nhất.

Ngoài việc so sánh về kinh tế thì nhất thiết phải so sánh về kỹ thuật thi công. Chú ý điều

kiện thiết bị thi công an toàn cho nền móng và an toàn lao động. Tất nhiên đối với những

phương án đã biết chắc là không hợp lý (ví dụ: thi công không an toàn hoặc khó thi công

…) thì cần được loại bỏ ngay từ đầu.

Kết luận : Việc nghiên cứu lựa chọn phương án móng là một hạng mục công việc quan

trọng trong xây dựng công trình. Do vậy, đòi hỏi cả chủ đầu tư, tư vấn thiết kế và đơn vị

khảo sát phải phối hợp đồng bộ để đạt được kết quả với chất lượng tốt nhất, nội dung đầy

đủ nhất từ đó tính toán các chỉ tiêu để đưa ra phương án thiết kế móng phù hợp nhất.

Việc luận chứng giải pháp móng có ý nghĩa rất quan trọng, từ đó mới có thể đề xuất

dạng công tác, khối lượng khảo sát hợp lý, đầy đủ. Việc luận chứng được tiến hành trên cơ

sở đã có tài liệu khảo sát địa chất công trình ở giai đoạn trước và quy mô công trình dự

kiến. Việc chúng ta là luận chứng giải pháp móng cho phù hợp. Tất nhiên, người khảo sát

địa chất công trình không phải là người thiết kế móng, nhưng phải có kiến thức nhất định về

nền móng để có thể tư vấn cho bên thiết kế giải pháp móng phù hợp (nếu công trình đó

không có gì đặc biệt).

3

Chuyªn ®Ò thi c«ng mãng, tÇng hÇm nhaø cao taàng

Nhưng không phải ai cũng nhận ra ý nghĩa quan trọng của việc luận chứng này, đặc biệt

là sinh viên và kỹ sư địa chất công trình ít kinh nghiệm. Đầu tiên chúng ta phải hiểu công

tác khảo sát địa chất công trình giúp cho nhà thiết kế lựa chọn giải pháp móng kinh tế nhất,

nhưng phải đảm kỹ thuật, an toàn. Tức là bao giờ cũng chọn giải pháp móng chi phí thấp

nhất, thi công đơn giản nhất. Sau khi tính toán về ổn định (theo sức chịu và biến dạng),

phương án móng đó đảm bảo thì được chọn. Nếu không đảm bảo ổn định, phương án móng

khác sẽ được lựa chọn nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, đương nhiên chi phí sẽ tốn kém

hơn. Mức độ chi phí tăng dần (so sánh một cách tương đối thôi) theo các kiểu móng như

sau:

1. Móng băng đơn giản.

2. Móng băng đã được gia cố bằng cọc tre, cừ tràm, đệm cát,...

3.Móng cọc đóng.

4.Móng cọc ép.

5.Móng cọc khoan nhồi.

Tuy nhiên do nhà cao tầng thì tải trọng xuống móng là rất lớn, nên giải pháp móng được sử

dụng là móng cọc đóng, ép hoặc là dùng cọc khoan nhồi.

1. Phương án móng cọc ép, cọc đóng (cọc ma sát)

Được sử dụng khi phương án móng nông không đáp ứng được về mặt kỹ thuật (không

ổn định, biến dạng nhiều) hoặc chi phí xử lý nền trong móng nông quá tốn kém. Có thể do

địa tầng chủ yếu gồm các lớp đất yếu phân bố ở phía trên, đất tốt lại nằm sâu phía dưới,

hoặc bề dày lớp đất tốt phía trên không đủ lớn, bề dày không ổn định, đất yếu lại phân bố

ngay phía dưới với bề dày lớn. Việc chọn giải pháp móng cọc phải có cơ sở, khi tính toán

móng nông không đảm bảo kỹ thuật. ( Trường hợp này tôi không đề cập đến các loại máy

ép cọc tải trọng lớn hiện nay).

Khi thiết kế móng cọc cần lưu ý các vấn đề sau:

Chọn cọc có kích thước, thép chủ, thép đai phù hợp với thực tế như 200x200, 250x250,

300x300, 350x350, 400x400,...

Chọn độ sâu cọc phải phù hợp với thực tế, tức là có thể thi công bình thường được. Thường

sức chịu tải của cọc thiết kế (PTK) được chọn là giá trị nhỏ nhất tính theo vật liệu (PVL),

thí nghiệm trong phòng (Pđn) và thí nghiệm hiện trường (Pht - tính theo xuyên tĩnh CPT,

xuyên tiêu chuẩn SPT). Để cọc đạt được như yêu cầu thiết kế thì phải đảm bảo:

PVL > Pép cọc > (2÷3) x PTK

Trong đó:

-PVL : Sức chịu tải của cọc theo vật liệu.

-Pép cọc : Lực ép đầu cọc.

-PTK : Sức chịu tải của cọc theo thiết kế.

Chiều của cọc thường được quyết định bởi Pép cọc hoặc theo độ chối với cọc đóng. Từ đó

dẫn đến PTK thường dao động trong một phạm vi nhất định như sau:

15 Đến 25 T (cọc 200x200)

20 Đến 35 T (cọc 250x250)

35 Đến 55 T (cọc 300x300)

50 Đến 70 T (cọc 350x350)

Như vậy với kích thước cọc xác định, PTK chỉ đạt đến 1 giá trị nào đó, dẫn đến độ sâu

cọc thiết kế phải phù hợp (chứ không phải đặt đâu cũng được).Tính số lượng cọc trong 1

đài, ngoài ra còn chú ý đến điều kiện và phương pháp thi công. Khu vực đô thị không được

dùng phương pháp đóng cọc, khu vực chật hẹp không sử dụng được phương pháp ép đối tải

4

Chuyªn ®Ò thi c«ng mãng, tÇng hÇm nhaø cao taàng

(phải sử dụng phương pháp neo), nếu là nhà xây chen thì không thể ép sát vào nhà bên cạnh

được, nhiều trường hợp cọc không đạt độ sâu thiết kế do ma sát của các lớp đất phía trên

quá lớn (dẫn đến trường hợp khoan mồi),...

2. Phương án móng cọc khoan nhồi:

Phương án móng cọc nhồi thường được với nhà cao tầng (thường trên 10 tầng). Rõ ràng

cọc khoan nhồi chi phí tốn kém hơn so với cọc ép nên không ai muốn sử dụng, trừ trường

hợp bắt buộc do cọc ép (hoặc cọc đóng) không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật. Thật sai lầm

khi nghĩ rằng cứ nhà cao tầng là phải sử dụng cọc khoan nhồi! Tại khu đô thị mới Linh

Đàm, Định Công,..., chung cư quy mô 12 ÷ 14 tầng đều sử dụng cọc đóng (đều không có

hầm ngầm). Cần phải khẳng định rằng chất lượng cọc ép thường ổn định và dễ kiểm soát

hơn nhiều so với cọc khoan nhồi.

Với nhà cao tầng, tải trọng truyền xuống 1 cột thường lớn hoặc rất lớn (còn tuỳ thuộc

vào kết cấu như mạng lưới cột, khẩu độ,...), nếu sử dụng cọc ép thì số lượng cọc sẽ rất

nhiều, cho máy ép cọc có lực ép đầu cọc. Ví dụ tải trọng truyền xuống 700 T/ đài, mỗi cọc

chịu được 50 T thì cần trên 14 cọc (lưới cọc bố trí 4 x 4). Cứ cho là các cọc thi công bình

thường thì kích thước đài cọc sẽ rất lớn (cả chiều cao và chiều rộng). Nếu mặt bằng móng

đủ rộng để bố trí đài cọc và không ảnh hưởng đến các hạng mục hạ tầng, phương án móng

đó hoàn hợp lý.

Tuy nhiên, nhà cao tầng hiện nay có tầng hầm, bể nước ngầm, bể phốt, hệ thống cấp

thoát nước, hạ tầng kỹ thuật khác,... chiếm khoảng không gian đáng kể. Với cách bố trí đó

có trường hợp mặt bằng công trình không đủ để bố trí cọc, đặc biệt là nhà có quy mô cao

tầng. Như vậy, phương án móng cọc ép (hoặc đóng) thường không khả thi mà cần giải pháp

móng khác chiếm diện tích nhỏ hơn, sức chịu tải cao hơn. Đó chính là cọc khoan nhồi. Ví

dụ với tải trọng công trình trên, đài cọc sẽ gồm 2 cọc khoan nhồi đường kính 800 hoặc chỉ

cần một cọc đường kính khoảng 1200 ÷ 1500.

II.2 Móng cọc chế tạo sẵn.

1. Tư liệu khảo sát đại chất.

Tư liệu khảo sát địa chất là căn cứ trọng yếu của thiết kế thi công móng cọc. Trong

thực tiễn với điều kiện địa chất phức tạp, khi thiết kế yêu cầu đặc thù, thong thường khảo

sát không đáp ứng được yêu cầu, trong thi công thuờng tạo nên tỏn thất. Vì thế, trước lúc

thi công công trình cần nghiên cứu tỷ mỉ báo cáo khảo sát, nếu có vấn đề phải yêu cầu bộ

phận khảo sát phải làm bổ sung kịp thời nhằm tìm hiểu được tình hình các tầng đất và giảm

thiểu tổn thất trong thi công.

Đối với tình huống thiết kế tầng nền chịu lực lồi lõm, trong tư liệu khảo sát nhân

viên thi công cần tìm hiểu tỉ mỉ tình huống độ xuyên xuống tiêu chuẩn và độ dày tầng cát

cho đến tình huống phân bố các tầng đất, nước ngầm.

Kết hợp biên soạn bản vẽ mặt bằng đóng cọc, biên soạn phương án thi công, cần

xem xét việc sử dụng các loạt máy, búa đóng cọc …, ngoài ra lại còn phải nghiên cứu trình

tự đóng cọc, lập bãn vẽ trình tự và bản vẽ mặt bằng hiện trường sắp xếp kho cọc đúc sẵn.

2. Chế tạo, cẩu lắp và xếp chồng cọc bêtông thép đúc sẵn.

a. Chế tạo cọc

Sườn cốt thép cần hàn điểm, trong đó cốt thép chính phải hàn nối lại, vị trí phải chuẩn

xác, lớp bảo vệ phải đồng đều, đề phòng khi cọc bị búa đóng khung sườn cốt thép chịu lực

lệch tâm dẫn đến than cọc bị nứt.

Đề phòng cốt thép chính trên đỉnh cọc nằm sao vị trí hoặc không đều để tránh việc chịu lực

không đều.

5