Đề xuất giải pháp móng không dùng cọc - Top base cho một số công trình trên nền ruộng (khảo sát tại Ba Vì, Hà Nội)

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 91Số 64.2019 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ Phùng Quang Hiệp* TS. Tạ Văn Phấn** Tóm tắt: Việc xây dựng công trình trên nền đất yếu đã gây ra rất nhiều khó khăn trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công và đặc biệt làm cho giá thành công trình bị đẩy lên cao. Để khắc phục những khó khăn đó, tác giả đề xuất giải pháp móng mới đó là công nghệ móng không dùng cọc Top- base. Abstract: Building on weak soil causes a lot of diffi- culties in surveying, designing, constructing, especially in- creasing the cost of the building. To solve those problems, the author proposes new solution for foundation, that is, the technology of non-piling foundation Top-base Từ khóa: Xây dựng công trình, nền đất yếu, giải pháp móng không dùng cọc Nhận ngày 10/3/2019, chỉnh sửa ngày 20/3/2019, chấp nhận đăng ngày 28/3/2019. Key words: Building project, weak soil, solution for non-piling foundation công trình bị đẩy lên cao. Để khắc phục những khó khăn đó hiện nay đã có rất nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu được đưa ra như biện pháp thay đất, biện pháp cọc cát, cọc đất – xi măng, bấc thấm, hút chân không tùy theo qui mô công trình và khả năng kỹ thuật của các nhà thi công. Ở nước ta trong khoảng 10 năm trở lại đây, một giải pháp móng mới được biết đến là công nghệ móng không dùng cọc Top-base, bước đầu cho thấy tính hiệu quả của việc làm tăng sức chịu tải của nền đất, giảm lún, giảm thời gian thi công, từ đó làm giảm giá thành xây dựng công trình. Công nghệ móng không dùng cọc Top-base là phương pháp sử dụng các khối bê tông có dạng hình phễu (gọi là Top – block) sắp xếp liên tục trên nền đất tạo ra một tầng đệm (gọi Ba Vì là huyện thuộc vùng bán sơn địa, nằm về phía Tây Bắc Thủ đô Hà Nội. Với tổng diện tích 424 km2, dân số hơn 265 nghìn người (bao gồm 3 dân tộc Kinh, Mường, Dao), toàn huyện có 31 xã, thị trấn, trong đó có 7 xã miền núi, một xã giữa sông Hồng. Phía đông giáp thị xã Sơn Tây, phía nam giáp tỉnh Hòa Bình, phía tây giáp tỉnh Phú Thọ và phía Bắc giáp tỉnh Vĩnh Phúc. Trong những năm gần đây tốc độ đô thị hóa ở Ba Vì diễn ra nhanh chóng, nhiều diện tích đất nông nghiệp được lấy để xây dựng các cơ sở hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội, phát triển không gian đô thị. Nhiều công trình cao tầng đã được xây trên nền trước đây là ruộng, nên giải pháp móng cho các công trình này luôn phải được tính đến. Việc xây dựng công trình trên nền đất yếu đã gây ra rất nhiều khó khăn trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công và đặc biệt làm cho giá thành là Top-base) giữa móng công trình với nền đất thực sự. Lỗ rỗng giữa các khối bê tông được chèn lấp bằng vật liệu rời đầm chặt (thông thường sử dụng đá dăm). Công nghệ móng này tỏ ra nhiều ưu thế bởi cấu tạo của móng khác với các phương pháp làm móng truyền thống. Nhờ có kết cấu như vậy nên nó có thể giảm được rất nhiều nguyên liệu như thép, bê tông trong quá trình làm móng. Nếu so với các cách làm móng truyền thống khác, sử dụng công nghệ xây dựng mới với móng Top base có thể giảm chi phí xây dựng lên tới 50%, do đó góp phần hạ giá thành xây dựng cho các công trình xây dựng. Mặt khác, kết cấu liên kết chặt chẽ trong móng có thể làm tăng khả năng chịu lực lên tới 50% tới 200%. Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ móng không dùng cọc Top-base cho các công trình còn không làm ảnh hưởng đến các công trình xây dựng xung quanh. GIỚI THIỆU CHUNG CÔNG NGHỆ MỎNG KHÔNG CỌC TOP_ BASE ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP MÓNG KHÔNG DÙNG CỌC- TOP BASE CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN RUỘNG (Khảo sát tại Ba Vì, Hà Nội) IÊ * Phòng QL đô thị Ba Vì, Hà Nội - **Đại học Thủy Lợi NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 92 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐÔ THỊ bảo vệ thành hố đào và thoát nước hố đào để đảm bảo điều kiện tốt nhất khi đặt móng phễu. Nếu đáy hố đào nằm ở trên mực nước ngầm và lớp đất ở nơi thi công là rời rạc, cần phải làm chặt thêm lớp đất đáy hố móng và trải vải địa kĩ thuật trước khi đặt khối Top Block đã đúc sẵn. Bước 2: Lắp đặt Top Block Cấu tạo của móng Top - Base bao gồm nhiều khối bê tông có hình dạng giống con quay đang đứng thẳng hay còn gọi là Top Block. Chúng cần được lắp đặt sao cho độ cao của các móc thép gắn trên phễu bê tông phải bằng nhau. Phần thẳng đứng có dạng cọc hay còn gọi là chân phễu phải được chôn chặt và đóng vào nền đất theo phương thẳng đứng vào những ô tam giác có trên lưới thép định vị. Trong trường hợp nền đất quá cứng gây khó khăn cho việc đặt móng Top - Base thì việc tạo lỗ trên nền đất là điều cần thiết. Các phương pháp đơn giản nhất để tạo lỗ đút chân phễu là phương pháp dùng trụ gỗ tròn có đường kính tương đương đặt vào nền rồi rút lên. Máy khoan cũng có thể được sử dụng trong trường hợp này. Bước 3: Đổ bê tông Đổ bê tông tại chỗ là phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất hiện nay do Hàn Quốc phát triển. Chúng linh hoạt, thuận tiện và hạn chế tai nạn lao động một cách tối đa nhất. Để đầm chặt bê tông vào những phễu nhựa thì những người công nhân xây Quá trình thi công móng Top – Base hiện nay tồn tại hai phương pháp đó là thi công theo công nghệ của Nhật Bản và Hàn Quốc. 1. Công nghệ của Nhật Bản: Top – block đúc sẵn + Sắp xếp các Top – block trên nền đất. + Chèn đá dăm giữa các khối. 2. Công nghệ của Hàn Quốc: Top – block đổ tại chỗ + Sắp xếp các khuôn đúc chế tạo sẵn lên nền đất. + Đổ bê tông vào khuôn + Chèn đá dăm giữa các khối. Thông thường thì một công trình thi công Top – Base được thực hiện theo các bước dưới đây: Bước 1: Công tác đào đất Đất sẽ được đào đến một độ sâu nhất định. Nếu hố đào sâu trên 1m thì công nhân xây dựng phải có biện pháp dựng có thể sử dụng đầm rung nếu máy trộn bê tông có độ sụt thấp. Ngoài ra, có thể chỉ sử dụng đầm xẻng nếu máy bơm bê tông có độ sụt lớn. Bước 4: Chèn đá dăm Sau 24h đúc bê tông sẽ tiến hành chèn và đầm đá dăm để lấp đầy khoảng trống giữa các khối bê tông dạng phễu. Đây là một khâu vô cùng quan trọng bởi chúng góp phần quyết định chất lượng của kết cấu móng Top - Base. Chúng cần được tiến hành một cách cẩn thận và tỉ mỉ nhất có thể. Công tác đầm đá dăm thường được thực hiện bằng cách dùng cọc thép hay thanh thép chọc thủ công nếu khối lượng công việc ít, hoặc dùng đầm dùi động cơ nếu khối lượng công việc lớn. Bước 5: Liên kết khóa đỉnh các khối phễu bằng những thanh cốt thép Lưới thép kết hợp với bê tông có tác dụng khóa chặt đỉnh các khối móng Top - Base và tăng khả năng chịu lực cho chúng. Sau khi đã lắp đặt xong thì công nhân cần phải làm sạch các bề mặt của khối Top Block và đổ thêm một lớp bê tông dày 100mm để toàn khối hóa toàn bộ công trình. Sau đó bàn giao cho nhà thầu thi công kết cấu móng. Tùy theo điều kiện cụ thể của công trình mà ta có thể lựa chọn phương pháp thi công cho phù hợp. Hình 2. Thi công móng Top – base Hình 3. Top – block đúc sẵn NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 93Số 64.2019 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ 1. Ưu điểm Ưu điểm về giá thành - Một trong những tiêu chí quan trọng của việc áp dụng một công nghệ xây dựng mới, đó là rút ngắn chi phí và thời gian thi công. Và công nghệ Top - base chính là phương án như vậy. Theo thống kê, áp dụng phương pháp này có thể giúp rút ngắn một nửa thời gian thi công và giảm được 60% đến 70% chi phí so với các phương án gia công móng khác. Ví dụ: Công trình Trường Cao đẳng nghề công nghệ Licogi giai đoạn 1 1 2 3 4 5 3.816.591.535 2.149.968.944 1.666.622.591 2.464.250.856 1.617.178.134 847.072.722 644.505.665 474.282.891 170.222.775 644.505.665 474.282.891 170.222.775 7.030.791.032 4.289.344.175 2.741.446.856 Hạng mục: Kết cấu móng. Đơn vị: đồng a) Nền tự nhiên không gia cố. b) Nền gia cố bằng đá dăm dày 20cm. c) Nền gia cố bằng cọc gỗ φ12cm. d) Nền gia cố bằng 1 lớp Top – Base e) Nền gia cố bằng 2 lớp Top – Base. Kết quả thí nghiệm xác định độ lún theo thời gian của các loại nền ở trên được thể hiện qua biểu đồ quan hệ sau: Ưu điểm về chất lượng Top - base giúp giảm độ lún, làm đất trở nên chắc chắn, tăng khả năng chịu tải trọng, đảm bảo tính an toàn cho công trình Thi công tiện lợi và linh hoạt, vì vậy có thể giảm thiểu tiếng ồn, bụi và những ảnh hưởng xấu của việc thi công công trình. Có khả năng thi công ở nơi chật hẹp ngay cả trong công trình đã xây dựng. Thi công tiện lợi không cần thiết bị đặc biệt Rất thân thiện với môi trường Có thể thi công được cả ở những nơi có diện tích chật hẹp, thậm chí ngay cả trong công trình đã xây dựng. Tác dụng giảm lún của móng Top – base đã được chứng minh thông qua quá trình thử nghiệm ở ngoài hiện trường và ở trong phòng thí nghiệm được biểu thị bằng quan hệ độ lún theo thời gian. Quan hệ độ lún theo thời gian được xác định thông qua quá trình thử nghiệm móng nông kích thước 1x1x0.1m trên 5 loại nền khác nhau (hình 4). ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP MÓNG TOP – BASE 2. Nhược điểm Chỉ áp dụng được với các phương án móng nông như móng đơn, móng băng, móng bè hoặc phương án móng bè cọc trên nền Top – base. Hình 4. Các loại móng dùng kiểm tra lún theo thời gian Hình 5. Quan hệ độ lún với thời gian xác định ở hiện trường NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 94 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐÔ THỊ NHỮNG LƯU Ý KHI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MÓNG TOP - BASE KẾT LUẬN Công nghệ móng Top - Base không chỉ hiệu quả, đơn giản mà còn giúp cho các nhà đầu tư tiết kiệm được rất nhiều chi phí và thời gian thi công công trình. Chính vì vậy, công nghệ này đã được ưa chuộng và áp dụng ở các nước hiện đại và tiên tiến như Nhật Bản và Hàn Quốc và bây giờ là Việt Nam. Đối với Việt Nam, việc áp dụng công nghệ này cho các công trình xây dựng ở Ba Vì trên nền vùng đồng bằng ven sông là hoàn toàn khả thi. công tác đổ chèn đá dăm và đầm rung có thể rất khó thực hiện được. Để ngăn chặn điều đó xảy ra, cần tiến hành chèn đá dăm ngay sau khi đó lắp đặt Top-block hoặc tiến hành đầm nén càng sớm và càng đều càng tốt ngay sau khi lắp đặt Top-block tại phần cuối hoặc giữa dãy block (nếu đầm từ hai đầu vào giữa) nhằm cố định vị trí của các phễu bê tông. Trường hợp hố móng quá sâu Cần có biện pháp bảo vệ thành hố móng như đóng cừ thép, làm cọc barrete trước khi tiến hành đào đất hố móng. Biện pháp bảo vệ thành hố phải được thiết kế và thẩm tra phê duyệt trước khi tiến hành đào đất. Trường hợp đặt Top-base trên các độ cao khác nhau Khi sử dụng Top-base, hầu hết trường hợp đều bố trí Top-base ngay sát dưới móng nông, nên có thể xảy ra tình huống Top-base sẽ được bố trí tại các độ cao khác nhau. Tốt nhất nên thi công Top-base ở chỗ sâu trước, ở chỗ 1. Các lưu ý trong quá trình thiết kế Khi thiết kế 1 lớp Top-base mà chưa đủ đáp ứng yêu cầu do tải trọng thiết kế quá lớn, có thể thiết kế Top- base 2 lớp hoặc mở rộng diện tích bố trí Top-base. Khi áp dụng phương pháp mở rộng diện tích thi công, chỉ có thể đặt các phễu bê tông nhô lên hơn 1 nửa chiều cao của phễu so với đáy móng, đổ lớp móng bê tông lên phía trên của lớp phễu Top-base do vậy tải trọng có thể được phân bổ đều trên các phễu bê tông 2. Các lưu ý trong quá trình thi công Khi thi công Top-base ở nền đất có bùn, sau khi đào vét đến cốt đặt Top-base phải rải lớp vải địa dưới bề mặt đáy nhằm giữ sạch bề mặt trong suốt quá trình thi công. Còn ở những nền đất cứng phải đầm chặt và phẳng bề mặt. 3. Cách xử lý một vài tình huống trong quá trình thi công Top- base Chèn đá dăm chưa đạt yêu cầu (do lượng đá dăm chưa đủ) Để tránh trường hợp này, việc đầm rung đá dăm cần thực hiện khi lượng đá dăm phải thừa để lấp các khoảng trống và cần tiến hành công tác đầm rung một cách cẩn thận. Nếu lượng đá dăm chưa đủ có thể xảy ra lỗ rỗng tại khu vực xung quanh phần đáy hình côn của phễu bê tông. Do vậy, khi tiến hành đầm rung phải tiến hành đầm đều theo 4 hướng từ mỗi khe chèn đá dăm và lượng đá dăm phải đủ độ dư để dễ dàng lấp đầy các lỗ trống. Khi đặt Top base trên nền đất rất yếu Khi lắp đặt các phễu bê tông trực tiếp trên nền đất yếu (R< 0,3 kg/cm2) mà không rải đá dăm trên nền đất yếu này, độ ổn định của các phễu bê tông tại phần đế có thể không được tốt và nông hơn sau. Trong trường hợp đặc biệt phải thi công cuốn chiếu không làm phần Top-base ở chỗ sâu trước, cần để chừa lại không ít hơn 4 hàng phễu về mỗi phía xung quanh hố đào sâu. Chỉ thi công phần Top-base chừa lại này sau khi thi công cả Top-base và kết cấu ngầm này vượt trên cao độ của phần Top-base đó chừa lại. Trường hợp đặt Top-base trên nền đất đắp Cần sử dụng loại đất có tính nén lún tốt, thuần nhất để làm vật liệu đắp. Chỉ nên đắp nền đến cao độ đặt phễu thì dừng lại, đầm nén, thi công xong Top-base rồi mới đắp tiếp nền cho diện tích xung quanh. Như vậy khi lắp đặt phễu và đổ bê tông rất thuận tiện, song khi chèn và đầm đá dăm sẽ tốn nhiều đá. Khắc phục hiện tượng này bằng cách bọc vải địa kỹ thuật lên đến cao độ đỉnh Top-base để đá dăm chỉ nằm trong thể tích vải địa kỹ thuật đó định trước. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] In – place Top – Base method, new foundation method on soft ground – Banseok Top – Base Co., Ltd. [2] Phan Hồng Quân (2008), Ứng dụng công nghệ xử lý đất yếu TBM vào Việt Nam, Địa kỹ thuật số 3 – 2008. [3] Đỗ Đức Thắng, Bài giảng Top – Base Method, Công ty liên doanh TBS Việt Nam. [4] Công nghệ thi công móng Top – Base, Công ty cổ phần tư vấn đầu tư LICOGI 16.8 [5] Bạch Văn Sỹ (2013), Công nghệ móng top – base trong xử lý nền đất yếu, Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng, Khoa Xây dựng, Đại học Nha Trang.