Kết cấu, công nghệ xây dựng - Giải pháp thi công tầng hầm bằng cách dùng dầm bailey lắp trực giao để văng chống hố móng

Nội dung text: Kết cấu, công nghệ xây dựng - Giải pháp thi công tầng hầm bằng cách dùng dầm bailey lắp trực giao để văng chống hố móng

1. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA GIẢI PHÁP THI CÔNG TẦNG HẦM BẰNG CÁCH DÙNG DẦM BAILEY LẮP TRỰC GIAO ĐỂ VĂNG CHỐNG HỐ MÓNG GS.TSKH. NGUYỄN ĐĂNG BÍCH Viện KHCN Xây dựng ThS. NGUYỄN THẾ TOÀN Trường CĐ Công nghiệp Phúc Yên, Vĩnh Phúc Tóm tắt: Dầm Bailey thường được dùng làm cầu pháp dùng dầm Bailey để văng chống hố móng xây tạm và sàn đạo trong xây dựng các công trình giao dựng tầng hầm nhà cao tầng đã được đề xuất và áp thông. Dầm Bailey đã được dùng để văng chống hố dụng thi công cho một công trình cụ thể. Ý nghĩa kinh móng với cách lắp song song và vượt được khẩu độ tế, kỹ thuật của giải pháp đã được phân tích ở trong 27m. Kết quả nghiên cứu trong bài báo này cho thấy, trang [3]. Ở giải pháp này dầm Bailey đã được lắp dùng dầm Bailey lắp trực giao để văng chống hố song song, và vượt được khẩu độ 27m, văng chống móng có thể vượt được khẩu độ lớn hơn 27m. hố móng đối với 2 cạnh cùng chiều. Vấn đề đặt ra là 1. Giới thiệu cần văng chống hố móng rộng, kích thước cả hai 1.1 Tổng quan về tình hình thi công để chống giữ chiều đều lớn hơn 27m, văng chống đối với 4 cạnh vách hố đào vuông góc với nhau. Với yêu cầu như vậy dầm Khai thác và sử dụng một cách có hiệu quả Bailey lắp song song không đáp ứng được yêu cầu không gian dưới mặt đất trong các đô thị hiện đại mà phải lắp vuông góc và hơn thế phải lắp vuông đang là xu thế tất yếu của sự phát triển. Những công góc đồng mức. Lắp vuông góc đồng mức tạo ra trình ngầm, chẳng hạn như hệ thống tàu điện ngầm, được không gian đủ lớn giữa các lớp văng chống để các bãi đỗ xe ngầm, hoặc một phần công trình có thể sử dụng hoàn toàn cơ giới trong việc đào đất nằm dưới mặt đất như tầng hầm của các công hố móng, có thể thi công được nhanh và tiết kiệm chi trình, ngoài việc phải chịu những tác động giống phí. như của các công trình trên mặt đất, nó còn chịu Với giải pháp này việc thi công hố đào không những tác động của môi trường xung quanh không những vẫn đảm bảo được các ưu điểm của một số chỉ ở giai đoạn sử dụng mà còn ở giai đoạn thi công. giải pháp truyền thống mà nó còn làm giá thành thi Việc thi công các loại công trình ngầm như đã nêu công giảm do công nghệ thi công đơn giản, dễ trên rất phức tạp, nhất là trong không gian đô thị chật khuyếch đại cấu kiện, sau khi thi công văng chống hẹp, có nhiều các công trình lân cận như các công xong có thể thu hồi lại để sử dụng cho các công trình trình nhà cao tầng, viện bảo tàng, di tích lịch sử, hệ khác. Do tốc độ thi công nhanh, và hơn thế thiết bị thống đường giao thông hay hệ thống kỹ thuật, có dầm Bailey hoàn toàn có thể chế tạo cơ khí ở Việt thể gây ảnh hưởng xấu đến các công trình nói trên: Nam nên đề tài này là một hướng đi mới, đáp ứng lún, hư hỏng, phá hủy, hoặc có thể gây mất an yêu cầu thực tiễn và mang tính khoa học. toàn trong thi công, làm ảnh hưởng đến chất lượng, 1.2 Mô tả cấu kiện dầm Bailey tiến độ thi công công trình. Hiện nay, các đơn vị thi công đã áp dụng nhiều biện pháp thi công khác nhau Dầm Bailey được quân đội Mỹ mang sang Việt để chống giữ vách hố đào của các công trình ngầm. Nam trong chiến tranh. Sau khi hòa bình lặp lại Các biện pháp thi công phụ thuộc vào các điều kiện chúng được thu gom để sử dụng, trong ngành giao cụ thể của công trình cũng như thiết bị thi công được thông nó được sử dụng để thi công cầu tạm và trong sử dụng. Với các công trình nhà cao tầng trong thành ngành xây dựng nó được sử dụng để văng chống hố phố, mặt bằng hố đào rộng, yêu cầu về kỹ thuật và móng. Do yêu cầu thi công có thể chế tạo thêm các tiến độ thi công cao, dẫn đến việc lựa chọn và thiết chi tiết, cấu kiện bằng vật liệu thép có cường độ cao kế giải pháp chống đỡ thành hố đào là hết sức quan tương đương nhập khẩu từ nước ngoài về. trọng. Bên cạnh những giải pháp truyền thống như: sử dụng hệ văng chống bằng thép hình, thi công Chức năng của dầm Bailey chủ yếu là chịu uốn, semi-topdown, dùng giải pháp neo đất, thì giải chưa bao giờ được dùng để văng chống hố móng 58 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016
2. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA trong đó dầm Bailey sử dụng chủ yếu là chịu nén. lượng bản thân, chịu nén mà vẫn ổn định, chỉ có dầm Trong giải pháp này lần đầu tiên dầm Bailey được Bailey là loại dầm thép tổ hợp tiết diện lớn (tiết diện dùng để văng chống hố móng vượt khẩu độ 27m, ở chữ nhật cao x rộng x dài1,55m x 0,635m x 3,05m), khẩu độ này không có loại dầm đơn nào bằng bê trọng lượng nhẹ, chịu nén tốt, không mất ổn định khi tông hoặc bằng thép hình đủ khả năng chịu trọng vượt khẩu độ lớn. Hình 1. Hệ thống văng chống vách hố đào tầng hầm bằng dầm Bailey lắp song song (Tòa nhà Sun square đường Lê Đức Thọ) Các cấu kiện, linh kiện để lắp nút trực giao gồm: khung dầm Bailey, chốt để khuyếch đại khung dầm Bailey, thanh tăng cứng tại trụ, chốt bu lông để liên kết thanh tăng cứng với thanh cánh thượng và cánh hạ, khung giằng định vị lắp ngang và đứng, bu lông để liên kết khung giằng định vị với khung dầm Bailey: Khung Panel điển hình 90 150 04 04 2 0 0 2 0 0 b¶n t¸p b¶n t¸p 03 03 CHI TIÕt b¶n t¸p A CHI TIÕt b¶n t¸p B Khung giằng định vị Chốt Panel và vị trí lắp 4 8  220 CHèT PANO 100 §ÇU D¦¥NG §ÇU ¢M 5 2 5 Lç CHèT BUL¤NG D47MM Lç CHèT DÇM NGANG MÆT B»NG MèI NèI 1268 MÆT §øNG MèI NèI Thanh tăng cứng tại trụ Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 59
3. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA 3048 100 mÆt ®øng thanh t¨ng cøng t¹i trô , TL:1/20 3048 mÆt b»ng thanh t¨ng cøng t¹i trô, TL:1/20 2. Phương pháp tính toán tường chắn sử dụng 3 lớp dầm Bailey nhằm chống Để xác định áp lực đất và nước lên tường vây bê đỡ cho chúng. Tải trọng phân bố bề mặt phía trái là tông cốt thép, tác giả sử dụng phần mềm PLAXIS 5kN/m2 và phía bên phải là 5kNm2. V8.6. Số liệu đầu vào: 2.1 Tính chuyển vị ngang tường vây Hố đào có các kích thước sau: rộng 30,15m; sâu 14,9m. Tường chắn bằng bê tông dài 57m và dày Sau đó ta nhập dữ liệu đầu vào các giai đoạn và 0,6m được sử dụng để chắn đất xung quanh. Tại mỗi có kết quả chuyển vị lớn nhất: Hình 2. Sơ đồ mô hình hố móng công trình Hình 3. Khai báo lớp đất vào mô hình tính toán 60 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016
4. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Hình 4. Kết quả chuyển vị ngang giai đoạn 6 - đào tầng hầm 3, hạ mực nước ngầm Hình 5. Kết quả chuyển vị lớn nhất Căn cứ vào biểu đồ chuyển vị cho thấy chuyển vị Chuyển vị tường vây cho phép (1/200-1/500)L. lớn nhất là 28,68mm. Đối với các chi tiết kết cấu nhà - Theo tiêu chuẩn Hàn Quốc: và công trình mà độ võng và chuyển vị theo phương ngang do tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và Chuyển vị tường vây cho phép (1/150-1/300)L. tạm thời ngắn hạn, không vượt quá 1/150 nhịp hoặc Do đó với L=14,9m thì thỏa mãn chuyển vị ngang. 1/75 chiều dài công xôn. 2.2 Kiểm tra khả năng chịu lực nén của dầm Bailey - Theo Peck, Mỹ Bảng 1. Giá trị lực nén trong dầm Bailey được xuất ra từ phần mềm Plaxis Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 61
5. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Vì chiều dài mỗi thanh chống khoảng 30m, số - Thanh 3: F=12,12 x 30/8= 45.45T. lượng thanh chống ngang ta bố trí là 8 thanh (bố trí đều cho khoảng 57m). Do vậy, lực ép dọc trục yêu Do vậy Bailey đủ khả năng chịu lực do kiểm cầu là: chứng thực tế thì dầm chịu được khoảng 120T. - Thanh 1: F=12,24 x 30/8= 45.9T; 3. Bố trí vị trí văng chống và lắp dựng nút trực giao - Thanh 2: F=15,95 x 30/8 = 59,8T; 3.1 Bố trí vị trí văng chống Hình 6. Mặt bằng bố trí văng chống Theo kết quả tính toán áp lực đất ở trên, kết hợp - Theo phương cạnh 57m (cạnh dài) bố trí 02 với khả năng chịu lực nén của dầm Bailey (khoảng dầm Bailey vuông góc với dầm theo phương cạnh 120 tấn) đã được kiểm định thực tế. Tác giả đã đề ngắn gồm 08 đoạn, mỗi đoạn có 2 khung panel xuất phương án bố trí dầm Bailey như sau: khớp lại với nhau có tổng chiều dài là - Theo phương cạnh 30,15m (cạnh ngắn) bố trí 2x3,092=6,184m và 01 đoạn có chiều dài 0,936m. 08 dầm Bailey gồm 09 đoạn khung panel khớp lại với Riêng đoạn dài 0,936m ta lao 04 thanh tăng cứng nhau có chiều dài là 3,048x9=27,432m và 1 đoạn chống vào dầm treo I200 chạy xung quanh hố móng phải chế tạo thêm dài 0,962 (hình 13); (hình 13); 62 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016
6. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA - Tất cả những vị trí tiếp giáp với tường hố móng - Dầm ngắn gián đoạn tại nút, dùng tụ lắp ở thanh được chống vào dầm treo chữ I 200 được bắn cố cánh thượng và thanh cánh hạ để đảm bảo truyền định vào tường hố móng; lực liên tục; - Ngoài ra để tăng tính ổn định cho hệ văng - Để đảm bảo nút trực giao là nút cứng, dùng chống ta tăng cường thêm 04 cột chống tạm và dầm khung định vị ngang và khung định vị đứng lắp tại nút chữ H300 được bố trí ở 2 khoang giáp tường theo trực giao; chiều cạnh 30,15m (hình 13); - Nút trực giao được lắp dựa trên những cấu kiện Những đoạn có chiều dài bị nhỡ như 02 đoạn có có sẵn (có thể thuê mượn hoặc mua đứt bán đoạn) chiều dài 0,962m và 0,936m sẽ được gia công thêm. không cần chế tạo thêm những cấu kiện mới; Nếu như chỗ tiếp giáp với tường vây của đoạn nhỡ - Các cấu kiện, linh kiện để lắp nút trực giao gồm: đó là đầu âm thì ta phải hàn thêm vào thanh I 200 khung dầm Bailey, chốt để khuyếch đại khung dầm treo một đầu dương để chốt được với nhau và Bailey, thanh tăng cứng tại trụ, chốt bu lông để liên ngược lại. kết thanh tăng cứng với thanh cánh thượng và cánh 3.2 Lắp dựng nút trực giao hạ, khung giằng định vị lắp ngang và đứng, bu lông - Nút trực giao được lắp đồng mức; để liên kết khung giằng định vị với khung dầm Bailey: - Tại nút trực giao, dầm dài lắp liên tục, dầm ngắn - Nút trực giao chưa được lắp dựng và sử dụng ở lắp gián đoạn; Việt Nam. KHUNG ÑÒNH VÒ NGANG THANH TAÊNG CÖÙNG TAÏI TRUÏ KHUNG CÖÙNG ÑÖÙNG KHUNG ÑÒNH VÒ NGANG THANH TAÊNG CÖÙNG TAÏI TRUÏ Hình 7. Mặt cắt ngang nút trực giao Hình 8. Nút trực giao do tác giả thiết kế tại xưởng sản xuất công ty Thanh Tùng Bailey Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 63
7. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA 4. Những hiệu quả kinh tế kỹ thuật có thể đạt được này kết hợp với một số cột chống tạm có thể văng chống hố móng có khẩu độ bất kỳ; - Tiết kiệm thời gian và chi phí đào đất hố móng so với biện pháp Topdown, vì sau mỗi tầng văng - Đã nghiên cứu, lắp đặt được một nút trực giao chống có thể đào sâu hơn 4m, tạo ra không gian đủ trực tiếp tại xưởng sản xuất công ty Thanh Bailey cao để máy xúc cỡ nhỏ có thể kết hợp với máy xúc hoàn toàn sử dụng các cấu kiện có sẵn của dầm cỡ lớn có thể thực hiện được, dẫn đến việc đào đất Bailey, không phải chế tạo thêm các cấu kiện đặc biệt nên tiết kiệm được chi phí vật liệu; hố móng là hoàn toàn cơ giới; - Với phương pháp thi công này giúp cho chủ - Thi công kết cấu tầng hầm nguyên vẹn, toàn đầu tư rút ngắn được thời gian thi công, chất lượng khối, liên tục từ dưới lên trên, dễ kiểm soát chất công trình được kiểm soát tốt hơn do thi công công lượng thi công các cấu kiện không phải để chờ và trình được liên tục từ dưới lên trên và hạn chế tối đa thi công chia tách các cấu kiện thẳng đứng ở những được những vị trí để chờ ghép nối. Đồng thời thông vị trí qua sàn như giải pháp Topdown; qua công tác quan trắc khi phát hiện ra biến dạng - Lắp dựng, tháo dỡ dễ dàng, vì liên kết giữa tường chắn vượt quá giới hạn thì có thể kịp thời xử lý các cấu kiện của dầm Bailey là liên kết chốt, mỗi đốt văng chống bổ sung dễ hơn một số các phương dầm Bailey nặng không quá 0,3 tấn, có thể liên kết pháp khác. trước với nhau thành dầm có độ dài thích hợp, sau TÀI LIỆU THAM KHẢO đó cẩu vào vị trí lắp đặt; [1] Đỗ Ngọc Anh, Nguyễn Văn Mạnh, Đỗ Quang Phích - Giải pháp dùng dầm Bailey là giải pháp an (2007), “Phương pháp số chương trình Plaxis”, Nhà toàn kỹ thuật, khi phát hiện dầm Bailey có khả năng Xuất bản Xây dựng, Hà Nội. quá tải hoặc khả năng mất ổn định, có thể bổ sung thanh tăng cứng tại trụ hoặc các thanh giằng chéo; [2] Nguyễn Việt Anh (2008), “Nghiên cứu hố đào sâu với các mô hình tính toán khác nhau”, luận văn thạc sỹ kỹ - Dùng dầm Bailey có thể văng chống hố móng thuật chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng. của các công trình cao tầng xây chen, không cần có không gian ngầm đủ rộng xung quanh tường vây [3] Nguyễn Đăng Bích, Nguyễn Thế Đệ, Nguyễn Anh như giải pháp neo đất; Tuấn (2012), “Giải pháp dùng dầm Bailey để văng chống hố móng xây dựng nhà cao tầng”, Trang tin - Chi phí tổng thể xây dựng tầng hầm dùng dầm trường Đại học xây dựng và kiến trúc Hồng Hà. Bailey rẻ hơn dùng các phương pháp khác. [4] Đỗ Đình Đức (2004), “Kỹ thuật thi công tập 1”, Nhà 5. Kết luận Xuất bản Xây dựng, Hà Nội. Văng chống hố móng không kể biện pháp Semi- Topdown và neo đất để thi công các tầng hầm, công [5] Nguyễn Văn Quảng (2008), “Chỉ dẫn thiết kế và thi trình ngầm cho nhà cao tầng hiện nay rất phổ biến. công cọc Barét, tường trong đất và neo trong đất”, Nhà Nhưng những giải pháp văng chống hiện tại chỉ áp Xuất bản Xây dựng, Hà Nội. dụng cho công trình có khẩu độ nhỏ và vừa. Do vậy [6] Nguyễn Thanh Sơn (2010), “Nghiên cứu khả năng áp việc đưa dầm Bailey vào áp dụng trong thực tế thi dụng công nghệ neo xoắn trong công tác thi công hố công là một hướng đi mới có tính khả thi cao nhất là đào sâu cho một vài khu vực thành phố Hà Nội”, luận đối với hố móng có khẩu độ vượt rộng. văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành địa kỹ thuật xây Trong bài viết này, tác giả đã nghiên cứu “Giải dựng. pháp thi công tầng hầm bằng cách dùng dầm Bailey [7] Nguyễn Đình Thám (2002), “Công tác đất và thi công lắp trực giao để văng chống hố móng” với mục đích bê tông toàn khối”, Nhà Xuất bản KHKT. để thi công các hố đào sâu kích thước lớn và như đã [8] Công ty Cổ phần Xây dựng Thanh Tùng Bailey, số phân tích ở trên, phương án này có nhiều ưu điểm 710, ấp Ngũ Phúc, Hố Nai 3, Trảng Bom, Đồng Nai. về kinh tế kỹ thuật: - Đã đề xuất được giải pháp văng chống hố Ngày nhận bài:13/10/2016. móng dùng dầm Bailey lắp trực giao. Với giải pháp Ngày nhận bài sửa lần cuối:15/12/2016. 64 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016
8. ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐƠN THÔNG QUA HIỆU CHỈNH ĐƯỜNG CONG T-Z ỨNG VỚI SỐ LIỆU NÉN TĨNH CỌC ThS. NCS. PHẠM TUẤN ANH Trường Đại học Công nghệ GTVT PGS.TS. NGUYỄN TƯƠNG LAI Học Viện kỹ thuật quân sự TS. TRỊNH VIỆT CƯỜNG Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu kiện cụ thể các khu vực của Việt Nam thường cho sự làm việc của cọc đơn thông qua việc sử dụng sai số lớn so với kết quả quan trắc. đường cong T-Z. Hiện nay, các thiết bị thí nghiệm Xuất phát từ vấn đề này, bài báo trình bày hiện đại cho phép đo đạc chính xác biến dạng dọc phương pháp xây dựng và hiệu chỉnh đường cong thân cọc trong các thí nghiệm nén tĩnh cọc. Như T-Z dựa vào kết quả nén tĩnh đến phá hoại một số vậy, ngoài kết quả chuyển vị đỉnh cọc, ta hoàn toàn cọc khoan nhồi. Kết quả của bài báo cho phép các xác định được sự phân bố tải trọng nén dọc theo kỹ sư thiết kế nền móng ứng dụng các mô hình thân cọc, từ đó hiệu chỉnh được đường cong T-Z đường cong T-Z hiệu chỉnh này vào trong thiết kế cho gần đúng với sự làm việc của cọc thật. Việc công trình ở các công trình có điều kiện địa chất và hiệu chỉnh này giúp cho người thiết kế có được mô công nghệ thi công cọc tương tự. hình tính cọc theo đường cong T-Z dạng đơn giản 2. Cơ sở lý thuyết mà vẫn đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết 2.1 Mô hình đường cong T-Z quả tính. Có rất nhiều dạng mô hình đường cong T-Z Từ khóa: Cọc đơn, tương tác cọc – đất, hiệu khác nhau ứng với loại đất và trạng thái của đất. chỉnh đường cong T-Z. Trong phạm vi nghiên cứu, bài báo sử dụng dạng 1. Đặt vấn đề phương trình đường cong T-Z do Reese (1966)[3] đề xuất để minh họa. Trong bài toán tương tác giữa cọc với đất nền, ta có thể sử dụng mô hình Winkler với lò xo phi tuyến, tuân theo quy luật đường cong T-Z để phân tích cọc chịu tải trọng đứng, đường cong này thể hiện mối quan hệ giữa ma sát bên/chuyển vị thân cọc cũng như phản lực mũi/chuyển vị mũi cọc. Mô hình đường cong T-Z đã được chấp nhận trong một số tiêu chuẩn như AASHTO (1998) LRFD Bridge Design Specifications [7], được hiệp hội dầu a – Sức kháng bên b-Sức kháng mũi Hình 1. Mô hình đường cong T-Z khí Mỹ API khuyến cáo để xác định độ lún cọc đơn dưới tải trọng làm việc. Với d là cạnh cọc vuông hoặc đường kính cọc tròn. Lý thuyết và các dạng đường cong T-Z được nhiều nhà khoa học công bố như Coyle và Reese Mô hình đường cong này gồm 2 đoạn, đàn hồi (1966)[3], Duncan và Chang (1970)[5], Randolph và tuyến tính và chảy dẻo. Giá trị tải trọng giới hạn của Wroth (1978)[6]. giai đoạn đàn hồi là Tmax, ứng với nó là chuyển vị giới hạn đàn hồi Zcr. Khi tải trọng tác dụng lớn hơn Các dạng đường cong này thường được cho Tmax, giữa đất và cọc xảy ra hiện tượng trượt cục dưới dạng phương trình và sử dụng các chỉ tiêu cơ bộ, khi đó tải trọng không tăng nhưng biến dạng lý của đất để xác định tham số. Tuy nhiên khi áp tăng dần. Độ cứng lò xo sẽ giảm dần đến giới hạn dụng các đường cong này vào tính toán trong điều bền của đất. Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 65