Thi công ga ngầm theo phương pháp top and bottom năm 2024

Nội dung Text: So sánh biện pháp thi công Bottom-Up và Top-Down của công trình Hiyori Garden Tower - Thành phố Đà Nẵng

1. KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 12/2019 SO SÁNH BIỆN PHÁP THI CÔNG BOTTOM-UP VÀ TOP-DOWN CỦA CÔNG TRÌNH HIYORI GARDEN TOWER-THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG ThS. Nguyễn Quốc Toàn(*) Tóm tắt Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ thì có rất nhiều biện pháp thi công phần ngầm cho công trình. Trong đó có 2 biện pháp thi công đang được áp dụng rộng rãi là công nghệ thi công Bottom-Up và Top-Down. Hai phương án thi công này đã được nhiều đơn vị thi công áp dụng rộng rãi trên thế giới. Bài báo này đưa ra mô hình tính toán và so sánh hiệu quả của 2 biện pháp thi công này về kỹ thuật và tiến độ thi công để giúp chủ đầu tư và nhà thầu có giải pháp thi công hiệu quả nhất, lấy ví dụ cho công trình Hiyori Garden Tower thành phố Đà Nẵng. 1. Mở đầu phương án là thi công từ dưới lên, tức thi Xây dựng các công trình ngầm là điều công bình thường từ móng lên mái (được tất yếu của đô thị hiện đại, đặc biệt là tầng gọi là Bottom - Up) và thi công từ trên hầm của các công trình cao tầng hay các xuống (được gọi là Top - Down). công trình phục vụ dân sinh khác như: Hệ Mỗi phương án thi công phần ngầm có thống tầu điện ngầm, các bể chứa nước một ưu việt riêng, trong đó yếu tố về mặt kỹ ngầm, công trình xử lý nước thải,..., quy mô thuật và tiến độ thi công của mỗi phương án xây dựng cũng rất phong phú và đa dạng. có ý nghĩa quan trọng để so sánh hiệu quả Bài báo này lấy công trình Hiyori của các phương án thi công. Garden Tower làm ví dụ điển hình về thi 2. Các biện pháp thi công phần ngầm công tầng hầm công trình. Công trình này 2.1. Thông số đầu vào nằm trên khu đất gồm 04 mặt tiền (xung Trên bề mặt công trình, các lớp cấu quanh giáp các đường giao thông), thuộc tạo, bê tông bề mặt và tải trọng công trình phường An Hải Đông, quận Sơn Trà, thành lân cận được quy thành tải trọng phân bố, phố Đà Nẵng. Công trình gồm 28 tầng nổi lấy theo khảo sát của nhà thầu, P = và 3 tầng hầm. Mực nước ngầm ổn định ở 20kN/m2. Tường vây được sử dụng để làm độ sâu 4m so với cao độ tự nhiên -0.6m. tường tầng hầm. Thông số địa chất và đặc Giải pháp để thi công phần ngầm của tính tường vây như sau: công trình thì có thể áp dụng một trong hai Bảng 1. Thông số đặc tính tường vây Thành phần Tên/Kí hiệu Trị số Đơn vị Loại mô hình Bê tông Elastic - Mô đun đàn hồi E 3.25E+07 kN/m2 Diện tích tiết diện ngang A=bxh 1x0,8=0,8 M2 Moment quán tính I=bxh3/12 0,0427 M4 Độ cứng dọc trục ExA 2.6E+07 kN Độ cứng chống uốn ExI 1.388E+06 kN/m2 Chiều dày d 0,8 m Trọng lượng w = ( bt −  dat ).d (25-18,495).0,8= 5,204 kN/m/m Hệ số poisson υ 0,15 - 39
2. 12/2019 KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Bảng 2. Thông số địa chất của đất nền các hố móng, hố kỹ thuật, được thi công đào Với  dat là bình quân gia quyền trọng mở tới cao độ thiết kế. Để bảo vệ thành hố lượng riêng của đất có tường đi qua: đào không bị sụt lở trong quá trình thi công,  h + h + h ta bố trí hệ dầm thép hình (hệ shoring)  dat = 1 1 2 2 n n = 18, 495(kN / m3 ) h chống đỡ tường vây ngay nhằm phòng ngừa phát triển biến dạng dẻo của đất nền. 2.2. Phương án 1 (Bottom-Up) Thông số và đặc tính của hệ shoring như Toàn bộ hố đào sâu, gồm tầng hầm, sau: Bảng 3. Thông số thanh chống ngang H350x350x12x119 HxB t1 (cm) t2 (cm) A (cm2) Ix (cm4) Iy (cm4) Wx (cm3) Wy (cm3) 350x350 1,2 1,9 173,9 40300 13600 2300 776 Bảng 4. Các đặc tính làm vật liệu hệ shoring Thành phần Tên/Kí hiệu Trị số Đơn vị Loại mô hình Thép Elastic - Mô đun đàn hồi E 2,1.108 kN/m2 Diện tích tiết diện A 1,739.10-2 m2 Độ cứng dọc trục E.A 3651900 kN Khoảng cách L 6 m 40
3. KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 12/2019 q=20KN/m -0.600 -2.600 KHOANG ÐÀO 1 -3.600 -4.60 KHOANG ÐÀO 2 -6.900 -7.600 KHOANG ÐÀO 3 -10.900 -11.600 KHOANG ÐÀO 4 -14.000 Hình 1. Sơ đồ tính phương án 1 (Bottom-up) Tường vây được khai báo bằng phần tử hệ shoring ứng với 4 đợt đào đất. Sử dụng Plate. Hệ shoring chống đỡ được mô hình mô hình ứng xử Mohr - Coulomb để tính trong Plaxis 8.6 dưới hình thức phần tử neo toán cho nền đất 1 đầu ngàm (Fixed – End Anchors). Bố trí 3 Bảng 5. Khai báo các giai đoạn thi công của phương án 1 (Bottom-Up) Phase Start Identification Calculation no. from Phase 0 0 N/A N/A Thi công tường Barret 1 0 Plastic analysis Đào đất lớp 1 đến cao độ -3.6m 2 1 Plastic analysis Lắp hệ shoring lớp 1 tại cao độ -2.6m 3 2 Plastic analysis Hạ mực nước ngầm đến cao độ -8.1m 4 3 Plastic analysis Đào đất lớp 2 đến cao độ -7.6m Lắp hệ shoring 2 tại cao độ -6.9m 5 4 Plastic analysis Hạ mực nước ngầm đến -12.1m 6 5 Plastic analysis Đào đất lớp 3 đến cao độ -11.6m Lắp hệ shoring lớp 3 tại cao độ -10.9m 7 6 Plastic analysis Hạ mực nước ngầm đến -14.5m 8 7 Plastic analysis Đào đất lớp 4 đến cao độ -14m Ổn định 9 8 Plastic analysis 41
4. 12/2019 KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Hình 2. Mô hình tính phương án 1 Hình 5. Hệ số ổn định Kết luận: Chuyển vị của tường vây qua các giai đoạn thi công đều nhỏ hơn giá trị chuyển vị cho phép (0,5%H = 0,5%.30000=150mm) và thi công theo các giai đoạn trên đảm bảo sự làm việc của tường vây, nền đất luôn nằm trong trạng thái ổn định. 2.3. Phương án 2 (Top-Down) Thi công tầng trệt trước, sàn này được tỳ lên tường vây và cột chống tạm tầng hầm (hệ king-post). Các lỗ mở tại cầu thang bộ, giếng trời và thang máy được tận dụng để Hình 3. Biến dạng hố đào lớn nhất làm cửa đào đất và vận chuyển đất lên đồng thời cũng là cửa để thi công tiếp các tầng dưới. Ngoài ra, nó còn là cửa để thông gió, chiếu sáng cho việc thi công các công tác bên dưới làm cửa đào đất. Khi bê tông dầm, sàn tầng này đạt cường độ yêu cầu, người ta tiến hành đào đất tầng hầm thứ nhất (B1) qua các lỗ cầu thang, giếng trời và thang máy cho đến cốt thiết kế, tổ chức thi công bê tông dầm sàn tầng hầm thứ nhất (B1). Quá trình được lặp lại đối với tầng hầm thứ hai (B2). Đối với tầng hầm cuối cùng (B3), người ta tiến hành đổ bê tông đài cọc và sàn Hình 4. Chuyển vị ngang và moment lớn (B3). nhất tường vây của phương án 1 Trong quá trình thi công đào đất, tận 42
5. KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 12/2019 dụng sàn tầng trệt và các sàn tầng hầm để Sàn B1, B2, tầng trệt dày 300mm: chống đỡ tường vây. Thông số của hệ sàn EA=3,25.107.0,3.1=0.975.107 kN. tầng trệt và tầng hầm như sau: (Với A là diện tích mặt cắt ngang sàn Sàn B3 dày 600mm: với bề rộng b = 1m) EA=3,25.107.0,6.1=1,95.107 kN. -0.05 T1 -0.6(TN) -0.8 -3.9 B1 -4.60(MNN) -7.4 B2 -10.9 B3 Hình 6. Sơ đồ tính phương án 2 (Top-down) Bảng 6. Khai báo các giai đoạn thi công của phương án 2 (Top -Down) Identification Phase no. Start from Calculation Loading input Phase 0 0 N/A N/A N/A Thi công tường Barret 1 0 Plastic analysis Staged construction Đào đất lớp 1 2 1 Plastic analysis Staged construction Lắp hệ shoring lớp 1 3 2 Plastic analysis Staged construction Hạ mực nước ngầm 4 3 Plastic analysis Staged construction Đào đất lớp 2 Lắp hệ shoring 2 5 4 Plastic analysis Staged construction Hạ mực nước ngầm 6 5 Plastic analysis Staged construction Đào đất lớp 3 Lắp hệ shoring lớp 3 7 6 Plastic analysis Staged construction Hạ mực nước ngầm 8 7 Plastic analysis Staged construction Đào đất lớp 4 Ổn định 9 8 Plastic analysis Staged construction 43
6. 12/2019 KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Hình 9. Chuyển vị ngang và moment lớn Hình 7. Mô hình tính phương án 2 nhất tường vây của phương án 2 Hình 8. Biến dạng hố đào lớn nhất Hình 10. Hệ số ổn định Kết luận: Mọi chuyển vị của tường vây - Thi công đào đất thành 3 đợt đến cao theo các giai đoạn thi công đều nhỏ hơn giá độ -14m kết hợp sử dụng hệ shoring và hạ trị chuyển vị cho phép. Từ phần mềm Plaxis mực nước ngầm theo từng giai đoạn thi 8.6 cho thấy chuyển vị lớn nhất xuất hiện ở công đào đất. giai đoạn 5 có giá trị chuyển vị - Thi công đài móng. Ux=88,72mm < 100mm (Chuyển vị ngang - Thi công dầm sàn, cột, cầu thang bộ, lấy theo tiêu chuẩn của Anh là 0,5% độ cao giếng trời và thang máy tầng hầm B3 kết của tường: 0,5%.H = 0,5%.20000=100mm) hợp lấp đất, tháo hệ shoring lớp 3. và thi công theo các giai đoạn trên đảm bảo - Thi công dầm sàn, cột, cầu thang bộ, phần ngầm công trình luôn nằm trong trạng giếng trời và thang máy tầng hầm B2 kết thái ổn định. hợp tháo hệ shoring lớp 2. - Thi công tầng hầm B1, cầu thang bộ 3. Tiến độ thi công và thang máy kết hợp tháo hệ shoring lớp 3.1.Phương án 1 (Bottom-Up) 1. Các nội dung công việc chính cần thực - Thi công sàn tầng trệt (cốt ± 0,00). hiện theo thứ tự như sau: 44
7. KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 12/2019 Tiến hành tính hao phí nhân công, ca cột tầng hầm B2. máy các công việc và lập tiến độ. Kết quả - Đào đất đợt 3, thi công móng. thời gian thi công của phần ngầm công - Thi công dầm sàn và cột tầng hầm trình lập được là 225 ngày, với hệ số không B3. điều hòa nhân lực k1=2,42; hệ số phân bổ - Thi công cầu thang bộ, thang máy lao động k2=0,22. Các chỉ tiêu kỹ thuật này tầng hầm B1 đến B3. đảm bảo phần ngầm công trình được tổ Tiến hành tính hao phí nhân công, ca chức thi công hợp lý. máy các công việc và lập tiến độ. Kết quả thời gian thi công của phần ngầm công 3.2.Phương án 2 (Top-Down) trình lập được là 197 ngày, với hệ số không Các nội dung công việc chính cần điều hòa nhân lực k1=2,39; hệ số phân bổ thực hiện theo thứ tự như sau: lao động k2=0,27. Các chỉ tiêu kỹ thuật này - Thi công đặt trước cột chống tạm đảm bảo phần ngầm công trình được tổ bằng thép hình (hệ king -post) chức thi công hợp lý. - Thi công dầm sàn tầng trệt (cốt ± 0,00), chừa lại phần sàn khu thang bộ, 4. Kết luận thang máy lên xuống tầng ngầm. Qua quá trình tính toán, tác giả đưa ra - Đào đất đợt 1, thi công dầm sàn và các nhận xét cơ bản về việc thi công công cột tầng hầm B1. trình Hiyori Gaden Tower như sau: - Đào đất đợt 2, thi công dầm sàn và Bảng 7. So sánh biện pháp thi công phần ngầm Công trình Hiyori Gaden Tower Biện STT pháp thi Bottom - Up Top - Down công Đây là phương pháp thi công Đây là phương pháp thi công còn truyền thống, phổ biến với các ưu khá mới và ít được sử dụng ở Việt điểm: Nam vì: + Thi công đơn giản, không cần + Thi công khó, yêu cầu máy móc, yêu cầu cao về máy móc cơ giới, thiết bị kĩ thuật tốt, kĩ sư và công trình độ lao động của kĩ sư và công nhân phải có trình độ cao, có nhiều Về kỹ nhân. kinh nghiệm thi công. 1 thuật + Dễ quản lý các công tác công + Kết cấu cột tạm tầng hầm phức việc và chất lượng công trình, trị tạp, liên kết giữa dầm sàn và cột, số chuyển dịch đất nền nhỏ. Việc tường vây khó thi công. Công tác xử lý chống thấm cho thành tầng thi công đất trong không gian tầng hầm và việc lắp đặt hệ thống mạng hầm có chiều cao nhỏ, kín nên khó lưới kỹ thuật cũng tương đối thuận thực hiện cơ giới, ảnh hưởng đến tiện, dễ dàng. sức khỏe của người lao động. Nếu 45
8. 12/2019 KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Tuy nhiên, nhược điểm của biện lỗ mở nhỏ thì phải lắp đặt hệ thống pháp: chiếu sáng và thông gió nhân tạo. + Tốn chi phí cho hệ thống cột Tuy nhiên, phương pháp này có chống phụ, hệ thống giáo chống, những ưu việt riêng: cốp pha cho kết cấu dầm sàn vì + Không phải tốn chi phí cho hệ sàn thi công từ dưới lên. thống cột chống phụ, hệ thống giáo + Nếu dùng hệ cừ, tường vây chống, cốp pha cho kết cấu dầm sàn chống đỡ hố đào thì tốn chi phí hệ vì sàn thi công trên mặt đất. chống ngang shoring. + Tiết kiệm chi phí hệ chống do sử + Nếu không dùng hệ cừ, tường dụng sự làm việc của sàn BTCT. vây thì mặt bằng phải đủ rộng để + Thi công được nhiều loại công mở ta luy cho hố đào. Xét về mặt trình có phần ngầm phức tạp, nhiều an toàn cho các công trình lân cận tầng hầm. Hệ sàn tầng hầm chống hay cho những công trình xây chen được vách đất với độ ổn định và an thì biện pháp này không khả thi, toàn cao, không gây biến dạng và còn xét về chiều sâu hố đào khi lún nứt đáng kể đến các công trình quá lớn nếu dùng biện pháp này ta lân cận. Ngoài ra, hệ sàn tầng hầm sẽ phải tiến hành nhiều đợt, nhiều này cũng tạo ra một hệ thống vững bậc và độ ổn định cũng như an chắc có khả năng giảm bớt chuyển toàn cho thi công cần phải bàn dịch của đất xung quanh hố đào. đến, nhiều khi không thể thi công được. + Dễ quản lý tiến độ thi công. + Khó quản lý tiến độ thi công. +Thời gian thi công kéo dài, chỉ có +Thời gian thi công được rút ngắn thể thi công theo trình tự các cấu nhanh chóng hơn do không phải tốn kiện từ dưới lên. thời gian thi công hệ chống sàn, hệ chống shoring. Về tiến Ngoài ra, khi áp dụng phương 2 độ pháp này, ta có thể đồng thời vừa thi công các tầng ngầm (bên dưới cốt ± 0,00) và móng của công trình, vừa thi công một số hữu hạn các tầng nhà, thuộc phần thân trên cốt ± 0,00 (trên mặt đất). 46
9. KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 12/2019 Nghiên cứu đã trình bày 2 biện pháp và chi phí thi công phần ngầm công trình. thi công tầng hầm đang được sử dụng hiện TÀI LIỆU THAM KHẢO nay đối với những công trình có tầng hầm. [1].Brinkgreve R.B.J. et al., (2003). “Plaxis Quá trình thi công phần ngầm công trình V8 Manuel de reference”, Delft được kiểm soát về sự ổn định đất nền, University of Technology & PLAXIS chuyển vị của tường vây bằng phần mềm bv, Pays-Bas Plaxis 2D 8.6. Việc quản lý và lập tiến độ [2].Nguyễn Bá Kế (2010). Thiết kế và thi các công việc thi công được thực hiện bằng công hố móng sâu. Hà Nội. Nhà xuất phần mềm MS.Project 2010. bản xây dựng. Qua nghiên cứu, tác giả nhận thấy rằng [3].Nguyễn Bá Kế (1998). Công trình ngầm công nghệ thi công Bottom- Up cho tầng đô thị - Quy mô triển vọng và một số vấn hầm áp dụng phù hợp với các công trình có đề kinh tế, kỹ thuật. Tạp chí xây dựng số mặt bằng thi công rộng rãi, hố đào không 3 và 4. quá sâu (dưới 3 tầng hầm). Còn công nghệ [4].Đỗ Đình Đức (2002). Thi công hố đào thi công Top-Down áp dụng phù hợp với cho tầng hầm nhà cao tầng trong đô thị các công trình có mặt bằng thi công chật Việt Nam. Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Đại hẹp, công trình lân cận và chiều sâu hố đào Học Kiến Trúc Hà Nội. lớn (trên 3 tầng hầm), công trình có yêu cầu [5].Nguyễn Quốc Toàn (2015). Ứng dụng đẩy nhanh tiến độ và năng lực nhà thầu lớn, mô hình xác suất Quadratic Response có nhiều kinh nghiệm. Surface để xác định modun đàn hồi của Ngoài ra, để lựa chọn biện pháp tối ưu bê tông tường vây hố đào sâu dưới hình cho công trình cần lập thêm dự toán để so thức biến ngẫu nhiên từ số liệu đo đạc. sánh chi phí thi công của 2 phương án. Áp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật. Đại Học Đà dụng thêm mô hình quản lý thông tin xây Nẵng dựng (Bim) để kiểm soát tối ưu về trình tự 47