ỨNG DỤNG CỌC THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG THI CÔNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG  PHÁP TOPDOWN.

                                                     TS Trần Hồng Hải.

                                                     Trưởng Bộ Môn Công nghệ & Quản lý Xây Dựng

                                                     Khoa Xây Dựng DD&CN - Đại học Xây Dựng

Vấn đề :

Ở nước ta hiện nay, các công trình có thiết kế nhiều tầng hầm xuất hiện ngày càng nhiều taị các thành phố lớn. Đối với điều kiện xây chen ở các khu đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh và Hà nội, công nghệ thi công tầng hầm theo phương pháp Top-down là không thể thay thế. Một phương pháp để chống tạm cho tầng hầm trong thi công Top-down hiện đang được sử dụng rộng rãi ở ViệtNamhiện nay là phương pháp sử dụng thép tổ hợp Kingpost. Tuy nhiên, thực tế chỉ ra rằng, hệ Kingpost chỉ phù hợp với những công trình có số lượng tầng hầm nhỏ hơn hoặc bằng 3 tầng hầm. Đối với các công trình có số lượng tầng hầm lớn hơn hoặc bằng 5 tầng hầm thì việc sử dụng hệ Kingpost là không phù hợp do khả năng chịu lực của hệ Kingpost là kém so với tải trọng thực tế. Bài báo sẽ giới thiệu phương pháp sử dụng hệ thống chống tạm bằng ống thép nhồi bê tông, hiện đang được sử dụng rộng rãi tại một số nước trên thế giới, dùng để thi công các công trình có số lượng tầng hầm lớn. Dựa trên cơ sở ứng dụng phương pháp, lý thuyết tính toán kết cấu, các yêu cầu kỹ thuật trong quá trình thi công bài báo đề xuất quy trình ứng dụng cọc thép nhồi bê tông cho các công trình thực tế tại Việt Nam hiện nay.

Over the years, more and more buildings with multiple basements appear in big cities inVietnam. With the limited-working-space conditions as inHanoiandHo Chi Minh City, the only construction method that can be used in the construction of basement is Top-down method. Currently inVietnam, the most widely used technique for the temporary bracing system in Top-down method is Kingpost system. However, as the facts show, Kingpost system is only suitable for buildings with the number of basements smaller than 3 basements. For buildings with the number of basements greater than 5, Kingpost system is not suitable as the structural ability of the Kingpost system is limited. This paper will introduce the bored column technique, which has been widely used in some countries in the world in the construction of buildings with large number of basements. Based on the technique application, methodology of structural calculation, as well as technical requirements during the construction process, the paper will recommend a procedure for applying the bored column technique in the construction of buildings inVietnam.

Nội dung :

Việc lựa chọn hệ kết cấu chịu lực cho tầng hầm trong quá trình thi công topdown liên quan trực tiếp đến cấu tạo và tính toán tiết diện của hệ cột chống tạm, hệ thống kết cấu dầm sàn của tầng hầm. Các công trình đang thi công Top-Down hiện nay khi số lượng tầng hầm khá phổ biến ở mức trên 3 tầng thì việc sử dụng sử dụng hệ cột chống tạm (chế tạo từ thép hình , thép tổ hợp kingpost) là rất phổ biến.

Tuy nhiên khi số lượng tầng hầm lớn hơn  5 thì việc sử dụng hệ cột chống tạm như trên sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Lý do đơn giản để hệ cột chống tạm có thể đỡ được toàn bộ số tầng hầm phía trên thì yêu cầu về khả năng chịu lực của hệ cột chống tạm là rất lớn mà hệ thống cột chống tạm (chế tạo từ thép hình, thép tổ hợp kingpost) không đảm nhận được.

Hệ thống cột chống tạm ống thép nhồi bê tông đã được ứng dụng tại một số nước trên thế giới cho thấy có thể sử dụng để thi công cho những công trình (số tầng nổi phía trên và số lượng tầng hầm phía dưới nhiều hơn) bởi tận dụng được khả năng chịu lực của cả cột thép – BTCT . Dựa trên cơ sở ứng dụng hệ thống cột chống tạm ống thép nhồi bê tông, lý thuyết tính toán kết cấu BTCT, các yêu cầu kỹ thuật trong quá trình thi công topdown bài báo nhằm mục đích giúp các nhà xây dựng thấy rõ được sự cần thiết ứng dụng cọc thép nhồi bê tông cho các công trình thực tế tại Việt Nam hiện nay.

1. 1.Cấu tạo của hệ cột chống tạm thép nhồi bê tông [11]

                                                        Hình 1 Cấu tạo cột tạm ống thép nhồi bê tông theo đăng ký phát minh của

 (1)cột tạm ống thép sẽ được nhồi bê tông, (2) bê tông trong cột tạm, (3) (4) thép dọc và thép đai của cột tạm, ống siêu âm, (6) sườn thép gia cường, (7) cọc khoan nhồi,cọc barrette.

Đường kính cột chống tạm đủ lớn (D600-D1500) đảm bảo được các yêu cầu sau:

-         Đảm bảo để đổ được bê tông cọc khoan nhồi, cọc barrette trong lòng cột tạm khi sử dụng ống đổ bê tông (ống tremie) trong quá trình thi công.

-         Đặt được ít nhất 2 ống siêu âm để kiểm ra chất lượng bê tông trong cột tạm.

Cột tạm bằng ống thép nhồi bê tông theo kinh nghiệm nước ngoài có đường kính, chiều cao tiết diện từ 600mm cho đến 1500mm. Chiều dài của cột tạm ống thép nhồi bê tông có thể lên tới 30m (được tính từ cốt của đỉnh cọc khoan nhồi, cọc barrette đến cốt của sàn tầng hầm một).

1. 2.Quy trình chế tạo cột thép nhồi bê tông trên công trường

Cột thép nhồi bê tông có tiết diện hình tròn và hình chữ nhật được chế tạo từ bản thép có chiều dày từ 10-20mm (đối với cột tiết diện hình tròn chúng được tổ hợp tử 2 nửa hình tròn, còn cột tiết diện hình vuông hình chữ nhật tổ hợp từ 4 cạnh, quy trình tổ hợp liên kết như hình vẽ 2, hình vẽ 3).

Cấu tạo của sườn thép có thể sử dụng ống thép tròn và sườn thép [hình 2, hình 3]. Chiều dài của liên kết bằng chiều dày của sàn hoặc mũ cột sàn tầng hầm (khi sử dụng hệ sàn không dầm) hoặc bằng chiều cao tiết diện của dầm liên kết với cột tạm (đối với hệ dầm sàn thường) cộng với một khoảng 200mm cả phía trên và phía dưới. Mục đích của việc kéo thêm chiều dài liên kết là đảm bảo sai số cao độ trong quá trình thi công, cũng như đảm bảo liên kết giữa sườn thép và ống thép. Tiết diện của bản thép liên kết đảm bảo chiều sâu của dầm và sàn neo vào trong cột tạm một khoảng 150mm. Chiều dày thép bản và số lượng sườn gia cường được tính toán quy đổi nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của tiết diện khi thi công là tương đương nhau.

2.1 Chế tạo cột ống thép tròn nhồi bê tông (Cột tạm được tạo thành từ hai nửa ống thép).  [xem hình 2]

-          Đầu tiên sử dụng một nửa bán nguyệt

-          Lắp đặt xương gia cường tại vị trí các cốt sàn tầng hầm, lắp đặt ống siêu âm và cốt thép dọc và thép đai cho cột ống thép nhồi BTCT.

-          Liên kết hàn giữa xương gia cường, nửa ổng bán nguyệt, cốt thép dọc, thép đai nhằm mục đích cố định hệ thống sườn thép và cốt thép trong ống thép chiều dài đường hàn phải được tính toán chi tiết).

-          Sau đó chúng ta ghép nửa còn lại của ống thép và hàn suốt dọc chiều dài của ống thép.

                                                                                  Hình 2 Chế tạo cột tạm thép ống hình tròn

2.2 Chế tạo cột ống thép hình chữ nhật nhồi bê tông (Cột tạm được ghép từ bốn bản thép cong hoặc phẳng  tạo thành). [xem hình 3]

-          Bước đầu tiên sử dụng hai bản thép bề rộng và một bản thép bề cao tiết diện ghép hàn suốt chiều dài tạo thành một tổ hợp hình máng.

-          Tiến hành lắp đặt các xương gia cường, ống siêu âm, thép dọc và thép đai.

-          Để đảm bảo thép dọc, thép đại và hệ xương gia cường không bị trôi xuống hố khoan, tiến hành liên kết hàn điểm vào hệ máng của ống thép (chiều dài đường hàn phải được tính toán chi tiết).

-           Sau khi đã hoàn thành lắp và liên kết các cấu kiện tiến hành hàn ghép bản thép còn lại của ống và hàn suốt chiều dài ống.

1. 3.Quy trình thi công cột chống tạm thép nhồi bê tông

Công nghệ thi công cọc khoan nhồi, cọc barrette đã rất phổ biến tại Việt nam hiện nay và được rất nhiều các tài liệu đề cập đến [1,2,3,4,5], để kết hợp quá trình thi công cọc khoan nhồi, cọc barrette với việc thi công cột chống tạm ống thép nhồi bê tông cốt thép cần những biện pháp kỹ thuật cụ thể hơn cho công đoạn sau.

Theo kinh nghiệm nước ngoài [9,10] phần ống thép của cột chống tạm được liên kết và được hạ xuống hố khoan cùng với lồng thép của cọc khoan nhồi [hình 4]. Thông thường cọc khoan nhồi có đường kính lớn hơn so với đường kính của cột tạm nên cần neo giữ chắc chắn đầu trên của cột tạm bằng các gông dầm thép hình tránh lồng thép và cột tạm bị trôi xuống phía dưới hố khoan. Liên kết hàn giữa thép chủ của cọc khoan nhồi, cọc barrette với cột tạm phải được tính toán trong thuyết minh biện pháp thi công và giám sát chặt chẽ việc thực hiện ngoài hiện trường. Khi số lượng tầng hầm nhiều, cột chống tạm sẽ có chiều dài lớn, vì vậy chúng ta phải tiến hành chia đoạn tổ hợp các đoạn trong quá trình thi công. Biện pháp ghép nối trong quá trình thi công chủ yếu dùng liên kết hàn.  Đỉnh các cột tạm phải có các vít căn chỉnh để tim của cọc nằm đúng vị trí thiết kế [hình 5].

 Hình 4 Thi công lắp dựng cốt thép cọc khoan nhồi và cột chống tạm công trình tại thủ đô Moscow Liên Bang Nga do Yurkevich Engineering Bureau Ltd thi công.

                                                Hình 5 Hệ thống kích vít căn chỉnh, định vị cột chống tạm.

1. 4.Các phương pháp tính toán thiết kế cột chống tạm:

Việc thiết kế cột chống tạm ống thép nhồi bê tông được tiến hành theo đúng các chỉ dẫn quy định trong quy phạm thiết kế. Sau khi tiến hành phân tích hệ thống kết cấu chịu lực, lập mô hình tính toán dựa trên các phần mềm phân tích kết cấu như SAP2000, ETABS… tiến hành tổ hợp các trường hợp tải trọng, chọn ra tổ hợp tải trọng bất lợi nhất gây ra cho cột tạm để tính toán tiết diện cốt thép. Các phương pháp tính toán cột chống tạm cụ thể được đề cập trong [6,7,8,9].

Kết luận:

ü      Nội dung của bài báo đề cập đến phương pháp ứng dụng cột chống tạm bằng ống thép nhồi bê tông dựa theo đăng ký phát minh [11]. Đây là một trong những hướng ứng dụng thực tế rất cần thiết cho các công trình xây dựng nhiều tầng hầm trong các thành phố lớn tại Việt Nam hiện nay.

ü      Các Đơn vị xây lắp chuyên ngành xây dựng công trình ngầm nên có những đầu tư nghiên cứu dựa trên lý thuyết và thực tế các công trình đã được thi công để đưa ra quy trình thi công của riêng mình. Việc tính toán thiết kế, đề xuất quy trình kỹ thuật thi công, kiểm soát chất lượng để triển khai áp dụng cột tạm ống thép nhồi bê tông cần phải được nghiên cứu cụ thể chi tiết đảm bảo ứng dụng an toàn, phù hợp với điều kiện công trình của Việt nam.

CÁC DỮ LIỆU

Bảng 1 .    Khả năng chịu tải của cột ống thép nhồi

Bảng 2 Khả năng chịu lực của cột tạm thép hình

Thông số chung về vật liệu như sau:

• Cường độ tính toán của thép bản (thép CT3), R_t=2150 daN/cm²
• Modul đàn hồi của thép bản, E_t=2.06*10⁶ daN/cm²
• Cường độ tính toán của thép tròn (thép AIII), R_s=3650 daN/cm²
• Modul đàn hồi của thép tròn, E_s=2.1*10⁶  daN/cm²
• Cường độ chịu nén tính toán của bê tông (Mác 300), R_bn=130 daN/cm²
• Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông, R_bk=10 daN/cm²
• Modul đàn hồi của bê tông, E_b=2.9*10⁵ daN/cm²
• Hệ số điều kiện làm việc, g=0.9

Bảng 3.  Các công trình thực tế với số lượng tầng hầm ngày càng lớn

TÀI LIỆU THAM KHẢO                         

1. 1.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỐ MÓNG SÂU. PGS. TS. Nguyễn Bá Kế. Nhà xuất bản Xây Dựng Hà Nội 2002.
2. 2.NỀN MÓNG VÀ TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG. GS. TSKH. Nguyễn Văn Quảng.
3. 3.MÓNG NHÀ CAO TẦNG, KINH NGHIỆM NƯỚC NGOÀI. PGS. TS. Nguyễn Bá Kế, PGS. TS. Nguyễn Tiến Chương, KTS. Nguyễn Hiền, KS. Trịnh Thành Huy.
4. 4.THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI. PGS. TS. Nguyễn Bá Kế
5. 5.CHỈ DẪN KỸ THUẬT THI CÔNG VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC KHOAN NHỒI. GS. TSKH. Nguyễn Văn Quảng
6. 6.KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊTÔNG. PGS.TS. Phạm Văn Hội
7. 7.KẾT CẤU THÉP CẤU KIỆN CƠ BẢN. PGS.TS. Phạm Văn Hội, PGS.TS. Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường
8. 8.KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP,  PHẦN CẤU KIỆN CƠ BẢPGS.TS. Phan Quang Minh – GS.TS. Ngô Thế Phong – GS.TS. Nguyễn Đình Cống.
9. 9.LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG. KS Vũ Đăng Việt ĐHXD 2009.

10.DEVELOPMENT TOP-DOWN METHOD OF UNDERGROUND CONSTRUCTION OR HI-TECH IN RUSSIAN.

P.B. Yurkevich, Yurkevich Enginneering Bureau Ltd., Moscow, Russian Federation.

11.патент на изобретение № 2229557 "Буровая железобетонная колонна и способ ее возведения" OOO “Инженерное бюро Юркевича’’