Vấn đề hố đào sâu móng nhà cao tầng

Vấn đề hố đào sâu móng nhà cao tầng
Sự cố thi công hố đào móng công trình luôn song hành với việc lựa chọn giải pháp thi công hố đào không thích hợp với điều kiện địa chất - thuỷvăn công trình. Sự chuyển dịch đất nền quanh hố đào có thể xẩy ra ngaytrong quá trình đào móng hay sau thời gian hố đào đã lấp đất. Đây làvấn đề khó tránh khỏi, một khi nhà thầu kém năng lực, ít kinh nghiệm,hoặc thiếu thông tin tin cậy về số liệu khảo sát. Vấn đề đào hố luônluôn là chủ đề thời sự, nó tiềm ẩn trong nghề và nghiệp của một kỹ sư xây dựng nền móng công trình. Cho nên đến nay chưa có một Hội nghị Cơ đất nền móng quốc tế nào mà lại thiếu vắng Tiểu ban hố đào.

Theo vật liệu tường chắn hố đào phổ biến được chia làm hailoại: tường chắn tạm bằng cọc bản thép larssen và tường chắn vĩnh cửu bằng cọc Barrette liên tục ngầm trong đất. Theo cách giữ ổn định tườngchắn thường được chia làm hai loại: tường chắn có châm ngàm sâu trong tầng đất sét cứng hay cát chặt và tường chắn kết hợp văng chống bằng thép hình hay dầm bê tông hoặc bằng sàn của các tầng hầm (thi công kiểuTop-down) hoặc neo trong đất. Ngoài ra, còn loại tường chắn đất khác như: tường vây bằng hàng cọc khoan nhồi liên tục, cọc bản bằng bê tông lắp ghép, cọc xi măng đất, cọc gỗ, cọc tre… nhưng cho đến nay vẫn chưa được sử dụng rộng rãi cho công trình dân dụng ở Việt Nam. Ở bài báonày, chỉ dừng lại ở việc giới thiệu cọc bản thép larssen cho hố đào.

Tường chắn đất hố đào bằng cọc cừ larssen là một trong các giảipháp đào đất hố lộ thiên dựa trên tính toán điều kiện cho phép của cácđặc trưng địa chất cũng như hiện trạng tồn tại của công trình lân cận.Đó là xét về độ bền và ổn định cục bộ theo từng mặt cắt địa chất củatừng hố khoan sao cho việc thi công hố đào sau này là khả thi, hạn chếtối đa các sự cố đẩy trồi đất, trượt lở đất xung quanh hố đào làm ảnhhưởng đến các công trình lân cận. Đặc biệt phải lựa chọn hệ thanh chống sao cho hạn chế biến dạng tường vây và chuyển vị ngang tại đỉnh tường là tối thiểu.

Phương pháp này phù hợp với độ sâu hố đào không quá 5-7m thích hợpvới nền đất yếu có mực nước ngầm cao, thi công không phức tạp. Nhượcđiểm của cọc larssen là độ cứng tương đối thấp, nếu biện pháp chống đỡ không hợp lý, cọc sẽ bị biến dạng và tại đỉnh cọc chuyển vị ngang rất lớn làm gia tăng dịch chuyển đất quanh hố đào, gây ra lún đất nền vàtất yếu làm nứt vỡ kết cấu công trình lân cận, gây hư hỏng hệ thốngcống ngầm hay các kênh kỹ thuật trong thành phố, nứt mặt đường giao thông. Trong cả quá trình thi công đào đất hố móng kéo dài xét về nhiềumặt thì phương pháp này thường phát sinh hiện tượng rò rỉ nước ngầm quacừ làm đẩy nổi đất đáy hố đào. Thứ hai là, hệ thanh chống ngang, chốngxiên không hạn chế một cách tuyệt đối được các chuyển vị lớn tại đỉnh tường cừ nếu kích thước hố đào rộng và lớn. Thứ ba là, do cần thiếtphải sử dụng nhiều tầng, nhiều lớp thanh chống cho tường cừ sẽ gây trởngại các hoạt động máy đào đất dù là sử dụng máy đào cỡ nhỏ, vì vậy phải đào đất bằng biện pháp thủ công nên thời gian thi công phần ngầm kéo rất dài.

Vào thời điểm xây dựng ở ta mới phát triển, các công trình ngầmthường có diện tích tầng hầm vừa phải, hố đào không sâu, khối lượng đấtđào không lớn, các công trình lân cận là thấp tầng, tải trọng phụ tácdụng lên tường cứ nhỏ, phương án chống đỡ tường cừ nhỏ, phương án chốngđỡ tường cừ không phức tạp, thì việc chọn biện pháp chống đỡ hố đàobằng tường cừ larssen là phương án thực tế và hợp lý.
Một vài công trình đã áp dụng giải pháp này an toàn và hiệu quảkinh tế như Công trình Sanway Tower tại 115 Nguyễn Huệ TP Hồ Chí Minh,nhà có diện tích đất xây dựng 156m2, đất đào 4500m3. Cao ốc Phúc Thịnhtại 341 phố Cao Đạt, phường 1, quận 5 Tp Hồ Chí Minh có diện tích đấtxây dựng 3534m2, xung quanh là nhà cấp 4 cao 1-2 tầng và riêng trườnghọc phổ thông cơ sở nhà cao 3 tầng kết cấu chịu lực khung bê tông cốtthép, tường bao che xây gạch. Cao độ tuyệt đối đất nén khu vực cao hơnmực nước biển là +0,8m. Phía Bắc công trình nhìn ra đường Cao Đạt, phíaTây Nam nhìn ra đường tương lai Lê Hồng Phong và phía Đông Bắc nhìn rađường Trần Bình Trọng. Toà nhà 25 tầng cao + 80,70m, cao nhất trongvùng. Trên tầng 25 bó trí bể bơi thông minh, phòng tắm sông hơi massagevà quầy bar riêng cho mỗi căn hộ VIP. Công trình có 6 thang máy và 6thang bộ thoát nạn khi hoả hoạn. Toà nhà có tổng diện tích sàn là4161m2 tương ứng 366 căn hộ cho 1600 dân. Kết cấu toà nhà bao gồm sànkhông dầm dầy 20cm tựa trên vách có khoảng cách 6cm và 3 lõi cứng bằngbê tông toàn khối không ứng suất trước có chiều dầy trung bình 30cm.Toà nhà 2 tầng hầm diện tích 2485m2, gồm ba khối bố trí theo hình chữL, không có khe lún, chỉ cấu tạo khe co dãn nhiệt độ rộng 14 cm cắt từcốt sàn tầng trệt trên mặt đất đến cốt đỉnh mái bằng.

Cấu tạo địa chất các hố khoan (KH2,3,4) dọc theo hố móng tường vầynhư sau: đất san lấp đầy +1,3m, lớp sét màu xám dẻo cứng dầy 2,5m, tiếptheo là lớp sét chứa dăm sạn dầy 5m, xen kẹp vào lớp này là cát pha dẻochặt vừa dầy 3,8m dưới đó là lớp sét pha xám nhạt, vàng nhạt nửa cứngdày 3,7m các lớp khoan từ độ sâu 21m đến 80m là cát mịn cát thô, cátlẫn sỏi chiều dày chưa xác định. Với điều kiện địa chất thuận lợi này,thiết kế đã chọn giải pháp móng công trình bằng cọ khoan nhồi đườngkính lớn 1m và 1,2m chôn sâu 55m với tổng số 178 và tường chắn tầngchống sạt lở đất hố đào tầng hầm bằng 757 cọc larssen. Chân cọc larssenngàm trong tầng đất sét pha màu vàng dẻo cứng (gama = 1,44 t/m3, góc masát trong = 16 độ, lực dính C= 4,82 t/m2) đất cát nằm cách xa đáy tầnghầm.
Tải trọng trường học ảnh hưởng lớn nhất đến móng hố đào, trongtính toán giả định tải trọng này đặt sát ngay trên tường vây. Để xétđến hiện tượng lún sụt của đất ở thành hố móng và thiên về an toàn ởđây nen kết hợp văng chống với phương án cọc larssen có chiều dài 12mđược ép sâu trong lòng đất hơn 6m. Chu vi tường vây dài 303m cách tườngbê tông tầng hầm một khoảng rộng thi công 4m và bao quanh chu vi móngbề dài 206. Diện tích đất đào 42,5 x 54m = 2291m2, diện tích bè cọc1839m2.

Kiểm tra tính toán cho thấy mômen gây sạt lở là 215 t/m <225t/m mômen chống sạt lở. Về khả năng độ bền thì ứng suất đất lên cọc1540kG/cm2 nhỏ hơn cường độ giới hạn vật liệu cọc bản thép 4000 kG/cm2.Vấn đề còn lại là lựa chọn thanh chống sao cho đảm bảo an toàn về ứngsuất, biến dạng. Phương án sử dụng 213m dài thanh chống ngang vớikhoảng cách điểm tựa lớn nhất là 7m (từ tim - tim cọc biện pháp D800)và 138m dài thanh chống xiên H30. Kiểm tra cho thấy ứng suất lớn nhấtlên giằng 968 kG/cm2 <2700 kG/cm2 là cường độ cho phép thép AIII vàthanh chống có độ võng lớn nhất là 1,93cm<2,8cm (L/250, L=700cm).

Qua công trình này trên cơ sở phân tích hiệu quả kinh tế - kỹthuật chúng tôi đã có kinh nghiệm từ đầu tư, thiết kế - thi công - khảosát xây dựng cho một toà nhà cao tầng như sau: giá đầu tư xây lắp chỉdưới 5 triệu đồng/1m2 sàn cho căn họ cao cấp (chưa tính tiền đất), giábán trung bình chưa đến 10 triệu đồng/1m2 (trừ căn hộ VIP). Nếu dự toánchi phí cho xây dựng cơ bản (XDCB) một ngôi nhà cao tầng như cao ốcPhúc Thịnh với vốn đầu tư khoảng 180 tỉ đồng bao gồm các hạng mục: tổngchi phí cho phần ngầm gồm móng khoan nhồi, đài bè, tường và sàn bê tôngtầng hầm, tường chắn bằng cọc larssen kết hợp văng chống, phần kết cấutrên mặt đất gồm khung sườn vách lõi bê tông cốt thép đổ tại chỗ vàtường xây, điện và thông tin, cáp truyền hình hệ cấp và thoát nướctrong - ngoài nhà, điều hoà không khí - thông gió, hệ thống phòng cháychữa cháy, hệ thống phòng cháy chữa cháy, hệ hoàn thiện vật liệu -thiết bị cao cấp và cổng hàng rào sân vườn cây cảnh là 100%. Riêng phầntầng ngầm dưới mặt đất chiếm khoảng hơn 26% trong đó cọc larssen vàvăng chống chiếm chưa đến 2% tổng giá trị XDCB.

Đúng như nhận xét của cơ quan thẩm tra (NAGECCO): chọn giải pháptường vây larssen có văng chống thép hình, kết hợp cọc khoan nhồi làmbiện pháp chống đỡ tường vây tầng hầm cao ốc Phúc Thịnh là giải pháphợp lý đảm bảo an toàn và ổn định cho các công trình lân cận.

Còn nhiều công trình có 1 - 2 tầng hầm khác tại Hà Nội nằm trongđịa chất tương tự công trình trên có tầng phủ là đất lấp, lớp thứ hailà sét dẻo dầy khoảng 12 - 15m, mực nước ngầm cao khoảng -0,5m, cũng đãsử dụng giải pháp tường cừ này để thi công như Trụ sở Tổng cục V BộCông an cao 11 tầng có 2 tầng hầm, trên đường Nguyễn Văn Huyên-Quận BaĐình, Tcty Tái báo hiểm quốc gia Việt Nam có 1 tầng hầm tại 141 đườngLê Duẩn, toà nhà Nghiên cứu -Đào tạo Thông tấn xã Việt Nam số 11 tạicuối đường Trần Hưng Đạo cao 11 tầng có 1 tầng hầm