BIỆN PHÁP THI CÔNG TOPDOWN

Công nghệ thi công Topdown (từ trên xuống) là công nghệ thi công phần ngầm của công trình nhà, theo phương pháp khác với phương pháp truyền thống: thi công từ dưới lên. Trong công nghệ thi công Top-down người ta có thể đồng thời vừa thi công các tầng ngầm (bên dưới cốt ± 0,00 (cốt ± 0,00 tức là cao độ mặt nền hoàn thiện của tầng trệt công trình nhà, đọc là cốt không)) và móng của công trình, vừa thi công một số hữu hạn các tầng nhà, thuộc phần thân, bên trên cốt không (trên mặt đất).

Lịch sử công nghệ thi công topdown

Công nghệ Top-down đã vào Việt Nam được hơn mười năm. Nó vào Tp.HCM trước Hà nội. Công trình đầu tiên là Harbourview – Nguyễn Huệ (1993-1994 – Bachy Solatance), công trình thứ 2 là Saigon Center rồi nhiều công trình khác nữa. Ở nước ta hiện nay trong nam ngoài bắc cũng đã có rất nhiều công trình thi công theo phương pháp này các đơn vị thi công như : Bachy (Pháp), Tungfeng (Đài loan), Delta (Việt nam), Longgiang( viêtnam).

Ứng dụng công nghệ topdown

Nhà cao tầng thường có một vài tầng hầm để làm tầng kĩ thuật, chứa đựng máy móc thiết bị, hệ thống kĩ thuật và xử lý như: bể nước thô, hệ thống bơm nước, thiết bị lọc, bể nước sạch hệ thống bể chứa phế thải và xử lý, hệ thống biến áp và tủ điều khiển, tủ phân phối điện.

Ngoài ra, còn làm kho chứa hàng hóa, vật liệu và gara ô tô. Về góc đọ chịu lực tầng hầm giúp công trình đỡ bớt tải nền đất phía trên đưa trọng tâm công trình thấp xuống, giúp công trình chịu lực ngang của gió, bão, động đất tốt hơn.

Tuy nhiên việc thi công tầng hầm nói riêng và phần ngầm nói chung thường rất khó khăn và là thách thức đối với nhiều nhà thầu. Mỗi công trình đều có những đặc diềm riêng về cấu tạo nền đất, mặt cắt địa chất, chiều cao mực nước ngầm… nên không thể chỉ sử dụng kinh nghiệm mà đòi hòi cần có hiểu biết đầy đủ về khoa học và công nghệ mới đáp ứng được yêu cầu xây dựng của công trình.[1]

Các phương pháp thi công phần ngầm truyền thống thường dùng tường chắn và hệ thanh chống để đào đất và thi công phần ngầm công trình từ dưới lên mà đại diện của các phương pháp này là: Phương pháp sử dụng tường chắn bằng cừ ván thép (Sheel piles) và hệ thống thanh chống (Bracing System); Phương pháp sử dụng tường chắn barrette và hệ thống neo trong đất (Anchors).Các phương pháp này bên cạnh một số ưu điểm thì bộc lộ nhiều nhược điểm cơ bản là tốn kém về kinh tế tiến độ thi công chậm và độ chính xác kém.[1]

Đối với những nhà sử dụng tường barrette quanh chu vi nhà đồng thời làm tường cho tầng hầm nhà nên thi công tầng hầm theo kiểu topdown[2].Công nghệ thi công tầng hầm ‘TOPDOWN’ là công nghệ tiên tiến hiện nay. [1]

Một số ưu điểm biện pháp thi công topdown

Các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi công: không cần diện tích đào móng lớn hoặc đỡ tốn chi phí phải làm tường chắn đất độc lập. Đặc biệt đối với công trình giao thông dạng hầm giao thông, phương pháp này giúp sớm tái lập mặt đường để giao thông. Và có thể thi công kết hợp up-up phần thượng tầng và top down đối với phần ngầm (thông dụng đối với các công trình dân dụng có tầng ngầm) —-> đẩy nhanh tiến độ thi công.
Tiến độ thi công nhanh: khi đang làm móng và tầng hầm vẫn có thể đồng thời làm phần trên được để tiết kiệm thời gian, (đương nhiên là phải tăng chi phí gia cường an toàn phần dưới nhiều hơn, còn nếu “tiết kiệm” tiến độ mà không bù lỗ được “chi phí” tăng do phải gia cường an toàn thì không cần làm nhanh, top-down phần ngầm trước rồi mới làm phần trên như đã thấy ở Hà nội. Sau khi đã thi công sàn tầng trệt, có thể tách hoàn toàn việc thi công phần thần và thi công phần ngầm. Có thể thi công đồng thời các tầng hầm và kết cấu phần thân[1].. Qua thực tế 1 số công trình cho thấy để có thể thi công phần thân công trình chỉ mất 30 ngày, trong khi mỗi giải pháp chống quen thuộc mỗi tầng hầm(kể cả đào đất, chống hệ dầm tạm, thi công phần BT) mất khoảng 45 đến 60 ngày, với nhà có 3 tầng hầm thì thi công tử 3 đến 6 tháng. Với nhà có 3 tầng hầm thường tiết kiệm được thời gian thi công từ 5 dấn 6 tháng[1].
Không cần dùng hệ thống chống tạm (Bracsing System) để chống đỡ vách tường tầng hầm trong quá trình đào đất và thi công các tầng hầm, không phải chi phí cho hệ chống phụ. Hệ thanh chống tạm này thường rất phức tạp vướng không gian thi công và rất tốn kém[1].
Chống vách đất được giải quyết triệt để vì dùng tường và hệ kết cấu công trình có độ ổn định cao.
Không tốn hệ thống giáo chống, copha cho kết cấu dầm sàn vì thi công trên mặt đất. (đối với phương pháp đào truyền thống thì chi phí cho công tác chống đỡ và neo khá cao, kéo dài thi công và đòi hỏi các thiết bị tiên tiến.)
Các vấn đề về móng (hiện tượng bùn nền, nước ngầm…), có một điểm lưu ý ở đây là trong đô thị thường có nhiều công trình cao tầng, nếu thi công đào mở (open cut) có tường vây, móng sâu và phải hạ mực nước ngầm để thi công phần ngầm, điều này dẫn đến việc thường không đảm bảo cho các công trình cao tầng kề bên (dễ xảy ra hiện tượng trượt mái đào, lún nứt…), phương án thi công Top-down giải quyết được vấn đề này.
Khi thi công các tầng hầm đã có sẵn tầng trệt, nên giảm ảnh hưởng xấu của thời tiết.[1].

Một số nhược điểm công nghệ thi công topdown

Kết cấu cột tầng hầm phức tạp.
Liên kết giữa dầm sàn và cột tường khó thi công.
Thi công cần phải có nhiều kinh nghiệm
Thi công đất trong không gian kín khó thực hiện cơ giới hoá.
Thi công trong tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động.
Phải lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo

Phương pháp công nghệ chính

Trong công nghệ Top-down, các tầng hầm được thi công bằng cách thi công phần tường vây bằng hệ cọc barrette xung quanh nhà (sau này phần trên đỉnh của tường vây dùng làm tường bao của toàn bộ các tầng hầm) và hệ cọc khoan nhồi (nằm dưới chân các móng cột) bên trong mặt bằng nhà. Tường vây thi công theo công nghệ cọc nhồi bê tông tới cốt không (cốt nền ngay trên mặt đất) (không tính phần bê tông chất lượng kém trên đỉnh vào trong thành phần tường).

Riêng các cọc khoan nhồi bê tông nằm dưới móng cột ở phía trong mặt bằng nhà thì không thi công tới mặt đất mà chỉ tới ngang cốt móng (không tính phần bê tông đầu cọc nhồi, phải tẩy bỏ đi sau này)[3]. Phần trên chịu lực tốt, ngay bên dưới móng của các cọc nhồi này được đặt sẵn các cốt thép bằng thép hình, chờ dài lên trên tới cốt không (cốt nền ngay tại mặt đất).

Các cốt thép hình này, là trụ đỡ các tầng nhà hình thành trong khi thi công Top-down, nên nó phải được tính toán để chịu được tất cả các tầng nhà, mà được hoàn thành trước khi thi công xong phần ngầm (gồm tất cả các tầng hầm cộng thêm một số hữu hạn các tầng thuộc phân thân đã định trước).

Tiếp theo đào rãnh trên mặt đất (làm khuôn dầm), dùng ngay mặt đất để làm khuôn hoặc một phần của khuôn đúc dầm và sàn bê tông cốt thép tại cốt không. Khi đổ bê tông sàn cốt không phải chừa lại phần sàn khu thang bộ lên xuống tầng ngầm, để (cùng kết hợp với ô thang máy) lấy lối đào đất và đưa đất lên khi thi công tầng hầm.

Sàn này phải được liên kết chắc với các cốt thép hình làm trụ đỡ chờ sẵn nêu trên, và liên kết chắc với hệ tường vây (tường vây là gối đỡ chịu lực vĩnh viễn của sàn bê tông này). Sau khi bê tông dầm, sàn tại cốt không đã đạt cường độ tháo dỡ khuôn đúc, người ta tiến hành cho máy đào chui qua các lỗ thang chờ sẵn nêu ở trên, xuống đào đất tầng hầm ngay bên dưới sàn cốt không. sau đó lại tiến hành đổ bê tông sàn tầng hầm này, ngay trên mặt đất vừa đào, tương tự thi công như sàn tại cốt không, rồi tiến hành lắp ghép cốt thép cột tầng hầm, lắp khuôn cột tầng hầm và đổ bê tông chúng.

Cứ làm như cách thi công tầng hầm đầu tiên này, với các tầng hầm bên dưới. Riêng tầng hầm cuối cùng thay vì đổ bê tông sàn thì tiến hành thi công kết cấu móng và đài móng.

Đồng thời với việc thi công mỗi tầng hầm thì trên mặt đất người ta vẫn có thể thi công một hay vài tầng nhà thuộc phần thân như bình thường. Sau khi thi công xong hết các kết cấu của tầng hầm người ta mới thi công hệ thống thang bộ và thang máy lên xuống tầng hầm.

Một số kĩ thuật cần thiết trong thi công tầng hầm theo phương pháp thi công TOPDOWN

Cốt thép đỡ tạm

Khi thi công tầng hầm theo phương pháp TOPDOWN phải sử dụng các cột thép để đỡ các sàn tầng hầm và nếu thi công kết cấu phần thân đồng thời với thi công tầng hầm thì các cột thép chống tạm này phải chịu được thêm cả 2 sàn tầng 1 và tầng 2 nữa. Số lượng các sàn mà cột thép chống tạm cần phải đỡ sẽ được lấy theo tiến độ thi công phần thân nhà.

Các cột thép đỡ tạm sau này sẽ được nhồi và bọc bê tông trở thành những cột chịu lực của công trình. Việc tinh toán các cột này sẽ theo những phương pháp tinh toán và quy định riêng. Trong thực tế người ta dùng thép I có gia cường thép góc hoặc ống thép với khả năng chịu lực từ 200 – 1000 tấn.
Các cột thép đỡ tạm phải được đặt đúng vào vị trí các cột chịu lực của công trình và thường được cắm sẵn vào các cọc khoan nhồi từ khi thi công cọc khoan nhồi.

Bê tông

Do yêu cầu thi công liên tục, phải tháo ván khuôn sớm để tiến hành đào đất thi công tiếp tục phần dưới, nên cần dùng phụ gia để giúp bê tông nhanh chóng đạt được cường độ yêu cầu trong mót thời gian ngăn. Có thể sử dụng các phương pháp sau:

Sử dụng phụ gia hóa dẻo, siêu dẻo giảm tỉ lệ nước nhưng vẫn giữ nguyên độ sụt yêu cầu làm tăng cường độ của bê tông.
Sử dụng các phụ gia tăng trưởng cường độ nhanh, có thế đạt trên 90% cường độ thiết kế trong vòng 7 ngày.

Khi thi công cột và vách cứng, cần phải dùng bê tông có phụ gia trương nở để vá các đầu cột, đầu lõi nơi tiếp giáp với dầm sàn. Phụ gia trương nở nên sử dụng loại khoáng, khi tương tác với nước xi măng tạo ra các cấu tử nở CaOAl2O33CaSo4(31-32)H2O. Hàm lượng phụ gia trương nở thường được sử dụng là từ 5 – 15% của lượng xi măng, không nên dùng bột nhóm hoặc các chất sinh khí để làm bê tông trương nở bới chúng gây ăn mòn cốt thép.

Bê tông sàn nơi tiếp giáp với tường tầng hầm nơi có thép chờ vả ở sàn đáy phải được chống thấm bằng những phương pháp hữu hiệu, việc sửa chữa những chỗ bị rò rỉ, thấm sau khi đã thi công bê tông là rất khó khăn và tốn kém.

Hạ mực nước ngầm để thi công các tầng hầm

Khi thi công các tầng hầm bằng phương pháp TOPDOWN; thường gặp nước ngầm gây khó khăn rất nhiều cho việc thi công; thông thường người ta phải kết hợp cả hai phương pháp là hạ mực nước ngầm; bằng ống kim lọc và hệ thống thoát nước bề mặt gồm các mương tích nước; hố thu nước và máy bơm.

Việc thiết kế các hệ thống hạ mực nước ngầm và thoát nước này; phải được tính toán riêng cho từng độ sâu thi công theo từng giai đoạn. Khi thi công cũng phải coi trọng và luân thủ đúng yêu cầu thiết kế của công tác này.[1]

Vai trò của hệ dầm và sàn trong biện pháp thi công topdown tầng hầm công trình

Ví dụ ;nếu nhìn Gouman hotel xuống thì có thể thấy rõ người ta để 3 lỗ tại sàn tầng 1 ;(một cái là đường lên xuống của tầng hầm) để vận chuyển đất lên. Việc thi công dầm không có nghĩa là để cho dễ vận chuyển đất; ngoài lý do để chống áp lực đất cho tường vây; và rút ngắn thời gian thi công thì có thể còn có lý do sau:

Việc thi công dầm và sàn tại tầng hầm sử dụng đất thay dàn giáo; để đỡ ván khuôn nên chiều cao đào bị khống chế; mặt khác máy đào ở đây tuy là loại chuyên dùng cho đào tầng hầm; nhưng độ mở gầu đào vẫn bị khống chế; nếu làm sàn thì sẽ rất khó đào đất và sẽ rất nguy hiểm.

Việc thi công dầm không không cho thấy sự thông gió và chiếu sáng được tốt hơn; vì thông gió tốt phụ thuộc chính vào luồng gió đưa xuống vị trí gây khói; và tính toán sao cho khí đi tuần hoàn; chiếu sáng chủ yếu dùng đèn và ánh sáng từ 3 lỗ mở xuống

Các bước thi công topdown tầng hầm công trình

Thi công tường chắn đất thành một chu vi kín: cấu tạo là các tường bê tông cốt thép; có thể kết hợp với cọc nhồi xen kẽ để tham gia chịu lực cùng kết cấu móng.

Thi công theo phương pháp đào hố ( nếu nông thì dùng máy đào; sâu thì dùng máy cắt đất gầu vuông; dùng dung dịch bentonite giữ thành.

Đào hố tới cao độ thuận lợi (1-2m) và thi công hệ thống giằng chống tạm theo phương đứng.

Có hai phương pháp thi công sàn tầng hầm[4]:
- Dùng hệ cột chống hầm đã thi công (tỳ lên cọc nhồi) để đỡ hệ dầm và sàn tầng hầm.
- Dùng cột chống tạm. Chống tạm theo phương đứng là dùng các cột chống tạm bằng thép hình ; cắm trước vào các cọc khoan nhồi ở đúng vị trí các cột; suốt chiều cao từ mặt đất đến đỉnh cọc nhồi ;(các cọc khoan nhồi nên được đặt trước các thanh thép hình tới gần cao độ này; để có thể sử dụng vào việc chống hệ thanh giằng). Lý do phải có cột chống tạm này; là trong khi phải thi công phần thân nhà bên trên lên cao dần; đồng thời với thi công tầng hầm; phần thân nhà bên trên chưa có kết cấu chính thức đỡ tải trọng; do thân nhà trên tác động xuống cọc nhồi bên dưới. Các cột này được đặt tại đỉnh cọc nhồi ngay trong giai đoạn; hoàn thành việc thi công cọc khoan nhồi.

Thi công hệ dầm sàn bê tông đầu tiên – tầng trệt (cốt 0.00); và để lỗ chờ thi công cho các tầm sàn tiếp theo; các tấm sàn tiếp theo bên dưới được thi công tuần tự. Các tấm sàn BTCT này cũng đóng vai trò giằng chống cho tường chắn đất bằng; cách liên kết trực tiếp với tuờng qua các mối nối.

Dùng ngay đất đang có thi công cốp pha đất cho sàn này nên không phải cây chống. Tại sàn này để một lỗ trống khoảng 2mx4m; để vận chuyển những thứ sẽ cần chuyển từ dưới lên và trên xuống. Khi sàn đủ cứng; qua lỗ trống xuống dưới mà moi đất tạo khoảng không gian cho tầng hầm sát trệt. Lại dùng nền làm coppha cho tầng hầm tiếp theo. Rồi lại moi tầng dưới nữa cho đến nền cuối cùng thì đổ lớp nền đáy.

Nếu có cột thì nên làm cột lắp ghép sau khi đã đổ sàn dưới. Cốt thép của sàn và dầm được nối với tường nhờ khoan xuyên tường và lùa thép sau. Dùng vữa ximăng trộn với Sikagrout bơm sịt vào lỗ khoan đã đặt thép.

Đào một phần đất để tạo chiều cao; cho việc thi công dầm sàn tầng tầng trệt (có độ sâu khoảng chừng 1.66m).
Ghép ván khuôn dầm sàn tầng trệt
Đặt cốt thép dầm sàn tầng trệt; hàn nối với cốt thép của cột chống thép và cốt thép của tường vách.
Chống thấm cho các mối nối giữa sàn và tường vách.
Đổ bê tông dầm sàn tầng trệt.
Bảo dưỡng đến khi bê tông sàn tầng trệt đạt cường độ yêu cầu.(Chờ 10 ngày cho bê tông có phụ gia đủ 90% cường độ yêu cầu).

Thi công láng hầm thứ nhất

Tháo ván khuôn dầm sàn tầng trệt
Đào đất để tạo chiều cao cho việc thi công tầng hầm thứ nhất.
Ghép ván khuôn dầm sàn tầng hầm thứ nhất.
Chống thấm cho các mối nối giữa sàn tầng hầm thứ nhất và tường vách.
Đặt cốt thép dầm sàn tầng hầm thứ nhất; hàn nối với cốt thép của cột chống thép và cốt thép của tường vách.
Đổ bê tông dầm sàn tầng hầm thứ nhất
Cốt thép ván khuôn và đổ bê tông lõi vách cứng; lồng cầu thang máy, nhồi và bọc cột thép từ tầng hầm thứ nhất đến tầng trệt.

Bảo dưỡng đén khi bê tông sàn tầng hầm thứ nhất đạt cường độ yêu cầu.

Thi công tầng hầm thứ hai

Tháo ván khuôn dầm sàn tầng hầm thứ nhất
Đào đất để tạo chiều cao cho việc thi công tầng hầm thứ hai
Ghép ván khuôn dầm sàn tầng hầm thứ hai
Chống thấm cho các mối nối giữa sàn tầng hầm thứ hai và tường vách.
Đặt cốt thép dầm sàn tầng hầm thứ hai; hàn nối với cốt thép của cột chống thép và cốt thép của tường vách.
Đổ bê tông dầm sàn tầng hầm thứ hai.
Cốt thép ván khuôn và đổ bê tông lõi vách cứng lồng cầu thang máy; nhồi và bọc cột thép từ tầng hầm thứ hai đến tầng hầm thứ nhất.
Bảo dưỡng đến khi bê tông sàn tầng hầm thứ hai đạt cường độ yêu cầu.

Thi công tầng hầm thứ ba (tầng đáy)

Tháo ván khuôn dầm sàn tầng hầm thứ hai
Đào đất đến cốt thi công dài cọc
Bê tông lót, chống thấm đáy dài cọc và dầm giằng
Thi công dài cọc và dầm giảng
Bê tông lót và chống thấm cho sàn đáy của tầng hầm, kể cả các mối nối với tường vách.
Đặt cốt thép sàn đáy tầng hầm; hàn nối với cốt thép của cột chống thép và cốt thép của tường vách.
Đổ bê tông sàn đáy tầng hầm.
Cốt thép ván khuôn đổ bê tông lõi vách cứng; lồng cầu thang máy, nhồi và bọc cột thép của tầng hầm cuối cùng.
Bảo dưỡng bê tông sàn đáy tầng hầm.

Thi công Tường tầng hầm phía bên trong tường barret nếu cần thiết.

Thi công vá các ô sàn được chừa lỗ khi thi công.

Thi công hoàn thiện như Phương pháp truyền thống

Thiết bị phục vụ thi công

Phục vụ công tác đào đất phần ngầm thường dùng các máy đào đất loại nhỏ; máy san đất loại nhỏ, máy lu nền loại nhỏ, các công cụ đào đất thủ công; máy khoan bê tông.
Phục vụ công tác vận chuyển : hay sử dụng cần trục nhỏ phục vụ chuyển đất; từ nơi tập kết sau khi đào trong lòng nhà ra lên xe ô tô chuyển đất đi xa; bố trí thùng chứa đất , xe chở đất tự đổ.
Phục vụ công tác khác : bố trí máy bơm, thang thép đặt tại lối lên xuống; hệ thống đèn điện chiếu đủ độ sáng cho việc thi công dưới tầng hầm.
Phục vụ công tác thi công bê tông : trạm bơm bê tông; xe chở bê tông thương phẩm , các thiết bị phục vụ công tác thi công bê tông khác
Ngoài ra tuỳ thực tế thi công còn có các công cụ chuyên dụng khác.